本發(fā)明屬于高頻電源，尤其涉及一種功率變換裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著人工智能的發(fā)展，人工智能數(shù)據(jù)處理芯片，如cpu、gpu、tpu等等(統(tǒng)稱xpu)的功率要求越來越高，使得服務(wù)器功率大增，使得服務(wù)器系統(tǒng)板的供電電壓從12v上升到48v。在服務(wù)器系統(tǒng)板供電電壓為48v的應(yīng)用場合，兩級降壓電路架構(gòu)逐步變成主流。

2、兩級降壓電路架構(gòu)中的中間母線變換裝置是用來實現(xiàn)輸入母線與輸出母線之間電壓變換的變換裝置，包含輸入電壓和輸出電壓之比為固定增益比或不固定增益比兩種。固定增益比的中間母線變換裝置，將服務(wù)器主板的40～60v范圍的輸入電壓，按4:1或8:1或12:1的比例降壓為輸出電壓，供給人工智能芯片供電的電壓調(diào)節(jié)器負載。隨著服務(wù)器主板上的耗電越來越大了，該固定增益比的中間母線變換裝置需要提供的功率也越來越大了，對功率密度及變換效率的要求越來越高。

3、本發(fā)明提出了一種高功率密度及高變換效率的固定增益比輸出的功率變換裝置的解決方案，包含功率開關(guān)的驅(qū)動電路及功率器件的布局。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種功率變換裝置，通過優(yōu)化功率變換裝置功率器件的布局提升轉(zhuǎn)換效率；通過改善驅(qū)動電路，保障功率轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管的軟開關(guān)功能，進一步減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗；通過對預(yù)充電單元增加電流采樣功能實現(xiàn)功率變換裝置運行過程中的電流全面檢測和過流保護，并通過與電源管理總線的地址功能分時復(fù)用控制器或者微處理器的一個引腳，在引腳個數(shù)受限的條件下，實現(xiàn)多個功率變換裝置并聯(lián)應(yīng)用時的均流或電流匯報功能。

2、本發(fā)明一方面提供了一種功率變換裝置，包括電路基板、變壓器組件、開關(guān)管和輸出電容以及輸入正端、輸出正端和輸出負端；

3、所述電路基板包括相對的第一表面和第二表面，所述第一表面包括變壓器區(qū)、開關(guān)區(qū)、輸出電容區(qū)和端口區(qū)；

4、所述變壓器組件設(shè)置于所述變壓器區(qū)，所述開關(guān)管設(shè)置于開關(guān)區(qū)，至少一部分所述輸出電容設(shè)置于輸出電容區(qū)，所述輸入正端、輸出正端和輸出負端設(shè)置于端口區(qū)；

5、所述變壓器區(qū)、開關(guān)區(qū)、輸出電容區(qū)和端口區(qū)沿同一方向排布。

6、優(yōu)選的，所述輸出正端包括至少兩個輸出正端金手指，所述輸出負端包括至少兩個輸出負端金手指，所述輸出正端金手指和所述輸出負端金手指交錯設(shè)置于端口區(qū)。

7、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括信號端，所述信號端包括至少兩個信號端金手指，所述信號端金手指設(shè)置于端口區(qū)的一側(cè)。

8、優(yōu)選的，所述開關(guān)管包括兩個中開關(guān)和兩個下開關(guān)，所述兩個下開關(guān)設(shè)置于兩個中開關(guān)的之間，所述中開關(guān)和下開關(guān)鄰近變壓器區(qū)設(shè)置。

9、優(yōu)選的，所述開關(guān)管還包括兩個上開關(guān)，所述兩個上開關(guān)分別鄰近一個所述中開關(guān)設(shè)置。

10、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括下開關(guān)驅(qū)動區(qū)和兩個中上開關(guān)驅(qū)動區(qū)，所述兩個中上開關(guān)驅(qū)動區(qū)分別設(shè)置于開關(guān)區(qū)相對的兩側(cè)，且鄰近中開關(guān)和/或下開關(guān)設(shè)置。

11、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動磁件、下開關(guān)驅(qū)動單元、中開關(guān)驅(qū)動單元和上開關(guān)驅(qū)動單元，所述驅(qū)動磁件和下開關(guān)驅(qū)動單元設(shè)置于下開關(guān)驅(qū)動區(qū)，所述中開關(guān)驅(qū)動單元和上開關(guān)驅(qū)動單元設(shè)置于中上開關(guān)驅(qū)動區(qū)。

12、優(yōu)選的，所述第二表面包括信號區(qū)和端口區(qū)，所述輸出正端金手指和所述輸出負端金手指交錯設(shè)置于所述第二表面的端口區(qū)；至少一個設(shè)置在所述第二表面的輸出正端金手指在第一表面的投影與至少一個設(shè)置在第一表面的對應(yīng)的輸出正端金手指至少部分重合；至少一個設(shè)置在所述第二表面的輸出負端金手指在第一表面的投影與至少一個設(shè)置在第一表面的對應(yīng)的輸出負端金手指至少部分重合。

13、優(yōu)選的，所述第二表面包括開關(guān)區(qū)，所述開關(guān)管還包括另外兩個中開關(guān)和另外兩個下開關(guān)，所述另外兩個中開關(guān)和另外兩個下開關(guān)設(shè)置于所述第二表面的開關(guān)區(qū)，設(shè)置于所述第二表面開關(guān)區(qū)的所述至少一個中開關(guān)或者下開關(guān)在第一表面的投影與設(shè)置于第一表面的對應(yīng)的中開關(guān)或?qū)?yīng)的下開關(guān)在第一表面的投影至少部分重合。

14、優(yōu)選的，所述第二表面包括輸出電容區(qū)，至少一部分所述輸出電容設(shè)置于第二表面的輸出電容區(qū)，設(shè)置于第二表面的所述輸出電容在第一表面的投影部分或者全部在第一表面的所述輸出電容區(qū)內(nèi)。

15、優(yōu)選的，所述第一表面和/或第二表面包括諧振電容區(qū)，所述諧振電容區(qū)鄰近其中一個中開關(guān)或其中一個上開關(guān)設(shè)置。

16、本發(fā)明另一方面提供了一種功率變換裝置，包括功率變換電路、驅(qū)動單元和控制信號；

17、所述功率變換電路包括輸入正端、輸入負端、輸出正端和輸出負端，所述輸入負端和輸出負端短接；所述功率變換電路包括一個三開關(guān)橋臂，所述三開關(guān)橋臂包括串聯(lián)電連接的第一上開關(guān)、第一中開關(guān)和第一下開關(guān)，所述第一上開關(guān)電連接所述輸入正端，所述第一上開關(guān)與第一中開關(guān)電連接于第一上節(jié)點，所述第一中開關(guān)與第一下開關(guān)電連接于第一下節(jié)點；所述功率變換電路還包括一個第二下開關(guān)，所述第一下開關(guān)和第二下開關(guān)電連接所述輸入負端；

18、所述控制信號包括第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號；

19、所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動磁件、下開關(guān)驅(qū)動單元、中開關(guān)驅(qū)動單元和下開關(guān)驅(qū)動單元，所述下開關(guān)驅(qū)動單元接收第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，所述下開關(guān)驅(qū)動單元輸出下開關(guān)驅(qū)動信號，用以驅(qū)動兩個所述下開關(guān)的開通和關(guān)斷，并且所述下開關(guān)驅(qū)動單元電連接所述驅(qū)動磁件；所述中開關(guān)驅(qū)動單元通過驅(qū)動磁件接收控制信號，并且所述中開關(guān)驅(qū)動單元輸出中開關(guān)驅(qū)動信號，用以驅(qū)動兩個所述中開關(guān)的開通和關(guān)斷；所述上開關(guān)驅(qū)動單元通過驅(qū)動磁件接收控制信號，并且上開關(guān)驅(qū)動單元輸出上開關(guān)驅(qū)動信號，用以驅(qū)動兩個所述上開關(guān)的開通和關(guān)斷。

20、優(yōu)選的，所述下開關(guān)驅(qū)動單元包括驅(qū)動電源正端、接地端、第一下開關(guān)驅(qū)動輸出端和第二下開關(guān)驅(qū)動輸出端，所述下開關(guān)驅(qū)動單元還包括四個控制開關(guān)，所述四個控制開關(guān)電連接成全橋結(jié)構(gòu)，并跨接在驅(qū)動電源正端和接地端之間，第一下開關(guān)驅(qū)動輸出端和第二下開關(guān)驅(qū)動輸出端分別為兩個橋臂中點；所述四個控制開關(guān)分別由第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號控制。

21、優(yōu)選的，所述驅(qū)動磁件包括驅(qū)動繞組、第一中繞組和第一上繞組，所述驅(qū)動繞組、第一中繞組和第一上繞組繞制在同一磁芯上；所述驅(qū)動繞組跨接在第一下開關(guān)驅(qū)動輸出端和第二下開關(guān)驅(qū)動輸出端之間。

22、優(yōu)選的，所述中開關(guān)驅(qū)動單元包括兩個中驅(qū)動開關(guān)，所述兩個中驅(qū)動開關(guān)的漏極分別電連接第一中繞組的兩端，所述兩個中驅(qū)動開關(guān)的源極短接至第一下節(jié)點；所述第一中繞組的其中一端與第一下節(jié)點構(gòu)成第一中開關(guān)驅(qū)動輸出端；所述第一中繞組的任一端與第一下節(jié)點之間的電壓用于控制與所述第一中繞組的另一端電連接的中驅(qū)動開關(guān)。

23、優(yōu)選的，所述上開關(guān)驅(qū)動單元包括兩個上驅(qū)動開關(guān)，所述兩個上驅(qū)動開關(guān)的漏極分別電連接第一上繞組的兩端，所述兩個上驅(qū)動開關(guān)的源極短接至第一上節(jié)點；所述第一上繞組的其中一端與第一上節(jié)點構(gòu)成第一上開關(guān)驅(qū)動輸出端；所述第一上繞組的任一端與第一上節(jié)點之間的電壓用于控制與所述第一上繞組的另一端電連接的上驅(qū)動開關(guān)。

24、本發(fā)明另一方面提供了一種功率變換裝置，包括功率變換電路、預(yù)充電單元、采樣電阻和采樣電路單元；

25、所述功率變換電路包括輸入正端、輸入負端、輸出正端、輸出負端和輸出電容，所述輸入負端和輸出負端短接，所述輸出電容跨接在所述輸出正端和輸出負端之間；

26、所述采樣電路單元用于采樣所述功率變換電路的工作電流；

27、所述預(yù)充電單元包括開關(guān)端、電感端和接地端，所述開關(guān)端電連接所述輸入正端，所述電感端通過所述采樣電阻電連接所述輸出正端，所述接地端電連接輸入負端；所述預(yù)充電單元為所述輸出電容進行預(yù)充電；

28、所述采樣電阻用于采樣所述預(yù)充電單元的流出電流。

29、優(yōu)選的，所述功率變換電路還包括兩個下開關(guān)和兩個低壓繞組；所述兩個低壓繞組的第一端電連接于輸出正端，每個所述低壓繞組的第二端分別與一個下開關(guān)的一端電連接并構(gòu)成兩個下節(jié)點；所述下開關(guān)的另一端電連接于輸出負端。

30、優(yōu)選的，所述采樣電路單元包括三個采樣端、參考端、采樣輸出正端和采樣輸出負端，所述三個采樣端中的其中兩個采樣端分別電連接一個對應(yīng)的下節(jié)點，所述三個采樣端中的另一個采樣端電連接輸出正端，所述參考端電連接所述輸出正端。

31、優(yōu)選的，所述采樣電路單元還包括三個采樣電阻、采樣電容、阻抗匹配電阻和放大單元；所述三個采樣電阻的第一端電連接于采樣電阻中點，每個所述采樣電阻的第二端分別電連接一個采樣端；所述采樣電容與阻抗匹配電阻串聯(lián)電連接于參考端和采樣電阻中點之間；所述放大單元包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述兩個輸入端分別電連接所述采樣電容的兩端，所述兩個輸出端分別電連接所述采樣輸出正端和采樣輸出負端。

32、優(yōu)選的，所述預(yù)充電單元還包括兩個預(yù)充開關(guān)、預(yù)充電感、預(yù)充電容和預(yù)充二極管；所述兩個預(yù)充開關(guān)串聯(lián)電連接于開關(guān)端和接地端之間；所述預(yù)充電感的一端電連接所述兩個預(yù)充開關(guān)的串聯(lián)連接點，另一端電連接所述預(yù)充二極管的正極和輸出電容的正端；所述預(yù)充二極管的負極電連接所述電感端；所述輸出電容的負端電連接所述接地端。

33、優(yōu)選的，當(dāng)所述輸出電容兩端的端電壓達到一個預(yù)定電壓時，所述預(yù)充電單元停止工作；所述預(yù)定電壓大于功率變換電路的輸出穩(wěn)態(tài)電壓vo_normal的70％。

34、本發(fā)明另一方面提供了一種功率變換裝置，包括功率變換電路、控制器、選通電路、均流電路單元、地址電路單元以及起動控制信號；

35、所述選通電路包括兩個輸入端、控制端和輸出端，所述兩個輸入端分別電連接均流電路單元和地址電路單元，所述輸出端電連接所述控制器，所述控制端接收所述起動控制信號；

36、所述控制器用于控制所述功率變換電路；

37、所述起動控制信號控制所述選通電路，所述均流電路單元的電壓或者所述地址電路單元的電壓通過所述選通電路送至所述控制器。

38、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括一個電流源；

39、當(dāng)起動控制信號為低電平時，所述電流源為所述地址電路單元充電，所述地址電路單元電壓通過所述選通電路送至所述控制器；

40、當(dāng)起動控制信號為高電平時，所述電流源為所述均流電路單元充電，所述均流電路單元電壓通過所述選通電路送至所述控制器。

41、優(yōu)選的，所述功率變換裝置包括接地端；所述均流電路單元包括均流電阻、均流電容和均流開關(guān)；所述均流電阻和均流電容并聯(lián)電連接于所述選通電路的一個輸入端與所述均流開關(guān)之間，所述均流開關(guān)的一端電連接所述接地端，所述均流開關(guān)的另一端電連接所述均流電阻和均流電容；所述均流開關(guān)由所述起動控制信號控制。

42、優(yōu)選的，所述功率變換裝置包括接地端；所述地址電路單元包括地址電阻和地址電容，所述地址電阻和地址電容并聯(lián)電連接于所述選通電路的一個輸入端與所述接地端之間。

43、本發(fā)明另一方面提供了一種功率變換裝置，包括功率變換電路、假負載單元、供電電壓和一個假負載控制信號；

44、所述功率變換電路包括輸入正端、輸入負端、輸出正端和輸出負端，所述輸入負端和輸出負端短接；

45、所述功率變換電路還包括輸入電容和輸出電容，所述輸入電容跨接在所述輸入正端和輸出正端之間，所述輸出電容跨接在所述輸出正端和輸出負端之間；

46、所述假負載單元的一端電連接所述供電電壓，另一端電連接所述輸出正端；

47、所述假負載控制信號控制所述假負載單元對所述輸出正端放電。

48、優(yōu)選的，所述假負載控制信號為低電平時，將所述假負載單元切入功率變換裝置；所述假負載控制信號為高電平時，將所述假負載單元從功率變換裝置中切出。

49、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括起動控制信號和預(yù)設(shè)電壓；當(dāng)所述功率變換裝置的起動控制信號為高電平時，所述假負載控制信號為高電平；當(dāng)所述功率變換裝置的起動控制信號為低電平時，并且所述功率變換裝置的輸出電壓大于等于所述預(yù)設(shè)電壓時，所述假負載控制信號為高電平；當(dāng)所述功率變換裝置的起動控制信號為低電平時，并且所述功率變換裝置的輸出電壓小于所述預(yù)設(shè)電壓時，所述假負載控制信號為低電平。

50、優(yōu)選的，所述假負載單元包括供電端、接地端、第一假負載控制開關(guān)、第二假負載控制開關(guān)、假負載放大開關(guān)、第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻和第四限流電阻；所述第一限流電阻和第一假負載控制開關(guān)串聯(lián)跨接于供電端和接地端之間，所述第一假負載控制開關(guān)的門極電連接所述假負載控制信號；所述第二限流電阻、第二假負載控制開關(guān)和第三限流電阻串聯(lián)跨接于供電端和接地端之間，所述第二假負載控制開關(guān)的門極電連接所述第一假負載控制開關(guān)的漏極；所述假負載放大開關(guān)和第四限流電阻串聯(lián)跨接在所述功率變換裝置的輸出正端和接地端之間，所述假負載放大開關(guān)的基極電連接所述第二假負載控制開關(guān)的源極。

51、優(yōu)選的，所述假負載單元包括假負載放大開關(guān)和限流電阻，所述假負載放大開關(guān)電連接所述功率變換裝置的輸出正端；所述假負載控制信號用于控制假負載放大開關(guān)開通和關(guān)斷；所述限流電阻用于控制流經(jīng)假負載放大開關(guān)的電流。

52、本發(fā)明的有益效果是：通過優(yōu)化功率變換裝置功率器件的布局提升轉(zhuǎn)換效率；通過改善驅(qū)動電路，保障功率轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管的軟開關(guān)功能，進一步減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗；通過對預(yù)充電單元增加電流采樣功能實現(xiàn)功率變換裝置運行過程中的電流全面檢測和過流保護，并通過與電源管理總線的地址功能分時復(fù)用控制器或者微處理器的一個引腳，在引腳個數(shù)受限的條件下，實現(xiàn)多個功率變換裝置并聯(lián)應(yīng)用時的均流或電流匯報功能。