开关电源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种开关电源系统，可包括第一到第四功率开关，第一和第二电容以及输出滤波器，通过控制各功率开关，使得在导通时间内第一电容和第二电容串联接于输入电压与地电位之间，在关断时间内第一电容和第二电容并联，输出滤波器连接到第一电容的第二端提供输出电压。本发明专利技术开关电源系统适于开关频率较高的应用场合，可在给定输入输出电压的情况下提高系统占空比及效率。

Switching power supply system

The invention discloses a switching power supply system, including the first to the fourth power switch, the first and second capacitor and the output filter, by controlling the power switch, the turn-on time of the first capacitor and the second capacitor are connected in series between the input voltage and the ground potential in the off time of the first capacitor and the second capacitor and the output filter is connected to the second terminal of the first capacitor provides an output voltage. The switch power supply system is suitable for high switching frequency applications, and can increase the duty ratio and efficiency of the system under the given input and output voltage.

【技术实现步骤摘要】
开关电源系统
本专利技术涉及电子系统领域。更具体地，本专利技术涉及开关电源系统。
技术介绍
开关电源系统已经广泛应用于各种电子电路系统中。当前最为常见的开关电源系统是基于Buck型拓扑的非隔离型降压变换器。在Buck型拓扑的应用中，效率是衡量其性能的重要参数，然而，在输入电压较高，而输出电压较低的应用场合下，单一的非隔离型Buck型拓扑会产生较大的开关损耗，同时对功率开关的耐压提出较高要求。同时，此时Buck型电路往往具有较小的占空比，而由于受到系统最小开通时间的限制，导致系统的开关频率不能过高，对纹波的抑制作用较为有限。
技术实现思路
针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术提出了一种开关电源系统。本专利技术的一个实施例公开的一种开关电源系统包括：输入端口，用于接收一输入电压；第一功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述输入端口，所述控制端接收一高侧开关控制信号；第二功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端，所述控制端接收一低侧开关控制信号；第一电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端；第三功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第二功率开关的第二端，所述第二端电耦接至所述第一电容的第二端，所述控制端接收所述高侧开关控制信号；第四功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第二端，所述第二端连接至地电位，所述控制端接收所述低侧开关控制信号；第二电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第一端，所述第二端连接至地电位；输出滤波器，具有输入端，输出端和接地端，其中所述输入端连接至所述第三功率开关的第二端，所述接地端连接至地电位，所述输出端提供所述开关电源系统的输出电压。本专利技术一个实施例中的开关电源系统中，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为周期信号，并具有相同的工作周期，在一个所述工作周期中：所述高侧开关控制信号在一导通时间内，控制所述第一功率开关和所述第三功率开关导通，在一关断时间内，控制所述第一功率开关和所述第三功率开关关断；所述低侧开关控制信号在所述导通时间内，控制所述第二功率开关和所述第四功率开关关断，在所述关断时间内，控制所述第二功率开关和所述第四功率开关导通。利用本专利技术实施例，可以降低在输入电压较高，而输出电压较低的应用场合下，对功率开关的耐压要求，并且允许功率开关在工作时具有较高的开关频率。附图说明下列附图涉及有关本专利技术非限制性和非穷举性的实施例的描述。除非另有说明，否则同样的数字和符号在整个附图中代表同样或相似的部分。附图无需按比例画出。另外，图中所示相关部分尺寸可能不同于说明书中叙述的尺寸。为更好地理解本专利技术，下述细节描述以及附图将被提供以作为参考。图1示出了依据本专利技术的一个实施例的开关电源系统100的电路示意图。图2示出了依据本专利技术的一个实施例的开关电源系统100的具体电路示意图。图3示出了开关电源系统100的工作波形图。图4示出了开关电源系统100在导通时间内的等效电路图。图5示出了开关电源系统100在关断时间内的等效电路图。图6示出了依据本专利技术的另一个实施例的开关电源系统200的具体电路示意图。图7示出了依据本专利技术的又一个实施例的开关电源系统300的具体电路示意图。图8示出了开关电源系统300的工作波形图。图9示出了开关电源系统300的工作波形图。不同附图中相同的标记表示相同或相似的特征。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实施例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、系统或方法。图1-2示出了依据本专利技术的一个实施例的开关电源系统100的电路示意图。如图1所示，开关电源系统100包含输入端口P1，第一功率开关M1，第二功率开关M2，第三功率开关M3，第四功率开关M4，第一电容C1，第二电容C2，输出滤波器F以及输出端口P2。其中，输入端口P1用于接收一输入电压VIN。第一功率开关M1具有第一端，第二端和控制端，其中第一端电耦接至输入端口P1，控制端接收一高侧开关控制信号HS。第二功率开关M2具有第一端，第二端和控制端，其中第一端在节点SW1电耦接第一功率开关M1的第二端，控制端接收一低侧开关控制信号LS。第一电容C1具有第一端和第二端，其中第一端在节点SW1电耦接第一功率开关M1的第二端。第三功率开关M3具有第一端，第二端和控制端，其中第一端在节点VMID电耦接第二功率开关的第二端，第二端在节点SW2电耦接第一电容的第二端，控制端接收所述高侧开关控制信号HS。第四功率开关M4具有第一端，第二端和控制端，其中第一端在节点SW2电耦接至第三功率开关M3的第二端，第二端连接至地电位GND，控制端接收低侧开关控制信号LS。第二电容C2具有第一端和第二端，其中第一端在节点VMID电耦接至第三功率开关M3的第一端，第二端连接至地电位GND。输出滤波器F具有输入端，输出端和接地端，其中输入端在节点SW2连接至第三功率开关M2的第二端，接地端连接至地电位GND，输出端提供开关电源系统的输出电压VOUT。高侧开关控制信号HS和低侧开关控制信号LS优选为一对具有电平互补关系的方波控制信号。在一个实施例中，输出滤波器F为一LC滤波电路，包括一输出电感Lout和一输出电容Cout。其中输出电感Lout同输出电容Cout串联耦接于节点SW2和地电位GND之间，输出电感Lout和输出电容Cout的公共端作为系统100的输出端提供输出电压VOUT。本领域普通技术人员能够理解，在其他实施例中，输出滤波器F可以为其他任何能够完成纹波过滤作用的滤波器。选择输出滤波器对本领域普通技术人员来说的属于常规技术手段，此处不再详述。在一个实施例中，系统100还包括DC-DC控制器101，用于产生高侧开关控制信号HS和低侧开关控制信号LS。DC-DC控制器101可以采用PWM(脉冲宽度调制)，PFM(脉冲频率调制)，COT(恒定导通时间)或其它合适的控制方式生成高侧开关HS控制信号和低侧开关控制信号LS。对本领域普通技术人员来说，选择具有合适控制方式的DC-DC控制器101，生成高侧开关控制信号HS同低侧开关控制信号LS属于现有技术和本领域常规技术手段，故此处不再详述。优选的，第一电容C1和第一电容C2容值相等。如图2所示，在优选实施例中，第一功率开关M1，第二功率开关M2，第三功率开关M3和第四功率开关M4均为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。相应的，为驱动功率开关，系统100还包括第一驱动电路111，第二驱动电路112，第三驱动电路113和第四驱动电路114，分别用于对高侧开关控制信号HS和低侧开关控制信号LS进行电平移位，驱动第一功率开关M1，第二功率开关M2，第三功率开关M3和第四功率开关M4。其中第一驱动电路111的输入端接收高侧开关信号HS，输出端耦接至第一功率开关M1的控制端。第二驱动电路112的输入端接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源系统，包括：输入端口，用于接收一输入电压；第一功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述输入端口，所述控制端接收一高侧开关控制信号；第二功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端，所述控制端接收一低侧开关控制信号；第一电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端；第三功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第二功率开关的第二端，所述第二端电耦接至所述第一电容的第二端，所述控制端接收所述高侧开关控制信号；第四功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第二端，所述第二端连接至地电位，所述控制端接收所述低侧开关控制信号；第二电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第一端，所述第二端连接至地电位；输出滤波器，具有输入端，输出端和接地端，其中所述输入端连接至所述第三功率开关的第二端，所述接地端连接至地电位，所述输出端提供所述开关电源系统的输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源系统，包括：输入端口，用于接收一输入电压；第一功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述输入端口，所述控制端接收一高侧开关控制信号；第二功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端，所述控制端接收一低侧开关控制信号；第一电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第一功率开关的第二端；第三功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第二功率开关的第二端，所述第二端电耦接至所述第一电容的第二端，所述控制端接收所述高侧开关控制信号；第四功率开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第二端，所述第二端连接至地电位，所述控制端接收所述低侧开关控制信号；第二电容，具有第一端和第二端，其中所述第一端电耦接至所述第三功率开关的第一端，所述第二端连接至地电位；输出滤波器，具有输入端，输出端和接地端，其中所述输入端连接至所述第三功率开关的第二端，所述接地端连接至地电位，所述输出端提供所述开关电源系统的输出电压。2.如权利要求1所述的开关电源系统，其中所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为周期信号，并具有相同的工作周期，在一个所述工作周期中：所述高侧开关控制信号在一导通时间内，控制所述第一功率开关和所述第三功率开关导通，在一关断时间内，控制所述第一功率开关和所述第三功率开关关断；所述低侧开关控制信号在所述导通时间内，控制所述第二功率开关和所述第四功率开关关断，在所述关断时间内，控制所述第二功率开关和所述第四功率开关导通。3.如权利要求1所述的开关电源系统，进一步包括一直流-直流(DC-DC)电源控制器，用于产生所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号。4.如权利要求1所述的开关电源系统，其中所述第一功率开关，第二功率开关，第三功率开关和第四功率开关均为金属-氧化物半导体场效应管(MOSFET)。5.如权利要求4所述的开关电源系统，其中所述低侧开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：王锴，
类型：发明
国别省市：四川,51