多相变换器及电源系统的制作方法

    专利查询2026-08-27  4


    本发明涉及变换器,尤其是涉及一种多相变换器及电源系统。


    背景技术:

    1、随着数据中心的快速发展,尤其是人工智能技术的发展,xpu核心芯片越来越大,算力和功耗越来越强,对供电变化器的要求也逐渐增加:(1)输出电流大,且负载电流变化快,要求变换器具有在不同负载情况下较高的效率;(2)输出电压低,且为避免电压纹波干扰数字电路逻辑,要求变换器输出电压纹波低;(3)xpu对面积需求更大,需要降低变换器体积,其中主要是减少无源元件的体积。

    2、传统单相dc/dc,通过上下两个晶体管串联构建电能转换单元。利用上下两个晶体管(通常是mosfet)通过控制其开通和关断,配合电感、电容等无源元件,实现直流电压的转换。存在以下技术问题:

    3、1.轻载下效率低;传统的方案在轻载或无载条件下,由于固定损耗(如导通电阻损耗、控制电路损耗等)占总损耗的比例增大,使得变换器的效率降低。单相dc/dc变换器在轻载时,开关损耗与导通损耗相比占比较大,尤其是控制电路的静态功耗不易被负载分摊,导致整体效率不高。

    4、2.纹波较大:由于只有一个转换阶段,输出电流和电压的纹波频率等于开关频率,且没有其他相位的电流来互相抵消纹波。因此,在没有额外滤波措施的情况下,输出纹波相对较大,这对敏感的数字电路或精密测量设备可能产生干扰。

    5、3.体积大:单相dc/dc变换器为了滤除较大的纹波,通常需要较大的滤波电容和电感,这直接导致整个变换器的体积增大。尤其是在需要低纹波输出的应用中,滤波组件的尺寸和重量成为设计上的挑战。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种多相变换器及电源系统,能够提高负载高动态范围下的高效率,降低纹波电压,降低换流器体积,提高功率密度,提高动态响应速度。

    2、第一方面,本发明提供了一种多相变换器,其中,该多相变换器包括:多个变换支路,每个变换支路之间并联;其中,每个变换支路中包括第一开关器件和第二开关器件,第一开关器件的第一端与多相变换器的输入端连接,第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端连接;第二开关器件的第二端接地。

    3、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第一种实施方式,其中,每个变换支路的第一开关器件的第一端通过第一衬底连接;每个变换支路的第二开关器件的第二端通过第二衬底连接。

    4、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第二种实施方式,其中,多相变换器还包括第一金属层和第二金属层;第一金属层用于将第一衬底和第一开关器件的第一端之间的电性连接扩展至第一开关器件表面;第二金属层用于将第二衬底和第二开关器件的第二端之间的电性连接扩展至第二开关器件表面。

    5、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第三种实施方式,其中,第一开关器件的第二端与第一开关节点相连,形成第一开关端口;第二开关器件的第一端与第二开关节点相连,形成第二开关端口。

    6、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第四种实施方式,其中,第一开关器件的第二端通过封装结构与第二开关器件的第一端连接。

    7、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第五种实施方式,其中,第一开关器件和/或第二开关器件为gan功率器件。

    8、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第六种实施方式,其中,变换支路还包括电感和电容;电感和电容串联连接,构成串联支路;串联支路与第二开关器件并联。

    9、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第七种实施方式,其中,电感和电容的连接点与多相变换器的输出端连接。

    10、结合第一方面,本发明实施例提供第一方面的第八种实施方式,其中,第一衬底和/或第二衬底为低阻si衬底。

    11、第二方面,本发明实施例提供一种电源系统,该电源系统配置上述多相变换器。

    12、本发明实施例带来了以下有益效果:本发明实施例提供了一种多相变换器及电源系统,包括并联连接的多个变换支路,并联的变换支路可以实现第一开关器件和第二开关器件之间的交错并联,进而在不同负载情况下,通过控制第一开关器件和第二开关器件,可以实现负载高动态范围下的高效率。且,由于多相并联设计,可以使各相的开关动作在时间上交错分布,它们产生的纹波会在输出端相互抵消。这意味着任何单一相所产生的纹波电流或电压与相邻相的相应纹波相位错开,总体上减少了输出纹波的幅度,提升了负载电压的稳定性,这对精密电路尤其重要。

    13、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,或者,部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定,或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

    14、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施方式,并配合所附附图,作详细说明如下。



    技术特征:

    1.一种多相变换器,其特征在于,包括:多个变换支路,每个所述变换支路之间并联;

    2.根据权利要求1所述的多相变换器,其特征在于,每个所述变换支路的第一开关器件的第一端通过第一衬底连接;每个所述变换支路的第二开关器件的第二端通过第二衬底连接。

    3.根据权利要求2所述的多相变换器,其特征在于,所述多相变换器还包括第一金属层和第二金属层;

    4.根据权利要求1所述的多相变换器,其特征在于,所述第一开关器件的第二端与第一开关节点相连,形成第一开关端口;

    5.根据权利要求1所述的多相变换器,其特征在于,所述第一开关器件的第二端通过封装结构与所述第二开关器件的第一端连接。

    6.根据权利要求1所述的多相变换器,其特征在于,所述第一开关器件和/或所述第二开关器件为gan功率器件。

    7.根据权利要求1所述的多相变换器,其特征在于,所述变换支路还包括电感和电容;

    8.根据权利要求7所述的多相变换器,其特征在于,所述电感和所述电容的连接点与所述多相变换器的输出端连接。

    9.根据权利要求2所述的多相变换器,其特征在于,所述第一衬底和/或所述第二衬底为低阻si衬底。

    10.一种电源系统,其特征在于,配置有权利要求1-9任一项所述的多相变换器。


    技术总结
    本发明提供了一种多相变换器及电源系统,涉及变换器技术领域,其中,多相变换器包括:多个变换支路,每个变换支路之间并联;其中,每个变换支路中包括第一开关器件和第二开关器件,第一开关器件的第一端与多相变换器的输入端连接,第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端连接;第二开关器件的第二端接地。其中,并联的变换支路可以实现第一开关器件和第二开关器件之间的交错并联,进而在不同负载情况下,通过控制第一开关器件和第二开关器件,可以实现负载高动态范围下的高效率。基于该设计,可以使各相的开关动作在时间上交错分布,它们产生的纹波会在输出端相互抵消。总体上减少了输出纹波的幅度,提升负载电压的稳定性。

    技术研发人员:李思超,沈晓安
    受保护的技术使用者:湖北九峰山实验室
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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