[发明专利]一种升降压电路

说明书

本发明公开了一种升降压电路，在传统四管BUCK‑BOOST升降压电路的基础之上进行改进，去掉其中的开关器件S3，BOOST升压模式下复用开关器件S2从而省掉一个开关管，并且在开关器件S1的源极与开关器件S2的漏极之间串联一电感，使得电路在不同模式下的匝比有所不同，当为BUCK模式时，相同输入输出电压比值条件下，开关器件S1的占空比在匝比大于1时比匝比等于1时大，并且当为BOOST模式时，开关器件S2的占空比在匝比大于1时比匝比等于1时小，从而实现了该电路不仅可以实现输出电压小于、等于或大于输入电压的电源应用，还可以实现输出和输入为大变比的电源应用。

技术领域

本发明涉及开关电源变换器电路，特别涉及具备升压降压两种工作模式的升降压电路。

背景技术

在太阳能，风能、燃料电池等应用领域，和宽电压范围输入的领域，需要采用具有升降压特性的直流变换器。由于功率变换器的输入电压范围宽，现有技术所提供的同时具有升压和降压的电路无法在高或低输入电压及一定占空比范围内的情况下实现高的升降压比率，即使可以用其他拓扑实现，但是增加了系统的复杂性、稳定性和原材料成本。

现有四开关BUCK-BOOST升降压电路如图1所示，包含4个开关器件S1至S4、一个电感L、一个输入电容C1和一个输出电容C2。

图1中的开关器件S1、开关器件S2和电感L组成降压(BUCK)变换器，其中的开关器件S2采用MOS管替代二极管能实现同步整流；开关器件S3、开关器件S4和电感L组成升压(BOOST)变换器，其中的开关器件S4采用MOS管替代二极管能实现同步整流。该变换器S1和S3作为主控开关器件，可以实现能量从输入至输出传递，S4和S2作为主控开关器件，可以实现能量从输出至输入传递，所以能量能双向流动，可以实现双向电源变换的应用。

图1电路两种模式工作原理分析如下：

BUCK模式下，输出电压小于输入电压。在每个开关周期时间t内，S4常开，S3长关，S1和S2轮流开通，输入输出电压比值和S1的开通占空比D1存在关系，在开关频率固定的情况下，随着D1的减小，众所周知，开关器件的开通和关断都是需要时间的，当D1减小到一定值时，也就是小于开关器件开通需要的时间时，开关器件S1就不能正常开通了，电源也不能正常工作了。

BOOST模式下，输出电压大于输入电压。在每个开关周期时间t内，S1常开，S2长关，S3和S4轮流开通，输入输出电压比值和S3的开通占空比D3存在关系，当D3增大到一定值时，也就是1-D3小于开关器件关断需要的时间时，开关器件S3就不能正常关断了，电源也不能正常工作了。

从上述分析可知，传统的四管BUCK-BOOST升降压电路可以实现输出电压V_OUT小于、等于或大于输入电压V_IN的电源应用，还可以实现双向功率变换的电源应用。但在输入和输出为大变比应用环境下开关器件的损耗变大，电源系统效率变低，甚至无法实现电压变换功能。

现有的耦合电感类拓扑如图2和图3所示，均包含2个开关器件S1和S2、2个电感类器件L1和L2、一个输入电容C1和一个输出电容C2，两个电感类器件通过磁芯耦合在一起。

图2所示为降压耦合电感类拓扑，针对图2，定义匝比λ＝(n1+n2)/n1，其输入输出电压比值和S1的开通占空比D和匝比λ存在关系,根据公式可得，相同增益M，匝比λ增大，占空比D也增大，匝比λ为1就是普通BUCK的输入输出电压比值和占空比D的关系式。该电路优点是相同输入输出电压比值条件下，匝比λ变大，占空比D也变大，解决了普通4开关BUCK-BOOST电路随着D1的减小导致开关器件不能正常开通的问题，但缺点是不能同时实现升压功能。