CN106374741A - 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术 - Google Patents

一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术 Download PDF

Info

Publication number
CN106374741A
CN106374741A CN201610977066.5A CN201610977066A CN106374741A CN 106374741 A CN106374741 A CN 106374741A CN 201610977066 A CN201610977066 A CN 201610977066A CN 106374741 A CN106374741 A CN 106374741A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ripple
circuit
power level
auxiliary power
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610977066.5A
Other languages
English (en)
Inventor
卜刚
王赛赛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201610977066.5A priority Critical patent/CN106374741A/zh
Publication of CN106374741A publication Critical patent/CN106374741A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提出了一种DC‑DC转换器输出纹波消除技术。该技术在DC‑DC转换器电路中，引入开关部分的一个拷贝作为辅助功率级，采用与主电路中逻辑极性相反的脉宽调制信号，使其产生与原电路极性相反的纹波，最终通过电容耦合，在主电路输出点将输出纹波消除。

Description

一种基于纹波对消的电感型DC-DC转换器输出纹波消除技术
技术领域：
本发明专利提出一种消除DC-DC转换器输出纹波的实现方案，在兼顾结构复杂度上实现开关电源的效率的提升。
背景技术：
现代通信技术日益发展，便携式设备的大量出现给人们的生活带了极大的便利。近些年来，智能手机、平板电脑，以致类似智能手环、智能手表的出现，穿戴式电子产品也进入人们视线。这些电子产品对于续航能力提出了更高的要求，寻找性能更加完善的电源技术势在必行。由于电池等供电设备的输出不稳定性，电子产品的供电通常不能直接由电池提供，需要一个电压调制器将不稳定的直流电压转化为稳定的系统供电电源，以确保系统正常工作。
目前电子设备中多采用LDO和DC-DC转化器等方式来实现。相比较于LDO，DC-DC转化器具备更高效率，对于电子产品续航能力的提升具有实质性帮助，然而DC-DC转化器在输出上存在较大的纹波，这对于设备正常使用存在影响，降低DC-DC转换器的输出纹波也是近些年研究热点。
同时，DC-DC转化器的应用愈加广泛。作为移动通信设备主要功耗之一的射频通信系统，使用DC-DC转化器为射频系统供电将有效降低这部分功耗。近年来，在应用于高效射频功率放大器的包络消除与恢复技术(ERR)和包络跟踪技术(ET)中，DC-DC转化器通常是幅度调制器的重要组成部分。射频系统中，电源纹波对于射频器件的工作有着极大的影响，低纹波的DC-DC转化器输出，不仅仅是效率提升的需要，更是整个系统正常工作的必要前提。
当前常见纹波消除技术，如两相交织技术、多相交织技术等。对于两相交织技术，为保证纹波能够有效消除，对于开关占空比存在较为严格的要求，在实际使用中受限较多。同时多项交织技术能够改善这种情况，但结构复杂度将会提升。本发明采用与两相交织技术相当的电路复杂度，实现在任意占空比下的输出纹波的有效消除，用较小代价实现了在任意占空比下降到纹波的目的。
发明内容：
本发明提出的消除DC-DC转换器输出纹波的方法与两相交织法类似，是将转换器的功率级复制一份拷贝。但两者的差别是复制的辅助功率级的开关控制信号是由主功率级开关信号取反获得，即主功率级的开关占空比为D，辅助功率级的开关占空比为1-D，而不是传统两相交织的D。从而，在辅助功率级中得到的纹波与主功率级中的纹波形状沿Y(幅度)轴是反向的。此外，辅助功率级的输出电压与主功率级的输出电压不再相等，因而其输出不是接到实际负载上，而是接到一个较轻的假负载上。通过使用一个交流耦合电容，可以将辅助功率级产生的反向纹波与主功率级产生的纹波在负载上叠加，从而达到消除纹波的效果。
本专利技术可以用在各种电感型开关电源上。以Buck型DC-DC转换器电路为例，如图1所示，开关K1、电感L1、电容C1、二极管D1、脉宽调制器(PWM)和负载构成了主功率级，开关K2、电感L2、电容C2、二极管D2、和假负载为用以消除纹波的辅助功率级电路，主功率级和辅助功率级中的电感值L1和L2相等。结构中用以消除纹波的辅助功率级电路，其开关的控制信号由DC-DC转换器电路中的脉宽调制器(PWM)通过反向产生，与主功率级电路中极性相反，此时该部分产生的纹波也将与主功率级电路中纹波极性相反，通过电容Cc耦合，将此部分纹波用于抵消主功率级电路中纹波，实现对DC-DC转化器输出纹波的消除。为降低功耗损耗与开关管面积，辅助功率级部分的开关电路所驱动的假负载要远小于原电路中的实际负载。此方法对于开关管的占空比没有特殊要求，能够实现在任意占空比下的纹波消除，同时所带来的额外电路也在可接受范围。
本专利技术可以帮助幅度调制器中使用了开关电源的包络消除与恢复或包络跟踪功率放大器提高效率。一种包含了开关电源的幅度调制器如图2所示，该结构由一个作为电压源的宽带线性放大器和一个作为电流控制电流源的buck型开关电源组成一个反馈系数为F的负反馈系统。其中，宽带线性放大器部分由性放大器组成。电路工作时，电流检测电路检测线性放大器输出电流，通过积分器后转化成电压，然后与锯齿波信号进行比较生成脉宽信号，控制由MP1和MN1和电感L1构成的开关电路，产生跟随线性放大器输出电流的电流信号，即构成了电流控制电流源的buck型开关电源电路。该结构中宽带线性放大器能够精准的控制输出电压并保持良好的线性度，开关电源通过检测前者输出电流，高效率的提供输出电流中的大部分电流。实际情况中，开关电源部分带宽较窄，并且输出包含纹波。因此，宽带线性放大器在电路不仅需要提供在高频时的输出电流部分，同时还需提供能够抵消开关电源部分产生的纹波电流。由于线性放大器部分的效率较低，则能够有效控制开关电源纹波电流，将对整个电路效率具有大幅度的提升。
改进后的电路如图3所示，MN2和MP2、电感L2和假负载构成辅助开关电路。辅助开关电路的开关控制脉宽信号极性与主开关电路中的逻辑极性相反，从而产生与DC-DC转换器电路中极性相反的纹波。此纹波通过耦合电容与主电路产生纹波进行叠加，到达消除DC-DC转换器输出纹波的目的。在该拓扑结构下，开关电源部分的纹波被有效抵消，降低了线性放大器部分的输出电流，同时有效的提升了幅度调制器的整体效率，具备良好的实践工程意义。
附图说明：
图1一种消除DC-DC转化器输出纹波方法的电路示意图
图2包络消除与恢复放大器和包络跟踪放大器的幅度调制器示意图
图3采用纹波消除电路后幅度调制器示意图
具体实施方式：
(1)在DC-DC转换器电路中，引入开关电源功率级部分的一个拷贝，形成辅助功率级。辅助功率级的负载是作为假负载的一个轻载，而电感值应与主功率级相等。
(2)辅助功率级开关的控制信号通过主功率级的控制信号反向获得。此时该部分产生的纹波将与主电路中纹波极性相反。
(3)通过电容耦合，将辅助功率级部分纹波耦合到主电路的负载，实现对输出纹波的消除。

Claims (3)

1.一种用于消除电感型DC-DC转换器输出纹波的技术，其特征为：
a)引入开关电源功率级部分的一个拷贝，作为辅助功率级，其电感与主功率级的电感值相等，负载是假负载；
b)辅助功率级开关的控制信号与主功率级的控制信号逻辑极性相反；
c)通过电容耦合，将辅助功率级部分纹波耦合到主电路的负载。
2.对于权利1中所述的纹波抑制技术，其特征为辅助功率级中的假负载相比主功率级的负载是一个轻载。
3.对于权利1中所述的纹波抑制技术，其特征为辅助功率级中的功率开关相比主功率级的开关的电流输出能力要求低。
CN201610977066.5A 2016-11-04 2016-11-04 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术 Pending CN106374741A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610977066.5A CN106374741A (zh) 2016-11-04 2016-11-04 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610977066.5A CN106374741A (zh) 2016-11-04 2016-11-04 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106374741A true CN106374741A (zh) 2017-02-01

Family

ID=57893629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610977066.5A Pending CN106374741A (zh) 2016-11-04 2016-11-04 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106374741A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112953250A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 比亚迪股份有限公司 电源控制方法、电源模块及存储介质
CN114157128A (zh) * 2020-09-08 2022-03-08 亚德诺半导体国际无限责任公司 具有线圈电流纹波的自适应消除的无杂散开关稳压器
CN117294125A (zh) * 2023-11-24 2023-12-26 电子科技大学(深圳)高等研究院 一种镜像导通的对称式buck有源滤波变换器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929692A (en) * 1997-07-11 1999-07-27 Computer Products Inc. Ripple cancellation circuit with fast load response for switch mode voltage regulators with synchronous rectification
CN101364767A (zh) * 2007-08-08 2009-02-11 株式会社瑞萨科技 半导体电路和开关电源装置
CN202931194U (zh) * 2012-11-22 2013-05-08 苏州弘鹏新能源有限公司 双路输入的升压驱动电路
CN203734527U (zh) * 2014-03-12 2014-07-23 浙江埃菲生能源科技有限公司 一种光伏离网系统两相交错移相Buck控制器
CN105723600A (zh) * 2013-07-25 2016-06-29 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 开关调节器电路及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929692A (en) * 1997-07-11 1999-07-27 Computer Products Inc. Ripple cancellation circuit with fast load response for switch mode voltage regulators with synchronous rectification
CN101364767A (zh) * 2007-08-08 2009-02-11 株式会社瑞萨科技 半导体电路和开关电源装置
CN202931194U (zh) * 2012-11-22 2013-05-08 苏州弘鹏新能源有限公司 双路输入的升压驱动电路
CN105723600A (zh) * 2013-07-25 2016-06-29 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 开关调节器电路及方法
CN203734527U (zh) * 2014-03-12 2014-07-23 浙江埃菲生能源科技有限公司 一种光伏离网系统两相交错移相Buck控制器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAE-WOO KWAK等: "A 2 W CMOS Hybrid Switching Amplitude", 《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112953250A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 比亚迪股份有限公司 电源控制方法、电源模块及存储介质
CN114157128A (zh) * 2020-09-08 2022-03-08 亚德诺半导体国际无限责任公司 具有线圈电流纹波的自适应消除的无杂散开关稳压器
US11973424B2 (en) 2020-09-08 2024-04-30 Analog Devices International Unlimited Company Spur free switching regulator with self-adaptive cancellation of coil current ripple
CN117294125A (zh) * 2023-11-24 2023-12-26 电子科技大学(深圳)高等研究院 一种镜像导通的对称式buck有源滤波变换器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102801329B (zh) 一种高效率、低损耗的交直流电源电路及其控制方法
CN103227566B (zh) 一种dc-dc变换器
Riehl et al. An AC-coupled hybrid envelope modulator for HSUPA transmitters with 80% modulator efficiency
CN104065266B (zh) 用于电压转换器的控制电路
CN104779790A (zh) 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN104009633B (zh) 一种电流连续型高增益dc-dc变换器电路
CN204442176U (zh) 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN106160464B (zh) 减小输出纹波的电源系统
CN106374741A (zh) 一种基于纹波对消的电感型dc‑dc转换器输出纹波消除技术
CN105162319A (zh) 零电压开关准谐振高增益直流升压变换器
CN204290718U (zh) 一种Buck变换器及其反流控制电路
CN105958855B (zh) 一种高增益准z源逆变器
CN203883673U (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN103762839B (zh) 一种磁耦合型单相高增益无桥功率因数校正电路
CN104578797A (zh) 一种断续模式的高功率因数高效率反激变换器的控制方法及其装置
CN104393755A (zh) 高效率升压电路
CN204290730U (zh) 一种断续模式的高功率因数高效率反激变换器的控制装置
CN104158423B (zh) 高效率直流‑交流逆变器
CN204376704U (zh) 用于电压转换器的控制电路
CN203434862U (zh) 高增益3-Z型Boost电路
CN102611296B (zh) 开关关断触发电路和功率因数校正电路
CN203933423U (zh) 一种高压整流组件
CN103633833B (zh) 一种单管Boost-Buck-Boost变换器
CN204376750U (zh) 直流-交流变换电路
CN203691228U (zh) 一种磁耦合型单相高增益无桥功率因数校正电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170201