直流变换装置和供电系统的制作方法

本技术涉及，尤其涉及一种直流变换装置和供电系统。

背景技术：

1、在为人工智能芯片等运算能力很强的芯片供电，或者为芯片里的模拟电路和数字电路供电的场景中，与之对应的实现快速动态响应和高功率密度的电源要求也随之增加。在需要提供低压大电流输出的直流变换场景下，通常采用直流至直流(direct current/direct current，dc/dc)转换装置实现母线电压到负载电压的降压以及大电流输出。目前，常用的直流变换装置通过将开关电容与串联电容降压式转换电路(series capacitorbuck，scb)结合的方式来实现降压和大电流输出的需求。比如，采用开关电容与多相串联电容降压式转换电路级联的方案，可以实现快速动态响应和高功率密度的电源要求。然而，目前的直流变换装置采用的电路拓扑工作效率较低，直流变换装置输入或者输出电压范围受限制，电压转换效率低。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种直流变换装置和供电系统，可实现高效、大变比的输入电压至输出电压转换，直流变换装置输入或者输出电压范围更广，电压转换效率高。

2、第一方面，本技术提供了一种直流变换装置，该直流变换装置包括多个串联的开关电容单元，其中，多个开关电容单元中任一开关电容单元可以通过一个变压单元与输出电容的一端相连，输出电容的另一端接地，任意两个相连的开关电容单元的连接端与第一电容的一端相连，第一电容的另一端通过第一开关管接地，并通过第二开关管与输出电容的一端相连。

3、在本技术中，直流变换装置中各个开关电容单元均与一个变压单元连接，且各变压单元的输出端与输出电容的一端相连。各变压单元可以从对应的开关电容单元取电，并基于开关电容单元提供的电能进行电压变换并输出至输出电容。上述直流变换装置可以实现高效、大变比的输入电压至输出电压的转换，比如48v至1v或者24v至1v的一级变换，直流变换装置输入或者输出电压范围更广，电压转换效率高。

4、在一种可能的实现方式中，任一开关电容单元包括第三开关管和第四开关管，第三开关管的一端和/或第四开关管的一端用于连接其他开关电容单元，第三开关管的另一端和第四开关管的另一端相连，第三开关管和第四开关管的连接端通过一个第二电容和一个第一电感与第五开关管的一端、第六开关管的一端相连，第五开关管的另一端接地，第六开关管的另一端连接变压单元的一端。这里，直流变换装置中各个开关电容单元均与一个变压单元连接可以将装置模块化，易于直流变换装置在大电流应用中的扩展，直流变换装置的电路拓扑可以根据实际负载特性进行单元的增减，设计灵活。

5、在一种可能的实现方式中，直流变换装置包括控制器，控制器用于，控制第一开关管和第二开关管互补导通，并控制多个开关电容单元和多个变压单元包含的开关管导通或者关断，使得多个开关电容单元和/或多个变压单元向输出电容充电。这里，控制器可以向开关电容单元和变压单元分别发送对应的控制信号以控制开关电容单元和变压单元包含的开关管，使得开关电容单元和变压单元之间的控制无耦合，无需对开关电容单元或者变压单元调整控制策略，直流变换装置适用性强。

6、在一种可能的实现方式中，多个串联的开关电容单元中首位开关电容单元的第三开关管的一端用于连接直流电源。多个串联的开关电容单元中末位开关电容单元的第四开关管的一端、变压单元的另一端用于连接输出电容的一端。

7、在一种可能的实现方式中，多个串联的开关电容单元中首位开关电容单元的第三开关管的一端、变压单元的另一端用于连接输出电容的一端，多个串联的开关电容单元中末位开关电容单元的第四开关管的一端用于连接直流电源。

8、在一种可能的实现方式中，控制器用于，控制第一开关管、第三开关管和第六开关管导通，并控制第二开关管、第四开关管和第五开关管关断，使得第一电容的电压下降，第二电容的电压上升。或者，控制第一开关管、第三开关管和第六开关管关断，并控制第二开关管、第四开关管和第五开关管导通，使得第一电容的电压上升，第二电容的电压下降。这里，控制器向开关电容单元发送对应的控制信号以控制开关电容单元包含的开关管，开关管控制简单，可以实现降压大电流输出。

9、在一种可能的实现方式中，控制器用于，控制第一开关管、第三开关管和第六开关管导通，并控制第二开关管、第四开关管和第五开关管关断，使得第一电容的电压上升，第二电容的电压下降。或者，控制第一开关管、第三开关管和第六开关管关断，并控制第二开关管、第四开关管和第五开关管导通，使得第一电容的电压下降，第二电容的电压上升。这里，控制器向开关电容单元发送对应的控制信号以控制开关电容单元包含的开关管，开关管控制简单。

10、在一种可能的实现方式中，变压单元包括第七开关管，第七开关管的一端与第六开关管的另一端相连，第七开关管与第六开关管的连接端通过一个第三电容接地，第七开关管的另一端通过第二电感连接输出电容的一端，第七开关管与第二电感的连接端通过一个第八开关管接地。这里，直流变换装置中各个开关电容单元均与一个变压单元连接可以将装置模块化，易于直流变换装置在大电流应用中的扩展，直流变换装置的电路拓扑可以根据实际负载特性进行单元的增减，设计灵活。

11、在一种可能的实现方式中，变压单元包括第七开关管，第七开关管的一端通过第二电感与第六开关管的另一端以及第三电容的一端相连，第七开关管的一端通过第四电容与第三电感的一端相连，第三电容的另一端、第七开关管的另一端和第三电感的另一端接地，第四电容和第三电感的连接端通过第八开关管连接输出电容的一端。这里，直流变换装置中各个开关电容单元均与一个变压单元连接可以将装置模块化，易于直流变换装置在大电流应用中的扩展，直流变换装置的电路拓扑可以根据实际负载特性进行单元的增减，设计灵活。

12、在一种可能的实现方式中，变压单元包括第三电容，第三电容并联在串联的第七开关管和第八开关管两端，第三电容与第七开关管的连接端与第六开关管的另一端相连，第三电容与第八开关管的连接端接地，第七开关管和第八开关管的连接端连接第二电感的一端，第二电感的另一端通过第九开关管连接输出电容的一端，第二电感的另一端通过第十开关管连接第八开关管的一端并接地。这里，直流变换装置中各个开关电容单元均与一个变压单元连接可以将装置模块化，易于直流变换装置在大电流应用中的扩展，直流变换装置的电路拓扑可以根据实际负载特性进行单元的增减，设计灵活。

13、第二方面，本技术提供了一种供电系统，该供电系统包括上述第一方面以及第一方面中任一种可能的实现方式中的直流变换装置以及负载点电源，直流变换装置的一端用于连接直流电源，直流变换装置的另一端用于通过负载点电源与负载连接。这里，直流变换装置中各个开关电容单元可以均与一个变压单元连接，且变压单元的输出端与输出电容的一端相连。各变压单元可以从对应的开关电容单元取电，并基于开关电容单元提供的电能进行降压变换并输出至输出电容。上述直流变换装置可以实现高效、大变比的输入电压至输出电压的转换，直流变换装置输入或者输出电压范围更广，电压转换效率高。

14、在一种可能的实现方式中，供电系统包括功率变换电路，直流变换装置的另一端通过功率变换电路与负载点电源连接。

15、在一种可能的实现方式中，供电系统包括功率变换电路，直流变换装置的一端通过功率变换电路与直流电源连接。