[实用新型]功率转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子设备的电源管理电路，尤其是涉及输入电压具有宽变化范围的DC-DC电源转换器。

背景技术

为了更易于使用，便携式电子设备需要在不同的条件下都便于使用。便携式电子设备的一个需求是可以由不同的电源带动工作，诸如AC适配器、汽车适配器、USB电源线，以及各种可再充电和不可再充电的电池，如镍镉、镍氢、锂和锂聚合物电池。由这些不同的电源输送的实际电压会在一个很大的范围内变化。例如，由已完全充电的电池输送的电压会与由相同的电池在其近乎放空的时候输送的电压非常不同。

另一方面，在便携式电子设备中的多数集成电路(IC)仅可以在一个非常窄的电压范围内正常工作。然而，由于电子设备的输入源的不同类型和状态，输送给一些IC的电压会变化很大，即，一些IC的所需的电源电压会高于便携式电子设备的输入电压或者低于便携式电子设备的输入电压。因而，为了提供稳定电压给这些IC，使用电源管理电路来产生这种稳定的电压。这些电源管理电路包括低压降线性调节器、开关电容(调节器、开关模式DC-DC转换器等。在这些电路中，开关模式DC-DC转换器因其高效性而最通用。

有这样一些传统的开关模式DC-DC转换器，它们能够产生高于或低于输入电压的输出电压。例如，级联式降压-升压转换器、H-桥降压-升压转换器、单端初级电感转换器(SEPIC)、降压-升压转换器、FLYBACK转换器等。这些转换器中都具有相同的缺陷：级联式降压-升压转换器和SEPIC降压-升压转换器对于每个通道都需要一个以上的电感器，FLYBACK转换器需要体积很大和价格昂贵的变压器，H-桥降压-升压转换器需要更多的开关。这些传统的转换器不是需要额外的组件就是具有高成本。此外，这些转换器与单降压或单升压转换器相比具有较低的功率转换效率。因而，本实用新型的主要目的是提出一种改进的降压转换器，它能够生成高于或低于输入电压的输出电压，且同时兼具低成本、少组件和高效。

实用新型内容

本实用新型提出了一种增强的降压转换器结构。与传统的仅能够实现降压转换功能的降压转换器相比，本实用新型通过仅在传统的降压变换器上增加一个附加的开关，能够以低成本、少组件和更高效率产生高于或低于输入电压的输出电压，且在任何时候，转换原理都遵循传统的操作方法。

在本实用新型的一个实施例中，提出了一种功率转换器，用以提供高于或低于输入电压的输出电压。该功率转换器包括耦合在输入电压和一节点之间的第一开关，耦合在电压源和该节点之间的第二开关，以及耦合在该节点和地之间的第三开关，其中电压源的电压高于输入电压。该功率转换器还包括耦合到第一开关、第二开关和第三开关上的开关控制器，当输入电压低于输出电压时，开关控制器断开第三开关，并且交替且互斥地将第一开关和第二开关设置为断开和接通。结果，转换器生成低于输入电压的输出电压。功率转换器还包括隔离电路。隔离电路包括一个电感器和一个电容器。电感器耦合在节点和输出电压之间，电容器耦合在输出电压和地之间。

本实用新型所述的功率转换器还包括耦合到第一开关、第二开关和第三开关上的开关控制器，当输入电压高于输出电压时，开关控制器断开第二开关，并且交替且互斥地将第一开关和第三开关设置为断开和接通。

在本实用新型的另一个实施例中，还提出了一种功率转换器，用以提供高于输入电压的输出电压。该功率转换器包括电压源，耦合在输入电压和一节点之间的第一开关，耦合在电压源和该节点之间的第二开关，其中电压源的电压高于输入电压。结果，转换器能够生成高于输入电压的输出电压。功率转换器还包括隔离电路。隔离电路包括一个电感器和一个电容器。电感器耦合在节点和输出电压之间，电容器耦合在输出电压和地之间。功率转换器还包括开关控制器，以控制第一和第二开关的状态。

本实用新型与传统的DC-DC转换器相比，提供高于或低于输入电压的输出电压，需要较少的组件并具有高的功率转换效率，当有电池提供输入电压时很好地延展了电池的工作时间。

附图说明

本实用新型的实施例的特征和优点将随着后续详细说明的进行而变得显而易见，且参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1示出了根据本实用新型的改进的降压转换器的范例拓扑结构；

图2示出了当输入电压高于输出电压时的图1的简化等效电路；

图3示出了当输入电压低于输出电压时的图1的简化等效电路；

图4示出了当输入电压低于输出电压时的一些关键性电参数的波形。

具体实施方式