[发明专利]用于促进绝热的电容器间电荷传输的具有电感器的DC‑DC变压器

说明书

相关文件的交叉引用

本申请要求于2015年3月13日提交的第62/132,934号美国临时申请的优先权日的权益。其内容全部合并于此。

技术领域

本公开涉及功率转换，并且尤其涉及DC功率转换。

背景技术

通过将调节器与电荷泵串联放置来获得已知的电力转换器。这种调节器的示例通过将电感器切换至一个状态并根据某个开关占空比切换到第二状态来运行。该调节器中的电感器执行两个功能。一是用于控制该转换器的输出电压。另外一个是用于提高该电荷泵内的电容器中的绝热电荷转移。

在美国第8,860,396号专利、美国第8,743,553号专利、美国第8,503,203号专利、美国第8,693,224号专利、美国第8,339,184号专利、美国第8,619,445号专利、美国第8,723,491号专利以及美国第8,817,501号专利中描述了根据上述原则运行的所知电力转换器，其全部内容通过引用全部合并于此。

发明内容

本发明基于调节器进行调节并促进绝热的电荷转移的双重功能可由不同的组件执行的认识。

本发明包括减少总是用来执行两种功能的组件的功能性，并对其重新放置以使得其不再执行那些功能的一个功能。增加了新的电路组件以执行曾经是现有的元件所执行的功能。因此本发明完成了具有现有技术中不需要的附加组件的更加复杂的电路。

本发明通过增加了必须放置在管芯(die)上的组件的数目，减少了电路所需的管芯面积。

除了减少芯片面积之外，此处描述的本发明还填补了在整体电力转换器的性能中的某些孔，并使在电荷泵内部执行更多的变压成为可能，其中能最有效地完成该处理。

通常情况下，一个或多个电力转换器的布置由多个部分的相互连接的组合制备而成，所述多个部分至少包括“变压器”、“磁性滤波器”和“电流调节器”，其中这些符号没有进一步的隐含的含义。

该电力转换器具有端子，其包括第一对端子和第二对端子，其也称为“控制器”对端子。在至少某些实施例中，操作电力转换器控制着受控的一对端子之间所测量的电压。典型地，该电力转换器接受来自电源(例如非调节的电压电源)的在第一对端子处的功率，其也称作“被供电”对端子，并以受控的电压在第二对端子处提供功率(例如至实质上的电阻性的负载)，其也称作“负载”对端子。应该理解的是，也可以使用其它布置。

该变压器没有与传统的磁性芯交流电“变换器”相混淆，其具有最少三个端子并包括电容器的开关式布置。通常，变压器中的开关的顺序运行在该变压器的第一对端子与变压器的第二对端子之间，产生了通常为合理倍数的变压。通常，一对端子与另一对端子相比与较高的电压相关联。这些对端子以下分别被称为“高电压”对端子和“低电压”对端子。

开关的顺序运行使电荷在变压器的电容器之间转移。电荷的转移率受限于通过变压器的端子中的至少一个端子的电流。此端子将被称为“电荷转移率约束”端子。

当变压器的至少一个电容器中的电容器之间的电荷转移率在至少某些时间内例如被在电荷转移率约束端子处的电流约束时，变压器被认为是“绝热的”。如果至少某些电荷转移受控而不必是全部电荷转移，则变压器称为“部分地绝热”。否则该变压器是“完全地绝热的"。

该磁性滤波器包括耦合至没有任何开关动作的电路路径中的两个端子。该磁性滤波器抵制流经端子中的至少一个的电流的变化，以下简称为磁性滤波器的“过滤的端子”，并在电力转换器的稳态运行期间通常保持通过该过滤的端子的基本上恒定的电流。在某些实例中，联结端子的电路路径包括被动的电感器。任何情况下，因为在两个端子之间的路径不需要开关，所以路径上没有必须尺寸化或选为容纳运行期间可能呈现在路径上的最大电压或电流的开关。

该电流调节器具有至少两个端子，并且包括至少一个电感器的开关式布置。通常，该电流调节器的一个或多个开关的受控的顺序运行控制流经段子中的至少一个的电流，以下简称为该电流调节器的“受控的端子”。通常，尽管该电流调节器可以调节电流流动，电流流动的规则可以基于该输出电压(例如时间平均电压)，其可以在电流调节器的一对端子之间测量，或在其它端子之间或该电力转换器的接口处测量。

许多实施例的共同特征在于该电力转换器的变压器、磁性滤波器和电流调节器的布置为该磁性滤波器的过滤的端子直接耦合(即，没有插入开关)至该变压器的第一端子，并且该第一端子是电荷转移控制端子。优选地，该磁性滤波器于是耦合至低电压对端子，可以认识到，通常，在变压器的低电压端子处的电流流动大小高于在高电压端子处的电流流动大小。