三路功率转换器的制作方法

本文涉及功率转换器。特别地，本文涉及提高功率转换器的功率效率，特别是用于便携式应用，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等。

背景技术：

1、便携式应用的高压充电器可能有多个输入，例如，来自usb/适配器(有线的)或来自(无线的)pad。充电器可以配置为执行双向转换。当输入电压vin和输出电压vout(也可称为电池电压vbatt)交换时，以及当充电器在vin引脚处产生较高的电压(视为输出功率)——其源自vbatt引脚(视为输入功率)——时，可以使用反向升压功能。在这种模式下，它可以用作第二电池和/或设备的“高压充电器”。

2、通过集成越来越多的功能，便携式设备变得越来越耗电。在这种情况下，可使用更高容量的电池，这样设备在充电事件之间能持续更长久。此外，更短的充电周期可改善用户体验。这两个方面都需要通过提高电池充电功率(例如，在不久的将来，从5w到20w，再到50w-100w)来实现更快的充电。

3、可采取不同的方面来解决上述的技术问题：

4、·将多个电池并联连接，以增加设备内可用的功率容量；

5、·增加用于给电池充电的输入电压，同时将通过适配器电缆的输入电流保持在低至2a的合理水平，从而提供更高的充电功率(例如在2a的电缆电流下20v的输入电压可为电池系统提供40w的功率)。

6、今天的大多数设备都以输入连接器的最大3a为目标，因为这是由成本较低的usb-c标准定义的。

7、·提高用作充电器的dc/dc转换器的效率，以便将设备内部的整体功率损失保持在合理的水平，同时增加充电功率以更快的充电。本文解决了为便携式应用提供特别有效的高压充电器的技术问题。

技术实现思路

1、根据一个方面，描述了一种功率转换器(用在充电器内)，其包括

2、·电感器，其布置在功率转换器的sw节点和输出节点之间；

3、·第一功率开关，其具有耦合到功率转换器的输入节点的第一节点，并具有第二节点；

4、·第二功率开关，其具有耦合到第一功率开关的第二节点的第一节点，并具有第二节点；

5、·第三功率开关，其具有第一节点，并具有耦合到输出节点的第二节点；

6、·第四功率开关，其具有耦合到sw节点的第一节点并具有第二节点；

7、·第六功率开关，其具有耦合到第四功率开关的第二节点的第一节点，并具有耦合到功率转换器的参考节点的第二节点；

8、·第一飞跨电容器，其布置在第一开关的第二节点和第六开关的第一节点之间；

9、·第三飞跨电容器，其布置在第三开关的第一节点和第四开关的第二节点之间；

10、·第七功率开关，其具有耦合到功率转换器的输入节点的第一节点，并具有第二节点；

11、·第八功率开关，其具有耦合到第七功率开关的第二节点的第一节点，并具有第二节点；

12、·第九功率开关，其具有第一节点，并具有耦合到输出节点的第二节点；

13、·第十功率开关，其具有耦合到sw节点的第一节点并具有第二节点；

14、·第十二功率开关，其具有耦合到第十功率开关的第二节点的第一节点，并具有耦合到功率转换器的参考节点的第二节点；

15、●第二飞跨电容器，其布置在第七开关的第二节点和第十二开关的第一节点之间；和

16、●第四飞跨电容器，其布置在第九开关的第一节点和第十开关的第二节点之间。

17、第二开关的第二节点耦合到第九开关的第一节点，并且第八开关的第二节点耦合到第三开关的第一节点。

18、根据另一方面，描述了用于功率转换器的操作的方法，其中，功率转换器设计成如本文中所概述的。该方法包括在第一操作的模式中操作功率转换器，以根据转换率提供输入节点处的输入电压到输出节点处的输出电压的转换。该第一操作的模式包括用于该第一操作的模式的一个(特别是每个)操作周期的该功率转换器的不同状态的序列。

19、根据再一方面，描述了一种软件程序。该软件程序可适于在处理器上执行，并且当在处理器上执行时适于执行本文中概述的方法步骤。

20、根据另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可以包括软件程序，该软件程序适于在处理器上执行，并且当在处理器上执行时适于执行本文中概述的方法步骤。

21、根据再一方面，描述了一种计算机程序产品。该计算机程序可以包括可执行指令，该可执行指令用于，当在计算机上执行时，执行本文中概述的方法步骤。

22、应当注意的是，包括其如本文中概述的优选实施例的方法和系统可以单独使用，也可以与本文中公开的其他方法和系统组合使用。此外，在系统的上下文中概述的特征也适用于对应的方法。此外，本文中概述的方法和系统的所有方面可以任意组合。具体地，权利要求的特征可以任意方式相互组合。

23、在本文中，术语“耦合”或“耦合的”是指元件处于彼此电气通信，无论是直接连接(例如通过电线)，还是以某种其他方式。

技术特征：

1.一种功率转换器，其包括：

2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述功率转换器通过下述项对称：

3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中：

4.根据权利要求3所述的功率转换器，其中：

5.根据权利要求3所述的功率转换器，其中所述第一操作的模式使得横跨所述飞跨电容器的电压被设置为(vin+vout)/2或vout，其中vin为所述输入节点处的所述输入电压，vout为所述输出节点处的所述输出电压。

6.根据权利要求3所述的功率转换器，其中：

7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中：

8.根据权利要求7所述的功率转换器，其中：

9.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括所述第一状态，随后是所述第二状态，随后是所述第三状态，随后是所述第二状态。

10.根据权利要求9所述的功率转换器，其中所述控制单元配置成根据所述转换率和/或根据所述输入电压和/或根据所述输出电压，设置所述第一状态的和/或所述第二状态的持续时间。

11.根据权利要求10所述的功率转换器，其中所述功率转换器包括配置成设置所述第二状态的持续时间的调节回路。

12.根据权利要求7所述的功率转换器，其中所述控制单元配置成在第一谐振操作的模式中操作所述功率转换器，其中所述第一谐振操作的模式具有的状态的序列仅包括所述第一状态和所述第三状态。

13.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述控制单元配置成：

14.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述功率转换器还包括：

15.根据权利要求14所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括第五状态，在所述第五状态期间：

16.根据权利要求14所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括第六状态，在所述第六状态期间：

17.根据权利要求14所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括第四状态，在所述第四状态期间：

18.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述功率转换器还包括：

19.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括第七状态，在所述第七状态期间：

20.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述状态的序列包括第八状态，在所述第八状态期间：

21.根据权利要求20所述的功率转换器，其中：

22.根据权利要求21所述的功率转换器，其中：

23.一种方法，用于根据权利要求1所述的功率转换器的操作，

技术总结
一种功率转换器，其包括电感器、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第六功率开关、第一飞跨电容器、第三飞跨电容器、第七功率开关、第八功率开关、第九功率开关、第十功率开关、第十二功率开关、第二飞跨电容器和第四飞跨电容器。

技术研发人员：索林·劳伦提乌·涅格鲁,萨宾·埃夫蒂米耶
受保护的技术使用者：瑞萨设计（英国）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17