含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型DC-DC变换器的制作方法

本实用新型涉及直流-直流(dc-dc)变换器，尤其是一种输入和输出电流均连续且输入和输出电压同极性的降压型dc-dc变换器，可作为基本单元组建多输入和多输出的直流电源系统，如：直流电源模块并联系统、led阵列驱动系统、分布式光伏发电系统等。

背景技术：

现有具有降压功能的基本dc-dc变换器包括buck变换器、buck-boost变换器、cuk变换器、sepic变换器和zeta变换器。如表1所列，在不考虑输出电容的情况下，上述这5种具有降压功能的基本dc-dc变换器都不满足“输入和输出电流均连续且输入和输出电压同极性”的要求。

表1。

技术实现要素：

为克服现有具有降压功能的基本dc-dc变换器都不满足“输入和输出电流均连续且输入和输出电压同极性”要求的不足，本实用新型提供一种含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器，目的在于实现输入和输出电流均连续且输入和输出电压同极性，扩充dc-dc变换器的种类。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器包括电阻r1、电容c1、二极管d2、二极管d1、n型mos管m1、电感l1、电容co和1个控制器，所述控制器具有端口vg，电容c1的一端同时与直流电源vi的正端和n型mos管m1的漏极相连，电容c1的另一端同时与电阻r1的一端和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极同时与n型mos管m1的源极和电感l1的一端相连，电感l1的另一端同时与电容co的一端和负载z的一端相连，电容co的另一端同时与负载z的另一端、二极管d2的阳极和直流电源vi的负端相连，二极管d2的阴极与电阻r1的另一端相连，n型mos管m1的门极与控制器的端口vg相连。

进一步，所述控制器为电源控制芯片。所述控制器可采用常规的电源控制芯片。由控制器决定n型mos管m1的工作状态。

所述电阻r1的作用是确保电容c1的电压vc1大于输入电压vi。忽略二极管d2的导通压降，当vc1>vi时，二极管d2导通，流过电阻r1的电流大于0。

所述含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器的稳态工作过程：当n型mos管m1截止时，二极管d1导通，直流电源vi同时给电容c1和负载z提供电能，电容c1储能，直流电源vi与电容c1以串联模式工作；当n型mos管m1导通时，二极管d1截止，直流电源vi和电容c1共同为负载z提供电能，电容c1释能，直流电源vi与电容c1以并联模式工作。

一种含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器包括电阻r1、电容c1、二极管d2、二极管d1、n型mos管m1、电感l1、电容co和1个控制器，所述控制器具有端口vg，电阻r1的一端与直流电源vi的正端相连，电阻r1的另一端同时与电容c1的一端和n型mos管m1的漏极相连，电容c1的另一端同时与二极管d2的阴极和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极同时与n型mos管m1的源极和电感l1的一端相连，电感l1的另一端同时与电容co的一端和负载z的一端相连，电容co的另一端同时与负载z的另一端、二极管d2的阳极和直流电源vi的负端相连，n型mos管m1的门极与控制器的端口vg相连。

进一步，所述控制器为电源控制芯片。所述控制器可采用常规的电源控制芯片，由控制器决定n型mos管m1的工作状态。

所述电阻r1的作用是确保电容c1的电压vc1小于输入电压vi。忽略二极管d2的导通压降，当vc1<vi时，输入电流ii，即流过电阻r1的电流大于0。

所述含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器的稳态工作过程：当n型mos管m1截止时，二极管d1导通，直流电源vi同时给电容c1和负载z提供电能，电容c1储能，直流电源vi与电容c1以串联模式工作；当n型mos管m1导通时，二极管d1截止，直流电源vi和电容c1共同为负载z提供电能，电容c1释能，直流电源vi与电容c1以并联模式工作。

本实用新型的技术构思为：在buck变换器电路拓扑的基础上添加由c1、r1和d2组成的支路，令直流电源vi始终为负载z提供电能，即实现了输入电流连续，又保持了输出电流连续和输出电压极性不变的工作特征。同时，利用电容c1在一个工作周期内进行储能和释能，可实现高效率的降压变换。

本实用新型的有益效果主要表现在：所述含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器电路结构简单，仅包含1个可控型器件，可采用常规的电源控制芯片形成适用的控制器；具有高效率、输入和输出电流均连续、输出和输入电压极性一致、输出电压vo小于或等于输入电压vi的工作特征。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的电路图。

图2是本实用新型实施例1的仿真工作波形图。

图3是本实用新型实施例2的电路图。

图4是本实用新型实施例2的仿真工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1

参考图1和图2，一种含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器，包括电阻r1、电容c1、二极管d2、二极管d1、n型mos管m1、电感l1、电容co和1个控制器，所述控制器具有端口vg，电容c1的一端同时与直流电源vi的正端和n型mos管m1的漏极相连，电容c1的另一端同时与电阻r1的一端和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极同时与n型mos管m1的源极和电感l1的一端相连，电感l1的另一端同时与电容co的一端和负载z的一端相连，电容co的另一端同时与负载z的另一端、二极管d2的阳极和直流电源vi的负端相连，二极管d2的阴极与电阻r1的另一端相连，n型mos管m1的门极与控制器的端口vg相连。

进一步，所述控制器为电源控制芯片。所述控制器可采用常规的电源控制芯片，如：uc3842和ir2110的组合。由控制器决定n型mos管m1的工作状态。

所述电阻r1的作用是确保电容c1的电压vc1大于输入电压vi。忽略d2的导通压降，当vc1>vi时，d2导通，流过电阻r1的电流大于0。

当实施例1处于连续导通模式时，其稳态工作过程包含以下2个阶段。

阶段1：n型mos管m1截止，二极管d1导通，二极管d2导通，直流电源vi、电容c1、二极管d1、电感l1、电容co、负载z构成一个回路，二极管d2、电阻r1、二极管d1、电感l1、电容co、负载z构成另一个回路，电容c1储能，输出电流io(不考虑电容co的情况下即流过电感l1的电流)线性下降，流过电阻r1的电流仅为io的一部分。直流电源vi与电容c1以串联模式工作。

阶段2：n型mos管m1导通，二极管d1截止，二极管d2导通，直流电源vi、n型mos管m1、电感l1、电容co、负载z构成一个回路，电容c1、n型mos管m1、电感l1、电容co、负载z、二极管d2、电阻r1构成另一个回路，电容c1释能，输出电流io(不考虑电容co的情况下即流过电感l1的电流)线性上升，流过电阻r1的电流仅为io的一部分。直流电源vi与电容c1以并联模式工作。

图2是实施例1的仿真工作波形图。由图2可知，实施例1的输入电流ii连续，输出电流io连续，电容c1的电压vc1大于输入电压vi，输出电压vo小于输入电压vi，vo和vi同极性。

实施例2

参考图3和图4，一种含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器，包括电阻r1、电容c1、二极管d2、二极管d1、n型mos管m1、电感l1、电容co和1个控制器，所述控制器具有端口vg，电阻r1的一端与直流电源vi的正端相连，电阻r1的另一端同时与电容c1的一端和n型mos管m1的漏极相连，电容c1的另一端同时与二极管d2的阴极和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极同时与n型mos管m1的源极和电感l1的一端相连，电感l1的另一端同时与电容co的一端和负载z的一端相连，电容co的另一端同时与负载z的另一端、二极管d2的阳极和直流电源vi的负端相连，n型mos管m1的门极与控制器的端口vg相连。

进一步，所述控制器为电源控制芯片。所述控制器可采用常规的电源控制芯片，如：uc3842和ir2110的组合。由控制器决定n型mos管m1的工作状态。

所述电阻r1的作用是确保电容c1的电压vc1小于输入电压vi。忽略d2的导通压降，当vc1<vi时，输入电流ii，即流过电阻r1的电流大于0。

当实施例2处于连续导通模式时，其稳态工作过程包含以下2个阶段。

阶段1：n型mos管m1截止，二极管d1导通，二极管d2导通，直流电源vi、电阻r1、电容c1、二极管d1、电感l1、电容co、负载z构成一个回路，二极管d2、二极管d1、电感l1、电容co、负载z构成另一个回路，电容c1储能，输出电流io(不考虑电容co的情况下即流过电感l1的电流)线性下降，输入电流ii仅为io的一部分。直流电源vi与电容c1以串联模式工作。

阶段2：n型mos管m1导通，二极管d1截止，二极管d2导通，直流电源vi、电阻r1、n型mos管m1、电感l1、电容co、负载z构成一个回路，电容c1、n型mos管m1、电感l1、电容co、负载z、二极管d2构成另一个回路，电容c1释能，输出电流io(不考虑电容co的情况下即流过电感l1的电流)线性上升，输入电流ii仅为io的一部分。直流电源vi与电容c1以并联模式工作。

图4是实施例2的仿真工作波形图。由图4可知，实施例2的输入电流ii连续，输出电流io连续，电容c1的电压vc1小于输入电压vi，输出电压vo小于输入电压vi，vo和vi同极性。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。