一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路

专利2026-07-07  13


本发明涉及电源变换器,特别是涉及一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路。


背景技术:

1、由于5g信号频率更高,覆盖范围小,5g技术的不断发展带来了基站的不断增加,对能耗的要求也越来越高,因此对其电源管理系统的性能提出了更高的要求。对于电源管理系统,更高的效率意味着可以节省更多的能源,因此,5g基站的电源转换效率需要进一步提高以节省能源。5g基站中功率放大器的能源消耗占主要部分。为节省功率放大器的能源消耗,其供电电压需要随着5g信号幅值的变换而变化。由于5g信号频率较高,速度较快,幅值变化大。因此,需要电源变换器能够快速响应负载变化和对输入电压进行升压降压调节,同时电源变换器也需要具有高效率的特点以节约能源消耗。

2、传统的反相升压降压变换器如图1所示,其工作原理分为两个相位,相位1开关s1闭合,开关s2断开,vin对电感l充电,充电电流为il,cout对负载放电;相位2开关s1断开,开关s2闭合,电感l通过开关s2对cout和负载充电。当vin<0,vout>0时,开关s1和开关s2的耐压均为vout-vin,更高的开关耐压,意味着拓扑能够达到的能量转换效率会变低。因此,传统的反相升压降压变换器虽然可以实现负压转正的效果,具有升压和降压的功能,但仍存在一些缺点,如:输入、输出电流不连续,负载响应较慢,效率低等。


技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种负压转正压的反相升压降压变换器,同时具有超快负载响应、宽输入输出范围、输出电流连续、高效率的特点。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,包括直流输入电压源vin、第一开关s1~第六开关s6、电感l、输出电容cout、输出电流源iout以及第一飞跨电容c1和第二飞跨电容c2:

3、所述直流输入电压源的负端接地,正端依次通过第一开关s1、第一飞跨电容c1、第四开关s4、第二飞跨电容c2、电感l和输出电流源iout接地;

4、所述第二开关s2的一端连接到第一开关s1和第一飞跨电容c1之间,连接点记为vx1,所述第二开关s2的另一端接地;

5、所述第三开关s3的一端连接到第四开关s4和第一飞跨电容c1之间,连接点记为vx2,所述第三开关s3的另一端接地;

6、所述第五开关s5的一端连接到第四开关s4和第二飞跨电容c2之间,连接点记为vx3,所述第五开关s5的另一端接地;

7、所述第六开关s6的一端连接到vx2,另一端连接到二飞跨电容c2与电感l之间,连接点记为vsw;

8、所述输出电容的正端连接到电感l和输出电流源iout之间,另一端接地;

9、反相升压降压变换器电路还包括输出端vout,所述输出端vout连接在电感l和输出电流源iout之间。

10、本发明的有益效果是:同时具有超快负载响应、宽输入输出范围、输出电流连续、高效率的特点,具体地:

11、超快负载响应:超快负载响应的特点可以从时域上直观体现:对于传统的反相升压降压这种带有右半平面零点的变换器而言,其电感充电期间cout无法直接得到来自电感电流的补充,电感的充电时间越长,cout流失的电荷越多,过冲电压越大,响应速度越慢;本申请中当负载电流iout突然增大时,电感电流il不能瞬间匹配增大,因此cout上的电荷会迅速流失从而产生向下的过冲电压,此时升压变换器的控制器会分配更大的占空比给电感充电,而逐渐使电感电流il增大从而恢复到稳态;对于本发明的升压变换器而言,其电感被充电时,电感电流直接流入cout之中,这可以立刻对cout流失的电荷进行补充,从而使得向下过冲电压减小,恢复时间缩短,因此可以实现超快负载响应。

12、宽输入输出范围:本发明电路拓扑的电压变换比的在-2到0之间,即输出电压可以是输入电压的-2到0倍之间,因此可以对较宽的输入输出电压范围进行调节。

13、输出电流连续:本发明电路拓扑的电感l直接连接在vout上,因此输出电流iout一直等于电感电流il,因为电感电流il不能突变的,所以输出电流是连续的。

14、高效率:本发明电路拓扑中的开关管具有更低的耐压值,并且电容起到分流的作用,开关管和电容电感上的损耗会更小,因此,本发明拓扑也具有高效率的特点。



技术特征:

1.一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:包括直流输入电压源vin、第一开关s1~第六开关s6、电感l、输出电容cout、输出电流源iout以及第一飞跨电容c1和第二飞跨电容c2:

2.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:所述开关s1、s3、s6闭合,开关s2、s4、s5断开时,vx1点通过开关s1与vin连接,vx2点通过开关s2与地连接,vx3点浮空;

3.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:所述开关s2、s5、s6闭合,开关s1、s3、s4断开时,vx1点通过开关s2与地连接,vx2点通过开关s6与vsw连接,vx3点通过开关s5与地连接;vx1点的电位为vin,vx2点的电位为电容c1上的电压-vin,vx3点的电位为0;电容c1通过开关s6对电容c2充电,因此,稳态后,电容c2上的电压也为-vin,vsw点通过开关s6与vx2点连接,因此,vsw点的电位也为-vin。

4.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:所述开关s2、s4闭合,开关s1、s3、s5、s6断开时,vx1点通过开关s2与地连接,vx2点通过开关s4与vx3点连接;vx1点电位为0,vx2点和vx3点的电位为- vin,vsw点的电位为2倍的电容电压,-2*vin,电感处于充电状态。

5.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:所述开关s1、s3、s4、s5闭合,开关s2和s6断开时,vx1点通过开关s1与vin连接,vx2点通过s3与地连接,同时vx2点通过s4与vx3点连接,vx3点通过开关s5与地连接,vx1点电位为vin,vx2点和vx3点的电位为0,vsw点的电位为电容电压c2的电压,-vin。

6.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,其特征在于:所述开关s1、s3、s5闭合,开关s2 、s4和s6断开时,vx1点通过开关s1与vin连接,vx2点通过s3与地连接,vx3点通过开关s5与地连接,vx1点电位为vin,vx2点和vx3点的电位为0,vsw点的电位为电容电压c2的电压,-vin。


技术总结
本发明公开了一种快速负载响应的反相升压降压变换器电路,包括直流输入电压源V<subgt;IN</subgt;、第一开关S<subgt;1</subgt;~第六开关S<subgt;6</subgt;、电感L、输出电容C<subgt;OUT</subgt;、输出电流源I<subgt;OUT</subgt;以及第一飞跨电容C<subgt;1</subgt;和第二飞跨电容C<subgt;2</subgt;:所述直流输入电压源的负端接地,正端依次通过第一开关S<subgt;1</subgt;、第一飞跨电容C<subgt;1</subgt;、第四开关S<subgt;4</subgt;、第二飞跨电容C<subgt;2</subgt;、电感L和输出电流源I<subgt;OUT</subgt;接地。本发明具有超快负载响应、宽输入输出范围、输出电流连续、高效率的特点。

技术研发人员:刘寻,刘刚,姜俊敏
受保护的技术使用者:香港中文大学(深圳)
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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