[發(fā)明專利]一種基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110574867.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113241948B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陰亞?wèn)|;蘇東來(lái);王紀(jì)鵬;許亦云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/158
• 分類號(hào): H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學(xué)俊

1.一種基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，包括電壓控制模塊、緩沖器、第1至第7壓控開關(guān)器件、第1電容、第2電容；電壓控制模塊的輸入端作為電壓E的輸入端，電壓控制模塊的輸出端與第7壓控開關(guān)器件的第二端連接，緩沖器的輸入端作為時(shí)鐘控制信號(hào)D的輸入端，緩沖器的輸出端與第1電容第二端連接，第1電容第一端與第2壓控開關(guān)器件的第二端、第3壓控開關(guān)器件的第一端、第7壓控開關(guān)器件的第一端連接，第1壓控開關(guān)器件的第一端與第2電容第二端、第6壓控開關(guān)器件的第一端連接，并作為整個(gè)變換器的輸出端，第1壓控開關(guān)器件的第二端與第2壓控開關(guān)器件的第一端、第6壓控開關(guān)器件的控制端連接，第1壓控開關(guān)器件的控制端、第2壓控開關(guān)器件的控制端分別作為電壓B、電壓C的輸入端，第3壓控開關(guān)器件的第二端作為電壓D的輸入端，第3壓控開關(guān)器件的控制端作為時(shí)鐘控制信號(hào)C的輸入端，第4壓控開關(guān)器件的第一端作為電壓A的輸入端，第4壓控開關(guān)器件的第二端與第5壓控開關(guān)器件的第一端、第2電容第一端連接，第4壓控開關(guān)器件的控制端作為時(shí)鐘控制信號(hào)A的輸入端，第5壓控開關(guān)器件的第二端連接至GND，第5壓控開關(guān)器件的控制端作為時(shí)鐘控制信號(hào)B的輸入端，第6壓控開關(guān)器件的第二端連接至GND，第7壓控開關(guān)器件的控制端作為時(shí)鐘控制信號(hào)E的輸入端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，所述第1至第7壓控開關(guān)器件均為3端口器件，其端口分別為a、b、c，即分別對(duì)應(yīng)控制端、第一端、第二端；所述第1至第2電容均為2端口器件，其端口分別為a、b，即分別對(duì)應(yīng)其第一端、第二端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，第1、3、5、6壓控開關(guān)器件的工作原理為：當(dāng)其a端與b端或者c端之間的電壓差高于閾值電壓V_TH1時(shí)導(dǎo)通；否則斷開；第2、4、7壓控開關(guān)器件的工作原理為：當(dāng)其b端或者c端與a端之間的電壓差高于閾值電壓V_TH2時(shí)導(dǎo)通；否則斷開。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，電壓A為電源電壓；電壓B和D低于閾值電壓V_TH1；電壓C低于閾值電壓_VTH2；電壓E高于閾值電壓V_TH2和V_TH1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，當(dāng)電壓控制模塊的輸出端電壓低于輸入端電壓時(shí)，將強(qiáng)制性把電壓控制模塊的輸出端電壓抬升到接近輸入端電壓；當(dāng)電壓控制模塊的輸出端電壓高于輸入端電壓時(shí)，電壓控制模塊將停止工作。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，時(shí)鐘控制信號(hào)A、時(shí)鐘控制信號(hào)B、時(shí)鐘控制信號(hào)C、時(shí)鐘控制信號(hào)D和時(shí)鐘控制信號(hào)E為方波信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，電壓A、電壓B、電壓C、電壓D和電壓E為直流電壓。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的基于開關(guān)電容的反向降壓型負(fù)壓直流-直流變換器，其特征在于，該變換器工作方式包括狀態(tài)A和狀態(tài)B構(gòu)成，兩個(gè)狀態(tài)周期性地輪換交替發(fā)生：

狀態(tài)A：該狀態(tài)下時(shí)鐘控制信號(hào)A為邏輯低電平，第4壓控開關(guān)器件導(dǎo)通，電壓A通過(guò)第4壓控開關(guān)器件輸入到第2電容第一端，使第2電容第一端的電壓變?yōu)殡妷篈，時(shí)鐘控制信號(hào)B為邏輯低電平，第5壓控開關(guān)器件關(guān)斷，時(shí)鐘控制信號(hào)C、E為邏輯低電平而時(shí)鐘控制信號(hào)D為邏輯高電平，第3壓控開關(guān)器件關(guān)斷而第7壓控開關(guān)器件導(dǎo)通，電壓E經(jīng)電壓控制模塊輸入，此時(shí)電壓控制模塊的輸出端電壓低于電壓E，電壓控制模塊開始工作，將電壓控制模塊的輸出端強(qiáng)制性抬升到接近電壓E，此時(shí)第1電容第一端的電壓接近電壓E，由于時(shí)鐘控制信號(hào)D為邏輯高電平，緩沖器驅(qū)動(dòng)第1電容第二端的電壓亦為邏輯高電平，進(jìn)而將第1電容第一端的電壓進(jìn)一步抬升，此時(shí)電壓控制模塊的輸出端電壓高于電壓E，電壓控制模塊停止工作；由于此時(shí)第2壓控開關(guān)器件第二端的電壓與電壓C之間的電壓差將超過(guò)閾值電壓V_TH2，因此第2壓控開關(guān)器件導(dǎo)通，加速了第6壓控開關(guān)器件控制端電壓的抬升；最終第6壓控開關(guān)器件控制端電壓超過(guò)閾值電壓V_TH1，導(dǎo)致第6壓控開關(guān)器件導(dǎo)通，則使整個(gè)變換器輸出端電壓接近為0，導(dǎo)致第1壓控開關(guān)器件不滿足導(dǎo)通條件而關(guān)斷；最終第2電容第一端的電壓為電壓A而第二端電壓接近為0完成充電；

狀態(tài)B：該狀態(tài)下時(shí)鐘控制信號(hào)A為邏輯高電平，第4壓控開關(guān)器件關(guān)斷，時(shí)鐘控制信號(hào)B為邏輯高電平，第5壓控開關(guān)器件導(dǎo)通，導(dǎo)致第2電容第一端的電壓降至接近為0；此時(shí)時(shí)鐘控制信號(hào)C、E為邏輯高電平而時(shí)鐘控制信號(hào)D為邏輯低電平，第3壓控開關(guān)器件導(dǎo)通而第7壓控開關(guān)器件關(guān)斷，第二壓控開關(guān)器件第二端的電壓被鉗至為電壓D；此時(shí)由于時(shí)鐘控制信號(hào)D為邏輯低電平，緩沖器驅(qū)動(dòng)第1電容第二端的電壓為邏輯低電平，第1電容進(jìn)行放電，由于此時(shí)第2壓控開關(guān)器件第二端的電壓等于電壓D與電壓C的壓差小于閾值電壓V_TH2，因此第2壓控開關(guān)器件將關(guān)斷；此時(shí)第2電容的第一端由電壓A轉(zhuǎn)變約為0，整個(gè)變換器輸出端電壓將變成一絕對(duì)值接近電壓A的負(fù)電壓；當(dāng)整個(gè)變換器輸出端電壓為負(fù)電壓時(shí)，電壓B與整個(gè)變換器輸出端電壓之間的壓差大于閾值電壓V_TH1，因此第1壓控開關(guān)器件將導(dǎo)通，導(dǎo)致第6壓控開關(guān)器件控制端電壓接近整個(gè)變換器輸出端電壓的負(fù)電壓，進(jìn)而導(dǎo)致第6壓控開關(guān)器件不滿足開啟條件而關(guān)斷。