CN113285596B - 一种升降压直流变换器及其控制方法 - Google Patents

一种升降压直流变换器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新的开关电容升降压变换器及其控制方法，包括输入电源、第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、开关电容、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管、第二滤波电容和负载。本发明提供的开关电容升降压变换器及其控制方法，根据输入电压的不同有高压和低压两种工作模式，可以提升输入电压范围，提升高压输入时的效率，降低高压输入时的高压侧电流纹波，降低输入侧器件电压应力，可实现更大功率输出。

Description

一种升降压直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种升降压直流变换器及其控制方法。
背景技术
升降压直流变换器在光伏发电系统、可再生能源供电系统、蓄电池充放电等电压宽范围变化的场合具有广泛的应用前景。例如在光伏发电系统中，由于光伏电池的输出电压随外界环境条件的变化存在较大范围的波动，因此前级DCDC变换器(光伏优化器)需要适应宽范围变化输入电压的要求。
传统的直流升降压变换器，如Buck-Boost、Flyback、SEPIC和Cuk变换器等，虽然能够实现升降压变换的功能，但它们存在诸如器件应力高、体积重量大、输入输出反极性等问题，限制了它们在某些场合的应用。
参见图1，图1为现有的四个开关管的升降压变换器的电路原理图，升降压变换器中只使用一个电感L1，拓扑结构简洁、功率密度高，在光伏发电等新能源系统中获得较为广泛的应用。然而，由于功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)体二极管的反向恢复特性较差，在开关管关断时因体二极管的反向恢复问题会产生较大的电压尖峰并会降低变换器的变换效率。同时由于输入高压时电压应力较大，对应的功率MOSFET需要选取高耐压MOSFET，不仅受到高开关损耗的影响，而且还具有由于高导通电阻(Rdson)导致高导通损耗等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种开关电容升降压直流变换器及其控制方法，能够提升输入电压范围，同时提升高压输入时效率，降低输入侧器件应力和磁性器件体积，实现更大功率输出。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：
一种升降压变换器，用于连接在输入电源和负载之间，其包括：
第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、开关电容、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管以及第二滤波电容；
第一开关管的漏极和所述第一滤波电容的一端分别用于与输入电源的正极连接；第二开关管漏极连接于第一开关管的源极、开关电容的第一端；第三开关管漏极连接于第二开关管的源极；第四开关管漏极连接于第三开关管的源极、开关电容的第二端；第五开关管的漏极连接于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接；第六开关管的漏极连接于第五开关管的源极；电感的输入端连接于第二开关管的源极，电感的输出端连接于第五开关管的源极；第一滤波电容的另一端、第四开关管的源极、第六开关管的源极以及第二滤波电容的另一端分别连接于地节点。
其中，当升降压变换器工作时，开关电容两端电压维持在输入电源的电压的一半。
升降压变换器工作时，第一开关管的驱动脉冲的宽度与第二开关管的驱动脉冲的宽度相等；第一开关管的驱动脉冲与第二开关管的驱动脉冲的相位相差180°；第一开关管的驱动脉冲与第四开关管的驱动脉冲互补；第二开关管的驱动脉冲与第三开关管的驱动脉冲互补。
在一个实施例中，升降压变换器还设有第七开关管，第七开关管连接在电感输入端与地节点之间。
本发明还提供一种升降压变换器的控制方法，升降压变换器具有降压工作模式和升压工作模式，升降压变换器工作在降压工作模式时，控制方法包括如下步骤：
当输入电源的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程以及所述第二高压工作过程，其中，
在第一高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，输入电源输出能量向开关电容充电，并向电感激磁；
在第二高压工作过程中，第三开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第二开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到地节点实现去磁；
在第三高压工作过程中，第二开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第三开关管、第六开关管关断，开关电容向电感激磁；
当输入电源的电压低于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程以及第三低压工作过程，其中，
在第一低压工作过程中，第一开关管、第二开关管、第五开关管导通，第三开关管、第四开关管、第六开关管关断，输入电源通过第一开关管、第二开关管向电感激磁；
在第二低压工作过程中，第一开关管、第三开关管、第五开关管导通，第二开关管、第四开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到开关电容的第二端实现去磁；
在第三低压工作过程中，第二开关管、第四开关管、第五开关管导通，第一开关管、第三开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到开关电容的第一端实现去磁。
在一个实施例中，当输入电源的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，激磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压的一半，去磁时电感输入端的电压等于零；当输入电源的电压低于升降压变换器的输出电压的两倍时，激磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压，去磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压的一半。
在一个实施例中，当输入电源的电压等于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行电容充电工作过程以及电容放电工作过程，其中，
在电容充电工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，电感左右两端电压相等，输入电源向升降压变换器的输出端提供能量；
在电容放电工作过程中，第二开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第三开关管以及第六开关管关断，电感左右两端电压相等，开关电容向升降压变换器的输出端提供能量。
本发明还提供一种升降压变换器，用于连接在输入电源和负载之间，其包括：
第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管、开关电容以及第二滤波电容；
第一开关管的漏极和第一滤波电容的一端用于与输入电源的正极连接，所述第一开关管源极连接于所述第二开关管的漏极；
第三开关管的漏极连接于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接，所述第三开关管源极连接于第四开关管的漏极；
第五开关管漏极连接于第四开关管的源极，第六开关管的漏极连接于第五开关管的源极；
开关电容的第一端连接第三开关管源极，开关电容的第二端连接第五开关管源极；
电感的输入端连接于第一开关管的源极，电感的输出端连接于第四开关管的源极；第一滤波电容的另一端、第二开关管的源极、第六开关管的源极以及第二滤波电容的另一端分别连接于地节点。
本发明还提供一种升降压变换器的控制方法，升降压变换器具有降压工作模式和升压工作模式，升降压变换器工作在升压工作模式时，控制方法包括如下步骤：
当输入电源的电压小于升降压变换器的输出电压的一半时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程以及第三低压工作过程，其中，
在第一低压工作过程中，第一开关管、第五开关管、第六开关管导通，第二开关管、第三开关管、第四开关管关断，输入电源向电感激磁；
在第二低压工作过程中，第一开关管、第三开关管、第五开关管导通，第二开关管、第四开关管、第六开关管关断，电感实现去磁，去磁能量向升降压变换器的输出端传递；
在第三低压工作过程中，第一开关管、第四开关管、第六开关管导通，第二开关管、第三开关管、第五开关管关断，电感实现去磁，去磁能量向开关电容传递；
当输入电源的电压大于升降压变换器的输出电压的一半时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程以及所述第二高压工作过程，其中，
在第一高压工作过程中，第一开关管、第四开关管以及第六开关管导通，第二开关管、第三开关管以及第五开关管关断，电感激磁；
在第二高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第四开关管导通，第二开关管、第五开关管以及第六开关管关断，电感去磁，输入电源和电感向升降压变换器的输出端提供能量；
在第三高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，电感激磁。
本发明还提供一种升降压变换器，用于连接在输入电源和负载之间，其包括：第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关电容、电感、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二开关电容以及第二滤波电容，其中，
第一开关管的漏极和第一滤波电容的一端分别用于与输入电源连接，第二开关管漏极连于第一开关管的源极、第一开关电容的第一端，第三开关管漏极连于第二开关管的源极、电感的输入端，第四开关管漏极连于第三开关管的源极、第一开关电容的第二端，第五开关管的漏极连于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接，第六开关管的漏极连于第五开关管的源极、第二开关电容的第一端，第七开关管的漏极连于第六开关管的源极、电感的输出端，第八开关管的漏极连于第七开关管的源极、第二开关电容的第二端，第一滤波电容的另一端、第四开关管的源极、第八开关管的源极、第二滤波电容的另一端分别连接于地节点。
当升降压变换器工作时，第一开关电容两端电压维持在输入电源的电压的一半；第二开关电容的电压维持在输出电压的一半。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的开关电容升降压变换器及其控制方法，输入侧开关管的电压应力降为输入电压的一半，从而使得在输入侧开关管选型时，可以选择寄生参数影响更小的开关管(一般而言耐压越高，器件寄生参数影响越大)，进而有效降低升降压变换器的体积，增加了输入电压的范围，同时，在器件选型上降低可导通阻抗、输入/输出电容、开通/关断时间、反向恢复时间等寄生参数的影响，从而有效降低导通损耗和开关损耗，进一步提升了工作频率和整体效率。
附图说明
图1为现有四个开关管的升降压变换器的电路原理图；
图2为本发明升降压变换器的第一实施例的电路原理图；
图3A-3C为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入高压工作模式时的电流流向示意图；
图4为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入高压工作模式下对应的工作波形；
图5A-5B为第一实施例中升降压变换器工作在输入等于两倍输出工作模式时的电流流向示意图；
图6为第一实施例开关变换器工作在输入等于两倍输出工作模式时对应的工作波形；
图7A-7C为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入低压工作模式时的电流流向示意图；
图8为第一实施例开关变换器工作在降压工作模式中的输入低压工作模式下对应的工作波形；
图9为本发明升降压变换器的实施例二的电路原理图；
图10A-10C为第二实施例中升降压变换器工作在升压工作模式中的输入低压工作模式时的电流流向示意图；
图11A-11C为第二实施例中升降压变换器工作在升压工作模式中的输入高压工作模式时的电流流向示意图；
图12为本发明升降压变换器第三实施例的电路原理图。
具体实施方式
本发明的主要构思是：考虑到传统的四各开关管的开关电容升降压变换器中，输入电压与输出电压相近时，样机整体效率有最高点，但是随着输入电压继续升高，样机效率持续下降；同时随着输入电压范围的增大，输入侧MOSFET电压应力增大，所选MOSFET寄生参数影响增大(例如上升、上升延时、下降、下降延时等时间增大，反向恢复时间增大，导通电阻增大等)，导致输入电压范围受限，输出最大功率受限。开关电容升降压变换器通过开关控制电容的充电和放电，实现电压或电流变换。但是，开关电容升降压变换器只能实现输入输出电压固定变比的变换。本发明将两种电路的优点进行结合，提出一种开关电容升降压变换器，并提出一种基于开关电容升降压变换器的控制方法能解决现有技术方案中应用范围受限的问题。
第一实施例
参见图2，为本发明升降压变换器的第一实施例的电路原理图，本实施例中，升降压变换器为开关电容升降压变换器，输入电源Vin为直流输入电源。升降压变换器连接在输入电源Vin和负载R1之间，其包括第一滤波电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2、开关电容CFLY、第三开关管S3、第四开关管S4、电感L1、第五开关管S5、第六开关管S6以及第二滤波电容C2。
输入电源Vin的正极连于第一滤波电容C1的一端、第一开关管S1的漏极，第二开关管S2漏极连于第一开关管S1的源极、开关电容CFLY的第一端，第三开关管S3漏极连于第二开关管S2的源极、电感L1的输入端，第四开关管S4漏极连于第三开关管S3的源极、开关电容CFLY的第二端，第五开关管S5的漏极连于第二滤波电容C2的一端、负载R1的一端，第六开关管S6的漏极连于第五开关管S5的源极、电感L1的输出端，输入电源Vin的负极连于第一滤波电容C1的另一端、第四开关管S4的源极、第六开关管S6的源极、第二滤波电容C2的另一端、负载R1的另一端并连于地节点。
第一实施例中，升降压变换器具有升压工作模式和降压工作模式。以下结合附图3-8，对升降压变换器工作于降压工作模式时进行具体说明。
升降压变换器工作于降压工作模式时，升降压变换器具有三个工作模式，具体地，当输入电源Vin的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，升降压变换器工作于输入大于两倍输出工作模式(以下称为输入高压工作模式)；当输入电源Vin的电压等于升降压变换器的输出电压的两倍时，升降压变换器工作于输入等于两倍输出工作模式；当输入电源Vin的电压小于升降压变换器的输出电压的两倍时，升降压变换器工作于输入小于两倍输出工作模式(以下称为输入低压工作模式)。
请参见图3A-3C，图3A-3C为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入高压工作模式时的电流流向示意图。在一个工作周期中，升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程和所述第二高压工作过程，具体如下：
请参见图3A，在输入高压工作模式的第一高压工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5导通，第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6关断，输入电源Vin通过第一开关管S1、开关电容CFLY、第三开关管S3和第五开关管S5向电感L1激磁，同时向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图3A的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第二开关管S2的电压应力等于开关电容CFLY的电压，即此时第二开关管S2的电压应力为输入电源Vin的电压的一半；第四开关管S4的电压应力等于输入电源Vin的电压减去开关电容CFLY的电压。
请参见图3B，在输入高压工作模式的第二高压工作过程中，第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5导通，第一开关管S1、第二开关管S2、第六开关管S6关断。电感L1的输入端耦合接地节点，实现电感L1去磁向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图3B的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于零，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半。在其它实施例中，可在电感L1的输入端与地节点之间连接第七开关管(未图示)来增加去磁路径。
请参见图3C，在输入高压工作模式的第三高压工作过程中，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5导通，第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6关断。开关电容CFLY通过第二开关管S2、第四开关管S4和第五开关管S5向电感L1激磁，同时向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图3C的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第一开关管S1的电压应力等于输入电源Vin的电压减去开关电容CFLY的电压；第三开关管S3的电压应力等于开关电容CFLY的电压。
请参见图4，图4为第一实施例中升降压变换器工作在输入高压工作模式下对应的工作波形。S1～S6分别为第一开关管S1～第六开关管S6的驱动信号波形，S1VDC为第一开关管S1漏源极电压波形，S2VDC为第二开关管S2漏源极电压波形，L1为电感L1的电流波形，其中，S5在整个工作过程中一直保持开通，S6在整个工作过程中一直保持关断。其中，第一高压工作过程对应T0-T1时间段，第二高压工作过程对应T1-T2时间段，第三高压工作过程T2-T3，重复所述第二高压工作过程对应T3-T4时间段。
由图4可见，第一开关管S1的驱动脉冲的宽度与第二开关管S2的驱动脉冲的宽度相等；第一开关管S1的驱动脉冲与第二开关管S2的驱动脉冲的相位相差180°；第一开关管S1的驱动脉冲与第四开关管S4的驱动脉冲互补；第二开关管S2的驱动脉冲与第三开关管S3的驱动脉冲互补。
请参见图5A-5B，图5A-5B为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入等于两倍输出工作模式时的电流流向示意图。输入等于两倍输出工作模式具有两个工作过程，分别为电容充电工作过程和电容放电工作过程，具体如下：
请参见图5A，在电容充电工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5导通，第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6关断，电感L1的输入端和输出端电压相等，输入电源Vin向升降压变换器的输出端提供能量，此时升降压变换器的电流的流向如图5A的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第二开关管S2、第四开关管S4的电压应力均等于输入电压Vin的一半。
请参见图5B，在电容放电工作过程中，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5导通，第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6关断，电感L1的输入端和输出端电压相等，开关电容CFLY向升降压变换器的输出端提供能量，此时，升降压变换器的电流的流向如图5B的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第一开关管S1、第三开关管S3的电压应力均等于输入电压Vin的一半。
请参见图6，为第一实施例开关变换器工作在输入等于两倍输出工作模式时对应的工作波形。
请参见图7A-7C，图7A-7C为第一实施例中升降压变换器工作在降压工作模式中的输入低压工作模式时的电流流向示意图。升降压变换器工作在输入低压工作模式时，以第一低压工作过程、第二工作低压过程、所述第一工作低压低压过程、第三低压工作过程为一个周期，循环工作，具体如下：
请参见图7A，在输入低压工作模式的第一低压工作过程中，第一开关管S1、第二开关管S2、第五开关管S5导通，第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6关断。输入通过第一开关管S1、第二开关管S2和第五开关管S5向电感L1激磁，同时向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图7A的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第三开关管S3、第四开关管S4的电压应力均等于输入电压Vin的一半。
请参见图7B，在输入低压工作模式的第二低压工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5导通，第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6关断。电感L1输入端耦合接开关电容CFLY的第二端，实现去磁向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图7B的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第三开关管S2、第四开关管S4的电压应力均等于输入电压Vin的一半。
请参见图7C，在输入低压工作模式的第三低压工作过程中，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5导通，第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6关断。电感L1输入端耦合接开关电容CFLY的第一端，实现去磁向升降压变换器的输出端传递能量，此时升降压变换器的电流的流向如图7C的箭头线所示，电感L1输入端的电压等于输入电源Vin的电压的一半，开关电容CFLY两端电压为输入电源Vin的电压的一半，第三开关管S1、第四开关管S3的电压应力均等于输入电压Vin的一半。
请参见图8，为第一实施例开关变换器工作在输入低压工作模式下对应的工作波形。输入低压工作模式以第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程、第三低压工作过程为一个周期，循环工作。
本发明升降压变换器工作在升压工作模式时，与传统的四个开关管的升降压变换器工作原理对比，区别在于：
图1中四个开关管的升降压变换器中开关管S1导通，本实施例中对应第一开关管S1与第二开关管S2导通，工作过程属于公知技术，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明升降压变换器正常工作时，开关电容两端电压为输入电源的电压的一半，从而有效降低了位于输入侧的开关管的电压应力，从而使得在输入侧的开关管选型时，可以选择寄生参数影响更小的开关管(一般而言耐压越高，器件寄生参数影响越大，例如导通阻抗、输入/输出电容、开通/关断时间、反向恢复时间等)，从而有效降低导通损耗和开关损耗，增加了输入电压的范围，同时与传统升降压变换器相比较，由于激磁、去磁电压的降低，有效降低升降压变换器磁性器件的体积，进一步提升了工作频率和整体效率。
第二实施例
参见图9，为本发明升降压变换器的实施例二的电路原理图。升降压变换器包括第一滤波电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2、电感L1、第三开关管S3、第四开关管S4、开关电容CFLY、第五开关管S5、第六开关管S6以及第二滤波电容C2。
其中，输入电源Vin的正极连于第一滤波电容C1的一端、第一开关管S1的漏极，第二开关管S2漏极连于第一开关管S1的源极、电感的输入端，第三开关管S3漏极连于第二滤波电容C2的一端、负载R1的一端，第四开关管S4漏极连于第三开关管S3的源极、开关电容CFLY的上端，第五开关管S5的漏极连于电感的输出端、第四开关管S4的源极，第六开关管S6的漏极连于第五开关管S5的源极、开关电容CFLY的下端，输入电源Vin的负极连于第一滤波电容C1的另一端、第二开关管S2的源极、第六开关管S6的源极、第二滤波电容C2的另一端、负载R1的另一端并连于地节点。
本发明公开的第二实施例升降压变换器具有升压和降压两个工作模式。其中，升降压变换器工作在升压工作模式时具有两个工作模式，具体地，当输入电源的电压小于升降压变换器的输出电压的一半时，升降压变换器工作在输入小于输出的一半工作模式(以下称为输入低压工作模式)；当输入电源的电压大于升降压变换器的输出电压的一半且小于输出电压时，升降压变换器工作在输入大于输出的一半模式(以下称为输入高压工作模式)。
请参见图10A-10C，图10A-10C为第二实施例中升降压变换器工作在升压工作模式中的输入低压工作模式时的电流流向示意图。输入低压工作模式以第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程、第三低压工作过程为一个周期，循环工作。具体如下：
请参见图10A，在输入低压工作模式的第一低压工作过程中，第一开关管S1、第五开关管S5、第六开关管S6导通，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4关断。输入电源Vin向电感L1激磁，此时升降压变换器的电流的流向如图10A的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
请参见图10B，在输入低压工作模式的第二低压工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5导通，第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6关断。电感L1实现去磁，去磁能量向升降压变换器的输出端传递，此时升降压变换器的电流的流向如图10B的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
请参见图10C，在输入低压工作模式的第三低压工作过程中，第一开关管S1、第四开关管S4、第六开关管S6导通，第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5关断。电感L1实现去磁，去磁能量向开关电容传递，此时升降压变换器的电流的流向如图10C的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
请参见图11A-11C，图11A-11C为第二实施例中升降压变换器工作在升压工作模式中的输入高压工作模式时的电流流向示意图。输入高压工作模式以第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程、所述第二高压工作过程为一个工作周期，循环工作。具体如下：
请参见图11A，在输入高压工作模式的第一高压工作过程中，第一开关管S1、第四开关管S4、第六开关管S6导通，第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5关断。电感L1激磁，此时升降压变换器的电流的流向如图11A的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
请参见图11B，在输入高压工作模式的第二高压工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4导通，第二开关管S2、第五开关管S5、第六开关管S6关断。电感L1去磁，输入和电感L1向升降压变换器的输出端提供能量，此时升降压变换器的电流的流向如图11B的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
请参见图11C，在输入高压工作模式的第三高压工作过程中，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5导通，第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6关断。电感L1激磁，此时升降压变换器的电流的流向如图11C的箭头线所示，开关电容CFLY两端电压为输出电压的一半。
第二实施例中，开关管S3、S4、S5、S6的电压应力均等于输出电压的一半。
本发明公开的第二实施例升降压变换器工作在降压工作模式时，与传统的四个开关管的升降压变换器工作原理对比，区别在于：
图1中四个管开关管的升降压变换器中开关管S3导通，本实施例中对应第三开关管S3与第四开关管S4导通，属于公知技术，在此不再赘述。
第三实施例
参见图12，为本发明升降压变换器电路实施例三的电路原理图。包括输入电源Vin、第一滤波电容C1、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一开关电容CFLY1、电感L1、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8、第二开关电容CFLY2、第二滤波电容C2和负载R1。
其中，输入电源Vin的正极连于第一滤波电容C1的一端、第一开关管S1的漏极，第二开关管S2漏极连于第一开关管S1的源极、第一开关电容CFLY1的上端，第三开关管S3漏极连于第二开关管S2的源极、电感L1的输入端，第四开关管S4漏极连于第三开关管S3的源极、第一开关电容CFLY1的第一端，第五开关管S5的漏极连于第二滤波电容C2的一端、负载R1的一端，第六开关管S6的漏极连于第五开关管S5的源极、第二开关电容CFLY2的第一端，第七开关管S7的漏极连于第六开关管S6的源极、电感L1的输出端，第八开关管S8的漏极连于第七开关管S7的源极、第二开关电容CFLY2的第二端，输入电源Vin的负极连于第一滤波电容C1的另一端、第四开关管S4的源极、第八开关管S8的源极、第二滤波电容C2的另一端、负载R1的另一端并连于地节点。第三施例中，升降压变换器与输入电源电性连接时，第一开关电容CFLY1两端电压为输入电源Vin的电压的一半；第二开关电容CFLY2的电压为输出电压的一半。
第三实施例中，开关管S1、S2、S3、S4的电压应力均等于输入电源Vin的电压的一半，开关管S5、S6、S7、S8的电压应力均等于输出电压的一半。
根据输入输出电压不同，本发明公开的第三实施例升降压变换器具有升压工作模式和降压工作模式两种工作模式。具体工作过程是第一实施例和第二实施例的结合，在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种升降压变换器的控制方法，升降压变换器用于连接在输入电源和负载之间，升降压变换器包括：第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、开关电容、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管以及第二滤波电容；
第一开关管的漏极和所述第一滤波电容的一端分别用于与输入电源的正极连接；第二开关管漏极连接于第一开关管的源极、开关电容的第一端；第三开关管漏极连接于第二开关管的源极；第四开关管漏极连接于第三开关管的源极、开关电容的第二端；第五开关管的漏极连接于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接；第六开关管的漏极连接于第五开关管的源极；电感的输入端连接于第二开关管的源极，电感的输出端连接于第五开关管的源极；第一滤波电容的另一端、第四开关管的源极、第六开关管的源极以及第二滤波电容的另一端分别连接于地节点；
升降压变换器具有降压工作模式和升压工作模式，其特征在于，升降压变换器工作在降压工作模式时，所述控制方法包括如下步骤：
当输入电源的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程以及所述第二高压工作过程，其中，
在第一高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，输入电源输出能量向开关电容充电，并向电感激磁；
在第二高压工作过程中，第三开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第二开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到地节点实现去磁；
在第三高压工作过程中，第二开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第三开关管、第六开关管关断，开关电容向电感激磁；
当输入电源的电压低于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程以及第三低压工作过程，其中，
在第一低压工作过程中，第一开关管、第二开关管、第五开关管导通，第三开关管、第四开关管、第六开关管关断，输入电源通过第一开关管、第二开关管向电感激磁；
在第二低压工作过程中，第一开关管、第三开关管、第五开关管导通，第二开关管、第四开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到开关电容的第二端实现去磁；
在第三低压工作过程中，第二开关管、第四开关管、第五开关管导通，第一开关管、第三开关管、第六开关管关断，电感输入端耦合到开关电容的第一端实现去磁。
2.如权利要求1所述升降压变换器的控制方法，其特征在于：当输入电源的电压高于升降压变换器的输出电压的两倍时，激磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压的一半，去磁时电感输入端的电压等于零；当输入电源的电压低于升降压变换器的输出电压的两倍时，激磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压，去磁时电感输入端的电压等于输入电源的电压的一半。
3.如权利要求1所述升降压变换器的控制方法，其特征在于：当输入电源的电压等于升降压变换器的输出电压的两倍时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行电容充电工作过程以及电容放电工作过程，其中，
在电容充电工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，电感左右两端电压相等，输入电源向升降压变换器的输出端提供能量；
在电容放电工作过程中，第二开关管、第四开关管以及第五开关管导通，第一开关管、第三开关管以及第六开关管关断，电感左右两端电压相等，开关电容向升降压变换器的输出端提供能量。
4.如权利要求1所述升降压变换器的控制方法，其特征在于：当升降压变换器正常工作时，开关电容两端电压维持在输入电源的电压的一半。
5.如权利要求1所述升降压变换器的控制方法，其特征在于，升降压变换器工作时，第一开关管的驱动脉冲的宽度与第二开关管的驱动脉冲的宽度相等；第一开关管的驱动脉冲与第二开关管的驱动脉冲的相位相差180°；第一开关管的驱动脉冲与第四开关管的驱动脉冲互补；第二开关管的驱动脉冲与第三开关管的驱动脉冲互补。
6.一种升降压变换器的控制方法，升降压变换器，用于连接在输入电源和负载之间，升降压变换器包括：第一滤波电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、电感、第五开关管、第六开关管、开关电容以及第二滤波电容；
第一开关管的漏极和第一滤波电容的一端用于与输入电源的正极连接，所述第一开关管源极连接于所述第二开关管的漏极；
第三开关管的漏极连接于第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的一端用于与负载连接，所述第三开关管源极连接于第四开关管的漏极；
第五开关管漏极连接于第四开关管的源极，第六开关管的漏极连接于第五开关管的源极；
开关电容的第一端连接第三开关管源极，开关电容的第二端连接第五开关管源极；
电感的输入端连接于第一开关管的源极，电感的输出端连接于第四开关管的源极；第一滤波电容的另一端、第二开关管的源极、第六开关管的源极以及第二滤波电容的另一端分别连接于地节点；
升降压变换器具有降压工作模式和升压工作模式，其特征在于，升降压变换器工作在升压工作模式时，所述控制方法包括如下步骤：
当输入电源的电压小于升降压变换器的输出电压的一半时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一低压工作过程、第二低压工作过程、所述第一低压工作过程以及第三低压工作过程，其中，
在第一低压工作过程中，第一开关管、第五开关管、第六开关管导通，第二开关管、第三开关管、第四开关管关断，输入电源向电感激磁；
在第二低压工作过程中，第一开关管、第三开关管、第五开关管导通，第二开关管、第四开关管、第六开关管关断，电感实现去磁，去磁能量向升降压变换器的输出端传递；
在第三低压工作过程中，第一开关管、第四开关管、第六开关管导通，第二开关管、第三开关管、第五开关管关断，电感实现去磁，去磁能量向开关电容传递；
当输入电源的电压大于升降压变换器的输出电压的一半时，在一个工作周期中，控制升降压变换器依序执行第一高压工作过程、第二高压工作过程、第三高压工作过程以及所述第二高压工作过程，其中，
在第一高压工作过程中，第一开关管、第四开关管以及第六开关管导通，第二开关管、第三开关管以及第五开关管关断，电感激磁；
在第二高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第四开关管导通，第二开关管、第五开关管以及第六开关管关断，电感去磁，输入电源和电感向升降压变换器的输出端提供能量；
在第三高压工作过程中，第一开关管、第三开关管以及第五开关管导通，第二开关管、第四开关管以及第六开关管关断，电感激磁。
7.如权利要求6所述升降压变换器的控制方法，其特征在于：当升降压变换器正常工作时，开关电容两端电压维持在升降压变换器输出电压的一半。
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