【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電壓轉(zhuǎn)換，具體涉及一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)介紹
1、隨著人工智能和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的電力消耗也在快速增長(zhǎng)。為節(jié)約能耗，采用傳統(tǒng)的12v分布式供電架構(gòu)逐漸被更高電壓等級(jí)(比如48v)的供電架構(gòu)所取代。
2、目前數(shù)據(jù)中心中的cpu/gpu/dram/asic等內(nèi)核工作電壓隨著芯片工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步已低至0.5v，并有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)。以48v母線電壓為例，在考慮到±25%的電壓波動(dòng)范圍情況下，最高輸入電壓為60v。因此極端情況下，需要有較高的電壓轉(zhuǎn)換比(120：1)，而這對(duì)芯片供電的電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)。
3、傳統(tǒng)的buck轉(zhuǎn)換器拓?fù)湟蚱浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用于降壓轉(zhuǎn)換器中，但是若將其應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心中的高電壓轉(zhuǎn)換比的轉(zhuǎn)換器里，開關(guān)管占空比僅約0.83%。極小的占空比不僅不利于轉(zhuǎn)換器輸出電壓的精確控制，還會(huì)導(dǎo)致流過(guò)整流開關(guān)管的電流有效值較大，降低轉(zhuǎn)換效率。
4、如圖1所示，圖1所示電路是一種應(yīng)用于高電壓轉(zhuǎn)換比的6階雙電感混合dickson(dual-inductor?hybrid?dickson，dih)轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌?階dickson開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器和buck轉(zhuǎn)換器。圖1所示電路利用dickson開關(guān)電容網(wǎng)格對(duì)輸出電壓進(jìn)行預(yù)降壓，在電容c1-c5的隔直作用下，與輸出電感相連的開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓擺幅為輸入電壓vin的1/6，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)占空比6倍擴(kuò)展。同理，n階雙電感混合dickson轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)n倍的占空比擴(kuò)展量。
5、在60v轉(zhuǎn)換0.5v要求
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于
技術(shù)介紹
的不足，本專利技術(shù)是提供了一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有用于數(shù)據(jù)中心中的電壓轉(zhuǎn)換器在大量增加電路面積和器件數(shù)量的情況下才能提高電壓轉(zhuǎn)換比。
2、為解決以上技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，包括第一飛夸電容、四個(gè)第一開關(guān)管串聯(lián)形成的開關(guān)支路、dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元和開關(guān)電感單元；
3、所述開關(guān)支路的首級(jí)第一開關(guān)管的輸入端用于輸入電壓vin，所述開關(guān)支路的第二級(jí)的第一開關(guān)管的輸入端與第一飛夸電容一端電連接，所述開關(guān)支路的第三級(jí)的第一開關(guān)管的輸出端與所述第一飛夸電容另一端電連接；
4、所述dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元與所述開關(guān)支路的第二級(jí)的第一開關(guān)管的輸出端電連接，用于對(duì)輸入的電壓vin進(jìn)行降壓；
5、所述開關(guān)電感單元與所述dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元電連接，用于調(diào)整所述電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比大小。
6、在某種實(shí)施方式中，所述第一開關(guān)管為nmos管。
7、在某種實(shí)施方式中，dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元包括n-1個(gè)依次串聯(lián)的第二開關(guān)管，n為大于2的正整數(shù)，首級(jí)第二開關(guān)管的輸入端與所述開關(guān)支路的第二級(jí)的第一開關(guān)管的輸出端電連接；
8、當(dāng)n的偶數(shù)時(shí)，沿第二開關(guān)管的串聯(lián)方向，位于奇數(shù)位置的第二開關(guān)管的輸入端分別電連接有第二飛夸電容；位于偶數(shù)位置的第二開關(guān)管的輸入端分別電連接有第三飛夸電容；所有第三飛夸電容另一端與末級(jí)第二開關(guān)管的輸出端電連接，所述第三飛夸電容另一端互相電連接；
9、當(dāng)n的奇數(shù)時(shí)，沿第二開關(guān)管的串聯(lián)方向，除了末級(jí)的第二開關(guān)管，位于奇數(shù)位置的第二開關(guān)管的輸入端分別電連接有第四飛夸電容；位于偶數(shù)位置的第二開關(guān)管的輸入端分別電連接有第五飛夸電容；所有第四飛夸電容另一端均與末級(jí)第二開關(guān)管的輸出端電連接，所有第五飛夸電容另一端互相電連接。
10、在某種實(shí)施方式中，所述第二開關(guān)管為nmos管。
11、在某種實(shí)施方式中，所述開關(guān)電感單元包括電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；
12、當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，所述電感l(wèi)1一端分別與第三開關(guān)管的輸入端和末級(jí)第二開關(guān)管的輸出端電連接，所述電感l(wèi)2另一端分別與第四開關(guān)管的輸入端和第二飛夸電容另一端電連接，所述第三開關(guān)管的輸出端和第四開關(guān)管的輸出端均接地，所述電感l(wèi)1另一端和電感l(wèi)2另一端電連接；
13、當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，所述電感l(wèi)1一端分別與第三開關(guān)管的輸入端和第五飛夸電容另一端電連接，所述電感l(wèi)2另一端分別與第四開關(guān)管的輸入端和末級(jí)第二開關(guān)管的輸出端電連接，所述第三開關(guān)管的輸出端和第四開關(guān)管的輸出端均接地，所述電感l(wèi)1另一端和電感l(wèi)2另一端電連接。
14、在某種實(shí)施方式中，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為nmos管。
15、在某種實(shí)施方式中，所述電感l(wèi)1另一端還連接有濾波單元。
16、在某種實(shí)施方式中，所述濾波單元包括電阻ro和電容co，所述電阻ro一端和電容co一端均與電感l(wèi)1另一端電連接，所述電阻ro另一端和電容co另一端均接地。
17、在某種實(shí)施方式中，n為6。
18、在某種實(shí)施方式中，將所有的第二開關(guān)管沿串聯(lián)方向分別記為s1、s2……sn-1，將所述第三開關(guān)管記為sn，將第四開關(guān)管記為sn+1，將四個(gè)第一開關(guān)管沿串聯(lián)方向分別記為sn+2、sn+3、sn+4和sn+5；
19、所述電壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)工作周期包括四個(gè)工作相位，
20、在工作相位φ1時(shí)，標(biāo)號(hào)為偶數(shù)的s對(duì)應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，標(biāo)號(hào)為奇數(shù)的s對(duì)應(yīng)的開關(guān)管關(guān)斷；
21、在工作相位φ2時(shí)，sn和sn+1對(duì)應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷；
22、在工作相位φ3時(shí)，標(biāo)號(hào)為偶數(shù)的s對(duì)應(yīng)的開關(guān)管關(guān)斷，標(biāo)號(hào)為奇數(shù)的s對(duì)應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通；
23、在工作相位φ2時(shí)，sn和sn+1對(duì)應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。
24、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果是：相比較現(xiàn)有的dih電壓轉(zhuǎn)換器，本專利技術(shù)通過(guò)設(shè)置開關(guān)支路以及第一飛夸電容，從而在只需增加幾個(gè)開關(guān)管和一個(gè)飛夸電容的基礎(chǔ)上能增加本專利技術(shù)的電壓轉(zhuǎn)換比。
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1.一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括第一飛夸電容、四個(gè)第一開關(guān)管串聯(lián)形成的開關(guān)支路、Dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元和開關(guān)電感單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一開關(guān)管為NMOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，Dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元包括N-1個(gè)依次串聯(lián)的第二開關(guān)管，N為大于2的正整數(shù)，首級(jí)第二開關(guān)管的輸入端與所述開關(guān)支路的第二級(jí)的第一開關(guān)管的輸出端電連接；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二開關(guān)管為NMOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開關(guān)電感單元包括電感L1、電感L2、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為NMOS管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電感L
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述濾波單元包括電阻Ro和電容Co，所述電阻Ro一端和電容Co一端均與電感L1另一端電連接，所述電阻Ro另一端和電容Co另一端均接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，N為6。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，將所有的第二開關(guān)管沿串聯(lián)方向分別記為S1、S2……SN-1，將所述第三開關(guān)管記為SN，將第四開關(guān)管記為SN+1，將四個(gè)第一開關(guān)管沿串聯(lián)方向分別記為SN+2、SN+3、SN+4和SN+5；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括第一飛夸電容、四個(gè)第一開關(guān)管串聯(lián)形成的開關(guān)支路、dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元和開關(guān)電感單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一開關(guān)管為nmos管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，dickson開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)單元包括n-1個(gè)依次串聯(lián)的第二開關(guān)管，n為大于2的正整數(shù)，首級(jí)第二開關(guān)管的輸入端與所述開關(guān)支路的第二級(jí)的第一開關(guān)管的輸出端電連接；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二開關(guān)管為nmos管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種dickson結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開關(guān)電感單元包括電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李茂，柴偉忠，唐文波，張滿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：無(wú)錫華眾芯微電子有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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