一种多相位混合转换器

本发明涉及电子电路，具体涉及一种多相位混合转换器。

背景技术：

1、随着锂离子电池、物联网产品等应用场景的不断扩展，对电力供应的需求越来越高。降压(buck)变换器作为一种dc/dc电路拓扑，因其具有开关器件电压/电流应力低、宽输入输出范围、无源元件少、效率高、可靠灵活等优点，被广泛应用于航空航天、通讯和军工武器等电源领域。

2、考虑到多相位混合转换器在实际工作中会受到开关频率、寄生电容、栅极控制信号等因素的影响，会导致飞行电容电压无法平衡到预设的电压，从而对转换器的系统性能产生较为显著的影响。

3、现有技术提出了基于交叉连接电容的飞电容自平衡电路，其在稳定输出电压的同时，通过调节导通时间大小以实现在较高频率范围和较宽输入范围内飞电容自平衡。然而该电路设计复杂，增加了系统的面积和功耗，同时反馈回路可能容易受到工作条件的影响和限制，不利于转换器的正常运行。

技术实现思路

1、本技术提出了一种多相位混合转换器，能够解决现有多相位混合转换器基于交叉连接电容，实现飞电容自平衡的过程中，存在易受到工作条件的影响和限制，且电路设计复杂，不利于转换器的正常运行的技术问题。

2、本技术实施例提出的多相位混合转换器，包括：

3、输入端，用于接收输入电压；

4、输出端，与负载连接，用根据所述输入电压向所述负载提供输出电压；

5、相位输出模块，包括多个并联的相位单元，用于根据所述输出电压和输入电压，产生控制信号，以输出多个相位的输出电流；每个所述相位单元包括依次连接的功率开关电路、飞电容和控制电路；所述控制电路用于根据输入电压、输出电压和预设的基准电压，产生非重叠控制信号，以控制所述功率开关电路的导通或关断，以调节所述输出电压；

6、其中，所述功率开关电路包括依次串联的第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；所述飞电容的上极板与所述第一功率开关管和第二功率开关管连接的第一开关节点连接，所述飞电容的下极板与所述第三功率开关管和第四功率开关管连接的第二开关节点连接；

7、输出电路，包括多个输出电感和输出电容；所述输出电感与所述相位单元一一对应，所述输出电感的第一端与其对应的所述相位单元中的所述第二开关节点连接，所述输出电感的第二端共同连接，形成电感连接节点；所述输出电容的第一端与所述电感连接节点连接，用于提供输出电压，所述输出电容的第二端接地。

8、一些实施例中，所述多相位混合转换器在占空比d<0.25或0.25<d<0.5时，每个所述相位单元均能够通过自身的飞电容实现自动平衡。

9、一些实施例中，所述控制电路包括未工作飞电容补电控制电路；

10、所述未工作飞电容补电控制电路用于根据外部补电使能信号，产生补电控制信号，在满足预设补电条件时，控制未工作的相位单元中的功率开关电路导通，使所述未工作的相位单元中飞电容与工作的相位单元中飞电容并联，以实现通过所述工作的相位单元中飞电容向所述未工作的相位单元中飞电容进行充电。

11、一些实施例中，在未工作的相位单元有多个时，选择同一个所述工作的相位单元中飞电容对多个所述未工作的相位单元中飞电容进行充电；

12、或者，选择不同的所述工作的相位单元中飞电容对多个所述未工作的相位单元中飞电容分别进行充电。

13、一些实施例中，所述多相位混合转换器包括补电控制信号产生电路；

14、所述补电控制信号产生电路的输入端用于接收控制所述工作的相位单元的控制信号，对所述控制信号进行分频延时处理，获得满足所述预设补电条件的补电控制信号。

15、一些实施例中，在选择不同的所述工作的相位单元中飞电容对多个所述未工作的相位单元中飞电容分别进行充电时，所述补电控制信号产生电路包括多个补电控制信号产生单元；

16、每个所述补电控制信号产生单元与所选择的所述工作的相位单元一一对应。

17、一些实施例中，所述补电控制信号产生电路包括依次连接的分频器和脉冲产生器；

18、所述分频器包括依次级联的n个d触发器；所述脉冲产生器包括延时器、反相器和与逻辑门；n为正整数；

19、其中，第一级所述d触发器的输入端用于接收用于控制所选择的所述工作的相位单元工作的非交叠控制信号，所述延时器的输入端与第n级所述d触发器的输出端连接；所述反相器的输入端与所述延时器的输出端连接；所述与逻辑门的第一输入端与所述第n级d触发器的输出端连接，第二输入端与所述反相器的输出端连接，输出端用于输出补电控制信号。

20、一些实施例中，所述控制电路包括电流检测电路、同步迟滞控制器、死区控制电路和飞电容上电控制电路；

21、所述电流检测电路与所述第二开关节点和所述输出电容分别连接；所述电流采样电路用于根据所述第二开关节点处电压和输出电压，获得所述输出电感的峰值限值和谷值限值；

22、所述同步迟滞控制器与所述电流检测电路和所述输出电容分别连接；所述同步迟滞控制器用于根据所述输出电压、预设的基准电压以及峰值限值或谷值限值，在外部时钟的控制下，产生驱动控制信号；

23、所述死区控制电路与所述同步迟滞控制器连接；所述死区控制电路用于对所述驱动控制信号进行交错处理，产生非重叠控制信号，以控制所述功率开关电路的导通或关断；

24、所述飞电容上电控制电路用于在所述多相位混合转换器工作前，响应于外部指令，产生飞电容上电控制信号，对所述飞电容进行预充电。

25、一些实施例中，所述控制电路还包括信道选择控制电路；

26、所述信道选择电路与所述未工作飞电容补电控制电路、死区控制电路和飞电容上电控制电路分别连接；所述选择控制电路用于根据所述补电控制信号，选择性激活对应所述未工作的相位单元中飞电容进行补电；以及，用于根据所述非重叠控制信号，选择性激活对应功率开关电路中的功率开关管导通或关断；以及，根据所述飞电容上电控制信号，选择性激活对应相位单元中飞电容进行预充电。

27、一些实施例中，所述相位单元还包括补偿电路；

28、所述补偿电路的第一输入端用于接收所述输出电路输出的输出电压，第二输入端用于接收预设的基准电压，所述补偿电路的输出端用于输出误差放大信号；

29、所述补偿电路包括电阻r1、误差放大器ea、电容c1、电阻r2和电容c2；

30、所述电阻r1的第一端与所述补偿电路的第一端连接；

31、所述误差放大器ea的同相输入端与所述补偿电路的第二端连接，所述误差放大器ea的反相输入端与所述电阻r1的第二端连接，所述误差放大器ea的输出端与所述补偿电路的输出端连接；

32、所述电容c1和所述电阻r2串联，所述电容c1的第一端与所述误差放大器ea的反相输入端连接，所述电阻r2的第二端与所述误差放大器ea的输出端连接；

33、所述电容c2的第一端与所述电容c1的第一端连接，所述电容c2的第二端与所述电阻r2的第二端连接。

34、本技术实施例提供了一种多相位混合转换器，该多相位混合转换器包括并联的相位单元，每个相位单元包括依次连接的功率开关电路、飞电容和控制电路，通过将现有技术中交叉连接电容降压转化器中的两个高耐压的功率开关管分裂为两个低耐压的功率开关管并连接到直流节点，飞电容跨接在上下两组功率开关管的连接节点，获得具有两个完全对称的子转化器的相位单元，再将相位单元同时并联在直流节点，扩展获得本技术的多相位混合转换器。相较于现有技术，本技术不再需要额外连接到地的直流电容，就能够实现飞电容在任意工作模式下，飞行电容电压稳定在vin/2的平衡控制，降低了电路设计的复杂度；同时本技术可以扩展到任意相位，且不限制相位之间是否重叠，消除现有技术应用于偶数相位和工作范围的限制，提高了电路设计的灵活性。