CN111293883A - 升降压电路及其控制方法 - Google Patents

升降压电路及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111293883A
CN111293883A CN201910081697.2A CN201910081697A CN111293883A CN 111293883 A CN111293883 A CN 111293883A CN 201910081697 A CN201910081697 A CN 201910081697A CN 111293883 A CN111293883 A CN 111293883A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
tar
bat
turned
voltage
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.)
Granted
Application number
CN201910081697.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111293883B (zh
Inventor
王永进
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.)
Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
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 Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd filed Critical Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority to CN201910081697.2A priority Critical patent/CN111293883B/zh
Priority to PCT/CN2019/077014 priority patent/WO2020155289A1/zh
Priority to EP19913662.3A priority patent/EP3920400A4/en
Priority to US17/426,614 priority patent/US11894773B2/en
Publication of CN111293883A publication Critical patent/CN111293883A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111293883B publication Critical patent/CN111293883B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H02M3/156—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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • 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
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • 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
    • H02M3/156—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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Abstract

本公开涉及升降压电路及其控制方法。在该升降压电路中，第一开关的第一端与输入电源的正极连接，第二开关的第一端与输入电源的正极连接，第三开关的第一端和第一电容的第一端与第一开关的第二端连接，第三开关的第二端与输入电源的负极连接，第四开关的第一端、第一电容的第二端以及第一电感的第一端与第二开关的第二端连接，第四开关的第二端与输入电源的负极连接，第一电感的第二端与输出电源的正极连接，第二电容并联在输出电源的正极和负极之间。电容与开关配合工作可在电感的一端产生两倍的输入电源电压，使得本公开的升降压电路在升压模式时能够快速实现输出电压的升高，从而减少了调节输出电压时电压的稳定时间，快速稳定地实现调压过程。

Description

升降压电路及其控制方法
技术领域
本公开涉及直流电变换领域，尤其涉及一种升降压电路及其控制方法。
背景技术
升降压电路(buck-boost)能够通过调节输出电压的高低有效降低系统功耗。随着5G通信时代的到来，需要能实现快速升降压的电路来保障通信顺畅并协助降低系统功耗。
现有的升降压buck-boost结构在实现升降压的转换时间太长，导致在调节输出电压时电压的稳定时间比较长，尤其是从降压模式转换到升压模式，中间切换过程长，导致电压的稳定时间太长达不到系统通信要求，造成系统应用时信号敏感度降低，导致通信失败。
因此，如何能够减少升降压电路在调节电压时电压的稳定时间、快速实现调压过程成了当下亟待解决的一大问题。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种升降压电路及其控制方法，能够快速稳定地实现调压过程。
根据本公开的一方面，提供了一种升降压电路，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电感、第一电容和第二电容；
所述第一开关的第一端与输入电源的正极连接，所述第二开关的第一端与输入电源的正极连接，所述第三开关的第一端和所述第一电容的第一端与所述第一开关的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述输入电源的负极连接，所述第四开关的第一端、所述第一电容的第二端以及所述第一电感的第一端与所述第二开关的第二端连接，所述第四开关的第二端与所述输入电源的负极连接，所述第一电感的第二端与所述输出电源的正极连接，所述第二电容并联在所述输出电源的正极和负极之间。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括第五开关，所述第五开关连接在所述第一电容的第二端和所述第二开关的第二端之间。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括第六开关，所述第六开关与所述第一电容并联。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括第七开关，所述第七开关与所述第一电感并联。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第一开关和第三开关，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第五开关，所述第一开关和第三开关状态相反或者同时断开，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，所述第一开关和第三开关互补导通，所述第四开关和第五开关互补导通，所述第二开关从所述第一开关断开起至所述第四开关闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+△V时，闭合所述第五开关，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第五开关，所述第一开关和第三开关状态相反或者同时断开，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，所述第一开关和第三开关互补导通，所述第四开关和第五开关互补导通，所述第二开关从所述第四开关断开起至所述第一开关闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+△V时，闭合所述第五开关，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，闭合所述第六开关，所述第一开关和所述第二开关同时工作，所述第三开关和所述第四开关同时工作，所述第一开关和第三开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关和第六开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关和所述第六开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
在一种可能的实现方式中，所述升降压电路还包括控制模块，所述控制模块根据输出电压Vout与目标电压Vtar的关系，以及目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vout<Vtar-△V，且Vtar≤VBAT时，断开所述第四开关，闭合所述第二开关和第七开关以对与所述升降压电路的输出端连接的第二电容进行充电，在输出电压升高至Vout＝Vtar-△V时断开所述第七开关，进入第一工作模式，其中△V为设定电压差；
当Vout<Vtar-△V，且Vtar＞VBAT时，闭合所述第二开关、第三开关和第七开关以对所述第二电容进行充电，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开所述第二开关和第三开关，同时闭合所述第一开关通过所述第一电容对所述第二电容进行充电，并在输出电压升高至Vout＝Vtar-△V时断开所述第一开关和第七开关，进入所述第一工作模式；
当Vout>Vtar+△V时，闭合所述第七开关、第四开关进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+△V时断开所述第七开关、第四开关，进入所述第一工作模式；
当Vtar-△V≤Vout≤Vtar+△V时，进入所述第一工作模式；
所述第一工作模式包括：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第一开关和第三开关，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还用于在Vout<Vtar-△V，且Vtar＞VBAT时，闭合所述第五开关，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开所述第五开关。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还用于在Vout>Vtar+△V时，还闭合所述第六开关和所述第三开关进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+△V时断开所述第六开关和所述第三开关。
电容与开关配合工作可在电感的一端产生两倍的输入电源电压，使得本公开的升降压电路在升压模式时能够快速实现输出电压的升高，从而减少了升降压电路在调节输出电压时电压的稳定时间，快速稳定地实现调压过程。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图2示出图1中的升降压电路工作在降压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图3示出图1中的升降压电路工作在直通模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图4示出图1中的升降压电路工作在升压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图5示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图6示出图5中的升降压电路工作在降压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图7示出图5中的升降压电路工作在升降压同时工作模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图8示出图5中的升降压电路工作在升压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图9示出图5中的升降压电路工作在升降压同时工作模式的另一种开关状态图及LX点处的电压图。
图10示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图11示出图10中的升降压电路工作在降压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图12示出图10中的升降压电路工作在直通模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图13示出图10中的升降压电路工作在升压模式的开关状态图及LX点处的电压图。
图14示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图15示出图14中的升降压电路升压过程的输出电压图及开关状态图。
图16示出图14中的升降压电路降压过程的输出电压图及开关状态图。
图17示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图18示出图17中的升降压电路升压过程的输出电压图及开关状态图。
图19示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。
图20示出图19中的升降压电路降压过程的输出电压图及开关状态图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图1所示，该升降压电路包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一电感L1和第一电容C1和第二电容C2。
其中，第一开关S1的第一端与输入电源VBAT的正极连接，第二开关S2的第一端与输入电源VBAT的正极连接，第三开关S3的第一端和第一电容C1的第一端与第一开关S1的第二端连接，第三开关S3的第二端与输入电源VBAT的负极连接(例如接地)，第四开关S4的第一端、第一电容C1的第二端以及第一电感L1的第一端与第二开关S2的第二端连接，第四开关S4的第二端与输入电源VBAT的负极连接(例如接地)，第一电感L1的第二端与输出电源Vout的正极连接，第二电容C2并联在所述输出电源Vout的正极和负极之间。
可以通过控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对各个开关的状态进行控制，从而实现电路的升降压模式。控制模块可以在升降压电路中实现，也可以独立于升降压电路，可以根据预定的程序或外部指令，执行本公开各实施例中的控制方法，对开关进行控制。在控制方式中未提及的开关默认处于断开状态。
图1中的升降压电路的控制方式如下：
当Vtar<VBAT-△V时，断开第一开关S1和第三开关S3，第二开关S2和第四开关S4互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4，闭合第二开关S2；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开第四开关S4，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。
也即，当Vtar<VBAT-△V时，此时电路工作在BUCK降压模式。其中，△V为设定电压差，根据需求定义，例如100mV、200mV……。参照图2所示的开关状态图，断开第一开关S1和第三开关S3，使S1和S3同时处于关闭状态，第二开关S2和第四开关S4互补导通。在第二开关S2导通期间，LX处的电压为VBAT，第一电感L1中的电感电流线性增加；在第二开关S2断开，第四开关S4导通期间，LX处的电压为0，由于电感电流不能突变，经过第四开关S4形成回路，给第二电容C2充电。其中，各个开关的初始状态默认为断开状态。
根据秒伏法则，可知输出电压的计算公式为：Vout＝(ton/T)×VBAT(1)。其中，表示ton表示第二开关的导通时间，ton/T即为第二开关的控制电压的占空比。
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，电路工作在bypass直通模式。参照图3所示的开关状态图，第一开关S1、第三开关S3同时处于断开状态，第二开关S2处于常开状态(即持续导通的状态)，第四开关S4处于常关状态。由于第二开关S4始终导通，LX处的电压始终为VBAT，因此输出电压Vout＝VBAT。
当Vtar＞VBAT+△V时，电路工作在BOOST升压模式。参照图4所示的开关状态图，第四开关S4处于断开状态，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通，也即第三开关S3也与第一开关S1互补导通。在第二开关S2和第三开关S3导通时，LX处的电压为VBAT，第一电感L1中的电感电流线性增加；在第二开关S2、第三开关S3断开，第一开关S1导通时，第一电感L1向第一电容C1充电，使得LX处的电压达到2VBAT。
根据秒伏法则，可知输出电压的计算公式为：VOUT＝(1+ton/T)×VBAT(2)。
电容与开关配合工作可在电感的一端产生两倍的输入电源电压，使得本实施例中的升降压电路在升压模式时能够快速实现输出电压的升高，从而减少了升降压电路在调节输出电压时电压的稳定时间，快速稳定地实现调压过程。
需要说明的是，本公开实施例提供的各个开关可以为半导体晶体管，如双极性晶体管、场效应晶体管，或其他任意类型的开关。
图5示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图5所示，该升降压电路与图1中的升降压电路相比增加了第五开关S5。第五开关S5与第一电容C1串联，连接在第一电容C1的第二端与第二开关的第二端之间，也即第一电容C1的第一电容C1的第二端与第一电感L1的第一端之间。
当第五开关S5处于常开状态，该升降压电路的工作状态与图1完全一致。根据应用场景，适时调节S5的开关，可以使电路应用更加灵活。
图5中的升降压电路的第一种控制方式如下：
当Vtar<VBAT-△V时，断开第五开关S5，第一开关S1和第三开关S3状态相反或者同时断开，第二开关S2和第四开关S4互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，第一开关S1和第三开关S3互补导通，第四开关S4和第五开关S5互补导通，第二开关S2从第一开关S1断开起至第四开关S4闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+△V时，闭合第五开关S5，断开第四开关S4，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。
也即，当Vtar<VBAT-△V时，此时电路工作在BUCK降压模式。参照图6所示的开关状态图，第五开关S5处于断开状态，第二开关S2和第四开关S4互补导通，第一开关S1和第三开关S3的状态相反或都为断开即可，也就是说，既可以是S1导通S3断开，也可以是S3导通S1断开，或者S1，S3同时为断开。在第二开关S2导通期间，LX处的电压为VBAT，第一电感L1中的电感电流线性增加；在第二开关S2断开，第四开关S4导通期间，LX处的电压为0，由于电感电流不能突变，经过第四开关S4形成回路，给第二电容C2充电。
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，电路工作在升降压同时工作模式，控制方式参见图7。第一开关S1和第三开关S3互补导通，第四开关S4和第五开关S5互补导通，第二开关S2从第一开关S1断开起至第四开关S4闭合期间导通。当第一开关S1和第五开关S5同时导通期间，在LX处的电压为2VBAT，第一开关S1的导通时间为ton1，也即同时导通的时间为ton1；当第一开关S1断开，第二开关S2开始导通时，在LX处的电压为VBAT，第二开关S2的导通时间为ton2；当第四开关S4开始导通时，在LX处的电压为0。通过控制ton1与ton2的时间达到想要的输出电压。输出电压的计算公式为：
Vout＝(ton1/T)×2VBAT+(ton2/T)×VBAT (3)。
当Vtar＞VBAT+△V时，此时电路工作在BOOST升压模式。参照图8所示的开关状态图，闭合第五开关S5，断开第四开关S4，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。该工作模式与图1中的BOOST升压模式相同。
图5中的升降压电路的第二种控制方式如下：
当Vtar<VBAT-△V时，断开第五开关S5，第一开关S1和第三开关S3状态相反或者同时断开，第二开关S2和第四开关S4互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，第一开关S1和第三开关S3互补导通，第四开关S4和第五开关S5互补导通，第二开关S2从第四开关S4断开起至第一开关S1闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+△V时，闭合第五开关S5，断开第四开关S4，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。
该控制方式仅在VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时与第一种有所区别，其他情况下是相同的。
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，电路工作在升降压同时工作模式。控制方式参见图9。第一开关S1和第三开关S3互补导通，第四开关S4和第五开关S5互补导通，第二开关S2从第四开关S4断开起至第一开关S1闭合期间导通。当第四开关S4导通时，在LX处的电压为0；当第四开关S4断开，并且第二开关S2开始导通时，在LX处的电压为VBAT，第二开关S2的导通时间为ton2；当第一开关S1开始导通时，在LX处的电压为2VBAT，第一开关S1的导通时间为ton1。同样，通过控制ton1与ton2的时间达到想要的输出电压，输出电压的计算与公式(3)相同。
图10示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图10所示，该升降压电路与图1中的升降压电路相比增加了第六开关S6。第六开关S6与第一电容C1并联，连接在第一开关S1的第二端与第一电感的第一端之间。
当第六开关S6处于常关状态(即始终断开),该升降压电路的工作状态与图1完全一致。
图10中的升降压电路的控制方式如下：
当Vtar<VBAT-△V时，闭合第六开关S6，第一开关S1和第二开关S2同时工作，第三开关S3和第四开关S4同时工作，第一开关S1和第三开关S3互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4，闭合第二开关S2和第六开关S6；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开第四开关S4和第六开关S6，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。
也即，当Vtar<VBAT-△V时，此时电路工作在BUCK降压模式。参照图11所示的开关状态图，闭合第六开关S6，第一开关S1和第二开关S2同时工作，第三开关S3和第四开关S4同时工作，第一开关S1和第三开关S3互补导通。在第一开关S1、第二开关S2导通期间，LX处的电压为VBAT；在第一开关S1、第二开关S2断开，第三开关、第四开关S4导通期间，LX处的电压为0。
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，电路工作在bypass直通模式。参照图12所示的开关状态图，断开第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4，闭合第二开关S2和第六开关S6。
当Vtar＞VBAT+△V时，电路工作在BOOST升压模式。参照图13所示的开关状态图，断开第四开关S4和第六开关S6，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关S1互补导通。在第一开关S1导通时，LX处的电压为2VBAT；在第一开关S1断开，第二开关S2和第三开关S3导通时，LX处的电压为VBAT。即，第六开关处于常关状态，与图1中的BOOST升压模式相同。
图14示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图14所示，该升降压电路与图1中的升降压电路相比增加了第七开关S7，第七开关S7与第一电感L1并联，连接在第二开关S1的第二端与输出电源的正极之间。
当第七开关S7处于常关状态，该电路与图1是完全一致的。在要求电路输出电压调整时，通过闭合第七开关S7，使其快速对输出电容冲放电，能够实现输出电压快速调整到目标电压的目的。
控制模块根据输出电压Vout与目标电压Vtar的关系，以及目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vout<Vtar-△V，且Vtar≤VBAT时，断开第四开关S4，闭合第二开关S2和第七开关S7以对与升降压电路的输出端连接的第二电容C2进行充电，在输出电压升高至Vout＝Vtar-△V时断开第七开关S7，进入第一工作模式，其中△V为设定电压差；
当Vout<Vtar-△V，且Vtar＞VBAT时，闭合第二开关S2、第三开关S3和第七开关S7以对第二电容C2进行充电，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开第二开关S2和第三开关S3，同时闭合第一开关S1通过第一电容C1对第二电容C2进行充电，并在输出电压升高至Vout＝Vtar-△V时断开第一开关S1和第七开关S7，进入第一工作模式；
当Vout>Vtar+△V时，闭合第七开关S7、第四开关S4进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+△V时断开第七开关S7、第四开关S4，进入第一工作模式；
当Vtar-△V≤Vout≤Vtar+△V时，进入第一工作模式。
所述第一工作模式包括：
当Vtar<VBAT-△V时，断开第一开关S1和第三开关S3，第二开关S2和第四开关S4互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4，闭合第二开关S2；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开第四开关S4，第二开关S2和第三开关S3同时工作，第二开关S2和第一开关互补导通。
图15示出本实施例中的升降压电路升压过程的输出电压图及开关状态图。当Vout<Vtar-△V，且Vtar≤VBAT时，如图15中输出电压曲线的前半段所示，该电路实质上为降压电路，并且实际输出电压比目标电压小，需要经过升压过程达到目标电压，也即输出电压处于升压状态。
在初始阶段，电源电压VBAT高于输出电压，首先断开第四开关S4，闭合第二开关S2、第七开关S7以对所述升降压电路的输出端连接的第二电容C2进行快速充电。输出电压快速升高，当输出达到与目标电压还差△V时，也即Vout＝Vtar-△V时，断开第七开关S7停止快速充电，电路恢复为图1中的结构，进入图1中升降压电路的控制过程，即进入第一工作模式，输出电压逐渐调整为目标电压Vtar并保持稳定输出Vtar。
当Vtar>VBAT时，如图15中输出电压曲线的后半段所示，该电路实质上为升压电路，并且实际输出电压需要经过升压过程达到目标电压，也即输出电压处于升压状态。首先闭合第二开关S2、第三开关S3和第七开关S7，将输出电压冲到VBAT时断开第二开关S2和第三开关S3，同时闭合第一开关S1，利用第一电容C1继续对第二电容C2进行快速充电。当输出电压达到与目标电压还差△V时，断开第一开关S1和第七开关S7，电路恢复为图1中的结构，进入图1中升降压电路的控制过程，即进入第一工作模式第一工作模式。
图16示出本实施例中的升降压电路降压过程的输出电压图及开关状态图。当Vout>Vtar+△V时，如图16中输出电压曲线所示，实际输出的电压高于目标电压，需要经过降压过程达到目标电压，也即输出电压处于降压状态。
首先闭合第七开关S7、第四开关S4以对输出端连接的第二电容C2进行放电，当电压降低到距离目标电压还差△V时，即Vout＝Vtar+△V时，断开第七开关S7、第四开关S4，电路恢复为图1中的结构，进入图1中升降压电路的控制过程，即进入第一工作模式第一工作模式。
图17示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图17所示，该升降压电路与图5中的升降压电路相比增加了第七开关S7，第七开关S7与第一电感L1并联，连接在第二开关S1的第二端与输出电源的正极之间。
当第七开关S7处于常关状态，该电路与图5是完全一致的。当第五开关S7处于常开状态，工作状态与图14中的升降压电路相似，不同之处在于，控制模块还用于在Vout<Vtar-△V，且Vtar＞VBAT时，闭合第五开关S5，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开第五开关S5。
也即，在升压过程中，当目标输出电压Vout＞VBAT时，第五开关S5需要闭合，控制方式如图18所示。其中第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第七开关S7的控制方式与图14中的升降压电路升压过程的控制方式相同。
图19示出根据本公开一实施方式的升降压电路的结构图。如图19所示，该升降压电路与图10中的升降压电路相比增加了第七开关S7，第七开关S7与第一电感L1并联，连接在第二开关S1的第二端与输出电源的正极之间。
当第七开关S7处于常关状态，该电路与图10是完全一致的。当第六开关S6处于断开状态，工作状态与图14的升降压电路相似，不同之处在于，控制模块还用于在Vout>Vtar+△V时，还闭合第六开关S6和第三开关S3进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+△V时断开第六开关S6和第三开关S3。
也即，放电过程中，闭合第三开关S3和第六开关S6，以使放电速度更快，控制方式如图20所示。其中第四开关S4和第七开关S7的控制方式与图14中的升降压电路降压过程的控制方式相同。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (11)

1.一种升降压电路，其特征在于，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电感、第一电容和第二电容；
所述第一开关的第一端与输入电源的正极连接，所述第二开关的第一端与输入电源的正极连接，所述第三开关的第一端和所述第一电容的第一端与所述第一开关的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述输入电源的负极连接，所述第四开关的第一端、所述第一电容的第二端以及所述第一电感的第一端与所述第二开关的第二端连接，所述第四开关的第二端与所述输入电源的负极连接，所述第一电感的第二端与所述输出电源的正极连接，所述第二电容并联在所述输出电源的正极和负极之间。
2.根据权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，还包括第五开关，所述第五开关连接在所述第一电容的第二端和所述第二开关的第二端之间。
3.根据权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，还包括第六开关，所述第六开关与所述第一电容并联。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的升降压电路，其特征在于，还包括第七开关，所述第七开关与所述第一电感并联。
5.根据权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-ΔV时，断开所述第一开关和第三开关，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，ΔV为设定电压差；
当VBAT-ΔV≤Vtar≤VBAT+△V时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
6.根据权利要求2所述的升降压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第五开关，所述第一开关和第三开关状态相反或者同时断开，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+ΔV时，所述第一开关和第三开关互补导通，所述第四开关和第五开关互补导通，所述第二开关从所述第一开关断开起至所述第四开关闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+ΔV时，闭合所述第五开关，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
7.根据权利要求2所述的升降压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-ΔV时，断开所述第五开关，所述第一开关和第三开关状态相反或者同时断开，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，ΔV为设定电压差；
当VBAT-ΔV≤Vtar≤VBAT+ΔV时，所述第一开关和第三开关互补导通，所述第四开关和第五开关互补导通，所述第二开关从所述第四开关断开起至所述第一开关闭合期间导通；
当Vtar＞VBAT+ΔV时，闭合所述第五开关，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
8.根据权利要求3所述的升降压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块根据目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vtar<VBAT-△V时，闭合所述第六开关，所述第一开关和所述第二开关同时工作，所述第三开关和所述第四开关同时工作，所述第一开关和第三开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+△V时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关和第六开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关和所述第六开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
9.根据权利要求4所述的升降压电路，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块根据输出电压Vout与目标电压Vtar的关系，以及目标电压Vtar与输入电压VBAT之间的关系对开关进行控制：
当Vout<Vtar-△V，且Vtar≤VBAT时，断开所述第四开关，闭合所述第二开关和第七开关以对与所述升降压电路的输出端连接的第二电容进行充电，在输出电压升高至Vout＝Vtar-△V时断开所述第七开关，进入第一工作模式，其中△V为设定电压差；
当Vout<Vtar-△V，且Vtar＞VBAT时，闭合所述第二开关、第三开关和第七开关以对所述第二电容进行充电，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开所述第二开关和第三开关，同时闭合所述第一开关通过所述第一电容对所述第二电容进行充电，并在输出电压升高至Vout＝Vtar-ΔV时断开所述第一开关和第七开关，进入所述第一工作模式；
当Vout>Vtar+ΔV时，闭合所述第七开关、第四开关进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+ΔV时断开所述第七开关、第四开关，进入所述第一工作模式；
当Vtar-△V≤Vout≤Vtar+△V时，进入所述第一工作模式；
所述第一工作模式包括：
当Vtar<VBAT-△V时，断开所述第一开关和第三开关，所述第二开关和第四开关互补导通，其中，△V为设定电压差；
当VBAT-△V≤Vtar≤VBAT+ΔV时，断开所述第一开关、第三开关、第四开关，闭合所述第二开关；
当Vtar＞VBAT+△V时，断开所述第四开关，所述第二开关和所述第三开关同时工作，所述第二开关和所述第一开关互补导通。
10.根据权利要求9所述的升降压电路，其特征在于，所述控制模块还用于在Vout<Vtar-ΔV，且Vtar＞VBAT时，闭合所述第五开关，在输出电压升高至Vout＝VBAT时断开所述第五开关。
11.根据权利要求9所述的升降压电路，其特征在于，所述控制模块还用于在Vout>Vtar+ΔV时，还闭合所述第六开关和所述第三开关进行放电，在输出电压下降至Vout＝Vtar+ΔV时断开所述第六开关和所述第三开关。
CN201910081697.2A 2019-01-28 2019-01-28 升降压电路及其控制方法 Active CN111293883B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910081697.2A CN111293883B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 升降压电路及其控制方法
PCT/CN2019/077014 WO2020155289A1 (zh) 2019-01-28 2019-03-05 升降压电路及其控制方法
EP19913662.3A EP3920400A4 (en) 2019-01-28 2019-03-05 BUCK-UP CIRCUIT AND CONTROL METHOD THEREOF
US17/426,614 US11894773B2 (en) 2019-01-28 2019-03-05 Buck-boost circuit and control method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910081697.2A CN111293883B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 升降压电路及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111293883A true CN111293883A (zh) 2020-06-16
CN111293883B CN111293883B (zh) 2021-07-13

Family

ID=71027501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910081697.2A Active CN111293883B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 升降压电路及其控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11894773B2 (zh)
EP (1) EP3920400A4 (zh)
CN (1) CN111293883B (zh)
WO (1) WO2020155289A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114285280A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 广东工业大学 一种混合型无缝模式过渡的降压-升压开关电源转换器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4297259A1 (en) * 2022-06-22 2023-12-27 Abb Schweiz Ag Method for operating a dc/dc converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1682445A (zh) * 2002-09-21 2005-10-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 转换器电路及其控制方法
CN101057386A (zh) * 2004-11-12 2007-10-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 电源变换器
CN101136590A (zh) * 2006-08-31 2008-03-05 沃福森微电子有限公司 Dc-dc变换器电路以及包括该电路的方法和设备
CN104143909A (zh) * 2013-05-09 2014-11-12 马克西姆综合产品公司 消除dc/dc转换器中的转换损耗的系统和方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6242970B1 (en) * 1999-09-04 2001-06-05 Texas Instruments Incorporated Charge-pump device and method of sequencing charge-pump switches
CN101309048A (zh) * 2007-05-17 2008-11-19 比亚迪股份有限公司 一种电荷泵装置及电源电路
US7795761B2 (en) * 2008-12-19 2010-09-14 Active-Semi, Inc. Power converters with switched capacitor buck/boost
CN201682416U (zh) 2010-04-02 2010-12-22 江苏丽恒电子有限公司 电荷泵
FR2959624A1 (fr) 2010-04-28 2011-11-04 St Ericsson Sa Circuit de conversion de tension continue
CN102594133B (zh) 2012-01-20 2014-10-22 圣邦微电子（北京）股份有限公司 升压方法和电路
KR102515751B1 (ko) * 2018-02-14 2023-04-03 삼성전자주식회사 단일 유도성 소자를 이용하여 벅-부스트 변환을 수행하는 전자 회로
US11606032B2 (en) * 2018-11-15 2023-03-14 Qualcomm Incorporated Adaptive combination power supply circuit and charging architecture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1682445A (zh) * 2002-09-21 2005-10-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 转换器电路及其控制方法
CN101057386A (zh) * 2004-11-12 2007-10-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 电源变换器
CN101136590A (zh) * 2006-08-31 2008-03-05 沃福森微电子有限公司 Dc-dc变换器电路以及包括该电路的方法和设备
CN104143909A (zh) * 2013-05-09 2014-11-12 马克西姆综合产品公司 消除dc/dc转换器中的转换损耗的系统和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114285280A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 广东工业大学 一种混合型无缝模式过渡的降压-升压开关电源转换器
CN114285280B (zh) * 2021-12-29 2022-08-09 广东工业大学 一种混合型无缝模式过渡的降压-升压开关电源转换器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020155289A1 (zh) 2020-08-06
EP3920400A4 (en) 2022-10-19
US20220094268A1 (en) 2022-03-24
US11894773B2 (en) 2024-02-06
EP3920400A1 (en) 2021-12-08
CN111293883B (zh) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5998977A (en) Switching power supplies with linear precharge, pseudo-buck and pseudo-boost modes
CN105075090B (zh) 具有降压-升压过渡切换控制的降压-升压转换器
US7298117B2 (en) Step-up (boost) DC regulator with two-level back-bias switch gate voltage
US6542344B1 (en) Switching regulator
US20100039085A1 (en) Buck boost function based on a capacitor bootstrap input buck converter
CN102570893B (zh) 同步整流器双向转换器
US8350541B2 (en) Control circuit and method for a soft-start scheme of a switch mode power supply for a power amplifier
JP2003507997A (ja) Ｄｃ／ｄｃアップダウンコンバータ
TWM472362U (zh) 降壓型切換式電源供應器
WO2017007619A1 (en) Boost regulator having adaptive dead time
US20190267895A1 (en) Dc-dc converter
US8797010B2 (en) Startup for DC/DC converters
CN111293883B (zh) 升降压电路及其控制方法
CN114465474A (zh) 降压-升压转换器和混合控制方法
CN111293882B (zh) 升降压电路及控制方法
JPH07222439A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
TW202011694A (zh) 脈衝頻率調變的控制方法和利用其之電源轉換電路
CN112711286B (zh) 调压电路、调压控制方法、调压设备、存储介质和车辆
CN212572391U (zh) 电子电路
WO2002099947A1 (fr) Unite de puissance et son alimentation
KR101239628B1 (ko) 직류-직류 컨버터
US7915880B2 (en) Step-up DC-DC converter
EP3459167B1 (en) Power stage for a dc-dc converter
JP2006506933A (ja) 電力変換器
WO2023153085A1 (ja) 充放電装置及び充放電の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant