[发明专利]具有降压、升压和部分四开关模式的平均电流模式控制的转换器

说明书

技术领域

本发明涉及电源转换领域，尤指一种可根据输出电压VOUT与输入电压VIN 之差而以降压模式、四开关模式和升压模式工作的转换器。

背景技术

DC-DC开关模式电源可采用包含电感和四个开关的电路。这些开关中的第 一个开关(S1)耦接在大致直流电压VIN的源端与电感的第一端子之间。这些 开关中的第二个开关(S2)耦接在电感的第一端子与接地节点之间。这些开关 中的第三个开关(S3)耦接在电感的第二端子与接地节点之间。这些开关中的 第四个开关(S4)耦接在电感的第二端子与负载之间。如果使这些开关以第一 方式进行开关，则所述电源用作“降压转换器”：其将较高的输入电压VIN转换 成较低的DC输出电压VOUT后提供至负载。如果使这些开关以第二方式进行开 关，则所述电源用作“升压转换器”：其将较低的输入电压VIN转换成负载上的 较高的DC输出电压VOUT。

在某些应用中，适用的作法是对所述电路的开关进行开关操作，使所述电 路在某些时候用作降压转换器、而在其它时候用作升压转换器。例如，考虑其 中利用电池为电路提供固定DC电源电压的应用。当电池充满电时，来自电池的 DC电压高于电路所需要的DC电压。因此，所述中间电源用作降压转换器，接 收较高的输入电池电压并输出电路所需的较低DC电压。然而，当电池放电时， 电池输出的DC电压降低。在某一点上，电池输出的DC电压低于电路所需要的 DC电压。因此，使所述中间电源用作升压转换器。该升压转换器从电池接收较 低的DC电压，并向电路输出较高的所需DC电压。该中间电源可称为“降压- 升压”转换器。存在许多种已知的降压-升压转换器拓扑结构。

图1是现有技术中可从位于得克萨斯州达拉斯的得克萨斯仪器有限公司 (Texas Instruments Incorporated)得到的TPS63011平均电流模式DC-DC 转换器的功能方块图。在降压模式中，四个开关的其中一个是活动的，另一个 开关正用作整流器，再一个开关一直接通，最后一个开关则一直断开。在升压 模式中，其中一个开关活动，一个开关正用作整流器，一个开关一直接通，另 一个开关则一直断开。不存在所有四个开关均在进行开关操作的工作模式。所 述转换器根据需要自动地从降压操作切换到升压操作。通过以这种方式控制四 个开关，使转换器能够维持高的效率，包括在输入电压VIN接近输出电压VOUT 的时间期间。

图2是现有技术中可从位于加利福尼亚州密尔必达(Milpitas， California)的凌力尔特公司(Linear Technology Corporation)得到的 LTC3440降压-升压DC/DC转换器的功能方块图。如果VIN接近于VOUT，则该转 换器在四开关降压/升压工作区域中工作。在这种模式中，开关SWA的占空比不 等于开关SWC的占空比。存在其中SWB和SWC二者断开、SWA和SWD二者接通 的时间量。如在第6,166,527号美国专利中所公开的，利用电压模式控制来调 节开关的占空比，以将VOUT维持在所期望的调节电压。如果输入电压VIN大于 输出电压VOUT，则SWD一直接通，并且SWC一直断开，从而使转换器用作降压 转换器。而如果VIN低于VOUT，则SWA一直接通并且SWB一直断开，从而使转 换器用作升压转换器。

尽管图1和图2的电路在许多应用中能令人满意地工作，但仍需要作出改 进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有降压、升压和部分四开关模式 的平均电流模式控制转换器，可以根据转换器输入电压与输出电压的差值有效 实现使转换器工作于降压、升压和部分四开关的不同工作模式，从而提高转换 器效率并增加其应用范围。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

首先，本发明提供了一种平均电流模式控制的DC-DC转换器，具有纯粹降 压模式、部分四开关模式、和纯粹升压模式。