[发明专利]电荷泵转换器以及控制方法

说明书

本公开的实施例涉及电荷泵转换器以及控制方法。一种装置，包括：第一开关器件和第二开关器件，被串联连接在第一节点与第二节点之间；第一电压阻断器件和第二电压阻断器件，被串联连接在第一节点与第三节点之间；飞跨电容器，被连接在第一开关器件和第二开关器件的公共节点与第一电压阻断器件和第二电压阻断器件的公共节点之间；以及控制器，被配置为通过控制飞跨电容器的充电过程和放电过程，来调节在第一开关器件和第二开关器件中的功率损耗。

技术领域

本发明总体上涉及一种电荷泵转换器以及控制方法。

背景技术

开关模式功率转换器在从计算机到汽车的许多电子应用中都很普遍。通常，通过操作耦合到电感器或变压器的开关来生成在开关模式功率转换器内的电压。可以存在多种转换拓扑。根据拓扑差异，开关模式功率转换器可以被分为两类，即隔离功率转换器和非隔离功率转换器。

关于实现开关模式电路，栅极驱动器被使用以有效地驱动功率晶体管或多个功率晶体管。栅极驱动可以被配置为接受来自控制器的低功率信号，并且以适当的速度和电压电平产生开关信号。例如，可以通过使用外部电源、电压调节器、电平转换器、电荷泵转换器及其任何组合来建立这些电压电平，以确保功率晶体管被接通和关断。功率晶体管可以是绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)。栅极驱动器可以具有用于驱动功率晶体管的单个栅极节点的单个输出。备选地，栅极驱动器可以具有用于分别地驱动高侧功率晶体管和低侧功率晶体管的两个输出。

在用于驱动高电压侧功率晶体管的栅极驱动器中，可以采用电荷泵转换器来提供用于切换高侧功率晶体管的偏置功率。更具体地，电荷泵转换器被连接在电源与栅极驱动器的偏置输入端子之间。电荷泵转换器被配置为将电源的输出电压转换为更高的电压，该更高的电压被用于驱动高侧功率晶体管。

在操作中，功率损耗可以不在电荷泵转换器的不同开关之间平均地分布。期望有一种简单而可靠的控制方法，以将功率损耗均匀地分布在电荷泵转换器的不同开关之间，从而改善电荷泵转换器的性能。

发明内容

根据实施例，一种装置包括：第一开关器件和第二开关器件，被串联连接在第一节点与第二节点之间；第一电压阻断器件和第二电压阻断器件，被串联连接在第一节点与第三节点之间；飞跨电容器，被连接在第一开关器件和第二开关器件的公共节点与第一电压阻断器件和第二电压阻断器件的公共节点之间；以及控制器，被配置为通过控制飞跨电容器的充电过程和放电过程来调节在第一开关器件和第二开关器件中的功率损耗。

根据另一实施例，一种方法包括：将电荷泵转换器配置为在充电模式下操作以及在放电模式下操作，其中在充电模式下电源被配置为对电荷泵转换器的飞跨电容器充电，在放电模式下电荷泵转换器将能量从飞跨电容器传输到负载，负载被连接到电荷泵转换器；检测飞跨电容器的端电压；检测电荷泵转换器的输入电压和输出电压中的至少一个电压；以及，基于在飞跨电容器的端电压与电荷泵转换器的输入电压和出电压中的至少一个电压之间的比较，来将充电模式或放电模式施加到飞跨电容器。

根据又一个实施例，一种方法包括：将电荷泵转换器配置为将来自电源的输入电压转换为更高的电压，其中电荷泵转换器包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，被串联连接在电源的两个端子之间；第一电压阻断器件和第二电压阻断器件，被串联连接在电荷泵转换器的输入端子与输出端子之间；以及飞跨电容器，被连接在第二开关和第三开关的公共节点与第一电压阻断器件和第二电压阻断器件的公共节点之间。

方法进一步包括：检测在第二开关和第三开关的公共节点上的第一电压，并且基于在第二开关和第三开关的公共节点上的第一电压与电荷泵转换器的输入/输出电压之间的比较，来将充电过程或放电过程中的任一项施加到飞跨电容器。