BUCK-BOOST型直流转换器及其控制方法技术

本公开涉及一种BUCK‑BOOST型直流转换器及其控制方法。所述转换器包括BUCK‑BOOST电路模块、驱动模块、输出电压采样模块、模式控制模块和电流检测模块，电流检测模块与BUCK‑BOOST电路模块中相连接，用于检测BUCK‑BOOST电路中的电感电流，并将电流检测信号发送给模式控制模块；模式控制模块根据电流检测信号和输出电压采样信号生成相应的PWM模式控制信号或PSM模式控制信号，根据所述PWM模式控制信号或PSM模式控制信号，驱动模块驱动BUCK‑BOOST电路工作在PWM模式下的BUCK模式、BOOST模式或BUCK‑BOOST模式或PSM模式下的BUCK‑BOOST模式。本公开实现了直流转换器在全负载范围内输出稳定的电压的目的，并且，在模式切换过程中，减小了开关管的功耗及电路的静态损耗，从而提高了转换效率。

【技术实现步骤摘要】
BUCK-BOOST型直流转换器及其控制方法
本公开涉及电源
，具体地，涉及一种BUCK-BOOST型直流转换器及其控制方法。
技术介绍
随着电子技术的飞速发展，以智能手机、平板电脑等为代表的各类移动终端已经走进千家万户，而业界也在作进一步的技术开发，希望通过丰富多样的功能和完善、可靠的性能为人们的生活带来了更多的便利。其中待机时间和终端发热一直是业界在努力改善的性能。目前大部分的终端待机时间不够长，终端发热的问题仍然需要进一步优化。为解决上述两个问题，一种方法是努力提高电池容量，改进材料的导热性等；另一种方法是优化电源管理芯片。锂电池作为智能终端广泛使用的电池类型，其输出电压会随着剩余电量的变化而变化。以智能手机中使用的锂电池为例，其输出电压会在2.8V到4.6V之间变化。智能手机中会有许多3.3V的低噪声电压需求(比如codec)，通常的解决方案是采用LDO(线性稳压器)转换得到3.3V电压。这种方案会有两个问题，第一：如果电池满容量，其输出电压会比较高，这时LDO的效率会很低，这就会缩短电池的使用时间，同时造成更多的发热。第二：如果电池容量越来越低，其输出电压也会越来越低，当电压低于3.3V之后，LDO将无法输出3.3V电压供系统使用，为了保证系统的稳定性和可靠性，解决的方法一般是当电池电压降低到3.6V左右时便报警电量低，甚至直接关机。这无疑会大大缩短电池的使用时间。为了解决上述两个问题，BUCK-BOOST型的直流转换器(DC/DC转换器)得到广泛应用。电池电压较高时，BUCK-BOOST直流转换器工作在BUCK模式，将电池电压降低到3.6V，然后再通过LDO转换得到3.3V电压供系统使用。由于BUCK-BOOST直流转换器的效率很高，而LDO在3.6V转3.3V时效率也很高，因而发热会大大降低，同时电池使用时间也会延长。当电池电压降低并低于3.3V时，BUCK-BOOST直流转换器将电池电压升压到3.6V，这样就可以延长电池的使用时间，甚至可以直到电池电压降至2.8V才关机。在实际应用中，BUCK-BOOST型直流转换器分为三段式工作方式，也就是当输入电压大于输出电压时，BUCK-BOOST直流转换器工作在BUCK模式；当输入电压等于输出电压时工作在BUCK-BOOST模式；当输入电压小于输出电压时工作在BOOST模式。但是这种方案的问题是，在BUCK-BOOST模式下，电路中的功率开关管会按照一定的时序，成对的同时导通或断开(如图6中P1、P3同时导通或断开，P2、P4同时导通或断开)，因此动态损耗很大，影响效率。并且，由于开关管导通电阻、走线的寄生电阻等因素的影响，输入电压的有效值会随着负载的变化而变化，也就是说，当负载变大，有效的输入电压会减小，这样就会导致转换器的工作模式会根据输入电压的变化而变化。如果按照理想的输入电压与输出电压的关系来控制转换器的工作模式，显然BUCK-BOOST型直流转换器不会处于最佳的工作状态。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种BUCK-BOOST型直流转换器及其控制方法，用以实现BUCK-BOOST型直流转换器在全负载的范围内，在输入电压以及负载电流发生变化时，能够输出稳定的电压，处于最佳的工作状态，从而减小开关管的功耗，提高转换效率。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术公开了一种BUCK-BOOST型直流转换器，包括：BUCK-BOOST电路模块、驱动模块、输出电压采样模块、模式控制模块和电流检测模块。所述输出电压采样模块连接在所述BUCK-BOOST电路模块的输出端，用于获得输出电压采样信号；所述驱动模块分别与所述BUCK-BOOST电路模块中的开关管的控制端相连接；所述电流检测模块与所述BUCK-BOOST电路模块相连接，用于检测所述BUCK-BOOST电路中的电感电流，并将电流检测信号发送给所述模式控制模块；所述模式控制模块根据所述电流检测信号和所述输出电压采样信号生成相应的PWM模式控制信号或PSM模式控制信号，并根据所述PWM模式控制信号生成PWM模式逻辑信号并发送给所述驱动模块，根据所述PSM模式控制信号生成PSM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；所述驱动模块根据所述PWM模式逻辑信号或PSM模式逻辑信号生成对应的驱动脉冲信号，用于驱动所述BUCK-BOOST电路模块工作在PWM模式下的BUCK模式、BOOST模式或BUCK-BOOST模式或PSM模式下的BUCK-BOOST模式。本专利技术提供的BUCK-BOOST型直流转换器根据输入电压与输出电压的变化，自适应地工作在相应的模式，从而在全负载时提供稳定的电压输出，并且开关管的损耗小，转化效率高。优选地，所述BUCK-BOOST型直流转换器中的所述模式控制模块包括：电流检测信号转换单元，用于将所述电流检测信号转换成对应的输入电压信号；模式切换控制单元，用于在所述输出电压采样信号小于预置的电压阈值时，生成PWM模式控制信号；在所述的电流检测信号小于预置的电流阈值且所述输出电压采样信号大于或等于预置的电压阈值时生成PSM模式控制信号；PWM模式控制单元，分别与所述模式切换控制单元和驱动模块相连接，用于在收到所述PSM模式控制信号时，关掉所述PWM模式控制单元；在接收到所述PWM模式信号时启动，根据所述输入电压信号和所述输出电压采样信号生成PWM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；和PSM模式控制单元，与所述模式切换控制单元和驱动模块相连接，用于在接收到所述PSM模式控制信号时，按照预置的控制逻辑生成PSM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块。通过所述模式控制模块进行工作模式的判断，并生成给所述驱动模块提供对应的信号，从而使驱动模块生成对应的驱动脉冲控制BUCK-BOOST电路模块中的开关管的闭合与断开，使BUCK-BOOST电路模块工作合适的模式下。优选地，所述模式切换控制单元包括：电压比较电路，用于比较所述输出电压采样信号与预置的电压阈值；电流比较电路，用于比较所述的电流检测信号和预置的电流阈值；和模式判断逻辑电路，用于在所述输出电压采样信号小于预置的电压阈值时，生成PWM模式控制信号，在所述的电流检测信号小于预置的电流阈值，且所述输出电压采样信号大于或等于预置的电压阈值时生成PSM模式控制信号。优选地，所述PWM模式控制单元包括BUCK控制环路和BOOST控制环路；所述输出电压采样模块包括分压电路和误差放大器，所述分压电路的分压端连接所述所述误差放大器的反相输入端，所述误差放大器的输出端分别连接所述BUCK控制环路和所述BOOST控制环路，用于输出经过放大所述输出电压采样信号；所述BUCK控制环路和所述BOOST控制环路根据所述输入电压信号和所述电压采样信号生成PWM模式逻辑信号。优选地，所述BUCK控制环路包括：第一叠加电路，用于叠加所述输入电压信号和预置的第一三角波信号，得到对应的BUCK电压斜坡信号；第一比较器，用于比较所述BUCK电压斜坡信号和所述输出电压采样信号，得到第一PWM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；和第一时钟电路，用于生成第一控制时钟信号；所述BOOST控制环路包括：第二叠加电路，用于叠加所述输入电压信号和预置的第二三角波信号，得到对应的BOOST电压斜坡信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BUCK‑BOOST型直流转换器，其特征在于，包括：BUCK‑BOOST电路模块、驱动模块和输出电压采样模块，所述输出电压采样模块连接在所述BUCK‑BOOST电路模块的输出端，用于获得输出电压采样信号；所述驱动模块分别与所述BUCK‑BOOST电路模块中的开关管的控制端相连接；还包括模式控制模块和电流检测模块，所述电流检测模块与所述BUCK‑BOOST电路模块相连接，用于检测所述BUCK‑BOOST电路中的电感电流，并将电流检测信号发送给所述模式控制模块；所述模式控制模块根据所述电流检测信号和所述输出电压采样信号生成相应的PWM模式控制信号或PSM模式控制信号，并根据所述PWM模式控制信号生成PWM模式逻辑信号并发送给所述驱动模块，根据所述PSM模式控制信号生成PSM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；所述驱动模块根据所述PWM模式逻辑信号或PSM模式逻辑信号生成对应的驱动脉冲信号，用于驱动所述BUCK‑BOOST电路模块工作在PWM模式下的BUCK模式、BOOST模式或BUCK‑BOOST模式或PSM模式下的BUCK‑BOOST模式。

【技术特征摘要】
1.一种BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，包括：BUCK-BOOST电路模块、驱动模块和输出电压采样模块，所述输出电压采样模块连接在所述BUCK-BOOST电路模块的输出端，用于获得输出电压采样信号；所述驱动模块分别与所述BUCK-BOOST电路模块中的开关管的控制端相连接；还包括模式控制模块和电流检测模块，所述电流检测模块与所述BUCK-BOOST电路模块相连接，用于检测所述BUCK-BOOST电路中的电感电流，并将电流检测信号发送给所述模式控制模块；所述模式控制模块根据所述电流检测信号和所述输出电压采样信号生成相应的PWM模式控制信号或PSM模式控制信号，并根据所述PWM模式控制信号生成PWM模式逻辑信号并发送给所述驱动模块，根据所述PSM模式控制信号生成PSM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；所述驱动模块根据所述PWM模式逻辑信号或PSM模式逻辑信号生成对应的驱动脉冲信号，用于驱动所述BUCK-BOOST电路模块工作在PWM模式下的BUCK模式、BOOST模式或BUCK-BOOST模式或PSM模式下的BUCK-BOOST模式。2.根据权利要求1所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述模式控制模块包括：电流检测信号转换单元，用于将所述电流检测信号转换成对应的输入电压信号；模式切换控制单元，用于在所述输出电压采样信号小于预置的电压阈值时，生成PWM模式控制信号；在所述的电流检测信号小于预置的电流阈值且所述输出电压采样信号大于或等于预置的电压阈值时生成PSM模式控制信号；PWM模式控制单元，分别与所述模式切换控制单元和驱动模块相连接，用于在收到所述PSM模式控制信号时，关掉所述PWM模式控制单元；在接收到所述PWM模式信号时启动，根据所述输入电压信号和所述输出电压采样信号生成PWM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；PSM模式控制单元，与所述模式切换控制单元和驱动模块相连接，用于在接收到所述PSM模式控制信号时，按照预置的控制逻辑生成PSM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块。3.根据权利要求2所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述模式切换控制单元包括：电压比较电路，用于比较所述输出电压采样信号与预置的电压阈值；电流比较电路，用于比较所述的电流检测信号和预置的电流阈值；和模式判断逻辑电路，用于在所述输出电压采样信号小于预置的电压阈值时，生成PWM模式控制信号，在所述的电流检测信号小于预置的电流阈值，且所述输出电压采样信号大于或等于预置的电压阈值时生成PSM模式控制信号。4.根据权利要求2所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述PWM模式控制单元包括BUCK控制环路和BOOST控制环路；所述输出电压采样模块包括分压电路和误差放大器，所述分压电路的分压端连接所述所述误差放大器的反相输入端，所述误差放大器的输出端分别连接所述BUCK控制环路和所述BOOST控制环路，用于输出经过放大所述输出电压采样信号；所述BUCK控制环路和所述BOOST控制环路根据所述输入电压信号和所述电压采样信号生成PWM模式逻辑信号。5.根据权利要求4所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述BUCK控制环路包括：第一叠加电路，用于叠加所述输入电压信号和预置的第一三角波信号，得到对应的BUCK电压斜坡信号；第一比较器，用于比较所述BUCK电压斜坡信号和所述输出电压采样信号，得到第一PWM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；和第一时钟电路，用于生成第一控制时钟信号；所述BOOST控制环路包括：第二叠加电路，用于叠加所述输入电压信号和预置的第二三角波信号，得到对应的BOOST电压斜坡信号；第二比较器，用于比较所述BOOST电压斜坡信号和所述输出电压采样信号，得到第二PWM模式逻辑信号，并发送给所述驱动模块；和第二时钟电路，用于生成第二控制时钟信号；所述第一控制时钟信号和第二控制时钟信号在相位上相差90(2k+1)度，其中，k＝0，1，2，3......；所述驱动模块根据所述第一PWM模式逻辑信号和第二PWM模式逻辑信号，生成BUCK模式驱动脉冲信号和BOOST模式驱动脉冲信号或BUCK-BOOST模式驱动脉冲信号。6.根据权利要求5所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述第一控制时钟信号和第二控制时钟信号在相位上相差90度。7.根据权利要求2所述的BUCK-BOOST型直流转换器，其特征在于，所述PSM模式控制单元包括：PSM控制逻辑电路，用于在接收到所述PSM模式控制信号时，根据预置逻辑生成对应的PSM控制逻辑信号，并发送给所述驱动模块，所述驱动模块根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进，
申请(专利权)人：北京松果电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11