专利名称：Sepic馈入降压转换器的制作方法
SEP IC馈入降压转换器其它申请的交叉引用本申请要求2007年12月4日提交的名称为METHOD AND APPARATUSFOR POWER CONVERSION的美国临时专利申请No. 60/992，194的优先权，为了所有目的通过参考将其 结合于此；并且要求2007年12月12日提交的名称为METHOD AND APPARATUS FOR POWER CONVERSION的美国临时专利申请No. 61/013，187的优先权，为了所有目的通过参考将其结
合于此。
背景技术：
现代电子设备通常需要功率转换，例如，诸如笔记本计算机和移动电话之类的电 池供电的设备通常包括需要电池来提供低电压和高电流的微处理器。降压(BUCK)转换器 是一种通常在DC-DC功率转换应用中使用的降压型(st印-down)转换器。图1是说明常规 降压转换器的示意图。降压转换器100有时被称为同步降压转换器，因为开关Sib和S2b同 时交替接通或关断。转换效率和瞬时响应是降压型转换器的重要参数。转换效率确定在功率转换期间 损耗了多少功率；瞬时响应确定转换器可以多迅速地响应于负载电流或源电压变化。在图 1所示的常规拓扑结构中，通常难以同时增加转换效率并且改进瞬时响应，因为开关和寄生 损耗与开关模式频率成正比，而积分电感器(integrating inductor) L的值确定一阶瞬 态响应并且成反比。
在下面详细的说明和附图中公开本发明的各种实施例。图1是说明常规降压转换器的示意图。图2A是说明SEPIC馈入降压转换器的实施例的示意图。图2B是利用伴随(attendant)电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图2A 的设备200的磁结构的图。图2C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式说明图2A的设备200的定时、电压 和电流特性的一组曲线图。图2D是说明被配置成当Sisb开关被关断时执行栅极电荷抽取(GCE)过程的SFB转 换器的实施例的示意图。图2E是说明包括在图2A的SFB转换器200中的换流(commutation)矩阵的实施 例的示意图。图3是说明与常规降压转换器的Sib开关以及比较而言相同的SFB转换器实施例 的Sisb开关相关联的接通或关断损耗比(K)的曲线图。图4A是说明与降压转换器100的开关Sib相关联的接通和关断损耗的一阶近似的 曲线图。图4B是说明与SFB转换器250的开关Sib相关联的接通和关断损耗的一阶近似以及根据开关的占空比(D)的伴随开关电压、开关电流和开关功率损耗特性和表达式的曲线 图。图5A是利用伴随电压、电流和转移函数(M)特性来说明单磁的磁耦合SEPIC馈入 降压转换器的实施例的示意图。图5B利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压转换器耦合特性来说明图5A的转换 器500的磁结构。图5C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式说明图5A的设备500的定时、电压 和电流特性的一组曲线图。图5D是说明在GCE过程期间SFB转换器的示意图。图5E是说明包括在图5A的SFB转换器500中的换流矩阵的示意图。图6A是利用伴随电压、电流和转移函数(M)特性来说明多相磁耦合的单磁SFB转 换器的实施例的示意图。图6B是利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图6A的转换器600 的磁结构的图。图6C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式说明图6A的设备600的定时、电压 和电流特性的一组曲线图。图7A是说明SFB转换器的另一个实施例的示意图。图7B是利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图7A的SFB转换 器700的磁结构的图。图7C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式说明图7A的SFB转换器700的定 时、电压和电流特性的一组曲线图。图8A-8D是利用伴随电流特性和维度表达式说明常规降压转换器和若干SFB转换 器中的电感线圈。图8E是说明常规降压转换器和SFB转换器的传导损耗比的图。图9是说明SFB转换器(例如SFB 200,500,600或700)和规范(canonical)降 压转换器的电感器设置/重置比的曲线图。
具体实施例方式本发明可以以许多方法实施，包括实施为过程；装置；系统和/或物的组合。在该 说明书中，这些实施方式或本发明所采取的任何其它形式可以被称为技术。一般来说，在本 发明的范围内，所公开的过程的步骤次序可以改变。除非以其它方式阐明，诸如所描述的被 配置成执行任务的处理器或存储器的部件可以被实施为临时配置成在给定时间执行任务 的通用部件或被制造成执行该任务的特定部件。如本文所使用的那样，术语“处理器”指的 是被配置成处理数据(例如计算机程序指令)的一个或多个设备、电路和/或处理核。下面结合说明本发明原理的附图来提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。 结合这样的实施例来描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利 要求限定，并且本发明包括许多替换物、修改和等同物。在下面的描述中阐述许多特定细节 以便提供对本发明的完全理解。为了实例提供这些细节并且可以在没有一些或所有这些特 定细节的情况下根据权利要求来实践本发明。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术素材，以免不必要地模糊本发明。公开了单端初级电感转换器(SEPIC)馈入降压(SFB)转换器的实施例。该转换器 包括与降压转换器部分电(galvanically)或磁耦合的SEPIC部分。SEPIC部分和降压转换 器部分共享开关。在该开关闭合时，SEPIC部分被配置成存储来自能源的能量并且将能量 递送给降压转换器部分，并且降压转换器部分被配置成将它从SEPIC部分接收到的能量递 送给负载并且存储能量。在该开关断开时，SEPIC部分被配置成将至少一些其存储的能量 递送给负载，并且降压转换器部分被配置成将至少一些其存储的能量递送给负载。图2A是说明SEPIC馈入降压转换器的实施例的示意图。为了清楚起见，示出了没 有寄生效应的理想电路。在该实例中，设备200包括与降压转换器部分耦合的SEPIC部分。 开关Sisb与SEPIC部分和降压转换器部分二者耦合。如将在下面更详细描述的那样，SEPIC 部分和降压转换器部分电耦合。SEPIC部分包括开关S2s(也被称为与SEPIC部分相关联的 开关)和一组无源部件，所述无源部件包括耦合的电感器Tia和Tib、电容器C2以及可选输 入电容器Q。能源Ein(例如电池)在输入节点A和E处与电感器耦合。能源的负极端子 有时被称为接地端子。降压转换器部分包括开关S2b(也被称为与降压转换器部分相关联的 开关)和一组无源部件。在这种情况下，所述无源部件包括电感器 \。。负载R可选地耦合 在电感器Tic的端子和输入源的负极端子之间。开关Sisb被配置成根据第一开关信号而断 开或闭合。开关S2b和S2s被配置成根据第二开关信号而断开或闭合。在所示的实施例中， 开关信号由控制器206提供，在一些实施例中，可选地将所述控制器206包括在SFB转换器 中。在各种实施例中，控制器可以是与SFB转换器电路独立耦合的分立部件，或者电路的集 成部件。使第一和第二开关信号同步成彼此相反。换言之，当开关Sisb断开时，S2b和S2s闭 合，并且反之亦然。为了清楚起见，在下面的讨论中，假设在转换器电路中电感器具有相同 的电感。可以在其它实施例中使用不同电感值。转换器的转移函数(即输出电压E。ut与输 入电压Ein的比)被表示为M = D/ (2-D)，其中D是与Sisb相关联的开关信号的占空比，并且其中D={l-[ (Ein-Eout) / (Ein+E。ut)]}。在所示的实施例中，包括输入电容器C1、中间电容器C2、输出电容器C3以提供积分 功能(integrating function) 0使用包括栅极端子的晶体管来实施S2B和S2s。可选的驱动 电感器Tid被包括在该电路中以为S2s的栅极端子提供共模驱动以便关断或接通S2s的晶体 管，从而断开或闭合开关。然而，在该实例中Tid基本上不执行功率转换功能。在一些实施 例中，用固态驱动器或任何其它适当的驱动器来代替驱动电感器Tid。图2B是利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图2A的设备200 的磁结构的图。在该实例中，电感线圈T1A、T1B、Tic和Tid共享相同的磁核。图2C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式说明图2A的设备200的定时、电压 和电流特性的一组曲线图。在所示的实例中，T表示开关信号的周期，表示其间开关Sisb 闭合的时间段，(换句话说，用来实施开关的晶体管被接通)，t,表示其间开关Sisb断开的 时间段(晶体管被关断)。开关信号的占空比被表示为D。参考图2A和图2C，在t0N期间，Sisb闭合而S2b和S2s断开。DC电流I1和I3分别流 过电感器Tia和T1B。因此，来自源的能量被存储在SEPIC部分中的电感器中。在该时间期间，SEPIC部分不直接将能量递送给负载，但是将能量从源递送给降压转换器部分。同时， 电流I6流过 \。。因此能量被存储在降压转换器部分中的电感器中。根据图2C，I2(曲线图 J)是通过电容器C2的电流，并且19(曲线图P)是通过电容器(3的电流。在^期间，(2和 C3放电(设置)，并且电流1_被递送给负载。因此，在^期间降压转换器部分将能量递送 给负载。再次参考图2A和图2C，在tQFF期间，Sisb断开而S2b和S2s闭合。电感器Tia和Tib 保持DC电流流动。SEPIC部分通过开关S2s将至少一些其存储的能量递送给负载，而不是 基本上将能量都存储在其电感器中。因为闭合的开关S2s在SEPIC部分和负载之间形成电 气通路，并且因为电气通路具有DC连续性，所以能量转移过程不需要变压器作用。因此，电 路被称为电耦合的。降压转换器部分还在t-期间递送被存储在其电感器中的至少一些能 量。然而，在、皿期间降压转换器部分基本上不存储能量。在该时段期间丄2和(3充电(重 置)。然后重复通/断循环。在一些实施例中，SFB转换器被配置成实施栅极抽取过程以减少关断功率损耗并 改进关断速度。图2D是说明被配置成当Sisb开关被关断时执行栅极电荷抽取(GCE)过程的 SFB转换器的实施例的示意图。在该实例中，设备250类似于图2A所示的设备200。使用 金属_氧化物场效应晶体管(MOSFET)来实施开关S1SB、S2B和S2s。驱动器DRl和DR2的输出 端与MOSFET的栅极耦合，从而提供关断和接通晶体管的开关信号。驱动器返回端子262和 264与它们各自MOSFET的源极耦合。在tQFF期间，施加在MOSFET Sisb栅极端子的电压下降 以将设备关断。然而，电感器Tia将保持其电流流动，因此使得电流268从栅极流到驱动器， 从而抽取累积在MOSFET的栅极-源极电容中的电荷。电流268因此被称为GCE电流。因 为电感器Tib耦合到Tia，所以在Tib中感应出电流270。电流270 (也被称为GCE感应电流) 在回路中以与电流268相反的方向流动。电流268和270相结合以形成关断电流。GCE过 程允许SFB转换器250具有快速的关断时间和低的关断损耗。在一些实施例中，SFB转换器包括换流矩阵以通过使用电容设置/重置过程来包 含寄生能量以改进转换器的接通特性。图2E是说明包括在图2A的SFB转换器200中的换 流矩阵的实施例的示意图。在所示的实例中，换流矩阵280包括一组二极管和电容器。换 流矩阵的节点B、C、E和F与SFB转换器200的节点B、C、E和F耦合。与电容器Ccoml, Ccom2 和C。。m3相关联的电压特性被表示为Eccoffll = Eccoffl2 = (Ein+E。ut)/2 ；和Eccom3= (Ein-Eout)/2。图3是说明与常规降压转换器的Sib开关以及比较而言相同的SFB转换器实施例 的Sisb开关相关联的接通或关断损耗比(K)的曲线图。在该实例中，将SFB转换器250的开 关Sisb的接通或关断损耗与常规降压转换器100的开关Sib的接通或关断损耗相比较。在该 实例中，转换器100和250被称为比较而言相同的，因为假设它们具有带有相同特性的开关 以及相同的Ein和I。ut。假设开关以相同的速率接通和关断。当开关接通(即开关被闭合) 时，在开关两端的电压不会瞬间降到零，因此引起接通损耗。当开关关断(即开关被断开) 时，通过开关的电流也不会瞬间降到零，并且还引起关断损耗。假设常规降压转换器100的 接通和关断损耗是1，如线300所示。SFB转换器250的接通损耗和降压转换器100的接通损耗的比的一阶近似被表示
10为KSFBon= 1/(2_D)3，其中D是开关信号的占空比。作为D的函数的损耗曲线在图中对应于曲线302。SFB转换器的关断损耗和降压转换器的关断损耗的比的一阶近似被表示为KSFBoff = a2/[2Ein2(2-D)],其中a对应于设备跨导特性并且Ein对应于转换器的输入电压。损耗曲线对应于 曲线304。SFB转换器的总(接通加上关断)损耗和降压转换器的总损耗的比的一阶近似被 表示为KSFBTotal 一 0. 5 (KSFBon+KSFBoff)。损耗曲线对应于曲线306。图4A是说明与降压转换器100的开关Sib相关联的接通和关断损耗的一阶近似的 曲线图。还说明了根据开关的占空比(D)的伴随开关电压、开关电流和开关功率特性和表 达式。图4B是说明与SFB转换器250的开关Sisb相关联的接通和关断损耗的一阶近似 以及根据开关的占空比(D)的伴随开关电压、开关电流和开关功率损耗特性和表达式的曲 线图。因为与SFB转换器250的开关Sisb相关联的操作电流Id显著低于与降压转换器100 的开关Sib相关联的操作电流ID，所以接通损耗显著降低。与接通Sisb相关联的接通功率损 耗的一阶近似是PLossSFBon =
· TtUffl_。n · f，其中Ein对应于转换器的输入电压，I。ut对应于转换器的输出电流。D对应于开关 信号的占空比，Tturn_。n对应于接通开关所需要的时间量，并且f对应于开关信号的频率。与关断Sisb相关联的关断功率损耗的一阶近似是PLossSFBoff = 0. 5a · [Iout/ (2_D) ] · TtUffl_。ff · f，其中a对应于设备跨导特性(其中在该实例中等于2伏特)，Iout对应于转换器的 输出电流，D对应于开关信号的占空比，Ttum_。ff对应于开关的关断时间，并且f对应于开关 信号的频率。存在若干其它SEPIC馈入降压转换器。图5A是利用伴随电压、电流和转移函数(M) 特性来说明单磁的磁耦合SEPIC馈入降压转换器的实施例的示意图。在该实例中示出的转 换器500包括磁耦合的降压转换部分和SEPIC部分。这些部分被说成是磁耦合的，因为在 Sisb被关断时，不存在用于将能量从SEPIC部分转移到负载的电通路；而是电感器1\。和Tid 充当将存储在SEPIC线圈Tia和Tib中的能量转移到负载的变压器。图5B利用伴随电压、电 流和SEPIC馈入降压转换器耦合特性来说明图5A的转换器500的磁结构。图5C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式来说明图5A的设备500的定时、电 压和电流特性的一组曲线图。图5D是说明在GCE过程期间SFB转换器的示意图。在该实例中示出的SFB转换 器550类似于图5A的转换器500。SFB转换器550被磁耦合。如在该图中所示出的那样， 当Sisb关断时，GCE电流568以与所感应的GCE电流570相反的方向流动，并且开关Sisb的 栅极-源极电容中的电荷被迅速移除。
图5E是说明包括在图5A的SFB转换器500中的换流矩阵的示意图。换流矩阵的 节点B、C和E与SFB转换器500的节点B、C、E耦合。与电容器Ccoml和Ccom2相关联的电压 特性被表示为Eccoffll = Eccoffl2 = (Ein+E。ut)/2。在一些实施例中，SFB被配置成多相转换器。图6A是利用伴随电压、电流和转移 函数(M)特性来说明多相磁耦合的单磁SFB转换器的实施例的示意图。再该实例中，转换 器600包括第一 SEPIC部分，其包括电感器Tia和Tib和开关Sis ；以及第二 SEPIC部分，其 包括电感器Tie和Tif和开关S2s。电感器SEPIC部分是磁耦合的。输入端和输出端通过包 括电感线圈的变压器而被隔离。转换器还包括第一降压转换器部分，其包括电感器Tic和 Tig和开关Sib ；以及第二降压转换器部分，其包括电感器Tid和Tih和开关S2B。降压转换器 部分中的电感器也是磁耦合的。开关Sisb将第一 SEPIC部分与第一降压转换器部分耦合， 开关S2sb将第二 SEPIC部分与第二降压转换器部分耦合。该换流矩阵类似于包括在转换器 中的图5E所示的换流矩阵。图6B是利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图6A的转换器600 的磁结构的图。图6C是利用伴随定时、电压和电流求和表达式来说明图6A的设备600的定时、电 压和电流特性的一组曲线图。用于开关Sisb和S2sb的开关信号具有相位偏移。用于开关Sib 和Sisb的开关信号彼此相反，并且用于开关S2b和S2sb的开关信号相反。控制开关S1sb、S1s和 Sib的第一开关信号相对于控制开关S2SB、S2s和S2b的第二开关信号具有相位偏移。第一开 关信号使得开关S1SB、Sis和Sib操作一致，以使得当Sisb闭合时，第一 SEPIC部分存储能量， 并且第一降压转换器部分将能量递送给负载并且存储能量；当Sisb断开时，第一 SEPIC部分 和第一降压转换器部分这二者都将能量递送给负载。第二开关信号使得开关S2SB、S2S和S2b 以相似的方式影响第二 SEPIC部分和第二降压转换器部分的操作。尽管上面的实例示出了 2相隔离的SFB转换器，但是一些转换器实施例被配置成 包括以相似方式耦合的附加SEPIC和降压转换器部分以产生N目SFB转换器。图7A是说明SFB转换器的另一个实施例的示意图。在该实例中，SFB转换器700 是磁耦合的。在各种实施例中，T1。和Tid可以被结合成单个导体或分离成多个导体。图7B 是利用伴随电压、电流和SEPIC馈入降压耦合特性来说明图7A的SFB转换器700的磁结构 的图。类似于图5E的换流矩阵可选地在节点B、C、和E处与转换器耦合。图7C是利用伴 随定时、电压和电流求和表达式来说明图7A的SFB转换器700的定时、电压和电流特性的 一组曲线图。如电流I2 (曲线图J)所示，在GCE过程期间SEPIC电感器之一 Tib原则上传导 电流。因此，SFB转换器700经历甚至比SFB转换器实施例200和500小的关断能量损耗。由于将电感线圈布置在SFB转换器中的方式的缘故，与常规降压转换器相比，SFB 转换器具有降低的传导损耗。图8A-8D是利用伴随电流特性和维度表达式说明常规降压转 换器和若干SFB转换器中的电感线圈。在图8A中，示出了降压转换器100的四个电感线圈 Tia，!^，!^，和！^。电感线圈共享相同的磁核。在图8B、图8C和图8D中也存在相同的磁线 圈，它们分别对应于SFB转换器200、500和700。降压转换器和SFB转换器的线圈在维度 上相同的，因为它们具有相同的磁核面积、窗口面积和匝数。然而，不同的转换器拓扑导致 通过各个线圈的不同电流量。假设转换器具有相同的输出功率并且包括具有相同电阻的线圈，因为电流值是不同的，所以耗散在线圈中的能量的量是不同的。图8E是说明常规降压转换器和SFB转换器的传导损耗比的图。该曲线图比较了 常规降压转换器100和SFB转换器200、500和700的损耗比。假设该转换器具有相同值的 分立部件并且具有相同的Ein和I。ut。假设开关以相同的速率接通和关断。根据占空比(D) 来表示传导损耗比⑷。假设降压转换器100的传导损耗比为1，如线800所示。SFB 200的传导损耗比被示为曲线802，并且被表示为K = 2 (1-D+D2) / (2-D)2SFB 500和700的传导损耗比是相同的。作为D的函数的比被示为曲线804，并且 被表示为K = (2-0. 5D)/(2_D)2。SFB转换器还具有较快的瞬态响应属性。与比较而言相同的常规降压转换器相比， 积分电感器(integrating inductor)的瞬态EMF(设置)伏秒(Et)和SFB转换器中的积 分电感器的MMF(重置)伏秒(Et) 二者都较低。图9是说明SFB转换器(例如SFB 200、 500、600或700)和规范降压转换器的电感器设置/重置比的曲线图。比率K根据传递函数 M来表示。假设常规降压转换器100的设置比和重置比都为1，其被示为线900。具有相同 无源部件值、输出以及开关占空比的SFB转换器的重置比被示为线902并且被表示为KSFBreset = [(1+Μ)/2]2，其中M = D/(2-D)。SFB转换器的设置比被示为线904，并且被表示为KSFBset = (1+Μ)/2。尽管为了清楚理解的目的已详细描述了前述实施例，但是本发明不限于所提供的 细节。存在实施本发明的许多替换方式。所公开的实施例是说明性的并且非限制性的。
1权利要求
一种单端初级电感转换器(SEPIC)馈入降压转换器，包括被配置成根据第一信号而断开或闭合的第一开关；与所述第一开关和能源耦合的SEPIC部分，所述SEPIC部分包括第一组一个或多个无源部件；以及与所述第一开关耦合的降压转换器部分，所述降压转换器部分包括第二组一个或多个无源部件；其中当所述第一开关闭合时，所述SEPIC部分被配置成将来自能源的能量存储在至少一些所述第一组无源部件中，并且将能量递送给降压部分，且所述降压转换器部分被配置成将能量递送给负载并且将能量存储在至少一些所述第二组无源部件中；当所述第一开关断开时，所述SEPIC部分被配置成将至少一些其存储的能量递送给所述负载，且所述降压转换器部分被配置成将至少一些其存储的能量递送给所述负载。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述降压转换器部分与所述SEPIC部分电耦合。
3.根据权利要求1所述的转换器，其中所述降压转换器部分与所述SEPIC部分磁耦合。
4.根据权利要求1所述的转换器，还包括控制器，其被配置为提供对应于所述第一信 号的控制信号。
5.根据权利要求1所述的转换器，其中所述SEPIC部分还包括与SEPIC部分相关联的 开关，其被配置成根据第二信号而断开或闭合。
6.根据权利要求1所述的转换器，其中所述降压转换器部分还包括与降压转换器部分 相关联的开关，其被配置成根据第二信号而断开或闭合。
7.根据权利要求6所述的转换器，还包括控制器，其被配置成提供对应于所述第二信 号的控制信号。
8.根据权利要求1所述的转换器，其中所述转换器的转移函数对应于D/(2-D)，其中D 对应于所述第一信号的占空比。
9.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一开关包括金属氧化物场效应晶体管 (MOSFET)。
10.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一开关包括晶体管，所述晶体管包括栅 极、源极和漏极。
11.根据权利要求10所述的转换器，还包括与所述第一开关耦合的驱动器；其中所述第一开关的源极和栅极形成栅极-源极电容；以及在所述晶体管的关断时段期间经由所述驱动器从所述栅极-源极电容抽取电荷。
12.根据权利要求11所述的转换器，其中所述第一组无源部件包括多个耦合电感器；在所述晶体管的关断时段期间，栅极电荷抽取(GCE)电流在所述晶体管和所述驱动器 之间流动，并且在所述电感器中感应出GCE感应电流；以及所述GCE电流和所述GCE感应电流处于相反的方向并且被结合以形成关断电流。
13.根据权利要求10所述的转换器，还包括与所述第一开关的栅极和源极耦合的驱动ο
14.根据权利要求10所述的转换器，还包括具有驱动器输出端子和驱动器返回端子的 驱动器，所述驱动器输出端子与所述第一开关的栅极耦合，且所述驱动器返回端子与所述2第一开关的源极耦合。
15.根据权利要求1所述的转换器，其中与接通所述第一开关相关联的接通功率损耗 PLoSSsFBon 的一阶近似是
· Tturn_。n · f，其中 Ein 对应于所述转换器 的输入电压，Eout对应于所述转换器的输出电压，Iout对应于所述转换器的输出电流，D对应 于所述第一信号的占空比，Ttum_。n对应于所述第一开关的接通时间，以及f对应于所述第一 信号的频率。
16.根据权利要求1所述的转换器，其中与断开所述第一开关相关联的关断功率损耗1LossSFBoff 的一阶近似是0. 5a · [Iout (2-D) ] · Ttim_。ff · f，其中a对应于设备跨导特性，I。ut对 应于所述转换器的输出电流，D对应于所述第一信号的占空比，Tturn_。ff对应于所述第一开关 的关断时间，以及f对应于所述第一信号的频率。
17.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一组无源部件包括第一电感器和第二电感器；当所述第一开关闭合时，所述SEPIC部分被配置成将能量存储在所述第一和第二电感 器中并且将能量递送给所述降压转换器部分；以及当所述第一开关断开时，所述SEPIC部分被配置成将至少一些存储在所述第一和第二 电感器中的能量递送给所述负载。
18.根据权利要求1所述的转换器，其中 所述第二组无源部件包括电感器；当所述第一开关闭合时，所述降压转换器部分被配置成将至少一些由所述SEPIC部分 递送的能量递送给所述负载并且将能量存储在所述电感器中；以及当所述第一开关断开时，所述降压转换器部分被配置成将至少一些存储在所述电感器 中的能量递送给所述负载。
19.根据权利要求1所述的转换器，还包括换流矩阵。
20.根据权利要求1所述的转换器，其中所述SEPIC部分是第一 SEPIC部分，并且所述降压转换器部分是第一降压转换器部分；所述转换器还包括被配置成根据第二信号而断开或闭合的第二开关；与所述第二开关和所述能源耦合的第二 SEPIC部分，所述第二 SEPIC部分包括第三组 无源部件；与所述第一降压转换器部分耦合的第二降压转换器部分，所述第二降压转换器部分包 括第四组一个或多个无源部件以及附加的与降压转换器相关联的开关；并且所述第一信号 和所述第二信号有相位偏移。
21.根据权利要求1所述的转换器，其中所述转换器具有一阶近似传导损耗比2(1-D+D2) / (2-D)2，1. 5 {[1- (D/. 75) ] + (D2/· 75)} / (2-D)2，或(2-0. 5D) / (2-D)2，其中 D 对应 于所述第一信号的占空比。
22.根据权利要求1所述的转换器，其中所述转换器具有大约[(1+Μ)/2]2的电感器重 置比KSFte_t，其中M = D/(2-D)并且D对应于所述第一信号的占空比。
23.根据权利要求1所述的转换器，其中所述转换器具有大约(1+Μ)/2的电感器设置比KSFBsrt，其中M = D/(2-D)并且D对应于所述第一信号的占空比。
24.—种DC-DC转换器，包括开关Sisb、开关S2b、开关S2s、电容器C2、电感器T1A、电感器T1B、电感器Tic ；其中 电感器Tia的第一端子与能源的第一端子耦合；电容器C2的第一端子、电感器Tia的第二端子以及开关Sisb的第一端子相耦合； 电感器1\。的第一端子、Sisb的第二端子以及S2b的第一端子相耦合； 电感器1\。的第二端子与S2s的第一端子耦合；电感器Tib的第一端子和S2b的第二端子被配置成与所述能源的第二端子耦合；以及 电容器C2的第二端子、电感器Tib的第二端子以及S2s的第二端子相耦合。
25.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，还包括电容器Cl和电容器C3；其中 电容器C1的第一端子与电感器Tia的第一端子耦合，并且电容器Cl的第二端子与电感器Tib的第一端子耦合；以及电容器C3的第一端子与电感器1\。的第二端子耦合，并且电容器C3的第二端子与电感 器Tib的第一端子耦合。
26.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，其中电感器T1A、Tib,Tic电感耦合。
27.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，其中电感器Tic的第二端子与负载耦合。
28.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，还包括与电感器Tia的第二端子、电感器Tic 的第一端子、以及Tib的第一端子以及电感器Tib的第二端子耦合的换流矩阵。
29.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，还包括电感器Tid，其中电感器Tid的第一端 子与开关S2b的栅极端子耦合，并且电感器Tid的第二端子与开关S2s的栅极端子耦合。
30.根据权利要求24所述的DC-DC转换器，还包括被配置成向开关Sisb提供信号的控 制器。
31.一种DC-DC转换器，包括开关Sisb、开关S2b、开关S2s、电容器C2、电感器T1A、电感器T1B、电感器T1C、电感器Tid，其中电感器Tia的第一端子与能源的第一端子耦合；电感器Tia的第二端子、电感器Tib的第一端子以及开关Sisb的第一端子相耦合； 电感器1\。的第一端子、电感器Tid的第一端子、开关Sisb的第二端子、开关S2b的第一端 子以及开关S2s的第一端子相耦合；电感器Tic的第二端子与电感器Tid的第二端子耦合；以及电容器C2的第二端子、开关S2b的第二端子以及开关S2s的第二端子相耦合。
32.根据权利要求31所述的DC-DC转换器，还包括电容器C1和电容器C3；其中 电容器C1的第一端子与电感器Tia的第一端子耦合，并且电容器C1的第二端子与电容器C2的第二端子耦合；以及电容器C3的第一端子与电感器1\。的第二端子耦合，并且电容器C3的第二端子与电容 器C2的第二端子耦合。
33.根据权利要求31所述的DC-DC转换器，其中电感器T1A、Tib,Tic和Tid电感耦合。
34.根据权利要求31所述的DC-DC转换器，其中电感器1\。的第二端子和Tid的第二端 子与负载耦合。
35.根据权利要求31所述的DC-DC转换器，还包括与电感器Tib的第二端子、电感器Tic 的第一端子、以及电容器C2的第二端子耦合的换流矩阵。
36.根据权利要求31所述的DC-DC转换器，还包括被配置成向开关Sisb提供信号的控 制器。
37.一种DC-DC转换器，包括Τ1Α、Τ1Β、T1C、T1D、T1E、T1F、T1G、 T1H、电容器C2、开关Sisb、开关S2sb、开关Sis、开关S2s、开关S1B、以及开关S2b ；其中 电感器Tia的第一端子、电感器Tif的第一端子以及能源的第一端子相耦合； 电感器Tia的第二端子、电感器Tib的第一端子以及开关Sisb的第一端子相耦合； 开关Sisb的第二端子、开关Sis的第一端子以及电感器Tic的第一端子相耦合； 电感器Tic的第二端子与电感器Tid的第一端子耦合； 电容器C2的第一端子、开关Sis的第二端子以及S2s的第一端子相耦合； 电感器Tid的第二端子、开关S2sb的第一端子以及S2s的第二端子相耦合； 电感器Tie的第二端子与电感器Tif的第二端子耦合； 开关Sib的第一端子与电感器Tie的第一端子耦合； 开关S2b的第一端子与电感器Tih的第一端子耦合； 开关Sib的第二端子和开关S2b的第二端子耦合到第一输出端子； 电感器Tie的第二端子和电感器Tih的第二端子耦合到第二输出端子；以及 电感器T1C、电感器T1D、电感器Tie和电感器Tih磁耦合。
38.根据权利要求37所述的DC-DC转换器，还包括电容器C1和电容器C3；其中 电容器C1的第一端子与电感器Tia的第一端子耦合，并且电容器C1的第二端子与接地端子耦合；以及电容器C3的第一端子与第一输出端子耦合，并且电容器C3的第二端子与第二输出端子 華禹合。
39.根据权利要求37所述的DC-DC转换器，其中电感器Tia和Tib电感耦合。
40.根据权利要求37所述的DC-DC转换器，其中所述第一输出端子和所述第二输出端 子与负载耦合。
41.根据权利要求37所述的DC-DC转换器，还包括与节点B、节点C和节点E耦合的换流矩阵。
42.根据权利要求37所述的DC-DC转换器，还包括被配置成向开关Sisb提供信号的控 制器。
43.一种DC-DC转换器，包括开关Sisb、开关S2B、电容器C2、电感器T1A、电感器T1B、电感器Tic ；其中 电感器Tia的第一端子与能源的第一端子耦合；电感器Tia的第二端子、电感器Tib的第一端子以及开关Sisb的第一端子相耦合；开关Sisb的第二端子、电感器Tic的第一端子以及开关S2b的第一端子相耦合；电感器1\。的第二端子与第一输出端子耦合；电容器C2的第一端子与电感器Tib的第二端子耦合；以及电容器C2的第二端子、开关S2b的第二端子与第二输出端子耦合。
44.根据权利要求43所述的DC-DC转换器，还包括电感器Tid，其中电感器Tid的第一端 子与电感器1\。的第一端子耦合，并且电感器Tid的第二端子与电感器1\。的第二端子耦合。
45.根据权利要求43所述的DC-DC转换器，还包括电容器Cl和电容器C3；其中 电容器C1的第一端子与电感器Tia的第一端子耦合，并且电容器Cl的第二端子与第二输出端子耦合；以及电容器C3的第一端子与电感器1\。的第二端子耦合，并且电容器C3的第二端子与第二 输出端子耦合。
46.根据权利要求43所述的DC-DC转换器，其中所述第一输出端子与负载耦合。
47.根据权利要求43所述的DC-DC转换器，还包括与电感器Tia的第二端子、电感器Tic 的第一端子、以及第二输出端子耦合的换流矩阵。
48.根据权利要求43所述的DC-DC转换器，还包括被配置成向开关Sisb提供信号的控 制器。
全文摘要
一种单端初级电感转换器(SEPIC)馈入降压转换器包括被配置成根据第一信号而断开或闭合的第一开关；与所述第一开关和能源耦合的SEPIC部分，所述SEPIC部分包括第一组一个或多个无源部件；与所述第一开关耦合的降压转换器部分，所述降压转换器部分包括第二组一个或多个无源部件。当所述第一开关闭合时，所述SEPIC部分被配置成将来自能源的能量存储在至少一些所述第一组无源部件中，并且将能量递送给降压部分，且所述降压转换器部分被配置成将能量递送给负载并且将能量存储在至少一些所述第二组无源部件中。当所述第一开关断开时，所述SEPIC部分被配置成将至少一些其存储的能量递送给所述负载，且所述降压转换器部分被配置成将至少一些其存储的能量递送给所述负载。
文档编号G05F1/00GK101952786SQ200880126109
公开日2011年1月19日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年12月4日
发明者F·O·巴索尔德 申请人:加州动力研究公司