[发明专利]DC‑DC转换器的低热设计

说明书

优先权

本申请是于2015年9月25日提交的美国申请号为14/866,172的国际申请，其要求于2015年6月17日提交的美国临时申请号为62/180,677的优先权和利益，所有申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及DC-DC转换器和操作DC-DC转换器的方法，更具体地，涉及与用于高频开关的低热设计结合的DC-DC转换器。

背景

一种类型的DC-DC转换器是开关稳压器。具有高转换效率的开关稳压器被广泛用作用于向各种控制电路(负载)提供电压的电池中的电压转换器。例如，开关稳压器还用在汽车电源中。

考虑到对更高的开关频率和热设计的要求之间的平衡，一个常规的多相DC-DC转换器使用多个负载点(POL)转换器。然而，在该常规实施例中所公开的DC-DC转换器可能导致零件数量增加。零件数量上的这样的增加可能增加用于安装零件的区域并提高制造成本。

在另一常规的开关电路设备中，开关可包括并联布置的具有不同栅极宽度的多个MOSFET。然而，利用常规的开关电路设备，栅极布线的阻抗和每个开关的导通电阻之间的差异可能产生集中在元件中的一个内的寄生电容的充电电流。因此，元件发热并且可能发生集中的能量损耗。

附图简述

在附图中：

图1图示了根据所公开的实施例中的一个的DC-DC转换器中的电路的示例；

图2是图示了在驱动电路中的每个节点处的输入电流和电势之间的关系的波形图；

图3图示了控制器的示例；

图4是图示了图3中所图示的配置中的信号之间的关系的波形图；

图5图示了DC-DC转换器的示例；

图6图示了在图5中所图示的示例中的开关电路中流动的电流；

图7图示了与图5中所图示的示例进行比较的比较示例；

图8图示了在图7中所图示的比较示例中的开关电路中流动的电流；

图9图示了对图1中的控制器的修改；

图10是图示了图9中所图示的配置中的信号之间的关系的波形图；

图11图示了对图1中的控制器的另一修改；

图12是图示了图11中所图示的配置中的信号之间的关系的波形图；

图13图示了控制器的示例；

图14是图示了图13中所图示的配置中的信号之间的关系的波形图；

图15图示了DC-DC转换器中的电路的修改；

图16图示了DC-DC转换器中的电路的另一修改；

图17图示了DC-DC转换器中的电路的示例；以及

图18图示了在图17中的电路中的每个节点处的输入电流和电势之间的关系。

详细描述

开关稳压器的理想特性包括例如，供应大电流的能力、控制高开关频率的能力和由于发热等而造成的小损耗。然而，在一方面，大电流供应能力和高开关频率之间存在权衡，以及另一方面，在大电流供应能力和由于热而导致的能量损耗上的降低之间有权衡。例如，如果开关电路的导通电阻降低以便供应大电流，则寄生电容和充电电流增加，这可能导致发热。此外，如果由于对使用环境的限制(例如，在需要避免其他无线电波的干扰的车载设备中)而需要高开关频率，开关电路被频繁接通，则每当开关电路接通时，寄生电容的充电电流就会流动，并且所产生的发热和由于发热引起的能量损耗甚至更频繁地发生。同时，不生成过多热的热设计在开关稳压器中是可取的。

因此，将有助于提供DC-DC转换器，其可降低由于热特别是在高频开关期间产生的能量损耗。

根据本公开的示例性DC-DC转换器包括：接收电压输入的输入端；并联连接在输入端和接地之间的多个开关电路；输出所转换的电压的输出端；以及控制器，其被配置为通过将分别接通开关电路的控制信号输入到每个开关电路中来在预定周期内接通开关电路。

在该示例性DC-DC转换器中，控制器可执行控制以顺序地接通开关电路。

在该示例性DC-DC转换器中，控制器可重复控制。

在该示例性DC-DC转换器中，开关电路可以是高侧开关电路。

在该示例性DC-DC转换器中，开关电路可以是低侧开关电路。

根据以下实施例的DC-DC转换器和其控制方法允许降低由于热引起的能量损耗。