CN113328628B - 一种升压转换系统与电压变换器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种升压转换系统与电压变换器，该升压转换系统包括第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元、第二开关单元、第一储能单元、第二储能单元与控制单元，第一升压支路、第二升压支路与第一储能单元以及第二储能单元连接，第一储能单元与第一开关单元连接，第二储能单元与第二开关单元连接，控制单元用于控制第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元以及第二开关单元中各开关管的导通与断开，以根据直流电源的电压、第一升压支路的电压以及第一储能单元的电压为负载提供供电电压，或根据直流电源的电压、第二升压支路的电压以及第二储能单元的电压为负载提供供电电压。通过上述方式，能够提高升压转换的效率。

Description

一种升压转换系统与电压变换器

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种升压转换系统与电压变换器。

背景技术

随着技术的进一步发展，诸如移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器等各种便携式设备已经变得流行。上述各种应用常需电池提供动力，如显示器背光、音频放大器或压电触觉致动器等。例如，每个便携式设备可以包括液晶显示器(LCD)，该LCD本身不发光，其需要背光源来提供照明，以便产生可见图像。所以，其背光可由多个发光二极管(LED)形成，且每个LED通常需要3.3V才能发光。根据LED的数量，背光可能需要高达20V的电源电压，则升压转换器可以耦合在电源（例如，电池）和负载（例如，包括多个LED）之间，并被配置为将一个电源电压（例如，单节电池的输出电压）转换到一个更高的电压（例如，20V）以用于驱动负载。

在现有技术中，升压转换器通常包括一个开关元件、一个单向导通装置、一个能量存储元件和一个输出滤波器。其中，开关元件可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，单向导通装置可以实现为二极管，能量存储元件可以实现为电感器，输出滤波器可被实现为一个电容器。并且，二极管和MOSFET串联连接在电容器两端，电感耦合在输入电源与二极管和MOSFET晶体管的公共节点之间。在该升压转换器中，通过调制施加到MOSFET的脉冲宽度，以提供比输入电源的电压高的输出电压。

然而，当需要获得较高的升压比，例如4:1或更高时，传统的升压转换器的效率会比较低。

发明内容

本申请实施例旨在提供一种升压转换系统与电压变换器，能够提高升压转换的效率。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种升压转换系统，包括：

第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元、第二开关单元、第一储能单元、第二储能单元与控制单元；

所述第一升压支路的第一端以及所述第二升压支路的第一端皆与直流电源连接，所述第一升压支路的第二端与所述第一储能单元的第一端连接，所述第一升压支路的第三端与所述第二储能单元的第二端以及所述第二开关单元的第一端连接，所述第二升压支路的第二端与所述第二储能单元的第一端连接，所述第二升压支路的第三端与所述第一储能单元的第二端以及所述第一开关单元的第一端连接，所述第一升压支路的第四端与所述第二升压支路的第四端均接地，所述第一开关单元的第二端与所述第二开关单元的第二端皆与负载连接；

所述控制单元分别与所述第一升压支路的第五端、所述第二升压支路的第五端、所述第一开关单元的第三端以及所述第二开关单元的第三端连接，所述控制单元用于控制所述第一升压支路、所述第二升压支路、所述第一开关单元以及所述第二开关单元中各开关管的导通与断开，以根据所述直流电源的电压、所述第一升压支路的电压以及所述第一储能单元的电压为所述负载提供供电电压，或根据所述直流电源的电压、所述第二升压支路的电压以及所述第二储能单元的电压为所述负载提供供电电压。

在一种可选的方式中，所述第一升压支路包括第一电感、串联连接的第一开关管与第二开关管，所述第一开关单元包括第三开关管，所述第一储能单元包括第一电容；

所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端与所述第二开关管的第二端连接，所述第二开关管的第三端与所述第二储能单元的第二端以及所述第二开关单元的第一端连接，所述第一电感耦合于所述第一开关管与所述第二开关管之间的第一连接点以及所述直流电源之间，所述第一电容耦合于所述第一连接点与所述第三开关管的第二端之间，所述第三开关管的第三端与所述第二开关单元的第二端以及所述负载连接；

其中，所述控制单元分别与所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端以及所述第三开关管的第一端连接。

在一种可选的方式中，所述第二升压支路包括第二电感、串联连接的第四开关管与第五开关管，所述第二开关单元包括第六开关管，所述第二储能单元包括第二电容；

所述第四开关管的第二端接地，所述第四开关管的第三端与所述第五开关管的第二端连接，所述第五开关管的第三端与所述第一电容的第一端以及所述第三开关管的第二端连接，所述第二电感耦合于所述第四开关管与所述第五开关管之间的第二连接点以及所述直流电源之间，所述第二电容耦合于所述第二连接点与所述第六开关管的第二端之间，所述第六开关管的第三端与所述第三开关管的第三端以及所述负载连接；

其中，所述控制单元分别与所述第四开关管的第一端、所述第五开关管的第一端以及所述第六开关管的第一端连接。

在一种可选的方式中，所述第一开关管与所述第二开关管被配置为由第一对互补驱动信号控制；

所述第四开关管与所述第五开关管被配置为由第二对互补驱动信号控制；

其中，所述第一对互补信号与所述第二对互补信号均由所述控制单元输出，且所述第一对互补信号与所述第二对互补信号之间的相位相差180度。

在一种可选的方式中，所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比相同，且均被配置为：大于或等于50%，且小于100%；

其中，若所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比均被配置为50%，则所述升压转换系统包括第一工作模式与第二工作模式，其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式循环交替执行；

若所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比均被配置为大于50%且小于100%，则所述升压转换系统包括所述第一工作模式、所述第二工作模式与所述第三工作模式，其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式循环交替执行，且所述第三工作模式设置于所述第一工作模式与所述第二工作模式之间。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第五开关管与所述第六开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管与所述第四开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，所述升压转换系统还包括第三开关单元与第四开关单元；

所述第三开关单元与所述第一储能单元串联连接，所述第四开关单元与所述第二储能单元串联连接。

在一种可选的方式中，所述第三开关单元包括第七开关管，所述第四开关单元包括第八开关管；

所述第七开关管与所述第一电容串联连接，且所述第七开关管与所述第一电容串联组成的第一串联支路耦合于所述第三开关管与所述第一连接点之间；

所述第八开关管与所述第二电容串联连接，且所述第八开关管与所述第二电容串联组成的第二串联支路耦合于所述第六开关管与所述第二连接点之间。

在一种可选的方式中，所述升压转换系统还包括2N个第一扩展单元，所述2N个第一扩展单元用于使为所述负载提供的供电电压与直流电源的电压的比率大于或等于（2N+4）:1，其中，N为正整数；

所述第一扩展单元包括第三电容、第一扩展开关管、第二扩展开关管以及第三扩展开关管；

所述第三电容的第一端与所述第一扩展开关管的第三端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二扩展开关管的第二端以及所述第三扩展开关管的第三端连接，所述第一扩展开关管的第二端与所述第二扩展开关管的第三端连接，所述第一扩展开关管的第一端、所述第二扩展开关管的第一端以及所述第三扩展开关管的第一端均与所述控制单元连接；

其中，所述第一扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第一端，所述第一扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第二端，所述第三扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第三端。

在一种可选的方式中，所述N为1，所述升压转换系统包括第一个所述第一扩展单元与第二个所述第一扩展单元；

第一个所述第一扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第一个所述第一扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第五开关管的第三端连接，第一个所述第一扩展单元的第三端与所述第一连接点连接；

第二个所述第一扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第二个所述第一扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第二个所述第一扩展单元的第三端与所述第二连接点连接。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、第一个所述第一扩展单元的第二扩展开关管、第二个所述第一扩展单元的第一扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第三扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第五开关管与所述第六开关管、第一个所述第一扩展单元的第一扩展开关管、第一个所述第一扩展单元的第三扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第二扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第四开关管、第一个所述第一扩展单元的第一扩展开关管、第一个所述第一扩展单元的第三扩展开关管、第二个所述第一扩展单元的第一扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第三扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，所述N为2，所述升压转换系统还包括第三个所述第一扩展单元与第四个所述第一扩展单元；

第三个所述第一扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第三个所述第一扩展单元的第二端与第一个所述第一扩展单元的第一端连接，第三个所述第一扩展单元的第三端与第一个所述第一扩展单元的第三电容的第二端连接；

第四个所述第一扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第四个所述第一扩展单元的第二端与第二个所述第一扩展单元的第一端连接，第四个所述第一扩展单元的第三端与第二个所述第一扩展单元的第三电容的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述升压转换系统还包括2K个第二扩展单元，所述2K个第二扩展单元用于使为所述负载提供的供电电压与直流电源的电压的比率大于或等于2•F(K+3):1，其中，K为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=K+3；

所述第二扩展单元包括第四电容、第四扩展开关管、第五扩展开关管以及第六扩展开关管；

所述第四电容的第一端与所述第四扩展开关管的第三端连接，所述第四电容的第二端分别与所述第五扩展开关管的第二端以及所述第六扩展开关管的第三端连接，所述第六扩展开关管的第二端接地，所述第四扩展开关管的第一端、所述第五扩展开关管的第一端以及所述第六扩展开关管的第一端均与所述控制单元连接；

其中，所述第四扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第一端，所述第四扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第二端，所述第五扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第三端。

在一种可选的方式中，所述K为1，所述升压转换系统包括第一个所述第二扩展单元与第二个所述第二扩展单元；

第一个所述第二扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第一个所述第二扩展单元的第二端与第一个所述第二扩展单元的第三端、所述第一电容的第一端以及所述第五开关管的第三端连接；

第二个所述第二扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第二个所述第二扩展单元的第二端与第二个所述第二扩展单元的第三端、所述第二电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第三开关管、所述第五开关管、第一个所述第二扩展单元的第五扩展开关管、第二个所述第二扩展单元的第四扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第六扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第四开关管与所述第六开关管、第一个所述第二扩展单元的第四扩展开关管、第一个所述第二扩展单元的第六扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第五扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第六开关管、第一个所述第二扩展单元的第五扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第五扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

在一种可选的方式中，所述K为2，所述升压转换系统还包括第三个所述第二扩展单元与第四个所述第二扩展单元；

第三个所述第二扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第三个所述第二扩展单元的第二端与第一个所述第二扩展单元的第一端连接，第三个所述第二扩展单元的第三端与第一个所述第二扩展单元的第二端以及第一个所述第二扩展单元的第三端连接；

第四个所述第二扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第四个所述第二扩展单元的第二端与第二个所述第二扩展单元的第一端连接，第四个所述第二扩展单元的第三端与第二个所述第二扩展单元的第二端以及第二个所述第二扩展单元的第三端连接。

在一种可选的方式中，所述升压转换系统还包括第五电容与第六电容；

所述第五电容的第一端与所述直流电源连接，所述第六电容的第一端与所述第一开关单元以及所述第二开关单元连接，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第二端均接地。

第二方面，本申请实施例提供一种电压变换器，包括如上所述的升压转换系统。

本申请实施例的有益效果是：本申请提供的升压转换系统，包括第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元、第二开关单元、第一储能单元、第二储能单元与控制单元，其中，控制单元分别与第一升压支路、第二升压支路、所述第一开关单元以及所述第二开关单元连接，控制单元用于控制第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元以及第二开关单元中各开关管的导通与断开，以根据直流电源的电压、第一升压支路的电压以及第一储能单元的电压为负载提供供电电压，或根据直流电源的电压、第二升压支路的电压以及第二储能单元的电压为负载提供供电电压，同时，在第一储能单元用于为负载提供供电电压时，第二储能单元在同一时间也被充电，为下一周期为负载提供供电电压作为准备，有利于提高升压转换的效率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的升压转换系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的升压转换系统中各开关管控制信号的示意图；

图4为本申请实施例提供的在第一工作模式下升压转换系统的简化电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的在第二工作模式下升压转换系统的简化电路结构示意图；

图6为本申请实施例提供的在第三工作模式下升压转换系统的简化电路结构示意图；

图7为本申请另一实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图；

图8为本申请实施例提供的第一扩展单元与第二扩展单元的电路结构示意图；

图9为本申请又一实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图；

图10为本申请又一实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图；

图11为本申请又一实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图；

图12为本申请又一实施例提供的升压转换系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的升压转换系统的结构示意图。如图1所示，升压转换系统100包括第一升压支路10、第一储能单元20、第一开关单元30、第二升压支路40、第二储能单元50与第二开关单元60。

其中，第一升压支路10的第一端以及第二升压支路40的第一端皆与直流电源200连接，第一升压支路10的第二端与第一储能单元20的第一端连接，第一升压支路10的第三端与第二储能单元50的第二端以及第二开关单元60的第一端连接，第二升压支路40的第二端与第二储能单元50的第一端连接，第二升压支路40的第三端与第一储能单元20的第二端以及第一开关单元30的第一端连接，第一升压支路10的第四端与第二升压支路40的第四端均接地GND，第一开关单元30的第二端与第二开关单元60的第二端皆与负载300连接，控制单元90分别与第一升压支路10的第五端、第二升压支路40的第五端、第一开关单元30的第三端以及第二开关单元60的第三端连接。

具体地，第一升压支路10、第一开关单元30、第二升压支路40以及第二开关单元60均受控于控制单元90。当控制单元90控制第一开关单元30导通时，一方面，直流电源200的电压、第一升压支路10的电压以及第一储能单元20的电压之和通过第一开关单元30为负载300提供工作电压；另一方面，直流电源200的电压还通过第一升压支路10为第二储能单元50充电。当控制单元90控制第二开关单元60导通时，一方面，直流电源200的电压、第二升压支路40的电压以及第二储能单元50的电压之和通过第二开关单元60为负载300提供工作电压；另一方面，直流电源200的电压还通过第二升压支路40为第一储能单元20充电。

在此实施例中，为负载300所提供的工作电压大于直流电源200的电压，即能够实现升压的目的。并且，通过控制第一升压支路10、第一开关单元30、第二升压支路40以及第二开关单元60中各开关管的导通与关断的时间（即占空比），还能够获得更高的升压比。此外，在第一储能单元20与第二储能单元50中的一个储能单元用于供电时，另一个储能单元同时在充电，有利于提高升压转换的效率。

在一实施例中，如图2所示，第一升压支路10包括第一电感L1、串联连接的第一开关管Q1与第二开关管Q2，第一开关单元30包括第三开关管Q3，第一储能单元20包括第一电容C1。

其中，第一开关管Q1的第二端接地GND，第一开关管Q1的第三端与第二开关管Q2的第二端连接，第二开关管Q2的第三端与第二储能单元50以及第二开关单元60连接，第一电感L1耦合于第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的第一连接点P1以及电源输入端VIN（电源输入端VIN用于与直流电源200连接）之间，第一电容C1耦合于第一连接点P1与第三开关管Q3的第二端之间，第三开关管Q3的第三端与第二开关单元60的第二端以及电源输出端VOUT（电源输出端VOUT用于连接负载300）连接。其中，控制单元90分别与第一开关管Q1的第一端、第二开关管Q2的第一端以及第三开关管Q3的第一端连接。

可选地，第二升压支路40包括第二电感L2、串联连接的第四开关管Q4与第五开关管Q5，第二开关单元60包括第六开关管Q6，第二储能单元50包括第二电容C2。

其中，第四开关管Q4的第二端接地GND，第四开关管Q4的第三端与第五开关管Q5的第二端连接，第五开关管Q5的第三端与第一电容C1的第一端以及第三开关管Q3的第二端连接，第二电感L2耦合于第四开关管Q4与第五开关管Q5之间的第二连接点以及电源输入端VIN之间，第二电容C2耦合于第二连接点P2与第六开关管Q6的第二端之间，第六开关管Q6的第三端与第三开关管Q3的第三端以及电源输出端VOUT连接。其中，控制单元90分别与第四开关管Q4的第一端、第五开关管Q5的第一端以及第六开关管Q6的第一端连接。

可选地，升压转换系统100还包括第五电容C5与第六电容C6,第五电容C5的第一端通过电源输入端VIN与直流电源200连接，第六电容C6的第一端与第三开关管Q3的第三端以及第六开关管Q6的第三端连接，第五电容C5的第二端与第六电容C6的第二端均接地GND。

可以理解的是，在本申请的实施例中，是以各开关管为MOS管为例。其中，若任一开关管选用MOS管，则MOS管的栅极为该开关管的第一端，MOS管的源极为该开关管的第二端，MOS管的漏极为该开关管的第三端。

而在其他实施例中，各开关管也可以用其他类型的可控开关代替，例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件，集成门极换流晶闸管（IGCT）设备，可关断晶闸管（GTO）装置，硅控整流器（SCR）设备，结型栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件、氮化镓(GaN)基功率器件、碳化硅(SiC)基功率器件等。

同时，虽然图2所示的开关管被实现为单个NMOS管，但在其他的实施例中，还可以有其他的变化、修改和替代方式。例如，根据不同的应用和设计需要，可以将至少一些开关实现为PMOS管。又如，图2中所示的每个开关管可以实现为并联连接的多个开关管。

实际应用中，请一并结合图2与图3。各开关管的驱动信号如图3中所示，曲线LQ1表示第一开关管Q1导通与断开的示意图；曲线LQ2表示第二开关管Q2导通与断开的示意图；曲线LQ3表示第三开关管Q3导通与断开的示意图；曲线LQ4表示第四开关管Q4导通与断开的示意图；曲线LQ5表示第五开关管Q5导通与断开的示意图；曲线LQ6表示第六开关管Q6导通与断开的示意图。其中，高电平表示导通，低电平表示断开。其中，t0-t1、t1-t2、t2-t3、t3-t5、t4-t6以及t5-t7中任一时长内的相移均为180度，例如，在t1时刻所对应的相位与t0时刻所对应的相位相差180度。

在此实施例中，由曲线LQ1、曲线LQ2、曲线LQ3以及曲线LQ4可知，第一开关管Q1与第二开关管Q2被配置为由第一对互补驱动信号控制，第四开关管Q4与第五开关管Q5被配置为由第二对互补驱动信号控制。其中，第一对互补信号与第二对互补信号均由控制单元输出，且第一对互补信号与第二对互补信号之间的相位相差180度。例如，在t0时刻，由曲线LQ1得第一开关管Q1导通，在t1时刻，由曲线LQ4得第四开关管Q4导通，即控制第一开关管Q1的第一对互补信号与控制第四开关管Q4的第二对互补信号之间的相位相差180度。

同时，由曲线LQ1与曲线LQ4还可得知，第一开关管Q1的占空比与第四开关管Q4占空比相同，且均被配置为大于或等于50%，且小于100%。例如，在t0-t2时间段内，第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为50%，在t2-t7时间段内，第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均大于50%，且小于100%。

具体地，当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为50%时，该升压转换系统包括第一工作模式与第二工作模式，且第一工作模式与第二工作模式循环交替执行，即按照第一工作模式、第二工作模式、第一工作模式的方式交替执行。其中，可将t0-t1时间段内的工作模式记为第一工作模式，则在t1-t2时间段内的工作模式记为第二工作模式。

在第一工作模式下，即在t0-t1时间段内，控制单元90控制第一开关管Q1、第五开关管Q5以及第六开关管Q6导通，同时控制其余的开关管断开。在该工作模式下，将开关管处于导通状态时，该开关管显示为简单导线（直线），并将开关管处于断开状态时，该开关管显示为开路。则将图2所示的电路结构进行简化即可得到图4所示的电路结构。

如图4所示，响应于第一开关管Q1的导通，第一连接点P1接地GND，通过电源输入端VIN输入的直流电源的电压被施加到第一电感L1，以使流过第一电感L1的电流增加。响应于增加的电流，存储在第一电感L1中的能量相应地增加。

响应于第五开关管Q5的导通，第二电感L2连接到第一电容C1。流过第二电感L2的电流被馈入第一电容C1,并且储存在第二电感L2的能量传递到第一电容C1中。

在此实施例中，第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比被配置为50%。在该占空比下，第一电容C1两端的平均电压是直流电源的电压的两倍。第一电容C1和第二电容C2分别用作第二升压支路和第一升压支路的输出电容器，且这两个升压支路被配置为以对称方式运行。由于对称性，第一电容C1两端的平均电压等于第二电容C2两端的平均电压。响应于第五开关管Q5和第六开关管Q6的导通，第二电容C2与第一电容C1串联连接在电源输出端VOUT和地GND之间。第一电容C1和第二电容C2串联组合后的电压是每个单独电容的电压的两倍或是直流电源的电压的四倍。即在电源输出端VOUT所输出的电压为第二电容C2在上个周期被充电时所存储的电压（为两倍直流电源的电压），与第二电感L2上的电压（为一倍直流电源的电压），以及直流电源的电压之和，总共是四倍直流电源的电压。

在第二工作模式下，即在t1-t2时间段内，控制单元90控制第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4导通，同时控制其余的开关管断开。在该工作模式下，同样的，可将图2所示的电路结构进行简化后得到图5所示的电路结构。

如图5所示，响应于第四开关管Q4的导通，第二连接点P2接地GND，通过电源输入端VIN输入的直流电源的电压被施加到第二电感L2，以使流过第二电感L2的电流增加。响应于增加的电流，存储在第二电感L2中的能量相应地增加。

响应于第二开关管Q2的导通，第一电感L1连接到第二电容C2。流过第一电感L1的电流被馈入第二电容C2,并且储存在第一电感L1的能量传递到第二电容C2中。

在此实施例中，同样地，可实现第一电容C1和第二电容C2串联组合后的电压是每个单独电容的电压的两倍或是直流电源的电压的四倍。即在电源输出端VOUT所输出的电压为第一电容C1在上个周期被充电时所存储的电压（为两倍直流电源的电压），与第一电感L1上的电压（为一倍直流电源的电压），以及直流电源的电压之和，总共是四倍直流电源的电压。

可见，当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为50%时，若使用第一电容C1为负载提供工作电压，则同时还会为第二电容C2进行充电，反之，若使用第二电容C2为负载提供工作电压, 则同时还会为第一电容C1进行充电。从而，在实现4：1的升压比的同时，还能够提高升压转换的效率。

请返回参阅图2与图3，当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为大于50%且小于100%时，该升压转换系统包括第一工作模式、第二工作模式与第三工作模式，且在保持第一工作模式与第二工作模式循环交替执行的同时，还需在第一工作模式与第二工作模式之间设置第三工作模式，即按照第一工作模式、第三工作模式、第二工作模式、第三工作模式、第一工作模式的方式交替执行。其中，可将t2-t3时间段内的工作模式记为第一工作模式，则在t3-t4时间段内的工作模式记为第三工作模式，在t4-t5时间段内的工作模式记为第二工作模式，在t5-t6时间段内的工作模式记为第三工作模式，在t6-t7时间段内的工作模式记为第一工作模式。

其中，第一工作模式与第二工作模式与上述实施例相同，这里不再赘述。

在第三工作模式下，即在t3-t4时间段内或在t5-t6时间段内，控制单元90控制第一开关管Q1与第四开关管Q4导通，同时控制其余的开关管断开。同样地，可将图2所示的电路结构进行简化后得到图6所示的电路结构。

如图6所示，响应于第一开关管Q1的导通，第一连接点P1接地GND，通过电源输入端VIN输入的直流电源的电压被施加到第一电感L1，以使流过第一电感L1的电流增加。响应于增加的电流，存储在第一电感L1中的能量相应地增加。

响应于第四开关管Q4的导通，第二连接点P2接地GND，通过电源输入端VIN输入的直流电源的电压被施加到第二电感L2，以使流过第二电感L2的电流增加。响应于增加的电流，存储在第二电感L2中的能量相应地增加。

在此实施例中，第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比被配置为大于50%且小于100%。由于每一次在第一工作模式与第二工作模式之间设置了第三工作模式，而第三工作模式能够使第一电感L1与第二电感L2积累更多的能量。则在第一工作模式时，电源输出端VOUT所输出的电压为第二电容C2在被充电时所存储的电压（大于两倍直流电源的电压），与第二电感L2上的电压（大于一倍直流电源的电压），以及直流电源的电压之和，从而在电压输出端VOUT可输出大于四倍直流电源的电压。在第二工作模式时，电源输出端VOUT所输出的电压为第一电容C1在被充电时所存储的电压（大于两倍直流电源的电压），与第一电感L1上的电压（大于一倍直流电源的电压），以及直流电源的电压之和，从而在电压输出端VOUT可输出大于四倍直流电源的电压。

可见，当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为大于50%且小于100%时，还能够进一步实现大于4:1的升压比。

在一实施例中，如图7所示，升压转换系统100还包括第三开关单元70与第四开关单元80。其中，第三开关单元70与第一储能单元20串联连接，第四开关单元80与第二储能单元50串联连接。

可选地，第三开关单元70包括第七开关管Q7，第四开关单元80包括第八开关管Q8。其中，第七开关管Q7与第一电容C1串联连接，且第七开关管Q7与第一电容C1串联组成的第一串联支路耦合于第三开关管Q3与第一连接点P1之间；第八开关管Q8与第二电容C2串联连接，且第八开关管Q8与第二电容C2串联组成的第二串联支路耦合于第六开关管Q6与第二连接点P2之间。

可以理解的是，在图7所示的实施例中，第七开关管Q7是设置于第一电容C1与第一连接点P1之间，而在其他实施例中，第七开关管Q7也可设置于第一电容C1与第三开关管Q3之间。

具体地，如图7所示的升压转换系统100的工作原理与图2所示的升压转换系统100的工作原理相似。其区别在于，采用了第七开关管Q7和第八开关管Q8来进一步提高升压转换系统100的性能。特别地，升压转换系统100可以通过控制第七开关管Q7和第八开关管Q8闭合，以被配置为双相升压转换系统，该双相升压变换系统在本领域中为公知的，因此为了避免重复，不再详细讨论。

在一实施方式中，如图8所示，升压转换系统100还包括2N个第一扩展单元1，该2N个第一扩展单元1用于使电源输出端VOUT输出的电压（即为负载300提供的供电电压）与直流电源的电压的比率大于或等于（2N+4）:1，其中，N为正整数。

其中，第一扩展单元1包括第三电容C3、第一扩展开关管Q11、第二扩展开关管Q12以及第三扩展开关管Q13，第三电容C3的第一端与第一扩展开关管Q11的第三端连接，第三电容C3的第二端分别与第二扩展开关管Q12的第二端以及第三扩展开关管Q13的第三端连接，第一扩展开关管Q11的第二端与第二扩展开关管Q12的第三端连接，第一扩展开关管Q11的第一端、第二扩展开关管Q12的第一端以及第三扩展开关管Q13的第一端均与控制单元90连接。其中，第一扩展开关管Q11的第三端为第一扩展单元1的第一端，第一扩展开关管Q11的第二端为第一扩展单元1的第二端，第三扩展开关管Q13的第二端为第一扩展单元1的第三端。

可选地，在图2的电路结构的基础上增加两个第一扩展单元1可得到如图9所示的电路结构，即N=1。此时，两个第一扩展单元分别为第一个第一扩展单元1a与第二个第一扩展单元1b。

其中，第一个第一扩展单元1a的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第一个第一扩展单元1a的第二端与第一电容C1的第一端以及第五开关管Q5的第三端连接，第一个第一扩展单元1a的第三端与第一连接点P1连接；第二个第一扩展单元1b的第一端与第六开关管Q6的第二端连接，第二个第一扩展单元1b的第二端与第二电容C2的第一端以及第二开关管Q2的第三端连接，第二个第一扩展单元1b的第三端与第二连接点P2连接。

类似于在图2中所示的升压转换系统100的操作过程，在操作图9所示的升压转换系统100时，第一开关管Q1和第二开关管Q2被第一对互补驱动信号的控制，第四开关管Q4和第五开关管Q5由第二对互补驱动信号的控制。第一开关管Q1和第四开关管Q4的驱动信号的相位相差180度。第三开关管Q3、第一个第一扩展单元1a的第二扩展开关管Q12a共用第二开关管Q2的驱动信号。第一个第一扩展单元1a的第一扩展开关管Q11a和第一个第一扩展单元1a的第三扩展开关管Q13a共用第一开关管Q1的驱动信号。同样，第六开关管Q6、第二个第一扩展单元1b的第二扩展开关管Q12b共用第五开关管Q5的驱动信号，第二个第一扩展单元1b的第一扩展开关管Q11b和第二个第一扩展单元1b的第三扩展开关管Q13b共用与第四开关管Q4相同的驱动信号。

同样地，当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为50%时，该升压转换系统包括第一工作模式与第二工作模式，且第一工作模式与第二工作模式循环交替执行，以使在电源输出端VOUT输出的电压为直流电源的电压的6倍。当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比均为大于50%且小于100%时，该升压转换系统包括第一工作模式、第二工作模式与第三工作模式，且在保持第一工作模式与第二工作模式循环交替执行的同时，还需在第一工作模式与第二工作模式之间设置第三工作模式，以使在电源输出端VOUT输出的电压大于直流电源的电压的6倍。

当升压转换系统100工作在第一工作模式下时，控制单元90用于：控制第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一个第一扩展单元1a的第二扩展开关管Q12a、第二个第一扩展单元1b的第一扩展开关管Q11b以及第二个第一扩展单元1b的第三扩展开关管Q13b导通，同时控制其余的开关管断开。

在该工作模式中，第二电容C2和第二个第一扩展单元1b的第三电容C3b并联连接，并且同时由在前一周期期间在输入第一电感L1中建立的电流充电。同时，第一电感L1与第一电容C1和第一个第一扩展单元1a的第三电容C3a串联连接，在前一周期期间，第一电容C1和第一个第一扩展单元1a的第三电容C3a这两个电容器被充电至与第一连接点P1处的电压相同的电压。第一电感L1与第一电容C1和第一个第一扩展单元1a的第三电容C3a的这种级联进一步以第一连接点P1处三倍的电压对第六电容C6充电，该电压至少是直流电源的电压的六倍。在该工作模式期间，第二电感L2通过第四开关管Q4与地GND短路并建立第二电感L2上的电流，且以磁场的方式储存能量。

当升压转换系统100工作在第二工作模式下时，控制单元90用于：控制第一开关管Q1、第五开关管Q5与第六开关管Q6、第一个第一扩展单元1a的第一扩展开关管Q11a、第一个第一扩展单元1a的第三扩展开关管Q13a以及第二个第一扩展单元1b的第二扩展开关管Q12b导通，同时控制其余的开关管断开。

在该工作模式下，第一电容C1和第一个第一扩展单元1a的第三电容C3a并联连接，并且同时由在前一个周期中第二电感L2中建立的电流充电。第二电感L2与第二电容C2和第二个第一扩展单元1b的第三电容C3b串联，在前一个周期期间，第二电容C2和第二个第一扩展单元1b的第三电容C3b这两个电容器被充电到与第一连接点P2处的电压相同的电压。第二电感L2和第二电容C2和第二个第一扩展单元1b的第三电容C3b的这种级联进一步以第二连接点P2处电压的三倍的电压对第六电容C6充电，该电压至少是直流电源的电压的六倍。在该工作模式期间，第一电感L1通过第一开关管Q1与地GND短路并建立第一电感L1上的电流，且以磁场的方式储存能量。

当升压转换系统100工作在第三工作模式下时，控制单元90用于：控制第一开关管Q1、第四开关管Q4、第一个第一扩展单元1a的第一扩展开关管Q11a、第一个第一扩展单元1a的第三扩展开关管Q13a、第二个第一扩展单元1b的第一扩展开关管Q11b以及第二个第一扩展单元1b的第三扩展开关管Q13b导通，同时控制其余的开关管断开

在这种工作模式下，第一电感L1和第二电感L2分别通过第一开关管Q1和第四开关管Q4短路接地GND并建立各电感上的电流并以磁场的方式储存能量。当第一开关管Q1与第四开关管Q4的占空比大于50%时，在第一工作模式和第二工作模式之间的每次转换时使用第三工作模式，以在第一电感L1和第二电感L2中积累更多能量，以实现高于六倍的电压提升。

进一步地，还可以在图9的电路基础上再次增加第一扩展单元，例如，如图10所示，在图9的电路基础上增加两个第一扩展单元，即对应上述实施例中的N为2。其中，所增加的两个第一扩展单元分别为第三个第一扩展单元1c与第四个第一扩展单元1d。

具体地，第三个第一扩展单元1c的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第三个第一扩展单元1c的第二端与第一个第一扩展单元1a的第一端连接，第三个第一扩展单元1c的第三端与第一个第一扩展单元1a的第三电容C3a的第二端连接；第四个第一扩展单元1d的第一端与第六开关管Q6的第二端连接，第四个第一扩展单元1d的第二端与第二个第一扩展单元1b的第一端连接，第四个第一扩展单元1d的第三端与第二个第一扩展单元1b的第三电容C3b的第二端连接。

图10所示的电路的工作原理类似于图9所示的电路的工作原理，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。其中，第一个第一扩展单元1a的第一扩展开关管Q11a、第一个第一扩展单元1a的第三扩展开关管Q13a、第三个第一扩展单元1c的第一扩展开关管Q11c以及第三个第一扩展单元1c的第三扩展开关管Q13c共用与第一开关管Q1相同的驱动信号，第一个第一扩展单元1a的第二扩展开关管Q12a、第三个第一扩展单元1c的第二扩展开关管Q12c、第三开关管Q3共用与第二开关管Q2相同的驱动信号，第二个第一扩展单元1b的第一扩展开关管Q11b、第二个第一扩展单元1b的第三扩展开关管Q13b、第四个第一扩展单元1d的第一扩展开关管Q11d以及第四个第一扩展单元1d的第三扩展开关管Q13d共用与第四开关管Q4相同的驱动信号，第二个第一扩展单元1b的第二扩展开关管Q12b、第四第一扩展单元1d的第二扩展开关管Q12d、第六开关管Q6用与第五开关管Q5同的驱动信号。

在此实施例中，在每个工作模式下，一个相位支路的所有电容器都并联，并由输入电感充电，而另一相位支路的所有电容器都串联起来，为输出电容器（即第六电容C6）充电，以产生至少8倍的电压从电源输出端VOUT输出。

综上可得，随着越来越多的第一扩展单元被级联，在第六电容C6两端的电压不断增加，以在电源输出端VOUT输出的电压至少为从电源输入端VIN输入的电压的2N+4倍。例如，当N为1时，即增加两个第一扩展单元，此时电源输出端VOUT输出的电压至少为从电源输入端VIN输入的电压的6倍。

请再次参阅图8，升压转换系统100还包括2K个第二扩展单元2。该2K个第二扩展单元2用于使电源输出端VOUT输出的电压（即为负载300提供的供电电压）与直流电源的电压的比率大于或等于2•F(K+3):1，其中，K为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=K+3。斐波那契数列（Fibonacci sequence），又称黄金分割数列，在数学上，斐波那契数列以如下被以递推的方法定义：F(0)=0，F(1)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)（n ≥2，n∈N*）。斐波那契数列指的是这样一个数列：0、1、1、2、3、5、8、13、21、34、……，可见，这个数列从第3项开始，每一项都等于前两项之和。

其中，第二扩展单元2包括第四电容C4、第四扩展开关管Q21、第五扩展开关管Q22以及第六扩展开关管Q23。第四电容C4的第一端与第四扩展开关管Q21的第三端连接，第四电容C4的第二端分别与第五扩展开关管Q22的第二端以及第六扩展开关管Q23的第三端连接，第六扩展开关管Q23的第二端接地GND，第四扩展开关管Q21的第一端、第五扩展开关管Q22的第一端以及第六扩展开关管Q23的第一端均与控制单元90连接。其中，第四扩展开关管Q21的第三端为第二扩展单元2的第一端，第四扩展开关管Q21的第二端为第二扩展单元2的第二端，第五扩展开关管Q22的第三端为第二扩展单元2的第三端。

在一实施例中，可在图2的电路结构的基础上增加两个第二扩展单元2以得到图11所示的电路结构，即K=1。此时，两个第二扩展单元分别为第二扩展单元2a与第二扩展单元2b。

其中，第一个第二扩展单元2a的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第一个第二扩展单元2a的第二端与第一个第二扩展单元2a的第三端、第一电容C1的第一端以及第五开关管Q5的第三端连接；第二个第二扩展单元2b的第一端与第六开关管Q6的第二端连接，第二个第二扩展单元2b的第二端与第二个第二扩展单元2b的第三端、第二电容C2的第一端以及第二开关管Q2的第三端连接。

在操作升压转换系统100时 ，第二开关管Q2和第一开关管Q1由第一对互补的驱动信号控制。第四开关管Q4与第五开关管Q5由第二对互补驱动信号的控制。第一开关管Q1和第四开关管Q4的驱动信号的相位相差180度。第六开关管Q6、第二个第二扩展单元2b的第五扩展开关管Q22b共享与第四开关管Q4相同的驱动信号。第二个第二扩展单元2b的第四扩展开关管Q21b和第二个第二扩展单元2b的第六扩展开关管Q23b共享与第五开关管Q5相同的驱动信号。类似地，第一个第二扩展单元2a的第四扩展开关管Q21a、第一个第二扩展单元2a的第六扩展开关管Q23a共享与第二开关管Q2相同的驱动信号。第三开关管Q3和第一个第二扩展单元2a的第四扩展开关管Q21a共享与第一开关管Q1相同的驱动信号。

在一些实施例中，第一开关管Q1和第四开关管Q4的占空比被配置为50%。在50％的占空比下，升压转换系统100的电源输出端VOUT所输出的电压是电源输出端VIN所输入的电压的六倍。在其他的实施例中，第一开关管Q1和第四开关管Q4的占空比被配置为大于50%，且小于100%，则可以通过改变占空比来调整电源输出端VOUT所输出的电压。

类似图2所示的升压转换系统100，当第一开关管Q1和第四开关管Q4的占空比被配置为等于50%时，图11所示的升压转换系统100可以被配置成在两个工作模式（第一工作模式与第二工作模式）间循环切换。当第一开关管Q1和第四开关管Q4的占空比被配置为大于50%，且小于100%时，图11所示的升压转换系统100可以被配置成在三个工作模式（第一工作模式、第二工作模式与第三工作模式）间循环切换。

当升压转换系统100工作在第一工作模式下时，控制单元90用于：控制第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5、第一个第二扩展单元2a的第五扩展开关管Q22a、第二个第二扩展单元2b的第四扩展开关管Q21b以及第二个第二扩展单元2b的第六扩展开关管Q23b导通，同时控制其余的开关管断开。

在该种工作模式下，第一电容C1通过在前一周期在第二电感L2建立起来的电流充电。第二电容C2在两端的电压与前一个周期第二连接点P2处的电压相同，第二电容C2与第二电感L2串联以一起为第二个第二扩展单元2b的第四电容C4b充电，并充电至第二连接点P2处的电压的两倍。同时，第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a也与第二电感L2串联连接。第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a承载的电压是前一周期的第二连接点P2处电压的两倍。第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a连同第二电感L2进一步以第二连接点P2处电压的三倍电压对第六电容C6充电，即此时电源输出端VOUT所输出的电压至少六倍于从电源输入端VIN所输入的电压。在该工作模式期间，第一电感L1通过第一开关管Q1对地GND短路并建立第一电感L1上的电流，且以磁场的方式储存能量。

当升压转换系统100工作在第二工作模式下时，控制单元90用于：控制第二开关管Q2、第四开关管Q4与第六开关管Q6、第一个第二扩展单元2a的第四扩展开关管Q21a、第一个第二扩展单元2a的第六扩展开关管Q23a以及第二个第二扩展单元2b的第五扩展开关管Q22b导通，同时控制其余的开关管断开。

在该种工作模式下，第二电容C2由第一电感L1在前一个周期中建立的电流充电。第一电容C1两端的电压与前一周期第一连接点P1处的电压相同，第一电容C1与第一电感L1串联连接以一起向第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a充电，使第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a的电压增加到第一连接点P1处的电压的两倍。同时，第二个第二扩展单元2b的第四电容C4b也与第一电感L1串联。第二个第二扩展单元2b的第四电容C4b两端承载的电压是前一个周期的第一连接点P1处电压的两倍。第二个第二扩展单元2b的第四电容C4b与输入第一电感L1一起，进一步以第一连接点P1处电压的三倍的电压对第六电容C6充电，即此时电源输出端VOUT所输出的电压至少六倍于从电源输入端VIN所输入的电压。在此工作模式期间，第二电感L2通过第四开关管Q4对地GND短路以建立第二电感L2上的电流，并以磁场的方式储存能量。

当升压转换系统100工作在第三工作模式下时，控制单元90用于：控制第一开关管Q1、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第六开关管Q6、第一个第二扩展单元2a的第五扩展开关管Q22a以及第二个第二扩展单元2b的第五扩展开关管Q22b导通，同时控制其余的开关管断开。

在该种工作模式下，第一电感L1和第二电感L2分别通过第一开关管Q1和第四开关管Q4与地GND短路，以建立电感上的电流并以磁场的方式储存能量。同时，第一个第二扩展单元2a的第四电容C4a和第一电容C1串联在电源输出端VOUT和地GND之间。第二个第二扩展单元2b的第四电容C4b和第二电容C2也串联在电源输出端VOUT和地GND之间。上述两个电容器组在工作时一起向第六电容C6提供电流，在第一电感L1和第二电感L2短接到地GND时维持电源输出端VOUT上的电压。在第三操作模式中这种独特的电容器结构中，有利于提供更好的输出电压纹波性能。当第一开关管Q1和第四开关管Q4的占空比被配置为大于50%，且小于100%时，在第一工作模式和第二工作模式之间的每次转换时使用第三工作模式，以在第一电感L1和第二电感L2中积累更多能量，从而实现高于六倍的电压提升。

进一步地，还可以在图11的电路基础上再次增加第二扩展单元，例如，如图12所示，在图11的电路基础上增加两个第二扩展单元，即对应上述实施例中的K为2。其中，所增加的两个第二扩展单元分别为第三个第二扩展单元2c与第四个第二扩展单元2d。

具体地，第三个第二扩展单元2c的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第三个第二扩展单元2c的第二端与第一个第二扩展单元2a的第一端连接，第三个第二扩展单元2c的第三端与第一个第二扩展单元2a的第二端以及第一个第二扩展单元2a的第三端连接；第四个第二扩展单元2d的第一端与第六开关管Q6的第二端连接，第四个第二扩展单元2d的第二端与第二个第二扩展单元2b的第一端连接，第四个第二扩展单元2d的第三端与第二个第二扩展单元2b的第二端以及第二个第二扩展单元2b的第三端连接。

图12所示的电路的工作原理类似于图11所示的电路的工作原理，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。其中，第三个第二扩展单元2c的第四扩展开关管Q21c、第三个第二扩展单元2c的第六扩展开关管Q23c、第一个第二扩展单元2a的第五扩展开关管Q22a与第一开关管Q1共用相同的驱动信号。第一个第二扩展单元2a的第四扩展开关管Q21a、第一个第二扩展单元2a的第六扩展开关管Q23a、第三个第二扩展单元2c的第五扩展开关管Q22c与第二开关管Q2共用相同的驱动信号。第二个第二扩展单元2b的第四扩展开关管Q21b、第二个第二扩展单元2b的第六扩展开关管Q23b、第四个第二扩展单元2d的第五扩展开关管Q22d、第六开关管Q6与第五开关管Q5共用相同的驱动信号。第四个第二扩展单元2d的第四扩展开关管Q21d、第四个第二扩展单元2d的第六扩展开关管Q23d、第二个第二扩展单元2b的第五扩展开关管Q22b与第四开关管Q4共用相同的驱动信号。

综上可得，随着越来越多的第二扩展单元被级联，在第六电容C6两端的电压不断增加，以在电源输出端VOUT输出的电压至少为从电源输入端VIN输入的电压的2•F(K+3)倍，其中，F(n)表示斐波纳契数列。例如，当K为1时，即增加两个第二扩展单元，此时电源输出端VOUT输出的电压至少为从电源输入端VIN输入的电压的2•F(4)=2•5=10倍。

本申请还提供一种电压变换器，包括如上任一实施例中的升压转换系统100。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (24)

1.一种升压转换系统，其特征在于，包括：

第一升压支路、第二升压支路、第一开关单元、第二开关单元、第一储能单元、第二储能单元与控制单元；

所述第一升压支路的第一端以及所述第二升压支路的第一端皆与直流电源连接，所述第一升压支路的第二端与所述第一储能单元的第一端连接，所述第一升压支路的第三端与所述第二储能单元的第二端以及所述第二开关单元的第一端连接，所述第二升压支路的第二端与所述第二储能单元的第一端连接，所述第二升压支路的第三端与所述第一储能单元的第二端以及所述第一开关单元的第一端连接，所述第一升压支路的第四端与所述第二升压支路的第四端均接地，所述第一开关单元的第二端与所述第二开关单元的第二端皆与负载连接；

所述控制单元分别与所述第一升压支路的第五端、所述第二升压支路的第五端、所述第一开关单元的第三端以及所述第二开关单元的第三端连接，所述控制单元用于控制所述第一升压支路、所述第二升压支路、所述第一开关单元以及所述第二开关单元中各开关管的导通与断开，以根据所述直流电源的电压、所述第一升压支路的电压以及所述第一储能单元的电压为所述负载提供供电电压，或根据所述直流电源的电压、所述第二升压支路的电压以及所述第二储能单元的电压为所述负载提供供电电压。

2.根据权利要求1所述的升压转换系统，其特征在于，

所述第一升压支路包括第一电感、串联连接的第一开关管与第二开关管，所述第一开关单元包括第三开关管，所述第一储能单元包括第一电容；

所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端与所述第二开关管的第二端连接，所述第二开关管的第三端与所述第二储能单元的第二端以及所述第二开关单元的第一端连接，所述第一电感耦合于所述第一开关管与所述第二开关管之间的第一连接点以及所述直流电源之间，所述第一电容耦合于所述第一连接点与所述第三开关管的第二端之间，所述第三开关管的第三端与所述第二开关单元的第二端以及所述负载连接；

其中，所述控制单元分别与所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端以及所述第三开关管的第一端连接。

3.根据权利要求2所述的升压转换系统，其特征在于，

所述第二升压支路包括第二电感、串联连接的第四开关管与第五开关管，所述第二开关单元包括第六开关管，所述第二储能单元包括第二电容；

所述第四开关管的第二端接地，所述第四开关管的第三端与所述第五开关管的第二端连接，所述第五开关管的第三端与所述第一电容的第一端以及所述第三开关管的第二端连接，所述第二电感耦合于所述第四开关管与所述第五开关管之间的第二连接点以及所述直流电源之间，所述第二电容耦合于所述第二连接点与所述第六开关管的第二端之间，所述第六开关管的第三端与所述第三开关管的第三端以及所述负载连接；

其中，所述控制单元分别与所述第四开关管的第一端、所述第五开关管的第一端以及所述第六开关管的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的升压转换系统，其特征在于，

所述第一开关管与所述第二开关管被配置为由第一对互补驱动信号控制；

所述第四开关管与所述第五开关管被配置为由第二对互补驱动信号控制；

其中，所述第一对互补信号与所述第二对互补信号均由所述控制单元输出，且所述第一对互补信号与所述第二对互补信号之间的相位相差180度。

5.根据权利要求3所述的升压转换系统，其特征在于，

所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比相同，且均被配置为：大于或等于50%，且小于100%；

其中，若所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比均被配置为50%，则所述升压转换系统包括第一工作模式与第二工作模式，其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式循环交替执行；

若所述第一开关管的占空比与所述第四开关管的占空比均被配置为大于50%且小于100%，则所述升压转换系统包括所述第一工作模式、所述第二工作模式与第三工作模式，其中，所述第一工作模式与所述第二工作模式循环交替执行，且所述第三工作模式设置于所述第一工作模式与所述第二工作模式之间。

6.根据权利要求5所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第五开关管与所述第六开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

7.根据权利要求5所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

8.根据权利要求5所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管与所述第四开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

9.根据权利要求3所述的升压转换系统，其特征在于，

所述升压转换系统还包括第三开关单元与第四开关单元；

所述第三开关单元与所述第一储能单元串联连接，所述第四开关单元与所述第二储能单元串联连接。

10.根据权利要求9所述的升压转换系统，其特征在于，

所述第三开关单元包括第七开关管，所述第四开关单元包括第八开关管；

所述第七开关管与所述第一电容串联连接，且所述第七开关管与所述第一电容串联组成的第一串联支路耦合于所述第三开关管与所述第一连接点之间；

所述第八开关管与所述第二电容串联连接，且所述第八开关管与所述第二电容串联组成的第二串联支路耦合于所述第六开关管与所述第二连接点之间。

11.根据权利要求3所述的升压转换系统，其特征在于，

所述升压转换系统还包括2N个第一扩展单元，所述2N个第一扩展单元用于使为所述负载提供的供电电压与直流电源的电压的比率大于或等于（2N+4）:1，其中，N为正整数；

所述第一扩展单元包括第三电容、第一扩展开关管、第二扩展开关管以及第三扩展开关管；

所述第三电容的第一端与所述第一扩展开关管的第三端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二扩展开关管的第二端以及所述第三扩展开关管的第三端连接，所述第一扩展开关管的第二端与所述第二扩展开关管的第三端连接，所述第一扩展开关管的第一端、所述第二扩展开关管的第一端以及所述第三扩展开关管的第一端均与所述控制单元连接；

其中，所述第一扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第一端，所述第一扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第二端，所述第三扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第三端。

12.根据权利要求11所述的升压转换系统，其特征在于，

所述N为1，所述升压转换系统包括第一个所述第一扩展单元与第二个所述第一扩展单元；

第一个所述第一扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第一个所述第一扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第五开关管的第三端连接，第一个所述第一扩展单元的第三端与所述第一连接点连接；

第二个所述第一扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第二个所述第一扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第二个所述第一扩展单元的第三端与所述第二连接点连接。

13.根据权利要求12所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、第一个所述第一扩展单元的第二扩展开关管、第二个所述第一扩展单元的第一扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第三扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

14.根据权利要求12所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第五开关管与所述第六开关管、第一个所述第一扩展单元的第一扩展开关管、第一个所述第一扩展单元的第三扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第二扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

15.根据权利要求12所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第四开关管、第一个所述第一扩展单元的第一扩展开关管、第一个所述第一扩展单元的第三扩展开关管、第二个所述第一扩展单元的第一扩展开关管以及第二个所述第一扩展单元的第三扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

16.根据权利要求12所述的升压转换系统，其特征在于，

所述N为2，所述升压转换系统还包括第三个所述第一扩展单元与第四个所述第一扩展单元；

第三个所述第一扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第三个所述第一扩展单元的第二端与第一个所述第一扩展单元的第一端连接，第三个所述第一扩展单元的第三端与第一个所述第一扩展单元的第三电容的第二端连接；

第四个所述第一扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第四个所述第一扩展单元的第二端与第二个所述第一扩展单元的第一端连接，第四个所述第一扩展单元的第三端与第二个所述第一扩展单元的第三电容的第二端连接。

17.根据权利要求3所述的升压转换系统，其特征在于，

所述升压转换系统还包括2K个第二扩展单元，所述2K个第二扩展单元用于使为所述负载提供的供电电压与直流电源的电压的比率大于或等于2•F(K+3):1，其中，K为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=K+3；

所述第二扩展单元包括第四电容、第四扩展开关管、第五扩展开关管以及第六扩展开关管；

所述第四电容的第一端与所述第四扩展开关管的第三端连接，所述第四电容的第二端分别与所述第五扩展开关管的第二端以及所述第六扩展开关管的第三端连接，所述第六扩展开关管的第二端接地，所述第四扩展开关管的第一端、所述第五扩展开关管的第一端以及所述第六扩展开关管的第一端均与所述控制单元连接；

其中，所述第四扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第一端，所述第四扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第二端，所述第五扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第三端。

18.根据权利要求17所述的升压转换系统，其特征在于，

所述K为1，所述升压转换系统包括第一个所述第二扩展单元与第二个所述第二扩展单元；

第一个所述第二扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第一个所述第二扩展单元的第二端与第一个所述第二扩展单元的第三端、所述第一电容的第一端以及所述第五开关管的第三端连接；

第二个所述第二扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第二个所述第二扩展单元的第二端与第二个所述第二扩展单元的第三端、所述第二电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接。

19.根据权利要求18所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第一工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第三开关管、所述第五开关管、第一个所述第二扩展单元的第五扩展开关管、第二个所述第二扩展单元的第四扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第六扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

20.根据权利要求18所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第二工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第二开关管、所述第四开关管与所述第六开关管、第一个所述第二扩展单元的第四扩展开关管、第一个所述第二扩展单元的第六扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第五扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

21.根据权利要求18所述的升压转换系统，其特征在于，

当所述升压转换系统工作在第三工作模式下时，所述控制单元用于：

控制所述第一开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第六开关管、第一个所述第二扩展单元的第五扩展开关管以及第二个所述第二扩展单元的第五扩展开关管导通，同时控制其余的开关管断开。

22.根据权利要求18所述的升压转换系统，其特征在于，

所述K为2，所述升压转换系统还包括第三个所述第二扩展单元与第四个所述第二扩展单元；

第三个所述第二扩展单元的第一端与所述第三开关管的第二端连接，第三个所述第二扩展单元的第二端与第一个所述第二扩展单元的第一端连接，第三个所述第二扩展单元的第三端与第一个所述第二扩展单元的第二端以及第一个所述第二扩展单元的第三端连接；

第四个所述第二扩展单元的第一端与所述第六开关管的第二端连接，第四个所述第二扩展单元的第二端与第二个所述第二扩展单元的第一端连接，第四个所述第二扩展单元的第三端与第二个所述第二扩展单元的第二端以及第二个所述第二扩展单元的第三端连接。

23.根据权利要求1-22任意一项所述的升压转换系统，其特征在于，

所述升压转换系统还包括第五电容与第六电容；

所述第五电容的第一端与所述直流电源连接，所述第六电容的第一端与所述第一开关单元以及所述第二开关单元连接，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第二端均接地。

24.一种电压变换器，其特征在于，包括如权利要求1-23任意一项所述的升压转换系统。

Images