一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法，具体包括有：第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第一飞电容C

【技术实现步骤摘要】
一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电子技术及芯片
，更具体地，涉及一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电池供电设备使用的增加，高效的混合型升压开关电源转换器成为了研究的热点，广泛应用于电源管理集成电路，例如电池充电器，液晶显示器偏置电路和MiniLED驱动电路。尤其在新兴的LED显示应用中，通常要求升压电源转换器需要具有高的电压转换比，具体工作场景为MiniLED集成大量串联的二极管，需要LED驱动电路在低输入电压V
IN
(3.3V～6V)的条件下提供高输出电压V
OUT
(25V～30V)。另外，整个MiniLED阵列为数十个MiniLED组成，在高电压输出情况下，意味着此LED驱动电路还需具备优秀的带负载能力。因此，新一代显示技术应用要求混合型的升压开关电源转换器不仅需要拥有混合型电源转换器的高效率的优点，还需要提供高电压转换比和大驱动电流能力。
[0003]传统的双开关(2S)升压转换器结构简单，具有易于控制的优点，可以获得较宽的电压转换比——但它存在的主要缺点包括有：高电感直流电流、大电感纹波、效率低以及存在右半平面零点导致瞬态响应差的问题。
[0004]现有技术中公开了一种混合型升压DC
‑
DC转换器，该转换器相较于传统的升压开关电源转换器通过增加一个电容和一个开关，降低电感电流以获得更高的效率，减小电感纹波，而且无需复杂的控制电路。虽然该结构相较于传统升压转换器更容易实现拥有高转换比，但是该结构电感电流、开关电压应力改善效果不明显，从而导致较大的电感寄生电阻损耗与开关导通损耗，效率仍有待提高。此外，该结构需要使用高压工艺来制作，这将增加芯片的制作成本与难度。
[0005]为此，结合以上需求和现有技术中具有驱动能力弱、拥有较大的电感寄生电阻损耗与开关导通损耗的缺陷，本申请提出了一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种混合型的升压开关电源转换器及其控制方法，通过增加两个飞电容可以有效降低电感直流电流和电感纹波，改善导通损耗，可实现高转换比且效率高，增大带载能力；同时降低开关电压应力，较低的电压应力可以减小芯片面积；不需要增加过多的工作状态，避免了复杂的控制电路。
[0007]本专利技术的首要目的是为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种混合型的升压开关电源转换器，包括有：第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第一飞电容C
F1
、第二飞电容C
F2
和电感元件L，其中输入电压V
in
的负极接地，正极分别连
接至第二开关器件S2的漏极、第四开关器件S4的漏极和电感元件L的一端，电感元件L的另一端分别连接至第一开关器件S1的漏极和第一飞电容C
F1
的一端，第一飞电容C
F1
的另一端分别连接至第三开关器件S3的源极和第六开关器件S6的漏极，第三开关器件S3的漏极分别连接至第四开关器件S4的源极和第二飞电容C
F2
的一端，第二飞电容C
F2
的另一端分别连接至第二开关器件S2的源极和第五开关器件S5的漏极，第六开关器件S6的源极分别输出电压V
out
和连接至负载电容C
out
的一端；其中，负载电容C
out
的另一端、第一开关器件S1的源级和第五开关器件S5的源极均接地。
[0009]其中，采用飞电容是由于其储能作用，通过飞电容的充电和放电，存储能量并将其传递到电感或者输出，电容的能量密度具有比其他无源器件更高的优势。
[0010]进一步的，根据第一飞电容C
F1
和负载电容C
out
，通过电荷守恒定律可以得到流经电感元件L的直流电流I
L
：
[0011][0012]其中，I
C1
表示第一飞电容C
F1
的电流；I
LOAD
表示流经输出端的负载电流，负载通常为负载电流源或负载电阻。
[0013]进一步的，所述第一开关器件S1的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第二开关器件S2的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第三开关器件S3的最大电压应力为V
in
，所述第四开关器件S4的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第五开关器件S5的最大电压应力为V
in
，所述第六开关器件S6的最大电压应力为V
in
。
[0014]进一步的，所述第一飞电容C
F1
和第二飞电容C
F2
的电容值均为4.7μF。
[0015]进一步的，所述电感元件L的电感值为4.7μH。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种混合型的升压开关电源转换器的控制方法，通过调整开关器件的逻辑控制信号改变开关控制信号占空比，当占空比为D时，电路处于第一状态，控制第一开关器件S1、第二开关器件S2和第三开关器件S3导通，控制第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6截止；此时第二飞电容C
F2
放电，电感元件L和第一飞电容C
F1
充电；其中0＜D＜1。
[0017]其中，所述开关控制信号的占空比大小代表开关器件的导通时间。
[0018]进一步的，根据占空比，能够得到电压转换比M，其数学表达形式为：
[0019]DV
IN
+(1
‑
D)(3V
IN
‑
V
OUT
)＝0
[0020][0021]其中，D表示表示开关控制信号的占空比；V
in
表示输入电压；V
out
表示输出电压。
[0022]其中，随着电压转换比越高，占空比D越高，从而的持续时间更长，飞电容充电持续时间与占空比D呈正比，以确保高电压转换比下有优秀的驱动能力。
[0023]本专利技术第三方面提供了一种混合型的升压开关电源转换器的控制方法，通过调整开关器件的逻辑控制信号改变开关控制信号占空比，当占空比为1
‑
D时，电路处于第二状态，控制第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6导通，控制第一开关器件S1、第二开关器件S2和第三开关器件S3截止；此时电感元件L和第一飞电容C
F1
放电，为负载供电，第二飞电容C
F2
连接至输入电压V
in
进行充电；其中0＜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型的升压开关电源转换器，其特征在于，包括有：第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第一飞电容C
F1
、第二飞电容C
F2
和电感元件L；其中输入电压V
in
的负极接地，正极分别连接至第二开关器件S2的漏极、第四开关器件S4的漏极和电感元件L的一端，电感元件L的另一端分别连接至第一开关器件S1的漏极和第一飞电容C
F1
的一端，第一飞电容C
F1
的另一端分别连接至第三开关器件S3的源极和第六开关器件S6的漏极，第三开关器件S3的漏极分别连接至第四开关器件S4的源极和第二飞电容C
F2
的一端，第二飞电容C
F2
的另一端分别连接至第二开关器件S2的源极和第五开关器件S5的漏极，第六开关器件S6的源极分别输出电压V
out
和连接至电容C
out
的一端；其中，电容C
out
的另一端、第一开关器件S1的源级和第五开关器件S5的源极均接地。2.根据权利要求1所述的一种混合型的升压开关电源转换器，其特征在于，根据第一飞电容C
F1
和电容C
out
，通过电荷守恒定律可以得到流经电感元件L的直流电流I
L
，其数学表达形式为：其中，I
C1
表示第一飞电容C
F1
的电流；I
LOAD
表示流经输出端的负载电流，负载通常为负载电流源或负载电阻。3.根据权利要求1所述的一种混合型的升压开关电源转换器，其特征在于，所述第一开关器件S1的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第二开关器件S2的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第三开关器件S3的最大电压应力为V
in
，所述第四开关器件S4的最大电压应力为V
out
‑
2V
in
，所述第五开关器件S5的最大电压应力为V
in
，所述第六开关器件S6的最大电压应力为V
in
。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：余凯，张景然，李思臻，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：