专利名称：升压降压双向电压变换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电压变换电路。
背景技术：
目前，直流电压的变换技术己比较成熟。传统的直流电压变换技术，
一般只能实现电源的单向变换，如图la所示的电路为一个典型的降压电 路(buck converter),它可以把一个5V的输入电压转换成系统所需的 3. 3V输出电压，但是这个降压电路无法将3. 3V的输出电压再反向变换成 5V电压从输入端输出。如果要实现这个反向的变换，就需要使用另外一 个升压电路(boost converter,见图lb))。图la中的电路10是一个传 统的降压转换电路，降压控制模块ll监测输出的电压(VouO，从而将输 入电压(Vin)降压到设定的输出电压(Vout)。图lb中的电路13是一个 传统的升压转换电路，升压控制模块12监测输出的电压，从而将输入电 压升压到设定的输出电压。利用传统的转换电路，如果需要实现输入输出 电源的相互转换，必须使用一个降压转换电路和一个升压转换电路，图2 给出了一个典型的传统方案。可以看到，传统的方案需要使用2个电感与 4个可控开关(在此为晶体管)。因此，该双向变换器的成本相对较高， 且器件所占用的体积较大。由于现有的直流电压变换技术在实现输入输出 电源的双向转换时存在成本高，元件多的缺点，本发明旨在通过对电压转 换器的电子开关的控制，利用一个单向电压转换电路的元件实现双向的电压变换以简化电源设计，节约成本和空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种升压降压双向电压变换电路，其 能在实现双向电压变换的同时减低器件成本，并节省空间。
为解决上述技术问题，本发明的升压降压双向电压变换电路，包括升
压降压控制模块、可控开关K1和K2、电感L、电容C1和电容C2以及反馈和安 全控制模块；所述升压降压控制模块用以根据外部输入信号切换工作模式， 输出相应的控制信息；所述可控开关K1和K2的控制极分别接所述升压降压 控制模块；所述可控开关K1的一端连接一端接地的所述电容C1，可控开关 K1的另一端与可控开关K2的一端相接后连接至所述电感L的一端，所述可控 开关K2的另一端接地，所述电感L的另一端连接有一端接地的所述电容C2; 当所述可控开关K1接所述电容C1的一端还连接有第一直流电源时，所述电 感L接所述电容C2的一端为所述升压降压双向转换电路的输出端；当所述电 感接所述电容C2的一端还连接有第二直流电源时，所述可控开关K1接所述 电容C1的一端为所述升压降压双向转换电路的输出端；所述反馈和安全控 制模块接收所述外部输出信号，分别和所述升压降压控制模块、所述电感L 连接所述电容C2的一端、所述可控开关K1连接所述电容C1的一端相连接。 本发明的升压降压双向电压变换电路，其通过一升压降压控制模块、 两个可控开关、 一电感、两个电容以及反馈和安全控制模块实现了升压降 压双向电压变换功能。与现有技术中采用两个相对独立的升压电路和降压 电路集成的电路相比，本发明的电路节省了一半的电子元件，由此带来电 路制备成本的降低(元件少)和该电路所占用空间的减少(即体积减少)，故本发明的电路在实际应用中有更大的市场竞争力。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图la为现有的降压电路示意图lb为现有的升压电路示意图2为现有的双向电压变换电路示意图3为本发明的双向电压变换电路；
图4为本发明的一具体双向电压变换电路；
图5为本发明的一具体应用电路。
具体实施例方式
本发明提供了在单个开关电源元器件的基础上实现输入输出电压相 互转换的控制方法和电路结构。此发明包括可控开关，电源，负载及对其 的控制，以实现降压升压的双向转换(见图3)，该双向电压转换电路包
括升压降压控制模块、可控开关K1和K2、电感L、电容C1和C2以及 反馈和安全控制模块；升压降压控制模块，用以根据外部输入信号切换电 压变换电路，即由可控开关K1和K2，电感L，电容C1 C2组成的电路工 作模式的变换(降压工作模式或升压工作模式)，并根据反馈信号调整输 出相应的控制信息；可控开关K1 K2的控制极分别连接至升压降压控制模 块，用以接收该模块输出的控制信息，在降压模式中，可控开关K1的一 端接第一直流电源V1，而在升压模式中，可控开关K1的这一端作为输出 端，可控开关K2的一端接地，可控开关K2和Kl的两端相连并连接至电 感L;在降压模式中，电感L的另一端为输出端输出设定的降压后的直流电压，而在升压模式中，电感L的这一端接第二直流电源V2，此时可控
开关K1的一端作为输出端；电容C2的一端连接于电感L的输出，另一端 接地，用于在该电路中起稳压的作用；反馈和安全控制模块，用以根据可 控开关Kl的源极端的信号、电感L另一端的信号以及外部输入信号控制 升压降压控制模块输出相应的控制信息，以保证输出设定的直流电压。电 容Cl 一端连接于可控开关Kl接第一电源电压或作为输出端的那端，另一 端接地，用于在该电路中起稳压的作用。
本发明的一种具体电路的工作状态描述为(参见图3):首先检测外 部输入信号，根据输入信号的状态以决定其工作状态。如果外部输入信号 为高电平，且第一直流电源V1存在时，反馈和安全控制模块和升压降压 控制模块将会进入降压工作模式，可控开关K1， K2和电感L将组成一个 开关模式降压转换电路，升压降压控制模块输出降压控制信息(例如，可 控开关的开关时间的信息)以控制可控开关Kl和K2的开关状态，同时反 馈和安全控制模块根据其探测到的信号(主要是输入端和输出端的电压信 号)，通过升压降压控制模块调整降压控制信息(即两个可控开关Kl和 K2开和关的时间变化)，将电源电压V1降为电压V2从电感L的另一端输 出；如果外部输入信号为低电平，且电感L的另一端有第二直流电源存在 时，反馈和安全控制模块和升压降压控制模块将会进入升压工作模式，可 控开关K1， K2和电感L将组成一个开关模式的升压转换电路，升压降压 控制模块输出升压控制信息以控制可控开关Kl和K2的开关状态，同时反 馈和安全控制模块根据其探测到的信号调整升压控制信息，将直流电源 V2升压到电压V1，通过在降压模式中作为第一直流电源的输入端(此时作为输出端)输出。这样就可以以最少的元件实现两个直流电源间的相互 转换，此电路也可以被集成到一个集成电路中。上述变换电路不但可以工 作在开关模式，在降压工作模式下的某些应用中，也可以被配置成一个线
性稳压器(线性模式-通过控制可控开关Kl控制极上的电压电平)。
升压降压控制模块的作用有根据外部输入信号输出相应的控制信息， 即相应的输出降压控制信息或升压控制信息，这里的降压控制信息和升压 控制信息与常规的降压电路(见图la)和升压电路(见图lb)中的控制信 息一致。当升压降压控制模块输出降压控制信息时，整个电路进入降压工
作模式；当升压降压控制模块输出升压控制信息时，整个电路进入升压工 作模式。外部输入反馈和安全控制模块主要有两个作用1、根据外部输入
信号切换工作模式，并根据输出电压(升压模式时，以V2作为输入，Vl作 为输出；降压模式时，以V1作为输入，V2作为输出)的反馈，调节施加在 可控开关K1和K2控制极上的控制信号(比如脉冲宽度)，以得到设定的输 出电压；2.控制模式切换的时序，避免在切换过程中发生过电压过电流等 暂态故障。一个简单的控制方法是在模式切换之前关闭升压降压控制模块， 在电路稳定之后再启动新的工作模式。
根据以上描述，可以看出，本发明为一个高度集成的升压降压双向电 压转换电路，利用最简单的电路和最少的外部元件(l个电感和2个可 控开关)，既可以实现降压功能(Vl输入，V2输出)，也可以实现升压功 能(V2输入，V1输出)。本发明中的可控开关最常见的为M0S晶体管(见 图4)，还可以为三极管等目前常用的可控开关类型。
图5为本发明的电路的一个应用集成的充电器和升压电路双向变换电路。现在的移动电子设备一般都带有可充电的电池(最常见的是单节锂 离子电池，输出电压一般在3 4.2V)，因此一般都需要配置电池充电控 制电路(开关模式或者线性模式)，同时这些移动电子设备也会需要高于
电池电压的电压源，比如USBOTG(onthego)就需要移动电子设备(MP3， 手机等)可以向外部输出5V的电压。当外部输入信号(CHARGE/BOOST) 为高电平时，升压-充电双向变换电路将工作于充电模式，M0S管M1、 M2 和电感L被配置为一个充电器(开关模式和线性模式都可以)，利用输入 电压V1对电池42充电；当外部输入信号(CHARGE/BOOST)为低电平时， 升压-充电双向变换电路将工作于升压模式，M0S管M1、 M2和电感L1被 配置为一个升压电路，就可以将电池电压升压后反向输出到VI。本发明 的另一个优点是可以利用同一个接口实现电源输入和电源输出，非常适合 于USB 0TG的应用。
权利要求
1、一种升压降压双向电压变换电路，其特征在于包括升压降压控制模块、可控开关K1和K2、电感L、电容C1和电容C2以及反馈和安全控制模块；所述升压降压控制模块用以根据外部输入信号切换工作模式，输出相应的控制信息；所述可控开关K1和K2的控制极分别接所述升压降压控制模块；所述可控开关K1的一端连接有一端接地的所述电容C1，可控开关K1的另一端与可控开关K2的一端相接后连接至所述电感L的一端，所述可控开关K2的另一端接地，所述电感L的另一端连接有一端接地的所述电容C2；当所述可控开关K1接所述电容C1的一端还连接有第一直流电源时，所述电感L接所述电容C2的一端为所述升压降压双向变换电路的输出端；当所述电感接所述电容C2的一端还连接有第二直流电源时，所述可控开关K1接所述电容C1的一端为所述升压降压双向变换电路的输出端；所述反馈和安全控制模块接收所述外部输出信号，分别和所述升压降压控制模块、所述电感L连接所述电容C2的一端、所述可控开关K1连接所述电容C1的一端相连接。
2、 按照权利要求l所述的升压降压双向电压变换电路，其特征在于 所述可控开关K1为丽0S晶体管，所述可控开关K2为PMOS晶体管，所述NM0S 晶体管和PMOS晶体管的栅极分别连接所述升压降压控制模块，接收由所述 降压升压控制模块输出的控制信息；所述丽OS晶体管和所述PMOS晶体管的 漏极相接后连接至所述电感L的一端；当所述PMOS晶体管的源极接第一直流 电源时，所述电感L的另一端为输出端；当所述PMOS晶体管的源极为输出端 时，所述电感L的另一端接第二直流电源；所述丽OS晶体管的源极接地。
3、 按照权利要求1或2所述的升压降压双向电压变换电路，其特征在于所述升压降压控制模块可以根据来自反馈和安全控制模块信号和外部输入 控制信号切换电压变换工作模式，输出相应的控制信息。
4、按照权利要求3所述的升压降压双向电压变换电路，其特征在于 当所述外部输入信号为高电平且所述的第一直流电源存在时，所述升压降 压控制模块输出降压控制信息，所述电感L的另一端作为输出端，输出设定 的降压后的直流电压；当所述外部输入信号为低电平且所述电感端的第二 直流电源存在时，所述升压降压控制模块输出升压控制信息，所述可控开 关K1的一端为输出端，输出设定的升压后的直流电压。
全文摘要
本发明公开了一种升压降压双向电压变换电路，其利用一升压降压控制模块、两个可控开关、一电感、两个电容以及反馈和安全控制模块，通过外部输出信号控制升压降压控制模块的工作模式，实现了升压降压双向电压变换功能。与现有技术相比，本发明的电路节省了一半的电子元件，故本发明的电路制备成本降低及该电路所占用空间减少。
文档编号H02M3/125GK101527508SQ200810043159
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月4日 优先权日2008年3月4日
发明者苏晓东 申请人:苏晓东