[发明专利]开关电容转换器及其操作方法

说明书

公开了一种开关电容转换器和操作开关电容转换器的方法。该开关电容转换器包括耦接在输入端与输出端处的整流器之间的多个支线。每个支线均包括电容器。第一组支线耦接至整流器的第一支路，并且第二组耦接至整流器的第二支路。开关装置连接至每个支线。控制器交替切换连接至第一组支线和第二组支线的开关装置，以将能量从输入端传输至输出端。基于指示通过每个开关装置的电流过零或几乎过零的过零信息来修改切换，使得连接至同一组支线的每个开关装置在通过该开关装置的电流过零或几乎过零时关断，并且保持关断状态直到连接至该组的所有开关装置均关断达预定的时间量为止。

技术领域

本申请涉及开关电容转换器，特别地涉及开关电容转换器中的零电流切换控制。

背景技术

开关电容转换器是一类使用电容器提供能量传输和电压转换的电压转换器。开关电容转换器的每个支线(leg)包括电容器，并且开关装置连接至每个支线以控制电容器的充电。在一些实现中，支线中的一些还包括使这些支线谐振的电感器。在任一情况下，不同组的转换器支线均在输出端耦接至整流器的不同支路。交替切换不同组的转换器支线以将能量从输入端传输至输出端。诸如半桥整流器的整流器在每个切换周期期间对从电容器传输的能量进行整流。经整流的输出可以直接施加至负载或另一转换器级，例如降压转换器、POL(负载点)转换器等。

对于以相同的占空比切换每个支线的开关电容转换器而言，每个支线中的电流理想地是相同的。然而，由于电感器、电容器等的容差，不同支线中的一些电流或全部电流是相位失配的，这意味着一些支线中的电流在其他支线中的电流之前或之后过零。即使电感和/或谐振电容容差低至10％，转换器效率也会由于支线电流的相位失配而出现显著下降。

理想地，连接至每个谐振支线的开关在ZCS(零电流切换)条件下切换，在该ZCS切换中，当通过该开关装置的电流穿过零点时关断开关装置并且保持关断状态达一定死区时间。另外，在非ZCS条件下的高电流电平下，由于采用了大量的开关装置，因此切换损耗相当大。然而，标准的50％占空比切换在实际实现中不允许ZCS，在实际实现方式中，部件具有容差并且存在其他非线性特性，并且ZCS对于一些支线或全部支线会丢失。常规的方法实现完全的开环控制并且简单地增加接通与关断每个支线的开关之间的死区时间，以试图在关断时间避免正或负的开关电流。该方法通过延长每个切换周期并且显著增加死区时间而降低了系统效率。

发明内容

根据开关电容转换器的实施方式，转换器包括输入端、输出端、输出端处的整流器以及耦接在输入端与整流器之间的多个支线。每个支线包括电容器。第一组支线耦接至整流器的第一支路，而第二组支线耦接至整流器的第二支路。开关电容转换器还包括连接至每个支线的开关装置以及能够操作成交替切换连接至第一组支线和第二组支线的开关装置以将能量从输入端传输至输出端的控制器。基于指示通过连接至每个支线的开关装置的电流过零或几乎过零的过零信息来修改切换，使得连接至同一组支线的每个开关装置在通过该开关装置的电流过零或几乎过零时关断并且保持关断状态，直到连接至该组支线的所有开关装置均关断达预定的时间量为止。

根据操作开关电容转换器的方法的实施方式，该开关电容转换器包括：输入端；输出端；输出端处的整流器；耦接在输入端与整流器之间的多个支线，每个支线包括电容器，第一组支线连接至整流器的第一支路并且第二组支线连接至整流器的第二支路；以及连接至每个支线的开关装置，该方法包括：交替切换连接至第一组支线和第二组支线的开关装置以将能量从输入端传输至输出端；以及基于指示通过连接至每个支线的开关装置的电流过零或几乎过零的过零信息来修改切换，使得连接至同一组支线的每个开关装置在通过开关装置的电流过零或几乎过零时关断并且保持关断状态，直到连接至该组支线的所有开关装置均关断达预定的时间量为止。

本领域技术人员在阅读下面的详细描述以及查看附图时将认识到附加特征和优点。

附图说明