基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC-DC转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC

【技术实现步骤摘要】
基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器


[0001]本专利技术涉及电子
，具体涉及一种基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器。

技术介绍

[0002]近年来，随着高性能移动设备使用的增加，高效的电源管理集成电路(PMIC)逐渐成为关注的焦点，为了使移动设备在一个宽的电池电压范围内保持高效率，混合型升降压DC
‑
DC(直流
‑
直流)转换器成为研究的热点。由于高性能移动设备的市场需求，现在芯片中的电流消耗(I
Load
)变得相当严重，由于在移动设备中需要许多高性能的负载模块，为了满足这些高性能的需求，电源管理集成电路应该能够支持大的负载电流(I
Load
)，即重载条件。当处于重载情况下时，DC
‑
DC转换器的效率下降主要是由于导通损耗造成的，包括开关器件的导通损耗以及电感的导通损耗。传统的升降压DC
‑
DC转换器虽然能够实现升压以及降压的功能，但是存在电感电流大、输入输出电流不连续、效率低等问题。
[0003]与本方案同样实现混合型升降压DC
‑
DC转换器的有Min
‑
Woo Ko提出的FUDC(Fast
‑
response step
‑
up/down converter)混合型升降压转换器、Yong
‑
Min Ju提出的FCBB(Flying/>‑
capacitor buck
‑
boost converter)混合型升降压转换器。它们将开关电容型转换器和电感型转换器结合在一起，设计出新型的混合电容电感型DC
‑
DC转换器，降低了电感电流，提升了效率。
[0004]但是，它们存在以下问题：
[0005](1)电感电流以及导通损耗改善效果不明显，效率仍有待提高。
[0006](2)对比传统升降压转换器，无法实现电感电流在升压模式与降压模式同时下降；
[0007](3)电容电流对占空比D高度敏感，随着占空比趋近于极限，造成超高的电容电流，损坏器件的同时降低了效率。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，用以解决现有技术存在的诸如电容电流对占空比D高度敏感、电感电流下降不明显、导通损耗高、效率有待提高等问题。
[0009]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，包括六个开关器件S1‑
S6，两个电感L1、L2，两个飞电容C
F1
、C
F2
，其中：
[0011]S1的栅极连接控制信号Φ
S1
，源极连接电感L1的一端、飞电容C
F1
的上极板以及S3的漏极，S1的漏极连接电压输出端V
out
，S1的衬底上设置有衬底选择电路；S2的栅极连接控制信号Φ
S2
，S2的源极连接电感L2的一端、飞电容C
F2
的上极板以及S4的漏极，S2的漏极连接电压输出端V
out
，S2的衬底上设置有衬底选择电路；S3的栅极连接控制信号Φ
S3
，S3的源极连接飞电容C
F2
的下极板和S6的漏极，S3的衬底连接自身源极；S4的栅极连接控制信号Φ
S4
，S4的源极连
接飞电容C
F1
的下极板和S5的漏极，S4的衬底连接自身源极；S5的栅极连接控制信号Φ
S5
，S5的源极接地，S5的衬底连接地；S6的栅极连接控制信号Φ
S6
，S6的源极连接地，S6的漏极连接S3的源极和飞电容C
F2
的上极板，S6的衬底连接地；电感L1、电感L2的另一端均连接电压输入端V
in
。
[0012]进一步地，所述开关器件S1‑
S4为dnw NMOS型器件，开关器件S1和S2带有衬底选择电路；S5‑
S6为标准NMOS型器件。
[0013]进一步地，当输入端的输入电压V
in
小于输出端的输出电压V
out
时，进入升压模式：
[0014]升压模式下，首先转换器按照状态一进行工作，状态一的占空比设置为D，此时开关器件S1、S4和S6导通，S2、S3和S5截止，飞电容C
F2
由电感L2充电至飞电容C
F1
放电，与电感L1一起为负载供电；状态一结束后，转换器按照状态二进行工作，状态二的占空比为(1
‑
2D)，此时开关器件S1和S2导通，S3、S4、S5和S6截止；状态二结束后，电路按照状态三进行工作，状态三的占空比为D，此时开关器件S2、S3和S5导通，S1、S4和S6截止，飞电容C
F1
由电感L1充电至飞电容C
F2
放电，与电感L2一起为负载供电；状态三结束后，转换器重新按照升压模式的状态一进行工作。
[0015]进一步地，在升压模式下，T为一个开关周期的时间，占空比D定义为开关的导通时间与开关周期之比；状态一在一个周期T内的持续时间为DT，此时控制信号Φ
S1
、Φ
S4
、Φ
S6
为高电平，Φ
S2
、Φ
S3
、Φ
S5
为低电平，分别控制开关器件S1、S4、S6导通，S2、S3、S5截止；状态二在一个周期T内的持续时间为(1
‑
2D)T，此时控制信号Φ
S1
、Φ
S2
为高电平，Φ
S3
‑
Φ
S6
为低电平，控制开关器件S1、S2导通，S3‑
S6截止；状态三在一个周期T内的持续时间为DT，此时控制信号Φ
S2
、Φ
S3
、Φ
S5
为高电平，Φ
S1
、Φ
S4
、Φ
S6
为低电平，分别控制开关器件S2、S3、S5导通，S1、S4、S6截止。
[0016]进一步地，当输入电压V
in
大于输出电压V
out
时，进入降压模式：
[0017]降压模式下，首先转换器按照状态一进行工作，状态一的占空比为D，此时开关S2、S4和S6导通，S1、S3和S5截止，飞电容C
F1
由电感L1充电至V
out
，飞电容C
F2
放电，与电感L1、L2一起为负载供电；状态一结束后，电路按照状态二进行工作，状态二的占本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，其特征在于，包括六个开关器件S1‑
S6，两个电感L1、L2，两个飞电容C
F1
、C
F2
，其中：S1的栅极连接控制信号Φ
S1
，源极连接电感L1的一端、飞电容C
F1
的上极板以及S3的漏极，S1的漏极连接电压输出端V
out
，S1的衬底上设置有衬底选择电路；S2的栅极连接控制信号Φ
S2
，S2的源极连接电感L2的一端、飞电容C
F2
的上极板以及S4的漏极，S2的漏极连接电压输出端V
out
，S2的衬底上设置有衬底选择电路；S3的栅极连接控制信号Φ
S3
，S3的源极连接飞电容C
F2
的下极板和S6的漏极，S3的衬底连接自身源极；S4的栅极连接控制信号Φ
S4
，S4的源极连接飞电容C
F1
的下极板和S5的漏极，S4的衬底连接自身源极；S5的栅极连接控制信号Φ
S5
，S5的源极接地，S5的衬底连接地；S6的栅极连接控制信号Φ
S6
，S6的源极连接地，S6的漏极连接S3的源极和飞电容C
F2
的上极板，S6的衬底连接地；电感L1、电感L2的另一端均连接电压输入端V
in
。2.根据权利要求1所述的基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，其特征在于，所述开关器件S1‑
S4为dnw NMOS型器件，开关器件S1和S2带有衬底选择电路；S5‑
S6为标准NMOS型器件。3.根据权利要求1所述的基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，其特征在于，当输入端的输入电压V
in
小于输出端的输出电压V
out
时，进入升压模式：升压模式下，首先转换器按照状态一进行工作，状态一的占空比设置为D，此时开关器件S1、S4和S6导通，S2、S3和S5截止，飞电容C
F2
由电感L2充电至飞电容C
F1
放电，与电感L1一起为负载供电；状态一结束后，转换器按照状态二进行工作，状态二的占空比为(1
‑
2D)，此时开关器件S1和S2导通，S3、S4、S5和S6截止；状态二结束后，电路按照状态三进行工作，状态三的占空比为D，此时开关器件S2、S3和S5导通，S1、S4和S6截止，飞电容C
F1
由电感L1充电至飞电容C
F2
放电，与电感L2一起为负载供电；状态三结束后，转换器重新按照升压模式的状态一进行工作。4.根据权利要求1所述的基于双电感的交叉飞电容混合型升降压DC
‑
DC转换器，其特征在于，在升压模式下，T为一个开关周期的时间，占空比D定义为开关的导通时间与开关周期之比；状态一在一个周期T内的持续时间为DT，此时控制信号Φ
S1
、Φ
S4
、Φ
S6
为高电平，Φ
S2
、Φ
...

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