CN214014110U - 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构 - Google Patents

一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构 Download PDF

Info

Publication number
CN214014110U
CN214014110U CN202023080996.1U CN202023080996U CN214014110U CN 214014110 U CN214014110 U CN 214014110U CN 202023080996 U CN202023080996 U CN 202023080996U CN 214014110 U CN214014110 U CN 214014110U
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching element
output voltage
capacitor
switching
nmos transistor
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.)
Active
Application number
CN202023080996.1U
Other languages
English (en)
Inventor
王夏莲
于长存
侯君
陈宇峰
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.)
Beijing Qixing Huachuang Microelectronics Co ltd
Original Assignee
Beijing Qixing Huachuang Microelectronics 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 Beijing Qixing Huachuang Microelectronics Co ltd filed Critical Beijing Qixing Huachuang Microelectronics Co ltd
Priority to CN202023080996.1U priority Critical patent/CN214014110U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN214014110U publication Critical patent/CN214014110U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请涉及一种具有扩展输出电压的降压‑升压型DC‑DC转换器结构，属于DC‑DC转换器的领域，在该结构中，第一开关元件一端用于连接输入电源的正极，另一端分别连接第一电感元件的一端和第二开关元件的一端；第二开关元件另一端连接第一电容元件的一端，第一电容元件的另一端和第一电感元件的另一端均用于连接输入电源的负极；第一开关元件、第一电感元件和第二开关元件的公共端连接第三开关元件的一端，第三开关元件的另一端分别连接所第四开关元件的一端和第二电感元件的一端；第二电感元件的另一端连接第二电容元件的一端，第二电容元件的另一端和第四开关元件的另一端均用于连接输入电源的负极。该结构的电压增益更高，输出电压的范围更大。

Description

一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构
技术领域
本申请涉及DC-DC转换器的领域，尤其是涉及一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构。
背景技术
DC-DC转换器的功能是接入直流的输入电源、将直流的输入电源进行升压或降压转换成为直流的输出电源输出，以满足用电设备对直流电源大小的需要。
DC-DC转换器的电压增益为输出电压和输入电压的比值，通过方波信号能够控制DC-DC转换器的电压增益，但DC-DC转换器在极限占空比的方波信号的控制下的电压增益由DC-DC转换器的电气结构确定，即DC-DC转换器的电气结构一经确定，其极限电压增益相应也确定。在确定大小的输入电压下，可通过方波信号控制输出的输出电压的范围也确定，若需要超出输出电压的可控范围的直流电源，只能通过改变输入电压的方式来改变输出电压的范围。
若能够通过改变DC-DC转换器的电气结构，在确定大小的输入电压下获得更宽的输出电压范围，无疑能够提高DC-DC转换器的可用性。
实用新型内容
为了便于扩展输出电压的范围，本申请提供了一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构。
本申请提供的一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构采用如下的技术方案：
一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一电感元件、第二电感元件、第一电容元件以及第二电容元件；
所述第一开关元件一端用于连接输入电源的正极，另一端分别连接所述第一电感元件的一端和所述第二开关元件的一端；所述第二开关元件另一端连接所述第一电容元件的一端，所述第一电容元件的另一端和所述第一电感元件的另一端均用于连接所述输入电源的负极；
所述第一开关元件、第一电感元件和第二开关元件的公共端连接所述第三开关元件的一端，所述第三开关元件的另一端分别连接所第四开关元件的一端和所述第二电感元件的一端；所述第二电感元件的另一端连接所述第二电容元件的一端，所述第二电容元件的另一端和所述第四开关元件的另一端均用于连接所述输入电源的负极；
所述第二开关元件与所述第一电容元件的公共端用作输出电源的负极，所述第二电容元件和所述第二电感元件的公共端用作输出电源的正极。
通过采用上述技术方案，第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件能够在方波信号的控制下通断，常规应用为第一开关元件和第三开关元件同步通断，第二开关元件和第四开关元件同步通断，第一开关元件和第二开关元件交替通断。在第一开关元件和第三开关元件导通且第二开关元件和第四开关元件关断时：第一开关元件和第一电感元件与输入电源形成回路，第一电感元件中产生线性增加的电流；第一开关元件、第三开关元件、第二电感元件、第二电容与输入电源形成回路，第二电感元件中也产生线性增加的电流；若输出电源带负载，第一开关元件、第三开关元件、第二电感元件、负载、第一电容元件和输入电源形成回路，第一电容元件放电。在第一开关元件和第三开关元件导通且第二开关元件和第四开关元件关断时：第一电感元件、第二开关元件、第二电感元件、第二电容元件、第一电容元件与第一开关元件形成回路，第一电感元件和第二电感元件中的电流线性减少并为第一电容元件充电；若输出电源带负载，第二电感元件中的电流线性减少且第二电容元件放电，二者均为负载供电。上述改良电气结构使该DC-DC转换器具备更高的电压增益，输出电压得到拓展，能够满足更宽电压范围的供电需求。
可选的，所述第一开关元件包括第一开关管、和/或所述第二开关元件包括第二开关管、和/或所述第三开关元件包括第三开关管、和/或所述第四开关元件包括第四开关管。
可选的，所述第一开关元件为第一NMOS管、和/或所述第二开关元件为第二NMOS管、和/或所述第三开关元件为第三NMOS管、和/或所述第四开关元件为第四NMOS管。
可选的，所述第一电感元件包括第一电感器、和/或所述第二电感元件包括第二电感器。
可选的，所述第一电容元件包括第一电容器、和/或所述第二电容元件包括第二电容器。
可选的，所述第一电容元件和第二电容元件的电容量相等。
可选的，所述第一电容器和第二电容器的电容量相等。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过改良电气结构，使DC-DC转换器具备更高的电压增益，扩展了输出电压的范围，提高了DC-DC转换器的可用性；
2.相对平衡的电气结构使该DC-DC转换器的控制更为便捷，稳定性更好，使用寿命更长。
附图说明
图1示出了相关技术中DC-DC转换器的电气结构示意图。
图2示出了本申请实施例中具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构的电气结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1示出了相关技术中一种典型DC-DC转换器的电气结构。
参照图1，典型DC-DC转换器包括NMOS管Q、NMOS管Q＇、电感器L和电容器C。其中，NMOS管Q的漏极用于连接输入电源正极，源极分别连接电感器L的一端和NMOS管Q＇的漏极，NMOS管Q＇的源极连接电容器C的一端，电容器C的另一端和电感器L的另一端均用于连接输入电源的负极，电容器C与NMOS管Q＇的公共端用作输出电源负极，电容器C的另一端用作输出电源正极。
NMOS管Q、NMOS管Q＇用于接收方波信号，在方波信号的控制下，NMOS管Q和NMOS管Q＇交替导通。NMOS管Q导通且NMOS管Q＇关断时，电感器L中产生线性增加的电流，电容器C通过输出电源所带的负载放电；NMOS管Q关断且NMOS管Q＇导通时，电感器L中的电流线性减小，向电容器C和输出电源所带负载供电。周期性的重复前述过程，确保输出输出电源的电压趋于稳定值。
该典型DC-DC转换器连续导通模式下的电压增益为：Vo/Vi＝-D/(1-D)；其中D为方波信号的占空比。
图2示出了本申请实施例中公开的一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构的示意图。
参照图2，该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构包括第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第一电感器L1、第二电感器L2、第一电容器C1和第二电容器C2。
其中，第一NMOS管Q1的漏极用于连接输入电源的正极，源极分别连接第一电感器L1的一端和第二NMOS管Q2的漏极，第二NMOS管Q2的源极连接第一电容器C1的一端，第一电容器C1的另一端和第一电感器L1的另一端连接。
第一NMOS管Q1、第一电感器L1和第二NMOS管Q2的公共端连接第三NMOS管Q3的漏极，第三NMOS管Q3的源极分别连接第四NMOS管Q4的源极和第二电感器L2的一端，第二电感器L2的另一端连接第二电容器C2的一端，第二电容器C2的另一端和第四NMOS管Q4的漏极均连接第一电容器C1和第一电感器L1的公共端，第一电容器C1、第一电感器L1、第二电容器C2和第四NMOS管Q4的公共端用于连接输入电源的负极。
第二NMOS管Q2和第一电容器C1的公共端用作输出电源的负极，第二电感器L2和第二电容器C2的公共端用作输出电源的正极。
第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的栅极均用于接入方波信号，方波信号能够控制第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的通断。第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3同步通断，第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4同步通断，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2交替通断。
在第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3导通且第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4关断时：第一NMOS管Q1、第一电感器L1与输入电源形成回路，在第一电感器L1中产生线性增加的电流；第一NMOS管Q1、第三NMOS管Q3、第二电感器L2、第二电容器C2和输入电源形成回路，第二电感器L2中产生线性增加的电流且第二电容器C2充电；第一NMOS管Q1、第三NMOS管Q3、第二电感器L2、输出电源所带负载、第一电容器C1和输入电源形成回路，第一电容器C1放电。
在第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3关断且第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4导通时：第一电感器L1和第二电感器L2中的电流均线性减少，第二NMOS管Q2、第四NMOS管Q4、第一电感器L1、第二电感器L2、第一电容器C1、第二电容器C2和输出电源所带负载形成回路，第一电感器L1向第一电容器C1充电且向输出电源所带负载放电，第二电感器L2和第二电容器C2均向输出电源所带负载放电。
上述过程周期性重复，使输出电压趋于稳定值，实现稳定的带负载工作。
根据伏秒平衡原理，第一电感器L1和第二电感器L2在一个周期内的平均电压为0。
可得下二式：
DVi-(1-D)VC1＝0；
D(Vi-VC2)-(1-D)VC2＝0；
其中，D为方波信号的占空比。
该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构输出电压为第一电容器C1和第二电容器C2之和，即Vo＝VC1+VC2，带入上二式可得该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构的电压增益为：
Figure BDA0002845931720000041
显然，在占空比D一定的情况下，该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构的电压增益较之前述典型DC-DC转换器的电压增益明显更高。
综上所述，该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构较之相关技术中的DC-DC转换器具有更高的电压增益，其扩展了输出电压，有利于满足更宽范围的输出电压需求。且该具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构的结构简单、新颖，仅需增加少量元器件，即可实现更宽的输出电压范围，有利于满足更宽输出电压范围的应用需求。
应理解，本申请实施例中公开的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构仅为示例说明，其中一些电气元件在不影响电路原理的前提下可以作等效替换，如第一NMOS管Q1可以替换为PMOS管、三极管等任意开关管，也可以应用其他开关元件或具有控制电路通断功能的电气设备，本申请中所说的开关元件的一端、另一端，应理解为开关元件除触发端外的两端，比如第一NMOS管Q1的一端和另一端可以分别为源极和漏极，触发端为栅极；再如第一电感器L1可为一个电感量确定的电感器，也可以替换为由多个电感器串联或者并联形成的电感结构；同样，第一电容器C1可以为一个电容量确定的电容器，也可以替换为由多个电容器串联或者并联形成电容结构。
另外，为了保持本申请实施例中的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构工作较为平衡稳定，一般选择第一电容器C1和第二电容器C2的电容量相等。经发明人试验，第一电感器L1和第二电感器L2电感量相等时该该结构无法正常运行，故第一电感器L1和第二电感器L2的电感量不相等即可，具体可以选择第一电感器L1的电感量为第二电感器L2电感量的二倍。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一电感元件、第二电感元件、第一电容元件以及第二电容元件；
所述第一开关元件一端用于连接输入电源的正极，另一端分别连接所述第一电感元件的一端和所述第二开关元件的一端；所述第二开关元件另一端连接所述第一电容元件的一端，所述第一电容元件的另一端和所述第一电感元件的另一端均用于连接所述输入电源的负极；
所述第一开关元件、第一电感元件和第二开关元件的公共端连接所述第三开关元件的一端，所述第三开关元件的另一端分别连接所第四开关元件的一端和所述第二电感元件的一端；所述第二电感元件的另一端连接所述第二电容元件的一端，所述第二电容元件的另一端和所述第四开关元件的另一端均用于连接所述输入电源的负极；
所述第二开关元件与所述第一电容元件的公共端用作输出电源的负极，所述第二电容元件和所述第二电感元件的公共端用作输出电源的正极。
2.根据权利要求1所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一开关元件包括第一开关管、和/或所述第二开关元件包括第二开关管、和/或所述第三开关元件包括第三开关管、和/或所述第四开关元件包括第四开关管。
3.根据权利要求1或2所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一开关元件为第一NMOS管、和/或所述第二开关元件为第二NMOS管、和/或所述第三开关元件为第三NMOS管、和/或所述第四开关元件为第四NMOS管。
4.根据权利要求1所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一电感元件包括第一电感器、和/或所述第二电感元件包括第二电感器。
5.根据权利要求1所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一电容元件包括第一电容器、和/或所述第二电容元件包括第二电容器。
6.根据权利要求1所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一电容元件和第二电容元件的电容量相等。
7.根据权利要求5所述的具有扩展输出电压的降压-升压型DC-DC转换器结构，其特征在于，所述第一电容器和第二电容器的电容量相等。
CN202023080996.1U 2020-12-18 2020-12-18 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构 Active CN214014110U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202023080996.1U CN214014110U (zh) 2020-12-18 2020-12-18 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202023080996.1U CN214014110U (zh) 2020-12-18 2020-12-18 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN214014110U true CN214014110U (zh) 2021-08-20

Family

ID=77289274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202023080996.1U Active CN214014110U (zh) 2020-12-18 2020-12-18 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN214014110U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10879801B2 (en) Power converter with a plurality of switching power stage circuits
US10790742B1 (en) Multi-level power converter with improved transient load response
CN111431399B (zh) 一种可扩展Cuk DC-DC变换器
CN111446854B (zh) 一种可扩展Zeta DC-DC变换器
CN109309448B (zh) 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
CN110098740B (zh) 降压电路及电子设备
CN112701923B (zh) 一种高增益Zeta DC-DC变换器
CN111490679A (zh) 一种升压dc-dc控制电路
CN209948956U (zh) 降压电路及电子设备
CN115940641B (zh) 一种升压变换器
WO2023206952A1 (zh) 宽输入电压范围的增益可调高变比dc/dc变换器
KR20090044137A (ko) 무변압기형 부스트 컨버터
US20230155491A1 (en) Switched capacitor converter
CN111245236B (zh) 一种降压式直流-直流转换器拓扑结构
CN114785130A (zh) 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器
CN109274267B (zh) 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN109274270A (zh) 一种新型可扩展Sepic DC-DC变换器
US20230344343A1 (en) Conversion circuit, switch-mode power supply, and electronic device
CN112671229A (zh) 单电感多输出的直流-直流转换器
CN214014110U (zh) 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构
CN209170226U (zh) 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
US20230155493A1 (en) Cascade switched capacitor converter
US20220158553A1 (en) Dc-dc converter
CN113890340B (zh) 一种单输入高可靠性电容电流一致型buck-boost DC-DC变换器
CN113965085B (zh) 一种单输入高可靠性电容电流一致型Cuk DC-DC变换器

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant