【技术实现步骤摘要】
用于功率转换的装置和用于将第一电压转换为第二电压的方法本申请是申请日为2014年3月11日、申请号为“201480028501.9”、专利技术名称为“用于开关电容转换器的高效率栅极驱动器”的专利技术专利申请(其是国际申请号为PCT/US2014/023025的PCT申请进入中国国家阶段之后的申请)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2013年3月15日提交的美国申请第13/837,796号的优先权日的权益，其内容由此以引用的方式全部并入本文。
本专利技术涉及开关电容转换器，并且更加具体地涉及用于这样的转换器的高效率栅极驱动器。
技术介绍
切换模式功率转换器是一种特定类型的功率转换器，其通过使用切换网络将储能元件(即，电感器和电容器)切换为不同电气配置而产生输出电压。开关电容转换器是主要利用电容器来传输能量的一类切换模式功率转换器。在这样的转换器中，电容器和切换器的数量随着转换增益的增加而增加。如本文使用的，如果开关电容功率转换器产生大于输入电压的输出电压，那么转换增益代表电压增益，或者，如果开关电容功率转换器产生小于输入电压的输出电压，那么转换增益代表电流增益。图1和图2示出了开关电容功率转换器的两个示例，其接收来自电压源16的输入电压VI，并且向负载18提供输出电压VO。这两个示例也都称为级联倍增器。注意，在图2中，在图1中的电路的多个开关器件被一系列多个器件替代，从而减少跨在电路中的分别的器件的最大电压。在正常操作中，当泵电容器C1-C3正在被连续地充电...
【技术保护点】
1.一种用于功率转换的装置，所述装置包括预充电电路、开关和栅极驱动器电路，其中，所述开关包括有源半导体开关元件，其中，所述开关被配置成在第一状态和第二状态之间进行转变，所述第一状态和所述第二状态导致电容器与第一端子和第二端子中的至少一个之间的相应的第一电互连和第二电互连，其中，所述第一端子被配置成在第一电压下耦合至第一外部电路，其中，所述第二端子被配置成耦合至第二电压，所述第二电压的幅度小于所述第一电压的幅度，其中，所述预充电电路耦合至所述电容器中的至少一个电容器，其中，每个栅极驱动器电路包括控制输入、电力连接和驱动输出，其中，每个开关耦合至所述栅极驱动器电路之一的驱动输出并由所述栅极驱动器电路之一的驱动输出控制，其中，所述栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器电路，并且其中，所述第一栅极驱动器电路通过其电力连接从所述电容器中的至少一个电容器接收电力。/n
【技术特征摘要】
20130315 US 13/837,7961.一种用于功率转换的装置，所述装置包括预充电电路、开关和栅极驱动器电路，其中，所述开关包括有源半导体开关元件，其中，所述开关被配置成在第一状态和第二状态之间进行转变，所述第一状态和所述第二状态导致电容器与第一端子和第二端子中的至少一个之间的相应的第一电互连和第二电互连，其中，所述第一端子被配置成在第一电压下耦合至第一外部电路，其中，所述第二端子被配置成耦合至第二电压，所述第二电压的幅度小于所述第一电压的幅度，其中，所述预充电电路耦合至所述电容器中的至少一个电容器，其中，每个栅极驱动器电路包括控制输入、电力连接和驱动输出，其中，每个开关耦合至所述栅极驱动器电路之一的驱动输出并由所述栅极驱动器电路之一的驱动输出控制，其中，所述栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器电路，并且其中，所述第一栅极驱动器电路通过其电力连接从所述电容器中的至少一个电容器接收电力。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预充电电路被配置成：在由所述电容器和所述开关限定的开关电容器网络的钟控操作之前，对所述开关电容器网络中的电容器上的电压进行初始化。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预充电电路被配置成：在启动所述装置的操作期间，将跨所选开关的源电压保持在所需限值内。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预充电电路被配置成：在开始所述装置的钟控操作时，向要被用于为所述栅极驱动电路供电的所述电容器中的一个或更多个提供电荷。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预充电电路包括偏置电阻器，所述偏置电阻器限定电阻分压器，所述电阻分压器在启动所述装置的操作期间为所述电容器中的一个或更多个限定预充电电压，所述电阻器的电阻被选择成避免使所述开关暴露于超过阈值电压的电压，从而避免在启动所述装置的操作期间损坏所述开关。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括耦合至所述开关的用于连接至所述电容器的端子。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述开关和所述电容器限定功率转换器，所述功率转换器被配置成向所述栅极驱动器电路中的至少部分提供时变电压。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述开关中的每一个均具有小于所述第一电压的最大额定电压。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，跨所述第一栅极驱动器电路的电力连接的电压不大于所述第二电压的两倍且小于所述第一电压。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，每个开关由所述栅极驱动器电路中的相应一个栅极驱动器电路驱动，所述装置还包括第二栅极驱动器电路，其中，所述第二栅极驱动器电路通过其电力连接从所述电容器中的至少另一电容器接收电力，其中，在操作中，所述电容器中的至少另一电容器的电压与跨所述电容器中的所述至少一个电容器的电压不同，所述电容器中的所述至少一个电容器驱动所述第一栅极驱动器电路。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一些电容器中的每个电容器均包括第一端子和第二端子，其中，在所述装置的操作期间，所述第一端子处于比所述第二端子的电压更高的电压下，其中，所述至少一些电容器包括第一电容器和第二电容器，并且其中，所述开关中的至少一个将所述第一电容器的第一端子连接至所述第二电容器的第一端子。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一电容器的第二端子连接至第一相电压，其中，所述第二电容器的第二端子连接至第二相电压，并且其中，所述第一相电压不同于所述第二相电压。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，每个电容器均具有第一端子和第二端子，其中，在所述装置的操作期间，所述第一端子处于比所述第二端子的电压更高的电压下，并且其中，所述开关将所述第一端子彼此连接。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一栅极驱动器电路被配置成：使跨所述第一栅极驱动器电路的电力连接的电压小于所述第一电压。
15.根据权利要求1所述的装置，还包括开关电容器转换器，其中，所述第一端子和所述第二端子中的至少一个以及所述开关是所述开关电容器转换器的构成部分。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述端子包括电容器端子，所述电容器端子耦合至所述开关中的用于连接至所述电容器的相应开关。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述开关电容器转换器被配置成：向所述栅极驱动器电路中的至少一些提供相对于所述相应电压中的最低电压的时变电压。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，每个开关元件具有小于所述相应电压中的最高电压的最大额定电压。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器电路，其中，所述第一栅极驱动器电路包括第一电力连接和第二电力连接，其中，在操作中，在所述第一电力连接和所述第二电力连接之间存在电压差，其中，所述电压差至少部分地由于连接至所述第一电力连接的电容器产生，其中，所述电压差小于或等于特定电压，其中，所述特定电压小于或基本上等于所述相应电压中的最低电压的两倍。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器电路和第二栅极驱动器电路，其中，所述开关包括第一开关元件和第二开关元件，其中，所述第一开关元件由所述第一栅极驱动器电路驱动，其中，所述第一栅极驱动器电路被配置成由具有第一电压的第一电容器供电，其中，所述第二开关元件由所述第二栅极驱动器电路驱动，其中，所述第二栅极驱动器电路被配置成由具有第二电压的第二电容器供电，并且其中，所述第一电压不同于所述第二电压。
21.根据权利要求15所述的装置，还包括相移发生器，其中，所述相移发生器包括相移发生器开关，其中，所述相移发生器被配置成向所述电容器中的每一个的一个端子提供时变电压电平，其中，所述相移发生器被配置成使用来自第二电荷转移路径中的电容器的电压来产生用于第一电荷转移路径中的电容器的电压电平。
22.根据权利要求15所述的装置，其中，所述开关包括第一开关元件和第二开关元件，其中，所述第二开关元件与所述第一开关元件串联，其中，在操作中，所述第一开关和所述第二开关转变为其中所述第一开关和所述第二开关允许电容器之间的稳定电荷流动的状态。
23.根据权利要求15所述的装置，其中，每个开关元件均具有小于所述相应电压中的最高电压的最大额定电压。
24.根据权利要求15所述的装置，其中，所述开关电容器转换器包括级联倍增器网络。
25.根据权利要求15所述的装置，其中，所述开关电容器转换器包括串联-并联开关电容器网络。
26.根据权利要求15所述的装置，其中，所述栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器电路，其中，所述第一栅极驱动器电路被配置成通过所述第一栅极驱动器电路的电力连接从电容器组中所存储的电荷被供电，使得跨所述电力连接的电压基本上小于特定电压，其中，所述特定电压是所述相应电压中的最高电压。
27.根据权利要求15所述的装置，还包括耦合至所述开关的电容器，其中，所述电容器之间的连接由所述开关控制。
28.一种用于将第一电压转换为第二电压的方法，所述方法包括：将开关电容器功率转换器的第一端子连接至第一外部电路；将所述开关电容器功率转换器的第二端子连接至第二外部电路；对所述开关电容器功率转换器内的电容器进行预充电；向所述功率转换器的栅极驱动器电路的控制输入提供第一控制信号；向所述栅极驱动器电路的控制输入提供第二控制信号，其中，所述开关电容器功率转换器包括其中电容器通过有源半导体开关而选择性地互连的开关电容器网络；将所述开关电容器功率转换器的第二端子连接至第二外部电路；使所述开关电容器网络中的电容器通过所述栅极驱动器电路的电力连接向所述栅极驱动器电路提供电力；以及使得存在跨所述栅极驱动器电路的电力连接的电压，其中，存在的所述跨所述栅极驱动器电路的电力连接的电压小于所述第一电压和所述第二电压中较大的电压，其中，对所述开关电容器功率转换器内的电容器进行预充电包括：在开始所述开关电容器功率转换器的正常操作之前对所述电容器进行预充电，其中，所述第一控制信号在所述栅极驱动器电路的相应驱动输出处引起第一驱动信号，其中，所述第一驱动信号使所述有源半导体开关执行第一切换器激活模式，其中，所述第二控制信号在所述栅极驱动器电路的相应驱动输出处引起第二驱动信号，其中，所述第二驱动信号使所述有源半导体开关执行第二切换器激活模式，并且其中，在所述第一切换器激活模式下，第一系列的有源半导体开关连接所述功率转换器的所述开关电容器网络中的第一电容器和第二电容器，以允许传导电流在第一电容器和第二电容器的高压端子之间流动。
29.一种装置，所述装置包括电路和用于对所述电路进行操作的控制器，其中，所述电路是被配置成连接在源和负载之间的双相串联-并联开关电容器电路，其中，所述电路包括第一电荷转移路径和第二电荷转移路径、沿所述第一电荷转移路径的栅极驱动器、第一电容器组和第二电容器组以及第一晶体管组和第二晶体管组，其中，所述第一电容器组和所述第一晶体管组限定第一相，其中，所述第二电容器组和所述第二晶体管组限定第二相，其中，电容器组为所述栅极驱动器供电，其中，所述电容器组包括在所述第一电荷转移路径和所述第二电荷转移路径之一上串联连接的电容器，其中，所述控制器使所述电路以特定频率在第一状态和第二状态之间进行转变，其中，在所述第一状态下，所述第一电容器组与所述负载并联，并且所述第二电容器组串联在所述源与所述负载之间，并且其中，在所述第二状态下，所述第二电容器组与所述负载并联，并且所述第一电容器组串联在所述源与所述负载之间，从而所述栅极驱动器从两个相中的电容器得到电力。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述电容...
【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·朱利亚诺，格雷戈里·什塞辛斯基，雷蒙德·JR·巴瑞特，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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