CN109004832A - 五级单相降压型dc/dc转换器及五级两相降压转换器 - Google Patents

五级单相降压型dc/dc转换器及五级两相降压转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容及第二飞跨电容，4对互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管；控制晶片用于通过控制4对互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。可见，本申请的五级单相降压型DC/DC转换器仅采用两个飞跨电容便可实现五级电压转换，与现有的五级单相降压转换器相比，减少了飞跨电容的数量，从而降低了飞跨电容损耗的能量，且缩小了飞跨电容占用的芯片面积。

Description

五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器
技术领域
本发明涉及电子器件领域，特别是涉及一种五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器。
背景技术
目前，DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器及升降压型DC/DC转换器。其中，降压型DC/DC转换器通常包括二级单相降压转换器、三级单相降压转换器及五级单相降压转换器，由于五级单相降压转换器可使其内包含的电感的输入节点实现五级电压转换(设五级降压转换器的输入电压为Vin，电感的输入节点可输入Vin、0.75Vin、0.5Vin、0.25Vin、0五级电压)，在降低电感的纹波电流方面有优势，所以五级单相降压转换器应用较多。但是，现有技术中，五级单相降压转换器需内设4个飞跨电容，由于飞跨电容的数量较多，所以其损耗的能量较多，且占用所在芯片的面积较大。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器，可实现五级电压转换，与现有的五级单相降压转换器相比，减少了飞跨电容的数量，从而降低了飞跨电容损耗的能量，且缩小了飞跨电容占用的芯片面积。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种五级单相降压型DC/DC转换器，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容及第二飞跨电容，4对所述互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管，其中：
所述第一PMOS管的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，所述第四PMOS管的漏极分别与所述电感的第一端及所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，所述第一NMOS管的源极接地，所述电感的第二端分别与所述电容的第一端及所述电阻的第一端连接，其公共端作为所述转换器的输出端，所述电容的第二端及所述电阻的第二端均接地；
所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容在不跨接于同一位置的前提下，分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；
所述控制晶片用于通过控制4对所述互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种五级单相降压型DC/DC转换器，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容、第二飞跨电容及第三飞跨电容，4对所述互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管，其中：
所述第一PMOS管的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，所述第四PMOS管的漏极分别与所述电感的第一端及所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，所述第一NMOS管的源极接地，所述电感的第二端分别与所述电容的第一端及所述电阻的第一端连接，其公共端作为所述转换器的输出端，所述电容的第二端及所述电阻的第二端均接地；
所述第一飞跨电容、所述第二飞跨电容及所述第三飞跨电容在不跨接于同一位置的前提下，所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于剩余的相邻的两对互补开关之间或者所述转换器的输入端与地之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；跨接于所述转换器的输入端与地之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压；
所述控制晶片用于通过控制4对所述互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
优选地，所述第一飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种五级两相降压转换器，包括上述任一种五级单相降压型DC/DC转换器，还包括：
与所述五级单相降压型DC/DC转换器在去除电容、电阻后的电路结构及内部各器件选型完全相同的另一相五级降压转换器；其中，五级两相降压转换器所包含的两个第一PMOS管的源极连接，其公共端作为所述五级两相降压转换器的输入端，所述五级两相降压转换器所包含的两个电感的第二端连接，其公共端作为所述五级两相降压转换器的输出端。
本发明提供了一种五级单相降压型DC/DC转换器，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容及第二飞跨电容，4对互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管，其中：第一PMOS管的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，第四PMOS管的漏极分别与电感的第一端及第四NMOS管的漏极连接，第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，第一NMOS管的源极接地，电感的第二端分别与电容的第一端及电阻的第一端连接，其公共端作为转换器的输出端，电容的第二端及电阻的第二端均接地；第一飞跨电容和第二飞跨电容在不跨接于同一位置的前提下，分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；控制晶片用于通过控制4对互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
可见，本申请的五级单相降压型DC/DC转换器仅采用两个飞跨电容便可实现五级电压转换，与现有的五级单相降压转换器相比，减少了飞跨电容的数量，从而降低了飞跨电容损耗的能量，且缩小了飞跨电容占用的芯片面积。
本发明还提供了另一种五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器(与现有的五级单相降压转换器组成两相降压转换器相比)，与上述单相降压转换器具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的第一种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图2为本发明提供的第二种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图3为本发明提供的第三种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图4为现有技术中的一种二级单相降压转换器的结构示意图；
图5为现有技术中的一种三级单相降压转换器的结构示意图；
图6(1)为本发明提供的一种图1所示转换器的第一种工作状态的运行示意图；
图6(2)为本发明提供的一种图1所示转换器的第二种工作状态的运行示意图；
图6(3)为本发明提供的一种图1所示转换器的第三种工作状态的运行示意图；
图6(4)为本发明提供的一种图1所示转换器的第四种工作状态的运行示意图；
图6(5)为本发明提供的一种图1所示转换器的第五种工作状态的运行示意图；
图6(6)为本发明提供的一种图1所示转换器的第六种工作状态的运行示意图；
图6(7)为本发明提供的一种图1所示转换器的第七种工作状态的运行示意图；
图6(8)为本发明提供的一种图1所示转换器的第八种工作状态的运行示意图；
图7为本发明提供的第四种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图8为本发明提供的第五种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图9为本发明提供的第六种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图10为本发明提供的第七种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图；
图11为本发明提供的一种五级两相降压转换器的结构示意图；
图12为本发明提供的一种五级单相降压转换器与五级两相降压转换器的开关频率与电感电流峰值的波形对比图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种五级单相降压型DC/DC转换器及五级两相降压转换器，可实现五级电压转换，与现有的五级单相降压转换器相比，减少了飞跨电容的数量，从而降低了飞跨电容损耗的能量，且缩小了飞跨电容占用的芯片面积。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1、图2及图3，图1为本发明提供的第一种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图，图2为本发明提供的第二种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图，图3为本发明提供的第三种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图。
本申请提供的第一类五级单相降压型DC/DC转换器包括：控制晶片(图中未示出，但转换器包含此控制晶片)、4对互补开关、电感L、电容Co、电阻Ro、第一飞跨电容CF1及第二飞跨电容CF2，4对互补开关包括第一PMOS管P1和第一NMOS管N1(第一对互补开关)、第二PMOS管P2和第二NMOS管N2(第二对互补开关)、第三PMOS管P3和第三NMOS管N3(第三对互补开关)、第四PMOS管P4和第四NMOS管N4(第四对互补开关)，其中：
第一PMOS管P1的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联(即第一PMOS管P1的漏极与第二PMOS管P2的源极连接，第二PMOS管P2的漏极与第三PMOS管P3的源极连接，第三PMOS管P3的漏极与第四PMOS管P4的源极连接)，第四PMOS管P4的漏极分别与电感L的第一端及第四NMOS管N4的漏极连接，第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联(即第四NMOS管N4的源极与第三NMOS管N3的漏极连接，第三NMOS管N3的源极与第二NMOS管N2的漏极连接，第二NMOS管N2的源极与第一NMOS管N1的漏极连接)，第一NMOS管N1的源极接地，电感L的第二端分别与电容Co的第一端及电阻Ro的第一端连接，其公共端作为转换器的输出端，电容Co的第二端及电阻Ro的第二端均接地；
第一飞跨电容CF1和第二飞跨电容CF2在不跨接于同一位置的前提下，分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；
控制晶片用于通过控制4对互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
具体地，请参照图4及图5，图4为现有技术中的一种二级单相降压转换器的结构示意图，图5为现有技术中的一种三级单相降压转换器的结构示意图。首先对多级单相降压型DC/DC转换器的基本原理进行简单介绍：
已知电感L的纹波电流：其中，ILmax为流经电感L的最大电流值，ILmin为流经电感L的最小电流值，D为开关驱动信号的占空比，Fsw为开关频率，l为电感值，ΔV为电感L的输入节点的电压摆幅。当电感L的纹波电流增大时，转换器的损耗也增大，所以，为了降低电感L的纹波电流，一般采用降低电感L的输入节点的电压摆幅ΔV来降低电感L的纹波电流ΔiL。图4中，二级单相降压转换器可使电感输入节点Vx实现Vin、0二级电压转换，此时ΔV＝Vin；图5中，三级单相降压转换器可使电感输入节点Vx实现Vin、0.5Vin、0三级电压转换，此时ΔV＝0.5Vin；五级单相降压转换器可使电感输入节点Vx实现Vin、0.75Vin、0.5Vin、0.25Vin、0五级电压转换，此时ΔV＝0.25Vin，所以五级单相降压转换器在降低其内包含的电感L的纹波电流方面有优势。可见，在电感相同的纹波电流情况下，相比于二级、三级单相降压转换器，五级单相降压转换器可使用尺寸更小的电感。
考虑到现有的五级单相降压转换器内设飞跨电容的数量较多，导致其损耗的能量较多，且占用所在芯片的面积较大，所以本申请采用图1或图2或图3的结构，仅采用两个飞跨电容便可实现五级电压转换，从而减少了飞跨电容的数量，降低了飞跨电容损耗的能量，且缩小了飞跨电容占用的芯片面积。
图1中，第一飞跨电容CF1跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压(大小为Vin)的1/4，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的1/2。
图2中，第一飞跨电容CF1跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/4，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的3/4。
图3中，第一飞跨电容CF1跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/2，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的3/4。
更具体地，本申请中每一对互补开关中两个开关的驱动信号一致(由控制晶片生成)，第一对互补开关的驱动信号用D1(D1＝0代表驱动信号为低电平，D1＝1代表驱动信号为高电平，D2、D3、D4同理表示，已知NMOS管在栅极输入高电平时导通，PMOS管在栅极输入低电平时导通)表示，第二对互补开关的驱动信号用D2表示，第三对互补开关的驱动信号用D3表示，第四对互补开关的驱动信号用D4表示，下面以图1为例，在第一飞跨电容CF1及第二飞跨电容CF2充满电的前提下，对转换器实现五级电压转换的原理进行介绍：
请参照图6(1)，第一种工作状态：D1＝0，D2＝0，D3＝0，D4＝0(图中虚线表示线路处于断路状态)，Vx＝Vin；请参照图6(2)，第二种工作状态：D1＝0，D2＝0，D3＝0，D4＝1，(为第一飞跨电容CF1两端的满电电压)；请参照图6(3)，第三种工作状态：D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝0，(为第二飞跨电容CF2两端的满电电压)；请参照图6(4)，第四种工作状态：D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝1，请参照图6(5)，第五种工作状态：D1＝1，D2＝1，D3＝0，D4＝0，请参照图6(6)，第六种工作状态：D1＝1，D2＝1，D3＝0，D4＝1，请参照图6(7)，第七种工作状态：D1＝1，D2＝1，D3＝1，D4＝0，请参照图6(8)，第八种工作状态：D1＝1，D2＝1，D3＝1，D4＝1，Vx＝0。
可见，通过不同组合的驱动信号，该转换器仅采用两个飞跨电容，便能够为电感输入节点Vx提供五级不同的电压：Vin、0.75Vin、0.5Vin、0.25Vin、0，以减小电感L的纹波电流，减小转换器的损耗。
此外，图2和图3所示的五级单相降压型DC/DC转换器实现五级电压转换的原理，与图1所示的五级单相降压型DC/DC转换器实现五级电压转换的原理类似，本申请在此不做详细叙述。
请参照图7、图8、图9及图10，图7为本发明提供的第四种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图，图8为本发明提供的第五种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图，图9为本发明提供的第六种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图，图10为本发明提供的第七种五级单相降压型DC/DC转换器的结构示意图。
本申请提供的第二类五级单相降压型DC/DC转换器包括：控制晶片、4对互补开关、电感L、电容Co、电阻Ro、第一飞跨电容CF1、第二飞跨电容CF2及第三飞跨电容CF3，4对互补开关包括第一PMOS管P1和第一NMOS管N1、第二PMOS管P2和第二NMOS管N2、第三PMOS管P3和第三NMOS管N3、第四PMOS管P4和第四NMOS管N4，其中：
第一PMOS管P1的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，第四PMOS管P4的漏极分别与电感L的第一端及第四NMOS管N4的漏极连接，第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，第一NMOS管N1的源极接地，电感L的第二端分别与电容Co的第一端及电阻Ro的第一端连接，其公共端作为转换器的输出端，电容Co的第二端及电阻Ro的第二端均接地；
第一飞跨电容CF1、第二飞跨电容CF2及第三飞跨电容CF3在不跨接于同一位置的前提下，第一飞跨电容CF1和第二飞跨电容CF2分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间，第三飞跨电容CF3跨接于剩余的相邻的两对互补开关之间或者转换器的输入端与地之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；跨接于转换器的输入端与地之间的飞跨电容两端的满电电压等于输入电压；
控制晶片用于通过控制4对互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
具体地，图7中，第一飞跨电容CF1跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，第三飞跨电容CF3跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/4，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的1/2，第三飞跨电容CF3两端的满电电压等于输入电压的3/4。
图8中，第一飞跨电容CF1跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，第三飞跨电容CF3跨接于转换器的输入端与地之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/4，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的1/2，第三飞跨电容CF3两端的满电电压等于输入电压。
图9中，第一飞跨电容CF1跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，第三飞跨电容CF3跨接于转换器的输入端与地之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/4，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的3/4，第三飞跨电容CF3两端的满电电压等于输入电压。
图10中，第一飞跨电容CF1跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，第二飞跨电容CF2跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，第三飞跨电容CF3跨接于转换器的输入端与地之间；则第一飞跨电容CF1两端的满电电压等于输入电压的1/2，第二飞跨电容CF2两端的满电电压等于输入电压的3/4，第三飞跨电容CF3两端的满电电压等于输入电压。
可见，与第一类五级单相降压型DC/DC转换器相比，本申请的第二类五级单相降压型DC/DC转换器多设一个飞跨电容(但仍比现有的五级单相降压转换器的飞跨电容数量要少，同样可降低飞跨电容损耗的能量，且缩小飞跨电容占用的芯片面积)，对应的工作状态增多，所以第二类五级单相降压型DC/DC转换器通过不同组合的驱动信号，同样可以为电感输入节点Vx提供五级不同的电压，实现五级电压转换，其实现原理与上述第一类转换器实现五级电压转换的原理类似，本申请在此不做详细叙述。
本发明还提供了一种五级两相降压转换器，包括上述任一种五级单相降压型DC/DC转换器，还包括：
与五级单相降压型DC/DC转换器在去除电容、电阻后的电路结构及内部各器件选型完全相同的另一相五级降压转换器；其中，五级两相降压转换器所包含的两个第一PMOS管的源极连接，其公共端作为五级两相降压转换器的输入端，五级两相降压转换器所包含的两个电感的第二端连接，其公共端作为五级两相降压转换器的输出端。
具体地，考虑到单相降压转换器的效率较低、开关频率较小，所以本申请结合多相设计，提高开关频率，使电感尺寸实现进一步减小。请参照图11，图11为本发明提供的一种五级两相降压转换器的结构示意图。图11只是五级两相降压转换器的一种具体结构，其余几种具体结构的介绍参考图11的介绍即可。
本申请的五级两相降压转换器将两个五级单相降压转换器组合为两相架构，由于两相的电感(L和L')具有相同的电感值并且经历相同的周期变化，所以两相的电感的纹波电流是相等的。
此外，多相降压转换器的净输出纹波电流：
其中，m＝floor(N·D)，floor函数返回小于参数的最大整数值，Vout为多相降压转换器的输出电压，N为相位数。
请参照图12，图12为本发明提供的一种五级单相降压转换器与五级两相降压转换器的开关频率与电感电流峰值的波形对比图。图12中，Vx1为相1电感L的输入节点处电压，Vx2为相2电感L'的输入节点处电压，ΔiL1为相1电感L的纹波电流，ΔiL2为相2电感L'的纹波电流。
由于五级单相降压转换器在90°相移下工作，所以五级两相降压转换器的每个相位都应以45°相移运行。因此在相同时长的一个周期Ts内，五级两相降压转换器架构的开关频率是五级单相降压转换器的开关频率的两倍。可见，与五级单相降压转换器相比，五级两相降压转换器不仅增加了开关频率，而且提高了瞬态响应和效率。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容及第二飞跨电容，4对所述互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管，其中：
所述第一PMOS管的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，所述第四PMOS管的漏极分别与所述电感的第一端及所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，所述第一NMOS管的源极接地，所述电感的第二端分别与所述电容的第一端及所述电阻的第一端连接，其公共端作为所述转换器的输出端，所述电容的第二端及所述电阻的第二端均接地；
所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容在不跨接于同一位置的前提下，分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；
所述控制晶片用于通过控制4对所述互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
2.如权利要求1所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2。
3.如权利要求1所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
4.如权利要求1所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
5.一种五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，包括控制晶片、4对互补开关、电感、电容、电阻、第一飞跨电容、第二飞跨电容及第三飞跨电容，4对所述互补开关包括第一PMOS管和第一NMOS管、第二PMOS管和第二NMOS管、第三PMOS管和第三NMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管，其中：
所述第一PMOS管的源极作为转换器的输入端，第一至第四PMOS管按照漏极与源极的连接方式依次串联，所述第四PMOS管的漏极分别与所述电感的第一端及所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四至第一NMOS管按照源极与漏极的连接方式依次串联，所述第一NMOS管的源极接地，所述电感的第二端分别与所述电容的第一端及所述电阻的第一端连接，其公共端作为所述转换器的输出端，所述电容的第二端及所述电阻的第二端均接地；
所述第一飞跨电容、所述第二飞跨电容及所述第三飞跨电容在不跨接于同一位置的前提下，所述第一飞跨电容和所述第二飞跨电容分别跨接于任一相邻的两对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于剩余的相邻的两对互补开关之间或者所述转换器的输入端与地之间；其中，跨接于第n对与第n+1对互补开关之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述转换器输入电压的(4-n)/4，n＝1，2，3；跨接于所述转换器的输入端与地之间的飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压；
所述控制晶片用于通过控制4对所述互补开关的开通或关断，实现五级电压转换。
6.如权利要求5所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4。
7.如权利要求5所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
8.如权利要求5所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第三对互补开关与第四对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/4，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
9.如权利要求5所述的五级单相降压型DC/DC转换器，其特征在于，所述第一飞跨电容跨接于第二对互补开关与第三对互补开关之间，所述第二飞跨电容跨接于第一对互补开关与第二对互补开关之间，所述第三飞跨电容跨接于所述转换器的输入端与地之间；
则所述第一飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的1/2，所述第二飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压的3/4，所述第三飞跨电容两端的满电电压等于所述输入电压。
10.一种五级两相降压转换器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的五级单相降压型DC/DC转换器，还包括：
与所述五级单相降压型DC/DC转换器在去除电容、电阻后的电路结构及内部各器件选型完全相同的另一相五级降压转换器；其中，五级两相降压转换器所包含的两个第一PMOS管的源极连接，其公共端作为所述五级两相降压转换器的输入端，所述五级两相降压转换器所包含的两个电感的第二端连接，其公共端作为所述五级两相降压转换器的输出端。
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