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，智能數(shù)據(jù)處理芯片，如gpu/cpu/npu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，服務(wù)器的輸入電壓逐步從12v轉(zhuǎn)為48v。而xpu的工作電壓隨著工藝進(jìn)步而越來越低，從0.8v逐漸向0.65v移動(dòng)。因此，輸出電壓與輸入電壓的增益比越來越低，使得兩級(jí)降壓電路架構(gòu)逐步變成主流；且為了獲得高的48v輸入轉(zhuǎn)0.65v輸出變換效率，中間母線電壓從12v往6.75v甚至3.3v移動(dòng)。

2、本發(fā)明針對(duì)48v輸入，12v～3.3v穩(wěn)壓輸出的功率變換裝置的解決方案，進(jìn)一步提升功率變換裝置的轉(zhuǎn)換效率，提出一種功率變換裝置運(yùn)行過程中的開關(guān)管的電壓尖峰鉗位電路；并提出了一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的電流采樣電路及方法，用以對(duì)功率變換裝置的工作電流進(jìn)行監(jiān)控和控制。

3、本發(fā)明針對(duì)高功率密度和高變換效率的功率變換裝置的需求，進(jìn)一步提升功率變換裝置的轉(zhuǎn)換效率，提出一種功率變換裝置運(yùn)行過程中的開關(guān)管的電壓尖峰鉗位電路，將鉗位電路吸收的電壓尖峰能量傳送給功率變換裝置的輸出側(cè)或輸入側(cè)，減小鉗位電路的損耗；并通過一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的電流采樣電路和方法，實(shí)現(xiàn)功率變換裝置運(yùn)行過程中的電流檢測(cè)，用以監(jiān)控和控制。

技術(shù)實(shí)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)化開關(guān)管的電壓尖峰鉗位電路及其布局來降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，并提升功率變換裝置的轉(zhuǎn)換效率。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種功率變換裝置，通過優(yōu)化電流采樣電路，優(yōu)化電流相關(guān)的監(jiān)控和控制性能并減小功率變換裝置的體積。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種功率變換裝置，包括輸入正端、輸入負(fù)端、輸出正端、輸出負(fù)端和三開關(guān)橋臂，所述輸入負(fù)端和輸出負(fù)端短接；

4、所述三開關(guān)橋臂跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，包括第一上開關(guān)、第一中開關(guān)和第一下開關(guān)，所述第一上開關(guān)和第一中開關(guān)電連接于第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一中開關(guān)和第一下開關(guān)電連接于第一下節(jié)點(diǎn)；

5、所述功率變換裝置還包括第二下開關(guān)、磁性組件、第一飛跨電容、輸入電容和輸出電容，所述磁性組件包括第一端、第二端和第三端；所述磁性組件的第一端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述磁性組件的第二端和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二下開關(guān)跨接于第二下節(jié)點(diǎn)和輸入負(fù)端之間，所述磁性組件的第三端電連接輸出正端，所述第一飛跨電容跨接于第一上節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)之間；

6、所述輸入電容跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，所述輸出電容跨接于輸出正端和輸出負(fù)端之間；

7、所述功率變換裝置還包括第一鉗位二極管和第一吸收電容，所述第一鉗位二極管的正極電連接第一下節(jié)點(diǎn)，所述第一鉗位二極管的負(fù)極電連接第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一吸收電容的一端電連接第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一吸收電容的另一端電連接第二下節(jié)點(diǎn)。

8、優(yōu)選的，所述第一鉗位二極管和第一吸收電容鄰近第一下開關(guān)設(shè)置，所述第二下開關(guān)鄰近第一下開關(guān)設(shè)置。

9、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第二上開關(guān)、第二中開關(guān)和第二飛跨電容；所述第二上開關(guān)和第二中開關(guān)電連接于第二上節(jié)點(diǎn)，第二中開關(guān)和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二上開關(guān)電連接輸入正端，所述第二飛跨電容跨接于第二上節(jié)點(diǎn)與第一下節(jié)點(diǎn)之間。

10、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第二鉗位二極管和第二吸收電容，所述第二鉗位二極管的正極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二鉗位二極管的負(fù)極電連接第二上節(jié)點(diǎn)，所述第二吸收電容的一端電連接第二上節(jié)點(diǎn)，所述第二吸收電容的另一端電連接第一下節(jié)點(diǎn)。

11、優(yōu)選的，還包括第三鉗位二極管和第三吸收電容，所述第三鉗位二極管的負(fù)極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第三鉗位二極管的正極電連接輸入負(fù)端，所述第三吸收電容的一端電連接輸入正端，所述第三吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

12、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第四鉗位二極管和第四吸收電容，所述第四鉗位二極管的負(fù)極電連接第一下節(jié)點(diǎn)，所述第四鉗位二極管的正極電連接輸入負(fù)端，所述第四吸收電容的一端電連接輸入正端，所述第四吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

13、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第五鉗位二極管、第六鉗位二極管、第五吸收電容、第六吸收電容和放電電阻，所述第五鉗位二極管的負(fù)極電連接第一上節(jié)點(diǎn)，所述第五鉗位二極管的正極電連接所述第五吸收電容的一端，所述第五吸收電容的另一端電連接輸入正端；所述第六鉗位二極管的正極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第六鉗位二極管的負(fù)極電連接所述第六吸收電容的一端，所述第六吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端，所述放電電阻跨接于第五鉗位二極管的正極和第六鉗位二極管的負(fù)極之間。

14、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第七鉗位二極管、第七吸收電容和線性穩(wěn)壓電路，所述第七鉗位二極管的正極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第七鉗位二極管的負(fù)極電連接第七吸收電容的一端，所述第七吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端，所述第七鉗位二極管負(fù)極電連接線性穩(wěn)壓電路的一端。

15、優(yōu)選的，所述磁性組件包括第一低壓繞組和第二低壓繞組，所述第一低壓繞組和第二低壓繞組磁耦合；所述第一低壓繞組的非同名端和第二低壓繞組的同名端電連接于輸出正端，所述第一低壓繞組的同名端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述第二低壓繞組的非同名端電連接于第二下節(jié)點(diǎn)。

16、優(yōu)選的，所述磁性組件包括電感繞組、第一低壓繞組和第二低壓繞組，所述第一低壓繞組和第二低壓繞組磁耦合；所述第一低壓繞組的同名端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述第一低壓繞組的非同名端電連接于一繞組短接點(diǎn)；所述第二低壓繞組的非同名端電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二低壓繞組的同名端電連接于繞組短接點(diǎn)；所述電感繞組的一端電連接于繞組短接點(diǎn)，所述電感繞組的另一端電連接于輸出正端。

17、本發(fā)明另一方面提供一種功率變換裝置，包括輸入正端、輸入負(fù)端、輸出正端、輸出負(fù)端和三開關(guān)橋臂，所述輸入負(fù)端和輸出負(fù)端短接；

18、所述三開關(guān)橋臂跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，包括第一上開關(guān)、第一中開關(guān)和第一下開關(guān)，所述第一上開關(guān)和第一中開關(guān)電連接于第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一中開關(guān)和第一下開關(guān)電連接于第一下節(jié)點(diǎn)；

19、所述功率變換裝置還包括第二下開關(guān)、繞組組合、第一飛跨電容、輸入電容和輸出電容，所述繞組組合包括第一端、第二端和第三端；所述繞組組合的第一端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述繞組組合的第二端和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二下開關(guān)跨接于第二下節(jié)點(diǎn)和輸入負(fù)端之間，所述繞組組合的第三端電連接輸出正端，所述第一飛跨電容跨接于第一上節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)之間；

20、所述輸入電容跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，所述輸出電容跨接于輸出正端和輸出負(fù)端之間；

21、所述繞組組合還包括第一低壓繞組和第二低壓繞組，所述第一低壓繞組和第二低壓繞組串聯(lián)并跨接于第一端和第二端之間，所述第一低壓繞組的匝數(shù)和第二低壓繞組的匝數(shù)相同；

22、所述功率變換裝置還包括第一鉗位二極管、第一吸收電容和鉗位橋臂電路；所述第一鉗位二極管的正極電連接第一下節(jié)點(diǎn)，所述第一鉗位二極管的負(fù)極電連接第一鉗位點(diǎn)；所述第一吸收電容的一端電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第一吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端；所述鉗位橋臂電路的一端電連接第一鉗位點(diǎn)，所述鉗位橋臂電路的另一端電連接輸入正端；所述鉗位橋臂電路包括鉗位繞組，所述鉗位繞組、第一低壓繞組和第二低壓繞組磁耦合。

23、優(yōu)選的，所述鉗位橋臂電路為鉗位半橋電路，所述鉗位橋臂電路還包括第三鉗位二極管、第四鉗位二極管、第三吸收電容、第四吸收電容、第二鉗位點(diǎn)和第三鉗位點(diǎn)；

24、所述第三鉗位二極管的正極電連接第二鉗位點(diǎn)，所述第三鉗位二極管的負(fù)極電連接輸入正端；所述第四鉗位二極管的正極電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第四鉗位二極管的負(fù)極電連接第二鉗位點(diǎn)；所述第三吸收電容的一端電連接第三鉗位點(diǎn)，所述第三吸收電容的另一端電連接輸入正端；所述第四吸收電容的一端電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第四吸收電容的另一端電連接第三鉗位點(diǎn)；

25、所述鉗位繞組跨接在第二鉗位點(diǎn)和第三鉗位點(diǎn)之間；所述鉗位繞組的匝數(shù)和第一低壓繞組的匝數(shù)相同。

26、優(yōu)選的，所述鉗位橋臂電路為鉗位全橋電路，所述鉗位橋臂電路還包括第三鉗位二極管、第四鉗位二極管、第五鉗位二極管、第六鉗位二極管、第二鉗位點(diǎn)和第三鉗位點(diǎn)；

27、所述第三鉗位二極管的正極電連接第二鉗位點(diǎn)，所述第三鉗位二極管的負(fù)極電連接輸入正端；所述第四鉗位二極管的正極電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第四鉗位二極管的負(fù)極電連接第二鉗位點(diǎn)；所述第五鉗位二極管的正極電連接第三鉗位點(diǎn)，所述第五鉗位二極管的負(fù)極電連接輸入正端；所述第六鉗位二極管的正極電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第六鉗位二極管的負(fù)極電連接第三鉗位點(diǎn)；

28、所述鉗位繞組跨接在第二鉗位點(diǎn)和第三鉗位點(diǎn)之間；所述鉗位繞組的匝數(shù)為第一低壓繞組的匝數(shù)的兩倍。

29、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第二鉗位二極管和第二吸收電容；所述第二鉗位二極管的正極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二鉗位二極管的負(fù)極電連接第一鉗位點(diǎn)；所述第二吸收電容的一端電連接第一鉗位點(diǎn)，所述第二吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

30、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第二上開關(guān)、第二中開關(guān)和第二飛跨電容；所述第二上開關(guān)和第二中開關(guān)電連接于第二上節(jié)點(diǎn)，第二中開關(guān)和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二上開關(guān)電連接輸入正端，所述第二飛跨電容跨接于第二上節(jié)點(diǎn)與第一下節(jié)點(diǎn)之間。

31、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第三鉗位二極管和第三吸收電容；所述第三鉗位二極管的負(fù)極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第三鉗位二極管的正極電連接輸入負(fù)端；所述第三吸收電容的一端電連接輸入正端，所述第三吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

32、優(yōu)選的，所述功率變換裝置還包括第四鉗位二極管和第四吸收電容；所述第四鉗位二極管的負(fù)極電連接第一下節(jié)點(diǎn)，所述第四鉗位二極管的正極電連接輸入負(fù)端；所述第四吸收電容的一端電連接輸入正端，所述第四吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

33、本發(fā)明另一方面提供一種功率變換裝置，包括輸入正端、輸入負(fù)端、輸出正端、輸出負(fù)端、三開關(guān)橋臂、上節(jié)點(diǎn)和下節(jié)點(diǎn)，所述輸入負(fù)端和輸出負(fù)端短接；所述上節(jié)點(diǎn)包括第一上節(jié)點(diǎn)和第二上節(jié)點(diǎn)，所述下節(jié)點(diǎn)包括第一下節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)；

34、所述三開關(guān)橋臂跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，包括第一上開關(guān)、第一中開關(guān)和第一下開關(guān)，所述第一上開關(guān)和第一中開關(guān)電連接于第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一中開關(guān)和第一下開關(guān)連接于第一下節(jié)點(diǎn)；

35、所述功率變換裝置還包括第二下開關(guān)、繞組組合、第一飛跨電容、輸入電容和輸出電容，所述繞組組合包括第一端、第二端和第三端；所述繞組組合的第一端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述繞組組合的第二端和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二下開關(guān)跨接于第二下節(jié)點(diǎn)和輸入負(fù)端之間，所述繞組組合的第三端電連接輸出正端，所述第一飛跨電容跨接于第一上節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)之間；

36、所述輸入電容跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，所述輸出電容跨接于輸出正端和輸出負(fù)端之間；

37、所述功率變換裝置還包括第一鉗位二極管、吸收電容和第一線性穩(wěn)壓電路，所述第一鉗位二極管的正極電連接一個(gè)所述下節(jié)點(diǎn)，所述第一鉗位二極管的負(fù)極電連接第一吸收電容的一端，所述第一吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端，所述第一鉗位二極管負(fù)極電連接線性穩(wěn)壓電路的一端。

38、優(yōu)選的，還包括第三鉗位二極管和第三吸收電容，所述第三鉗位二極管的負(fù)極電連接第二下節(jié)點(diǎn)，所述第三鉗位二極管的正極電連接輸入負(fù)端，所述吸收電容的一端電連接輸入正端，所述吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端。

39、優(yōu)選的，還包括第五鉗位二極管、第六鉗位二極管、第五吸收電容、第六吸收電容和放電電阻，所述第五鉗位二極管的負(fù)極電連接第一上節(jié)點(diǎn)，所述第五鉗位二極管的正極電連接所述第五吸收電容的一端，所述第五吸收電容的另一端電連接輸入正端；所述第六鉗位二極管的正極電連接另一個(gè)所述下節(jié)點(diǎn)，所述第六鉗位二極管的負(fù)極電連接所述第六吸收電容的一端，所述第六吸收電容的另一端電連接輸入負(fù)端，所述放電電阻跨接于第五鉗位二極管的正極和第六鉗位二極管的負(fù)極之間。

40、優(yōu)選的，還包括高壓繞組，所述高壓繞組與所述第一飛跨電容串聯(lián)跨接于第一上節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)之間；所述高壓繞組與所述繞組組合耦合。

41、本發(fā)明另一方面提供一種功率變換裝置，包括輸入正端、輸入負(fù)端、輸出正端、輸出負(fù)端、三開關(guān)橋臂、上節(jié)點(diǎn)和下節(jié)點(diǎn)，所述上節(jié)點(diǎn)包括第一上節(jié)點(diǎn)和第二上節(jié)點(diǎn)，所述下節(jié)點(diǎn)包括第一下節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)；所述輸入負(fù)端和輸出負(fù)端短接；

42、所述三開關(guān)橋臂跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，所述三開關(guān)橋臂包括第一上開關(guān)、第一中開關(guān)和第一下開關(guān)，所述第一上開關(guān)和第一中開關(guān)電連接于第一上節(jié)點(diǎn)，所述第一中開關(guān)和第一下開關(guān)連接于第一下節(jié)點(diǎn)；

43、所述功率變換裝置還包括第二下開關(guān)、低壓繞組、電感繞組、第一飛跨電容、輸入電容和輸出電容；所述低壓繞組包括第一低壓繞組和第二低壓繞組，所述第一低壓繞組的第一端電連接于第一下節(jié)點(diǎn)，所述第二低壓繞組的第一端電連接第二下開關(guān)于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第一低壓繞組的第二端和第二低壓繞組的第二端電連接所述電感繞組的一端，所述電感繞組的另一端電連接輸出正端；所述第二下開關(guān)跨接于第二下節(jié)點(diǎn)和輸入負(fù)端之間，所述第一飛跨電容跨接于第一上節(jié)點(diǎn)和第二下節(jié)點(diǎn)之間；

44、所述輸入電容跨接于輸入正端和輸入負(fù)端之間，所述輸出電容跨接于輸出正端和輸出負(fù)端之間；

45、所述功率變換裝置還包括輔助繞組、第一采樣電阻和第一采樣電容，所述輔助繞組、第一采樣電阻和第一采樣電容串聯(lián)電連接形成第一串聯(lián)采樣支路，所述第一串聯(lián)采樣支路跨接于一所述下節(jié)點(diǎn)和輸出正端之間；所述輔助繞組包括第一輔助繞組和第二輔助繞組，所述第一輔助繞組與一個(gè)所述低壓繞組耦合，所述第二輔助繞組與所述電感繞組耦合，所述第一采樣電容兩端的電壓即第一電流采樣電壓。

46、優(yōu)選的，所述第一輔助繞組和第二輔助繞組串聯(lián)電連接，且所述輔助繞組沿所述低壓繞組和電感繞組的繞制路徑進(jìn)行繞制。

47、優(yōu)選的，所述第二輔助繞組的第一端與所述電感繞組的第一端為同名端。

48、優(yōu)選的，還包括第二上開關(guān)、第二中開關(guān)和第二飛跨電容；所述第二上開關(guān)和第二中開關(guān)電連接于第二上節(jié)點(diǎn)，第二中開關(guān)和第二下開關(guān)電連接于第二下節(jié)點(diǎn)，所述第二上開關(guān)電連接輸入正端，所述第二飛跨電容跨接于第二上節(jié)點(diǎn)與第一下節(jié)點(diǎn)之間。

49、優(yōu)選的，還包括變壓器磁芯和電感磁芯；所述變壓器磁芯包括兩個(gè)磁基板、兩個(gè)變壓器邊柱和一個(gè)變壓器中柱；所述變壓器邊柱和變壓器中柱設(shè)置在兩個(gè)磁基板之間，并且按照邊柱、中柱和邊柱的順序依次排布；變壓器中柱與變壓器邊柱之間的通道分別為第一變壓器繞線通道和第二變壓器繞組通道；所述變壓器磁芯還包括相對(duì)的兩側(cè)，分別為第一變壓器繞線通道側(cè)和第二變壓器繞線通道側(cè)1，且第一變壓器繞線通道與第二變壓器繞線通道都穿過第一變壓器繞線通道側(cè)和第二變壓器繞線通道側(cè)；所述電感磁芯包括兩個(gè)磁基板、兩個(gè)電感邊柱和一個(gè)電感中柱；所述電感邊柱和電感中柱設(shè)置在兩個(gè)磁基板之間，并且按照邊柱、中柱和邊柱的順序依次排布；電感中柱與電感邊柱之間的通道分別為第一電感繞線通道和第二電感繞組通道；所述電感磁芯還包括相對(duì)的兩側(cè)，分別為第一電感繞線通道側(cè)和第二電感繞線通道側(cè)1，且第一電感繞線通道與第二電感繞線通道都穿過第一電感繞線通道側(cè)和第二電感繞線通道側(cè)；所述第二變壓器繞線通道側(cè)鄰近第一電感繞線通道側(cè)設(shè)置。

50、優(yōu)選的，所述第一輔助繞組從第一端到第二端沿第一方向圍繞變壓器中柱繞制兩圈，然后自第一變壓器繞線通道側(cè)沿變壓器磁芯的外側(cè)圍繞變壓器邊柱繞制，然后經(jīng)過第二變壓器繞線通道側(cè)，電連接第二輔助繞組；所述第二輔助繞組自第一端到第二端沿第二方向圍繞電感中柱繞制兩圈，經(jīng)過第一電感繞線通道側(cè)，通過串聯(lián)連接的第一采樣電阻和第一采樣電容與功率變換電路的輸出正引腳電連接。

51、優(yōu)選的，所述輔助繞組從第一輔助繞組的第一端到第二輔助繞組的第二端，依次穿過第一變壓器繞線通道、第一電感繞線通道、第二電感繞線通道和第二變壓器繞線通道，圍繞變壓器中柱和電感中柱繞制兩圈后，經(jīng)由串聯(lián)連接的第一采樣電阻和第一采樣電容與功率變換電路的輸出正引腳電連接。

52、本發(fā)明的有益效果是：

53、(1)通過優(yōu)化開關(guān)管的電壓尖峰鉗位電路及其布局來降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，并提升功率變換裝置的轉(zhuǎn)換效率。

54、(2)通過優(yōu)化電流采樣電路，優(yōu)化電流相關(guān)的監(jiān)控和控制性能并減小功率變換裝置的體積。