降压升压转换器的制作方法

1.本发明涉及降压升压转换器。更具体地，本发明涉及一种反相降压升压转换器，其检测输入输出电压并根据输入输出电压关系改变电路的开关控制方式，从而能够在较宽的输入输出电压范围内实现高效率和低发热，同时使用相比现有的物理尺寸更小的电感和电容，能够减小系统的整体面积且降低价格。


背景技术：

2.以下将描述通常已知的反相降压升压转换器的工作。
3.图1是示出根据现有技术的降压升压转换器的图，图2是示出根据现有技术的降压升压转换器的工作时序的图。
4.参照图1和图2，首先，当第一开关sw1导通且第二开关sw2断开以充电时，电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，从而逐渐上升电感电流il。接下来，当第二开关sw2导通且第一开关sw1断开以放电时，电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，从而逐渐下降电感电流il。
5.另一方面，在这种通常的反相降压升压转换器中，如果升压比(boosting ratio)增加到一定大小以上，则输出电压vout的调节(regulation)所需的电感电流il和由此引起的功率损失(power loss)急剧增加，有系统效率降低且发热增加的问题。
6.另外，需要具有大容量的电感l和输出电容cout以承受电感电流il的增加，从而有增加系统配置所需的面积并提高价格的问题。


技术实现要素：

7.本发明的技术课题是提供一种反相降压升压转换器，其能够通过检测输入输出电压并根据输入输出电压关系改变电路的开关控制方式，从而在较宽的输入输出电压范围内实现高效率和低发热。
8.另外，本发明的技术课题是提供一种反相降压升压转换器，其使用相比现有的物理尺寸更小的电感和电容，能够减小系统的整体面积且降低价格。
9.根据本发明的第一方面的降压升压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关，所述第三开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；及第四开关，所述第四开关连接于所述电感的第二端子与供反相输入电压输入的反相输入端子之间，其中，所述反相输入电压是将所述输入电压反相获得的电压。
10.根据本发明的第一方面的降压升压转换器，其中，在第一时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而流入所述电感的电感电流逐渐上升，在接续所述第一时间的第二时间期间，所述第二开关和所述第四开关导通，
所述第一开关和所述第三开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而所述电感电流逐渐下降。
11.根据本发明的第一方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，在第三时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而所述电感电流逐渐上升，在接续所述第三时间的第四时间期间，所述第二开关和所述第三开关导通，所述第一开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而所述电感电流逐渐下降。
12.根据本发明的第一方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，在第五时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压上升为接地电平，从而所述电感电流逐渐上升，在接续所述第五时间的第六时间期间，所述第二开关和所述第四开关导通，所述第一开关和所述第三开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而所述电感电流逐渐下降。
13.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关，所述第三开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；第四开关，所述第四开关连接于所述电感的第二端子与供反相输入电压输入的反相输入端子之间，其中，所述反相输入电压是对所述输入电压进行反相获得的电压；及控制器，所述控制器根据所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果，调节所述第三开关与所述第四开关的工作时序，控制电感电流的上升斜率和下降斜率。
14.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，其中，所述控制器包括：比较器，所述比较器输出所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果信号；or运算器，所述or运算器将对所述第一开关的控制信号和所述比较结果信号进行or运算得出的值输出为所述第三开关的控制信号；及and运算器，所述and运算器将对所述第二开关的控制信号和将所述比较结果信号反相获得的信号进行and运算得出的值输出为所述第四开关的控制信号。
15.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为低电平，所述第三开关与所述第一开关同步切换，所述第四开关与所述第二开关同步切换。
16.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为高电平，所述第三开关在全部工作时间期间导通，所述第四开关在全部工作时间期间断开。
17.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述控制器在第三时间期间使所述第一开关和所述第三开关导通，使所述第二开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，使所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而使所述电感电流逐渐上升，在接续所述第
三时间的第四时间期间，使所述第二开关和所述第三开关导通，使所述第一开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，使所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而使所述电感电流逐渐下降。
18.根据本发明的第二方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述控制器在第五时间期间使所述第一开关和所述第三开关导通，使所述第二开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，使所述电感的第二端子的电压上升为接地电平，从而使所述电感电流逐渐上升，在接续所述第五时间的第六时间期间，使所述第二开关和所述第四开关导通，使所述第一开关和所述第三开关断开，使所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，使所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而使所述电感电流逐渐下降。
19.根据本发明的第三方面的降压升压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关串联于所述输入端子与接地端子之间；电荷泵电容，所述电荷泵电容连接于第三端子与所述电感的第二端子之间，其中，所述第三端子位于所述第三开关与所述第四开关之间；电荷泵开关，所述电荷泵开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；及控制器，所述控制器根据所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果，调节所述第三开关、所述第四开关、所述电荷泵电容的工作时序，以控制电感电流的上升斜率和下降斜率。
20.根据本发明的第三方面的降压升压转换器，其中，所述控制器包括：比较器，所述比较器输出所述输入电压与所述输出电压的比较结果信号；or运算器，所述or运算器将对所述第一开关的控制信号和所述比较结果信号进行or运算得出的值输出为所述第三开关和所述电荷泵开关的控制信号；及and运算器，所述and运算器将对所述第二开关的控制信号和将所述比较结果信号反相获得的信号进行and运算得出的值输出为所述第四开关的控制信号。
21.根据本发明的第三方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为低电平，所述第三开关和所述电荷泵开关与所述第一开关同步切换，所述第四开关与所述第二开关同步切换。
22.根据本发明的第三方面的降压升压转换器，其中，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为高电平，所述第三开关和所述电荷泵开关在全部工作时间期间导通，所述第四开关在全部工作时间期间断开。
23.根据本发明，存在的效果是，提供一种反相降压升压转换器，其能够通过检测输入输出电压并根据输入输出电压关系改变电路的开关控制方式，从而在较宽的输入输出电压范围内实现高效率和低发热。
24.另外，存在的效果是，提供一种反相降压升压转换器，其使用相比现有的物理尺寸更小的电感和电容，能够减小系统的整体面积且降低价格。
附图说明
25.图1是示出根据现有技术的反相降压升压转换器的图。
26.图2是示出根据现有技术的反相降压升压转换器的工作时序的图。
27.图3是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的图。
28.图4是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的示例性工作时序的图。
29.图5是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压大于输出电压的绝对值时生成的电流回路的图。
30.图6是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压大于输出电压的绝对值时的工作时序的图。
31.图7是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压小于输出电压的绝对值时生成的电流回路的图。
32.图8是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压小于输出电压的绝对值时的工作时序的图。
33.图9是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器的图。
34.图10是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压大于输出电压的绝对值时生成的电流回路的图。
35.图11是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压大于输出电压的绝对值时的工作时序的图。
36.图12是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压小于输出电压的绝对值时生成的电流回路的图。
37.图13是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压小于输出电压的绝对值时的工作时序的图。
38.图14是示出根据本发明的第三实施例的降压升压转换器的图。
具体实施方式
39.本说明书中公开的本发明概念的实现例的特定结构性或功能性描述，只是出于描述基于本发明概念的实现例的目的而举例的，基于本发明概念的实现例可以以多样形态实现，不得解释为受本案提出的实现例限定。
40.基于本发明概念的实现例可以施加多样变形，可以拥有多样形态，因而将在附图中示例性图示实现例，并在本说明书中详细描述。但是，这并非要将基于本发明概念的实现例限定于特定的公开形态，包括本发明的思想及技术范围内包含的所有变更、等价乃至替代。
41.只要未不同地定义，包括技术性或科学性术语在内，本案中使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的内容相同的意义。与一般使用的字典中定义的内容相同的术语，应解释为与以往技术的上下文具有的意义一致的意义，只要在本说明书中未明确定义，不得过于地或过度地解释为形式上的意义。
42.下面参照附图，详细描述本发明的优选实现例。
43.图3是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的图。
44.参照图3，根据本发明的第一实施例的降压升压转换器包括电感l、输出电容cout、第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4。
45.在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4可以是场效应晶体管，但不限于此。
46.电感l串联于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子与第三开关sw3和第四开关sw4的连接端子之间。即，电感l的第一端子n1连接于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子，电感l的第二端子n2连接于第三开关sw3和第四开关sw4的连接端子。
47.输出电容cout连接于供输出电压vout输出的输出端子vout与接地端子之间。
48.第一开关sw1连接于供输入电压vin输入的输入端子vin与电感l的第一端子n1之间。
49.第二开关sw2连接于电感l的第一端子n1与供输出电压vout输出的输出端子vout之间。
50.第三开关sw3连接于电感l的第二端子n2与接地端子之间。
51.第四开关sw4连接于电感l的第二端子n2与供反相输入电压-vin输入的反相输入端子-vin之间，其中，反相输入电压-vin是将输入电压vin反相获得的电压-vin。
52.以下，描述根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的具体且示例性的工作配置。
53.例如，1)在第一时间t1期间，第一开关sw1和第三开关sw2导通，第二开关sw2和第四开关sw4断开，电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐上升，2)在接续第一时间t1的第二时间t2期间，第二开关sw2和第四开关sw4导通，第一开关sw1和第三开关sw3断开，电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，电感l的第二端子n2的电压下降为反相输入电压-vin，从而电感电流il逐渐下降。
54.进一步参照图4，更加具体地描述这种示例性的配置。
55.图4是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的示例性工作时序的图。在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4的工作时序由控制装置(未示出)控制并且导通断开。
56.参照图4，首先，在第一时间t1期间，第一开关sw1和第三开关sw3导通，第二开关sw2和第四开关sw4断开。因此，连接于输入端子vin的电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐上升并执行向电感l充入能量的过程。
57.接下来，在接续第一时间t1的第二时间t2期间，第二开关sw2和第四开关sw4导通，第一开关sw1和第三开关sw3断开。因此，连接于输出端子vout的电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，连接于反相输入端子-vin的电感l的第二端子n2的电压下降为反相输入电压-vin，从而电感电流il逐渐下降并执行电感l的能量被放电的过程。
58.下面参照图5至图8，结合输入电压vin和输出电压vout的绝对值的电平，描述根据本发明的第一实施例的降压升压转换器的具体且示例性的工作。
59.首先，描述当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时的工作，在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4的工作时序由控制装置(未示出)控制并且导通断开。
60.图5是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时生成的电流回路的图,图6是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时的工作时序的图。在下面的描
述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4的工作时序由控制装置(未示出)控制并且导通断开。
61.参照图5和图6，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时，首先，在第三时间t3期间，第一开关sw1和第三开关sw3导通，第二开关sw2和第四开关sw4断开，从而生成电流回路1。因此，连接于输入端子vin的电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐上升并执行向电感l充入能量的过程。
62.接下来，在连续第三时间t3的第四时间t4期间，第二开关sw2和第三开关sw3导通，第一开关sw1及第四开关sw4断开，从而生成电流回路2。因此，连接于输出端子vout的电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐下降并执行电感l的能量被放电的过程。
63.接下来，描述当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时的工作，在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4的工作时序由控制装置(未示出)控制并且导通断开。
64.图7是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时生成的电流回路的图,图8是示出根据本发明的第一实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时的工作时序的图。
65.参照图7和图8，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时，首先，在第五时间t5期间，第一开关sw1和第三开关sw3导通，第二开关sw2和第四开关sw4断开，从而生成电流回路1。因此，连接于输入端子vin的电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压上升为接地电平，从而电感电流il逐渐上升并执行向电感l充入能量的过程。
66.接下来，在连续第五时间t5的第六时间t6期间，第二开关sw2和第四开关sw4导通，第一开关sw1及第三开关sw3断开，从而生成电流回路2。因此，连接于输出端子vout的电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，连接于反相输入端子-vin的电感l的第二端子n2的电压下降为反相输入电压-vin，从而电感电流il逐渐下降并执行电感l的能量被放电的过程。
67.图9是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器的图。
68.参照图9，根据本发明的第二实施例的降压升压转换器包括电感l、输出电容cout、第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4及控制器100。
69.在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4可以是场效应晶体管，但不限于此。
70.电感l串联于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子与第三开关sw3和第四开关sw4的连接端子之间。即，电感l的第一端子n1连接于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子，电感l的第二端子n2连接于第三开关sw3和第四开关sw4的连接端子。
71.输出电容cout连接于供输出电压vout输出的输出端子vout与接地端子之间。
72.第一开关sw1连接于供输入电压vin输入的输入端子vin与电感l的第一端子n1之间。
73.第二开关sw2连接于电感l的第一端子n1与供输出电压vout输出的输出端子vout
之间。
74.第三开关sw3连接于电感l的第二端子n2与接地端子之间。
75.第四开关sw4连接于电感l的第二端子n2与供反相输入电压-vin输入的反相输入端子-vin之间，其中，反相输入电压-vin是将输入电压vin反相获得的电压-vin。
76.控制器100控制第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4的工作时序。
77.更具体地，控制器100根据输入电压vin与输出电压vout的绝对值的比较结果，调节第三开关sw3与第四开关sw4的工作时序，控制电感电流il的上升斜率和下降斜率。
78.例如，控制器100可以包括比较器110、or运算器120及and运算器130。
79.比较器110输出输入电压vin与输出电压vout的比较结果信号c1。
80.or运算器120将对第一开关sw1的控制信号consw1和比较器110输出的比较结果信号c1进行or运算得出的值输出为第三开关sw3的控制信号。
81.and运算器130将对第二开关sw2的控制信号consw2和将比较器110输出的比较结果信号c1反相获得的信号进行and运算得出的值输出为第四开关sw4的控制信号。
82.例如，可以为，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时，比较器110输出的比较结果信号c1为低电平，第三开关sw3与第一开关sw1同步切换，第四开关sw4与第二开关sw2同步切换。
83.例如，可以为，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时，比较器110输出的比较结果信号c1为高电平，第三开关sw3在全部工作时间期间导通，第四开关sw4在全部工作时间期间断开。
84.下面参照图10至图13，结合输入电压vin和输出电压vout的电平，描述根据本发明的第二实施例的降压升压转换器的具体且示例性的工作。
85.首先，描述当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时的工作。
86.图10是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时生成的电流回路的图,图11是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时的工作时序的图。
87.参照图10和图11，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时，首先，在第三时间t3期间，控制器100导通第一开关sw1和第三开关sw3，断开第二开关sw2和第四开关sw4，从而生成电流回路1。因此，连接于输入端子vin的电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐上升并向电感l充入能量。
88.接下来，在连续第三时间t3的第四时间t4期间，控制器100导通第二开关sw2和第三开关sw3，断开第一开关sw1及第四开关sw4，从而生成电流回路2。因此，连接于输出端子vout的电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压保持接地电平，从而电感电流il逐渐下降并电感l的能量被放电。
89.第二，描述当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时的工作。
90.图12是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时生成的电流回路的图,图13是示出根据本发明的第二实施例的降压升压转换器中，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时的工作时序的图。
91.参照图12和图13，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时，首先，在第五时间t5期间，控制器100导通第一开关sw1和第三开关sw3，断开第二开关sw2和第四开关sw4，从而生成电流回路1。因此，连接于输入端子vin的电感l的第一端子n1的电压上升为输入电压vin，连接于接地端子的电感l的第二端子n2的电压上升为接地电平，从而电感电流il逐渐上升并向电感l充入能量。
92.接下来，在接续第五时间t5的第六时间t6期间，控制器100导通第二开关sw2和第四开关sw4，断开第一开关sw1和第三开关sw3以生成电流回路2.因此，连接于输出端子vout的电感l的第一端子n1的电压下降为输出电压vout，连接于反相输入端子-vin的电感l的第二端子n2的电压下降为反相输入电压-vin，从而电感电流il逐渐下降并电感l的能量被放电。
93.图14是示出根据本发明的第三实施例的降压升压转换器的图。
94.参照图14，根据本发明的第三实施例的降压升压转换器包括电感l、输出电容cout、第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4、电荷泵电容cp、电荷泵开关sw5及控制器100。
95.在下面的描述中，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3及第四开关sw4可以是场效应晶体管，但不限于此。
96.电感l串联于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子与电荷泵电容cp之间。即，电感l的第一端子n1连接于第一开关sw1和第二开关sw2的连接端子，电感l的第二端子n2连接于电荷泵电容cp的两个端子中的一个。
97.输出电容cout连接于供输出电压vout输出的输出端子vout与接地端子之间。
98.第一开关sw1连接于供输入电压vin输入的输入端子vin与电感l的第一端子n1之间。
99.第二开关sw2连接于电感l的第一端子n1与供输出电压vout输出的输出端子vout之间。
100.第三开关sw3和第四开关sw4串联于输入端子vin与接地端子之间，位于第三开关sw3与第四开关sw4的连接端子之间(即，位于第三开关sw3与第四开关sw4之间)的第三端子连接于电荷泵电容cp的另一端子。
101.电荷泵电容cp连接于位于第三开关sw3与第四开关sw4之间的第三端子与电感l的第二端子n2之间。即，电荷泵电容cp的一端子连接于电感l的第二端子n2，电荷泵电容cp的另一端子连接于位于第三开关sw3与第四开关sw4之间的第三端子。
102.电荷泵开关sw5连接于电感l的第二端子n2与接地端子之间。换言之，电荷泵开关sw5连接于连接于电感l的第二端子n2的电荷泵电容cp的一个端子与接地端子之间。
103.控制器100控制第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4及电荷泵开关sw5的工作时序。
104.更具体地，控制器100根据输入电压vin与输出电压vout的绝对值的比较结果，调节第三开关sw3、第四开关sw4及电荷泵电容cp的工作时序，控制电感电流il的上升斜率和下降斜率。
105.例如，控制器100可以包括比较器110、or运算器120及and运算器130。
106.比较器110输出输入电压vin与输出电压vout的绝对值的比较结果信号c1。
107.or运算器120将对第一开关sw1的控制信号consw1和比较器110输出的比较结果信号c1进行or运算得出的值输出为第三开关sw3和电荷泵开关sw5的控制信号。
108.and运算器130将对第二开关sw2的控制信号consw2和将比较器110输出的比较结果信号c1反相获得的的信号进行and运算得出的值输出为第四开关sw4的控制信号。
109.例如，可以为，当输入电压vin小于输出电压vout的绝对值时，比较器110输出的比较结果信号c1为低电平，第三开关sw3和电荷泵开关sw5与第一开关sw1同步切换，第四开关sw4与第二开关sw2同步切换。
110.例如，可以为，当输入电压vin大于输出电压vout的绝对值时，比较器110输出的比较结果信号c1为高电平，第三开关sw3和电荷泵开关sw5在全部工作时间期间导通，第四开关sw4在全部工作时间期间断开。
111.如上所述，根据本发明，存在的效果是，提供一种反相降压升压转换器，其能够通过检测输入输出电压并根据输入输出电压关系改变电路的开关控制方式，从而在较宽的输入输出电压范围内实现高效率和低发热。
112.具体地，存在的效果是，能够通过检测电感电流大幅增加的工作区域(vin《|vout|)，并使用将由包括电荷泵电容和电荷泵开关的电荷泵及电感的两端的电压驱动为同相(in-phase)的控制方法，与一般的反相降压升压转换器相比，大幅减小施加到电感的电压和电流，从而实现高效率和低发热。
113.另外，存在的效果是，提供一种反相降压升压转换器，其使用相比现有的物理尺寸更小的电感和电容，能够减小系统的整体面积且降低价格。
114.附图标记
115.100：控制器
116.110：比较器
117.120：or运算器
118.130：and运算器
119.l：电感
120.sw1：第一开关
121.sw2：第二开关
122.sw3：第三开关
123.sw4：第四开关
124.sw5：电荷泵开关
125.vin：输入端子
[0126]-vin：反相输入端子
[0127]
vout：输出端子
[0128]
n1：电感的第一端子
[0129]
n2：电感的第二端子
[0130]
cout：输出电容
[0131]
cp：电荷泵电容

技术特征：
1.一种升降压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关，所述第三开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；及第四开关，所述第四开关连接于所述电感的第二端子与供反相输入电压输入的反相输入端子之间，其中，所述反相输入电压是对所述输入电压反相获得的电压。2.根据权利要求1所述的升降压转换器，其特征在于，在第一时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而流入所述电感的电感电流逐渐上升，在接续所述第一时间的第二时间期间，所述第二开关和所述第四开关导通，所述第一开关和所述第三开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而所述电感电流逐渐下降。3.根据权利要求2所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，在第三时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而所述电感电流逐渐上升，在接续所述第三时间的第四时间期间，所述第二开关和所述第三开关导通，所述第一开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而所述电感电流逐渐下降。4.根据权利要求3所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，在第五时间期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开，所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，所述电感的第二端子的电压上升为接地电平，从而所述电感电流逐渐上升，在接续所述第五时间的第六时间期间，所述第二开关和所述第四开关导通，所述第一开关和所述第三开关断开，所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而所述电感电流逐渐下降。5.一种升降压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关，所述第三开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；第四开关，所述第四开关连接于所述电感的第二端子与供反相输入电压输入的反相输入端子之间，其中，所述反相输入电压是对所述输入电压进行反相获得的电压；及控制器，所述控制器根据所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果，调节所述第三开关与所述第四开关的工作时序，控制电感电流的上升斜率和下降斜率。
6.根据权利要求5所述的升降压转换器，其特征在于，所述控制器包括：比较器，所述比较器输出所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果信号；or运算器，所述or运算器将对所述第一开关的控制信号和所述比较结果信号进行or运算得出的值输出为所述第三开关的控制信号；及and运算器，所述and运算器将对所述第二开关的控制信号和将所述比较结果信号反相获得的信号进行and运算得出的值输出为所述第四开关的控制信号。7.根据权利要求6所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为低电平，所述第三开关与所述第一开关同步切换，所述第四开关与所述第二开关同步切换。8.根据权利要求7所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为高电平，所述第三开关在全部工作时间期间导通，所述第四开关在全部工作时间期间断开。9.根据权利要求5所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述控制器在第三时间期间使所述第一开关和所述第三开关导通，使所述第二开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，使所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而使所述电感电流逐渐上升，在接续所述第三时间的第四时间期间，使所述第二开关和所述第三开关导通，使所述第一开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，使所述电感的第二端子的电压保持接地电平，从而使所述电感电流逐渐下降。10.根据权利要求5所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述控制器在第五时间期间使所述第一开关和所述第三开关导通，使所述第二开关和所述第四开关断开，使所述电感的第一端子的电压上升为所述输入电压，使所述电感的第二端子的电压上升为接地电平，从而使所述电感电流逐渐上升，在接续所述第五时间的第六时间期间，使所述第二开关和所述第四开关导通，使所述第一开关和所述第三开关断开，使所述电感的第一端子的电压下降为所述输出电压，使所述电感的第二端子的电压下降为所述反相输入电压，从而使所述电感电流逐渐下降。11.一种升降压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关串联于所述输入端子与接地端子之间；电荷泵电容，所述电荷泵电容连接于第三端子与所述电感的第二端子之间，其中，所述第三端子位于所述第三开关与所述第四开关之间；
电荷泵开关，所述电荷泵开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；及控制器，所述控制器根据所述输入电压与所述输出电压的绝对值的比较结果，调节所述第三开关、所述第四开关、所述电荷泵电容的工作时序，以控制电感电流的上升斜率和下降斜率。12.根据权利要求11所述的升降压转换器，其特征在于，所述控制器包括：比较器，所述比较器输出所述输入电压与所述输出电压的比较结果信号；or运算器，所述or运算器将对所述第一开关的控制信号和所述比较结果信号进行or运算得出的值输出为所述第三开关和所述电荷泵开关的控制信号；及and运算器，所述and运算器将对所述第二开关的控制信号和将所述比较结果信号反相获得的信号进行and运算得出的值输出为所述第四开关的控制信号。13.根据权利要求12所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压小于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为低电平，所述第三开关和所述电荷泵开关与所述第一开关同步切换，所述第四开关与所述第二开关同步切换。14.根据权利要求13所述的升降压转换器，其特征在于，当所述输入电压大于所述输出电压的绝对值时，所述比较器输出的比较结果信号为高电平，所述第三开关和所述电荷泵开关在全部工作时间期间导通，所述第四开关在全部工作时间期间断开。

技术总结
本发明涉及降压升压转换器，包括：第一开关，所述第一开关连接于供输入电压输入的输入端子与电感的第一端子之间；第二开关，所述第二开关连接于所述电感的第一端子与供输出电压输出的输出端子之间；第三开关，所述第三开关连接于所述电感的第二端子与接地端子之间；及第四开关，所述第四开关连接于所述电感的第二端子与供反相输入电压输入的反相输入端子之间，其中，所述反相输入电压是将所述输入电压反相获得的电压。根据本发明，检测输入输出电压并根据输入输出电压关系改变电路的开关控制方式，从而能够在较宽的输入输出电压范围内实现高效率和低发热，同时使用相比现有的物理尺寸更小的电感和电容，能够减小系统的整体面积且降低价格。面积且降低价格。面积且降低价格。


技术研发人员：尹廣鎬 林秀憲 鄭鎭壽
受保护的技术使用者：杭州芯迈半导体技术有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/20