[发明专利]一种隔离型混合降压变换器

说明书

本发明涉及集成电路领域与开关电源领域，公开了一种混合隔离型降压变换器的设计。混合隔离型拓扑结构结合了开关电容电压变换器和开关电感电压变换器，飞电容承担了部分电压降，因此功率开关管的电压应力也会降低。由于开关节点处的电压摆幅较小，开关损耗随之减小。可以使用更低压的开关管，实现开关管导通损耗减小。通过时序控制，利用谐振可以实现开关管的零电压开启(ZVS)或者低电压开启(LVS)，进而实现开关管开关损耗减小。与传统全桥变换器相比，提出的混合隔离型降压变换器极大地提高了能量转换效率。

技术领域

本发明涉及集成电路领域与开关电源领域，更具体来说，涉及一种混合隔离型降压变换器的设计。

背景技术

近年来，随着大数据和云计算的快速发展，数据中心的数量不断增加，大的功率损耗是数据中心存在的重要问题。数据中心大多数应用的是未稳压的48V总线电源，需要采用高变换比DC-DC变换器给大量CPU提供稳压良好的直流电压(例如1V)。高变换比DC-DC变换器设计中存在的主要问题是有效脉冲宽度窄，转换效率低。目前用DC-DC变换器实现高转换比，大部分采用隔离型变换器。在电信系统中，也需要使用隔离型转换器来防止服务器上的组件受到从前端AC-DC转换器传播的功率尖峰的影响。隔离型变换器的次级侧需要整流电路来实现AC-DC转换。

如图1所示，目前主要采用的是4种整流电路。半波整流以牺牲一半交流信号为代价而换取整流效果，电流利用率低，常用在高压小电流的场合；全桥整流电路增加了二极管的数量，对于低压大电流的设计，容易产生更大的导通损耗；全波整流电路需要带中心抽头的变压器，绕制比较复杂，绕组对铜和铁的损耗比较大；倍流整流电路的变压器变比是其他整流电路的1/2，能够有效的抑制输出电流的纹波，但需要两个输出电感，占用的面积和成本会增加。采用同步整流电路，用功率开关管代替二极管作整流管，可以显著地降低整流管的导通损耗。

采用倍流整流的全桥DC-DC转换器是一种广泛应用的架构，适用于高降压比和高输出电流应用。但是全桥拓扑存在开关管的电压应力大，开关损耗大的问题，限制了整体效率。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种适用于高变换比的混合隔离型降压变换器，可以有效减小开关管的开关损耗、导通损耗，提高能量转换效率。本发明的次级侧电路可以用任意一种整流电路，对于高转换效率的应用建议使用全波同步整流电路和倍流同步整流电路，对于高变换比的应用建议使用倍流同步整流电路。以下混合隔离型降压变换器的次级侧采用倍流同步整流电路来进行说明。

本发明的技术方案为：

一种混合隔离型降压变换器，包括驱动电路、功率级拓扑和整流电路；

所述驱动电路包括自举驱动电路和次级侧驱动电路；

所述自举驱动电路包括第一开关管MSP1、第二开关管MSP2、第一自举电容CBoot1、第二自举电容CBoot2、第一电平位移电路LS1、第二电平位移电路LS2、第一驱动电路DRV1、第二驱动电路DRV2、第三驱动电路DRV3和第四驱动电路DRV4；

第一PMOS管MSP1的栅极接第一外部控制信号S1，源极接第一自举电容CBoot1的一端和第一驱动电路DRV1的电源端BST1，漏极接第二PMOS管MP2的源极、第二自举电容CBoot2的一端和第二驱动电路DRV2的电源端BST2；

第二PMOS管MSP2的栅极接第二外部控制信号S2，漏极接第三驱动电路DRV3的电源端INTVCC、第四驱动电路DRV4的电源端INTVCC；INTVCC为5V电源；

第一电平位移电路LS1的输入为第一PWM信号，输出为第一驱动电路DRV1的输入；第一驱动电路DRV1的地端与第一自举电容CBoot1的另一端相连，其输出为第一驱动信号TG1；