一种降压式直流-直流转换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种降压式直流‑直流转换器拓扑结构，涉及降压转换器的技术领域，其包括：续流件、蓄能件、控制组件以及负载件；续流件，与负载件电连接，包括第一电感、第二电感以及第三电感且三者的一端均连接于负载件；蓄能件，与电源端、续流件电连接，包括第一电容以及第二电容，第一电容连接于第一电感与第二电感之间，第二电容连接于第二电感与第三电感之间；控制组件包括多个续流开关件以及多个充能开关件；续流开关件，与续流件电连接；充能开关件，与续流件、蓄能件电连接。本发明专利技术具有能降低功率开关的耐压值以提升能量转换效率的效果。

A buck DC-DC converter topology

【技术实现步骤摘要】
一种降压式直流-直流转换器拓扑结构
本专利技术涉及降压转换器的
，尤其是涉及一种降压式直流-直流转换器拓扑结构。
技术介绍
目前，能量转换是降压式直流-直流转换器的基本功能，其目的是为了将高压直流信号转换为带有纹波的稳定低压直流信号，用以驱动负载。而在大转换比的应用环境下，现有的降压式直流-直流转换器拓扑结构主要有以下两种：参见图1，为传统的Buck直流-直流转换器，通过一对开关S1、S2及一组LC滤波电路实现能量向负载转换。在大转换比(D＝Vout/Vin<0.1)的应用环境下，该传统结构的主要问题是，主开关S1的等效导通时间DT(T＝1/f是开关切换周期)过短，能量转换效率过低，S1、S2均需选取耐压值为Vin的功率管且驱动电路的性能要求很高。因此该结构实际应用中以多级级联形式出现，增加了印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)的面积和硬件成本。参见图2，为两相串联电容式(Dual-phase)直流-直流转换器，其在传统的两相Buck直流-直流转换器基础之上，引入了串联电容Ct，以此降低功率管耐压值，同时两相电感电流保持180°的相位差。该转换器的主要问题是其等效转换比仅D/2(D<1)，主开关S1A、S1B的等效导通时间仅提升为4DT，能量转换效率较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，能降低功率开关的耐压值，提升能量转换效率。本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，包括：续流件、蓄能件、控制组件以及负载件；续流件，与负载件电连接，用于向负载件提供稳定的电流输出，包括第一电感、第二电感以及第三电感且三者的一端均连接于负载件；蓄能件，与电源端、续流件电连接，用于存储电荷并在释放电荷时向续流件提供电荷，包括第一电容以及第二电容，第一电容连接于第一电感与第二电感之间，第二电容连接于第二电感与第三电感之间，且第一电容与第二电容串联于电源端与负载件之间；控制组件包括多个续流开关件以及多个充能开关件；续流开关件，与续流件电连接，用于控制第一电感、第二电感以及第三电感分别对负载件提供电流输出以使负载件持续运行；充能开关件，与续流件、蓄能件电连接，用于控制蓄能件补充电荷或释放电荷，并控制电源端、第一电容及第二电容依次分别向第一电感、第二电感及第三电感充电。通过采用上述技术方案，控制组件内的开关均为功率开关，第一电容与第二电容通过电源端进行充电，且由于第一电容与第二电容串联，以此降低了功率开关的耐压值，而耐压值较小的功率管，其损耗也小，以此提高能量转换效率；通过续流开关件使得第一电感、第二电感以及第三电感分别向负载件提供持续的电流输出，而多个充能开关件分别在不同的时序导通以使电源端、第一电容及第二电容依次对第一电感、第二电感以及第三电感进行充电，以此使得其中一个电感的电流输出增强，从而维持负载件持续运行。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述续流开关件包括第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关且三者的一端均连接负载件，第一续流开关的另一端连接于第一电感与第一电容之间，第二续流开关的另一端连接于第一电容与第二电容的连接点与第二电感之间，第三续流开关另一端连接于电源端与第二电容的连接点与第三电感之间；所述充能开关件包括与电源端连接的第一充能开关、与负载件连接的第二充能开关、第三充能开关以及第四充能开关，第一充能开关另一端连接于第二电容与第三充能开关的连接点，第二充能开关另一端连接于第三充能开关与第一电容的连接点与第二电容之间，第三充能开关一端连接于第二电感与第二续流开关的连接点，其另一端连接于第一电容与第二充能开关之间；第四充能开关连接于第三电感与第二续流开关的连接点，其另一端连接于第一充能开关与第二电容之间。通过采用上述技术方案，通过第一充能开关、第二续流开关、第三续流开关控制电源端、第一电容、第二电容及第一电感串联，以此对第一电容、第二电容进行充电，并增强第一电感对负载件的电流输出；通过第一续流开关、第三续流开关、第三充能开关控制第一电容与第二电感串联，以此控制第一电容放电并对第二电感进行充电，增强第二电感对负载件的电流输出；通过第一续流开关、第二续流开关、第二充能开关以及第四充能开关控制第二电容与第三电感串联，以此控制第二电容放电并对第三电感进行充电，增强第三电感对负载件的电流输出；且第一续流开关、第二续流开关、第三续流开关用于控制第一电感、第二电感及第三电感持续对负载件提供电流输出，从而维持负载件持续运行。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：控制组件还包括分流开关，分流开关连接于第一电容与第三充能开关的连接点与第二充能开关之间。通过采用上述技术方案，当第一续流开关、第二续流开关、第二充能开关导通且其余开关均截止时第二电容两端电压会降到0，使得整体供电回路的功耗上升进而使能量转换效率降低，因此在第一电容与第三充能开关的连接点与第二充能开关之间设置分流开关，以此分离第一电容、第二电容，减少整体供电回路的功耗，提升能量转换效率。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：设第一电感与负载件的通电回路为PhaseA，PhaseA回路包括以下两种状态：State1：当第一充能开关、分流开关、第二续流开关、第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第一电容、第二电容处于充电状态，第一电感对负载件输出电流的值递增，第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减；State2：当第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第一电感、第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减。通过采用上述技术方案，PhaseA回路在State1状态时第一充能开关、分流开关、第二续流开关、第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止，以此使第一电容、第二电容处于充电状态，第一电感对负载件输出电流的值递增；第一电容、第二电容充满电荷后，PhaseA回路进入State2状态，第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止，此时第一电感、第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减，负载件仍处于供电状态而实现持续运行。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：设第二电感与负载件的通电回路为PhaseB，PhaseB回路包括以下两种状态：State3：当第一续流开关、第三续流开关、第三充能开关导通且开关组件中其余开关均截止时，第二电感对负载件输出电流的值递增，第一电容处于放电状态，第一电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减；State4：当第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第一电感、第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减。通过采用上述技术方案，PhaseB回路在State3状态时第一续流开关、第三续流开关、第三充能开关导通且开关组件中其余开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，包括：续流件、蓄能件、控制组件以及负载件；/n续流件，与负载件电连接，用于向负载件提供稳定的电流输出，包括第一电感、第二电感以及第三电感且三者的一端均连接于负载件；/n蓄能件，与电源端、续流件电连接，用于存储电荷并在释放电荷时向续流件提供电荷，包括第一电容以及第二电容，第一电容连接于第一电感与第二电感之间，第二电容连接于第二电感与第三电感之间，且第一电容与第二电容串联于电源端与负载件之间；/n控制组件包括多个续流开关件以及多个充能开关件；/n续流开关件，与续流件电连接，用于控制第一电感、第二电感以及第三电感分别对负载件提供电流输出以使负载件持续运行；/n充能开关件，与续流件、蓄能件电连接，用于控制蓄能件补充电荷或释放电荷，并控制电源端、第一电容及第二电容依次分别向第一电感、第二电感及第三电感充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，包括：续流件、蓄能件、控制组件以及负载件；
续流件，与负载件电连接，用于向负载件提供稳定的电流输出，包括第一电感、第二电感以及第三电感且三者的一端均连接于负载件；
蓄能件，与电源端、续流件电连接，用于存储电荷并在释放电荷时向续流件提供电荷，包括第一电容以及第二电容，第一电容连接于第一电感与第二电感之间，第二电容连接于第二电感与第三电感之间，且第一电容与第二电容串联于电源端与负载件之间；
控制组件包括多个续流开关件以及多个充能开关件；
续流开关件，与续流件电连接，用于控制第一电感、第二电感以及第三电感分别对负载件提供电流输出以使负载件持续运行；
充能开关件，与续流件、蓄能件电连接，用于控制蓄能件补充电荷或释放电荷，并控制电源端、第一电容及第二电容依次分别向第一电感、第二电感及第三电感充电。


2.根据权利要求1所述的一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，所述续流开关件包括第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关且三者的一端均连接负载件，第一续流开关的另一端连接于第一电感与第一电容之间，第二续流开关的另一端连接于第一电容与第二电容的连接点与第二电感之间，第三续流开关另一端连接于电源端与第二电容的连接点与第三电感之间；
所述充能开关件包括与电源端连接的第一充能开关、与负载件连接的第二充能开关、第三充能开关以及第四充能开关，第一充能开关另一端连接于第二电容与第三充能开关的连接点，第二充能开关另一端连接于第三充能开关与第一电容的连接点与第二电容之间，第三充能开关一端连接于第二电感与第二续流开关的连接点，其另一端连接于第一电容与第二充能开关之间；第四充能开关连接于第三电感与第二续流开关的连接点，其另一端连接于第一充能开关与第二电容之间。


3.根据权利要求2所述的一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，控制组件还包括分流开关，分流开关连接于第一电容与第三充能开关的连接点与第二充能开关之间。


4.根据权利要求3所述的一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，设第一电感与负载件的通电回路为PhaseA，PhaseA回路包括以下两种状态：
State1：当第一充能开关、分流开关、第二续流开关、第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第一电容、第二电容处于充电状态，第一电感对负载件输出电流的值递增，第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减；
State2：当第一续流开关、第二续流开关以及第三续流开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第一电感、第二电感、第三电感对负载件输出电流的值均递减。


5.根据权利要求4所述的一种降压式直流-直流转换器拓扑结构，其特征在于，设第二电感与负载件的通电回路为PhaseB，PhaseB回路包括以下两种状态：
State3：当第一续流开关、第三续流开关、第三充能开关均导通且开关组件中其余开关均截止时，第二电感对负载件输出电流的值递增，第一电容处于放电状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建林，
申请(专利权)人：深圳市诚芯微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44