[发明专利]一种混合型无缝模式过渡的降压-升压开关电源转换器

说明书

本发明公开了一种混合型无缝模式过渡的降压‑升压开关电源转换器，包括：六个MOS开关器件S1至S6、一个电感L、两个飞电容C_F1、C_F2以及负载电容C_O；其中：S1的源极连接输入电压V_IN，漏极连接电感L的一端和飞电容C_F1的上极板；S2的源极连接S3的漏极和飞电容C_F1的下极板，S2的漏极连接输入电压V_IN；S3的源极连接地电平；S4的源极连接电感L的另一端和飞电容C_F2的上极板，S4的漏极连接S5的源极、负载电容C_O的上极板并连接输出电压V_OUT，负载电容C_O的下极板接地电平；S5的漏极连接S6的漏极和飞电容C_F2的下极板；S6的源极连接地电平。本发明实现无缝模式过渡，消除升压模式的右半平面零点对电路负载瞬态响应的影响，避免复杂的控制电路，降低制作难度与成本。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种混合型无缝模式过渡的降压-升压开关电源转换器。

背景技术

近年来，降压-升压开关电源转换器已经广泛应用于锂电池供电的移动设备中，如射频功率放大器、电池充电器和发光二极管驱动器等。锂电池通常的输入电压范围为2.5V-4.2V，其输出电压会在使用过程中逐渐降低。许多关于在用锂电池供电的降压-升压开关电源转换器的应用将目标输出电压设置在3.3V左右，为了能在锂电池的整个输入电压范围内给负载提供3.3V的目标输出电压以及延长电池的使用寿命，因此非常需要一个能够降压和升压的开关电源转换器。

传统的降压-升压开关电源转换器，可以获得非常高的转换比范围以及效率，但也存在输入电压与输出电压接近(电压转换比为1)时效率变差与难以实现无缝模式过渡(Seamless Mode Transition)的问题，因为在当转换比非常接近1时，转换器的降压模式与升压模式下的占空比分别非常接近100％和0％。当降压模式过渡到升压模式时，占空比接近100％，对升压模式而言，电感电流会无穷大导致效率差和输出电压下冲问题；当升压模式过渡到降压模式时，占空比接近0％，对降压模式而言，电压转换比可能为0会导致效率差和输出电压上冲问题。为了避免上述情况，通常在电路设计的时候占空比只取10％—90％，在传统的降压-升压开关电源转换器中就不包含电压转换比为1这种情况，因此电压转换比在升降压模式下会不连续，这样模式过渡的时候就存在了缝隙(Gap)。以及电感电流大导致的损耗很大而降低整体效率的问题，还有在升压模式中存在不连续的输出电流导致较大的输出电压纹波和该模式下电路结构中存在的右半平面零点(RHP-zero)而导致瞬态响应差的问题。

Jinwoo Jeon提出的混合型降压-升压开关电源转换器结构有三个工作状态，实现无缝模式过渡，解决了在电压转换比为1时效率差和模式过渡问题。并且，该结构可以获得输出电流连续，从而降低输出电压纹波，在降压模式中电感电流得到减小。

虽然Jinwoo Jeon提出的结构可以实现无缝模式过渡，以及降低电感电流以及获得连续输出电流，但是该结构在升压模式中电感电流依旧较大，从而导致大的电感寄生电阻损耗与开关导通损耗。此外，该结构实现降压和升压之间的无缝过渡，需要复杂的控制电路并会增加损耗，并且占空比不能充分利用。

Hongseok Shin提出的混合型降压-升压开关电源转换器结构实现了无缝模式过渡，解决了在电压转换比为1时效率差和模式过渡问题。同样该结构也可以获得输出电流连续，从而降低输出电压纹波，在降压模式中电感电流得到减小，但相比Jinwoo Jeon提出的结构，该结构不需要复杂的控制电路。