用于多级功率转换器的交叉电容器的制作方法

本发明涉及一种用于多级功率转换器的交叉电容器

背景技术：

1、数据中心，特别是具有混合电信设备和服务器的数据中心，正在朝向在40伏到60伏范围内(例如，48伏)的支架内分配功率转变，而大多数服务器被指定为接收严格监管的12伏作为供电电压。随着转变的继续，需要以高效率(例如，98％或更大)将40伏到60伏的所分配功率转换成严格监管的12伏并且易于缩放的功率转换器。

技术实现思路

1、降压转换器拓扑的多级变体广泛地用于高功率应用。当用于高功率负荷装置的多级降压转换器被提供有低输入电压时，大电流流过多级降压转换器并且通过产生过量的热而导致不期望的功率耗散。可以通过增加输入电压来减少不期望的功率耗散。因此，本公开提供了用于功率转换的系统、多级功率转换器以及用于操作多级功率转换器的方法，其中，多级功率转换器使用交叉电容器来对电压输入进行分压。

2、例如，本公开提供了一种用于功率转换的系统，在一种具体实施中包括多级功率转换器和控制器。多级功率转换器包括第一级电路和第二级电路。第一级电路包括第一对场效应晶体管(fet)、第一输出电感器、和第一电容器。第一电容器耦接在第一对fet之间。第二级电路包括第二对fet、第二输出电感器、和第二电容器。第二电容器耦接在第二对fet之间。控制器被配置为在第一接通时间期间导通第一级电路以对第一输出电感器进行充电。控制器还被配置为在第一接通时间期间将第一电容器的阴极端子耦接到第二电容器的阳极端子。控制器被进一步配置为在第二接通时间期间导通第二级电路以对第二输出电感器进行充电。控制器还被配置为在第二接通时间期间将第二电容器的阴极端子耦接到第一电容器的阳极端子。

3、在一种具体实施中，本公开还提供了一种多级功率转换器，该多级功率转换器包括第一级电路和第二级电路。第一级电路包括第一电容器、第一高侧fet、第一低侧fet、第一交叉fet、和第一输出电感器。第一高侧fet耦接在电压输入与第一电容器的阳极端子之间。第一低侧fet耦接在第一电容器的阴极端子与参考端子之间。第一输出电感器耦接在第一电容器的阴极端子与电压输出之间。第二级电路包括第二电容器、第二高侧fet、第二低侧fet、第二交叉fet、和第二输出电感器。第二高侧fet耦接在电压输入与第二电容器的阳极端子之间。第二低侧fet耦接在第二电容器的阴极端子与参考端子之间。第二交叉fet耦接在第二电容器的阴极端子与第一电容器的阳极端子之间。第二输出电感器耦接在第二电容器的阴极端子与电压输出之间。第一交叉fet耦接在第一电容器的阴极端子与第二电容器的阳极端子之间。

4、本公开还提供了一种用于操作多级功率转换器的方法。该方法包括在第一接通时间期间导通多级功率转换器的第一级电路以对多级功率转换器的第一输出电感器进行充电。该方法还包括在第一接通时间期间将第一电容器的阴极端子耦接到第二电容器的阳极端子以对多级功率转换器的电压输入进行分压。第一电容器耦接在第一级电路的第一对fet之间。该方法进一步包括在第二接通时间期间导通多级功率转换器的第二级电路以对多级功率转换器的第二输出电感器进行充电。方法还包含在第二接通时间期间将第二电容器的阴极端子耦接到第一电容器的阳极端子以对电压输入进行分压。第二电容器耦接在第二级电路的第二对fet之间。

5、本公开还提供了一种用于功率转换的系统，在一种具体实施中，该系统包括多级功率转换器和控制器。多级功率转换器包括第一级电路、第二级电路、电容分压器和二阶输出滤波器。电容性分压器被配置为生成降低的电压，该降低的电压约为多级功率转换器的电压输入的一半。二阶输出滤波器被配置为使用降低的电压来生成多级功率转换器的电压输出。控制器被配置为生成以交错相移操作第一级电路以及第二级电路的驱动信号。

技术特征：

1.一种用于功率转换的系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一电容器的电容基本上等于所述第二电容器的电容。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一级电路进一步包括第一交叉fet，所述第一交叉fet耦接在所述第一电容器的所述阴极端子与所述第二电容器的所述阳极端子之间，其中，为了在所述第一接通时间期间将所述第一电容器的所述阴极端子耦接到所述第二电容器的所述阳极端子，所述控制器被进一步配置为在所述第一接通时间期间导通所述第一交叉fet，其中，所述第二级电路进一步包括第二交叉fet，所述第二交叉fet耦接在所述第二电容器的所述阴极端子与所述第一电容器的所述阳极端子之间，并且其中，为了在所述第二接通时间期间将所述第二电容器的所述阴极端子耦接到所述第一电容器的所述阳极端子，所述控制器被进一步配置为在所述第二接通时间期间导通所述第二交叉fet。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被进一步配置为：

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被进一步配置为：

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一接通时间基本上等于第二接通时间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一对fet包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一输出电感器被耦接在所述第一电容器的所述阴极端子与电压输出之间，并且其中，所述第二输出电感器被耦接在所述第二电容器的所述阴极端子与所述电压输出之间。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电压输入在40伏与60伏之间，并且其中，所述电压输出约为12伏。

10.一种多级功率转换器，所述多级功率转换器包括：

11.根据权利要求10所述的多级功率转换器，其中，所述第一交叉fet的漏极端子耦接到所述第二电容器的所述阳极端子，并且其中所述第二交叉fet的漏极端子耦接到所述第一电容器的所述阳极端子。

12.根据权利要求11所述的多级功率转换器，其中，所述第一高侧fet的漏极端子耦接到所述电压输入，其中所述第一低侧fet的漏极端子耦接到所述第一电容器的所述阴极端子，其中所述第二高侧fet的漏极端子耦接到所述电压输入，并且其中所述第二低侧fet的漏极端子耦接到所述第二电容器的所述阴极端子。

13.根据权利要求10所述的多级功率转换器，其中，所述第一交叉fet被配置为在所述第一高侧fet和所述第二低侧fet都导通时导通，并且其中，所述第二交叉fet被配置为在所述第二高侧fet和所述第一低侧fet都导通时导通。

14.根据权利要求10所述的多级功率转换器，其中，所述第一电容器的电容基本上等于所述第二电容器的电容。

15.一种用于操作多级功率转换器的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法进一步包括：

17.根据权利要求15所述的方法，所述方法进一步包括：

18.一种用于功率转换的系统，所述系统包括：

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述二阶输出滤波器包括：

20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述第一级电路、所述第二级电路和所述电容性分压器进一步包括多个场效应晶体管fet，所述多个场效应晶体管fet被配置为在所述多个fet被关断时阻止电流流过所述多个fet。

技术总结本发明涉及用于多级功率转换器的交叉电容器。用于功率转换的系统、多级功率转换器以及用于操作多级功率转换器的方法。该系统包括多级功率转换器和控制器。多级功率转换器包括第一级电路和第二级电路。第一级电路包括第一对场效应晶体管(FET)、第一输出电感器、和耦接在第一对FET之间的第一电容器。第二级电路包括第二对FET、第二输出电感器、和耦接在第二对FET之间的第二电容器。在第一接通时间期间，控制器被配置为导通第一级电路并且将第一电容器的阴极端子耦接到第二电容器的阳极端子。在第二接通时间期间，控制器被配置为导通第二级电路并且将第二电容器的阴极端子耦接到第一电容器的阳极端子。技术研发人员：A·扎法拉纳受保护的技术使用者：半导体元件工业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17