CN108400712A - 一种高效降压电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效降压电路及其控制方法，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；所述第一回路与所述第二回路共用所述电感和电容。采用本发明，能够降低回路中的纹波，进而提高效率。

Description

一种高效降压电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种高效降压电路及其控制方法。

背景技术

对于现有技术的BUCK电路，一般包括主功率管、整流管和电感，通过对输入电压进行功率转换，得到预期的输出电压，来实现对外供电。为了提升电源转换效率，现有技术提出了一种改良的降压电路，如图1所示，所述降压电路包括主功率管M1、整流管M2和电感L，在输入端Vin连接有输入电容C1，在输出端Vo连接有输出电容C2。图1所示的降压电路将输出端的高电位端与输出端的高电位端为同一端，因此，在主功率管导通、电感蓄能过程中，电流也会流向输出端，提高了降压电路的电源转换效率。

对于上述现有技术，虽然在一定程度上提升了效率，但是仍然存在一些技术问题，主要在于存在较大的纹波，影响效率的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低纹波的高效降压电路及其控制方法，解决现有技术存在的因存在较大纹波而影响转换效率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效降压电路，包括第一开关结构、第二开关结构和电感，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端连接，其第二端分别与所述电感的第一端和第二开关结构的第一端连接，所述电感的第二端与所述输出端的高电位端连接，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端连接；

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电容。

可选的，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

可选的，所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管和第一下管，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管和第二下管，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管与第二上管的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管导通，第一下管关断，第二上管导通，第二下管关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管导通，第二上管关断，第一上管关断，第一下管导通。

可选的，在连续导通模式或临界导通模式下，所述第一回路和第二回路交替工作；在断续导通模式下，在导通状态下，所述第一回路和第二回路交替工作，在非导通状态下，所述第一开关结构和第二开关结构均处于截止状态。

可选的，所述输入端的高电位端与输出端的高电位端之间连接有输入电容；所述输出端的高电位端与输出端的低电位端之间连接有输出电容。

本发明还提供了另一种高效降压电路，包括第一开关结构和第二开关结构，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端连接，其第二端分别与第二开关结构的第一端连接，第一开关结构和第二开关结构的公共端与所述输出端的高电位端连接，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端连接；

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电感和电容，所述的电感和电容为串联连接。

可选的，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的低电位端；其中，根据所述电感和电容连接关系，二者的顺序可互换。

可选的，所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管和第一下管，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管和第二下管，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管与第二上管的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管导通，第一下管关断，第二上管导通，第二下管关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管导通，第二上管关断，第一上管关断，第一下管导通。

可选的，在连续导通模式或临界导通模式下，所述第一回路和第二回路交替工作；在断续导通模式下，在导通状态下，所述第一回路和第二回路交替工作，在非导通状态下，所述第一开关结构和第二开关结构均处于截止状态。

可选的，所述输入端的高电位端与输出端的高电位端之间连接有输入电容；所述输出端的高电位端与输出端的低电位端之间连接有输出电容。

另外一方面，本发明还提供了一种高效降压电路的控制方法，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

本发明还提供了另一种高效降压电路的控制方法，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的低电位端；

所述第一回路与所述第二回路共用所述电感和电容，根据所述电感和电容连接关系，二者的顺序可互换。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明采用第一开关结构和第二开关结构，设计了第一回路和第二回路，并在回路上增加电容或电感，作为两个回路共用的部分。采用本发明，能够降低回路中的纹波，进而提高效率。

附图说明

图1为现有技术降压电路的电路结构示意图；

图2为本发明高效降压电路实施一的电路结构示意图；

图3为本发明高效降压电路实施二的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，示意了本发明高效降压电路实施例一的电路结构。本发明的高效降压电路包括第一开关结构、第二开关结构和电感L，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端Vin+连接，其第二端分别与所述电感L的第一端和第二开关结构的第一端连接，所述电感L的第二端与所述输出端的高电位端连接Vo+，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端(即接地端)连接；

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电容C。

所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端Vin+、第一开关结构、电容C、第二开关结构、电感L和输出端的高电位端Vo+；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端(即接地端)、第二开关结构、电容C、第一开关结构、电感L和输出端的高电位端Vo+。对于回路的描述，主要是表明电流的流向，对于起始点和终点的选择并不一定是固定的，构成电流回路并流经相关元器件的，均符合上述描述的范围。

另外，还存在一种工作方式，即所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管M1和第一下管M2，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管M3和第二下管M4，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管M2与第二上管M3的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管M1导通，第一下管M2关断，第二上管M3导通，第二下管M4关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管M4导通，第二上管M3关断，第一上管M1关断，第一下管M2导通。在连续导通模式或临界导通模式下，所述第一回路和第二回路交替工作；在断续导通模式下，在导通状态下，所述第一回路和第二回路交替工作，在非导通状态下，所述第一开关结构和第二开关结构均处于截止状态，即第一上管M1、第一下管M2、第二上管M3和第二下管M4均截止。

所述输入端的高电位端Vin+与输出端的高电位端Vo+之间连接有输入电容C1；所述输出端的高电位端Vo+与输出端的低电位端之间连接有输出电容C2。

如图3所示，示意了本发明高效降压电路实施例二的电路结构。实施例二与实施例一的主要不同在于二者拓扑结构的不同，实施例一的电感L连接在输出端的高电位端与第一开关结构和第二开关结构的公共端之间，而实施例二中，电感L与电容C串联，二者的串联顺序可以有变化。以下具体描述实施例二的技术方案，与实施例一相同的部分，可以参考实施例一，在此不做赘述。

实施例二的高效降压电路，包括第一开关结构和第二开关结构，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端Vin+连接，其第二端分别与第二开关结构的第一端连接，第一开关结构和第二开关结构的公共端与所述输出端的高电位端Vo+连接，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端(即接地端)连接；

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电感L和电容C，所述的电感L和电容C为串联连接。

所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端Vin+、第一开关结构、电感L、电容C、第二开关结构和输出端的高电位端Vo+；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容C、电感L、第一开关结构和输出端的高电位端Vo+；根据所述电感L和电容C连接关系，二者的顺序可互换。或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管M1和第一下管M2，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管M3和第二下管M4，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管M2与第二上管M3的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管M1导通，第一下管M2关断，第二上管M3导通，第二下管M4关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管M4导通，第二上管M3关断，第一上管M1关断，第一下管M2导通。在断续导通模式下的非导通状态，则四个管子均截止。

所述输入端的高电位端Vin+与输出端的高电位端Vo+之间连接有输入电容C1；所述输出端的高电位端Vo+与输出端的低电位端(即接地端)之间连接有输出电容C2。

本发明的另一技术方案为一种高效降压电路的控制方法，所述控制方法的主要改进在于在回路上增加相应的电容或电感，以实现降低纹波，进而提高效率。根据实施例一和二分别形成两个方法方案：

方案一、所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

方案二、所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的低电位端；所述第一回路与所述第二回路共用所述电感和电容，根据所述电感和电容连接关系，二者的顺序可互换。

需要注意的是，实际使用中，可以有输入端与输出端共地、输入端与输出端不共地这两种情况。当输入端与输出端不共地的情况下，所述输入端的低电位端和输出端的高电位端为同一端，作为不共地的一种情况；当输入端与输出端共地的情况下，则输出端的低电位端同时作为输入端的低电位端。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高效降压电路，包括第一开关结构、第二开关结构和电感，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端连接，其第二端分别与所述电感的第一端和第二开关结构的第一端连接，所述电感的第二端与所述输出端的高电位端连接，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端连接；

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电容。

2.根据权利要求1所述的高效降压电路，其特征在于，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

3.根据权利要求1或2所述的高效降压电路，其特征在于，所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管和第一下管，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管和第二下管，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管与第二上管的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管导通，第一下管关断，第二上管导通，第二下管关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管导通，第二上管关断，第一上管关断，第一下管导通。

4.根据权利要求2所述的高效降压电路，其特征在于，在连续导通模式或临界导通模式下，所述第一回路和第二回路交替工作；在断续导通模式下，在导通状态下，所述第一回路和第二回路交替工作，在非导通状态下，所述第一开关结构和第二开关结构均处于截止状态。

5.根据权利要求1或2所述的高效降压电路，其特征在于，所述输入端的高电位端与输出端的高电位端之间连接有输入电容；所述输出端的高电位端与输出端的低电位端之间连接有输出电容。

6.一种高效降压电路，包括第一开关结构和第二开关结构，所述第一开关结构的第一端与输入端的高电位端连接，其第二端分别与第二开关结构的第一端连接，第一开关结构和第二开关结构的公共端与所述输出端的高电位端连接，所述第二开关结构的第二端与所述输出端的低电位端连接；其特征在于，

所述第一开关结构和第二开关结构分别包括两个相互串联的开关，其中第一开关结构中两个相互串联开关的公共端与第二开关结构中两个相互串联开关的公共端之间连接有电感和电容，所述的电感和电容为串联连接。

7.根据权利要求6所述的高效降压电路，其特征在于，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的低电位端；

其中，根据所述电感和电容连接关系，二者的顺序可互换。

8.根据权利要求6或7所述的高效降压电路，其特征在于，所述第一开关结构中两个相互串联开关分别为第一上管和第一下管，所述第二开关结构中两个相互串联开关分别为第二上管和第二下管，所述第一开关结构与第二开关结构的连接通过所述第一下管与第二上管的连接实现；其中，所述第一回路工作过程中，所述第一上管导通，第一下管关断，第二上管导通，第二下管关断；所述第二回路工作过程中，所述第二下管导通，第二上管关断，第一上管关断，第一下管导通。

9.根据权利要求7所述的高效降压电路，其特征在于，在连续导通模式或临界导通模式下，所述第一回路和第二回路交替工作；在断续导通模式下，在导通状态下，所述第一回路和第二回路交替工作，在非导通状态下，所述第一开关结构和第二开关结构均处于截止状态。

10.根据权利要求6或7所述的高效降压电路，其特征在于，所述输入端的高电位端与输出端的高电位端之间连接有输入电容；所述输出端的高电位端与输出端的低电位端之间连接有输出电容。

11.一种高效降压电路的控制方法，其特征在于，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电容、第二开关结构、电感和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、第一开关结构、电感和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第二开关结构、电容、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、电感、第一开关结构、电容、第二开关结构和输出端的低电位端。

12.一种高效降压电路的控制方法，其特征在于，所述高效降压电路经第一回路蓄能，再经第二回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输入端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的低电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输出端的高电位端；或者，所述高效降压电路经第二回路蓄能，再经第一回路释能，所述第一回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第二开关结构、电容、电感、第一开关结构和输入端的高电位端；第二回路的电流流向依次为输出端的高电位端、第一开关结构、电感、电容、第二开关结构和输出端的低电位端；

所述第一回路与所述第二回路共用所述电感和电容，根据所述电感和电容连接关系，二者的顺序可互换。