升降压型开关电路的控制电路和控制方法技术

本发明专利技术给出了一种升降压型开关电路的控制电路和控制方法，其中开关电路包括电感以及第一，第二，第三和第四功率开关。当开关电路工作于升降压模式时，在工作周期开始时，第一和第三功率开关导通，第二和第四功率开关关断，第一和第三功率开关持续导通一段时间后第三功率开关关断，第四功率开关导通，第四功率开关导通第一恒定值时间后，第一功率开关关断，第二功率开关导通，第二功率开关持续导通直到所述工作周期结束，第一和第三功率开关再次导通，第二和第四功率开关再次关断，下一个工作周期开始。本发明专利技术的开关电路在降压模式，升压模式以及升降压模式切换时，控制环路简单且稳定。

【技术实现步骤摘要】
升降压型开关电路的控制电路和控制方法
本专利技术涉及功率开关电路，尤其涉及升降压型开关电路及其模式切换控制电路。技术背景升降压型开关电路可以将输入电压转换为高于、等于或者低于输入电压的输出电压。因此在输入电压一定的情况下，可以提供较宽的输出电压范围，应用范围比较广。理论上，升降压型开关电路可以选择性的工作于降压模式，升压模式或者升降压模式，从而达到将输入电压转换为任何合适的输出电压的目的。然而，事实上现有的升降压型开关电路并不能实现以上三种工作模式间的平稳切换，其在从一种工作模式切换至另一种工作模式时易出现控制环路不稳定，特别是从升压模式切换至升降压模式，或者是从降压模式切换至升降压模式时。因此，需要一种升降压型开关电路，其在三种工作模式切换时，控制环路稳定。
技术实现思路
本专利技术一实施例提出了一种升降压型开关电路的控制电路，所述升降压型开关电路包括输入端口以接收输入电压，输出端口以提供输出电压，串联耦接在输入端口和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关，串联耦接在输出端口和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，以及耦接于第一功率开关与第二功率开关的连接点和第三功率开关与第四功率开关的连接点之间的电感，所述控制电路包括模式切换控制单元，升压控制单元，降压控制单元以及升降压控制单元，其中模式切换控制单元输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号以分别控制升降压型开关电路工作于降压模式，升压模式或者升降压模式。升压控制单元耦接至模式切换控制单元以接收升压使能信号并在升压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升压模式，此时第一功率开关保持持续导通，第二功率开关保持持续关断，第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，一个升压周期包括第一功率开关和第三功率开关同时导通的AC阶段，以及第一功率开关和第四功率开关同时导通的AD阶段。降压控制单元耦接至模式切换控制单元以接收降压使能信号并在降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于降压模式，此时第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第三功率开关保持持续关断，第四功率开关保持持续导通，一个降压周期包括AD阶段以及第二功率开关和第四功率开关同时导通的BD阶段，其中一个降压周期中AD阶段时长的最大值定义为最大降压导通时长。升降压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收升降压使能信号并在升降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升降压模式，一个升降压周期包括AC阶段、AD阶段以及BD阶段，其中，升降压控制单元控制AD阶段的时长为第一恒定值且控制升降压周期等于升压周期和/或降压周期，并根据表征输出电压的反馈信号，参考信号以及表征流过电感的电流的电感电流感应信号控制AC阶段的时长，其中，第一恒定值小于最大降压导通时长。本专利技术一实施例提出了一种升降压型开关电路的控制方法，所述升降压型开关电路包括输入端口以接收输入电压，输出端口以提供输出电压，串联耦接在输入端口和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关，串联耦接在输出端口和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，以及耦接于第一功率开关与第二功率开关的连接点和第三功率开关和第四功率开关的连接点之间的电感，所述控制方法包括：当升降压型开关电路工作于升压模式时，第一功率开关保持持续导通，第二功率开关保持持续关断，第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，一个升压周期包括第一功率开关和第三功率开关同时导通的AC阶段，以及第一功率开关和第四功率开关同时导通的AD阶段；当升降压型开关电路工作于降压模式时，第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第三功率开关保持持续关断，第四功率开关保持持续导通，一个降压周期包括AD阶段，以及第二功率开关和第四功率开关同时导通的BD阶段，其中，一个降压周期中AD阶段时长的最大值定义为最大降压导通时长；以及当升降压型开关电路工作于升降压模式时，一个升降压周期包括AC阶段、AD阶段以及BD阶段，其中AC阶段的时长由表征输出电压的反馈信号，参考信号以及表征流过电感的电流的电感电流感应信号控制，AD阶段的时长为第一恒定值，第一恒定值小于最大降压导通时长，所述升降压周期与降压周期和/或升压周期的时长相等。本专利技术一实施例提出了一种升降压型开关电路的控制方法，所述升降压型开关电路包括输入端口以接收输入电压，输出端口以提供输出电压，串联耦接在输入端口和参考地之间的由第一功率开关和第二功率开关组成的降压开关对，串联耦接在输出端口和参考地之间的由第三功率开关和第四功率开关组成的升压开关对，以及耦接于降压开关对的连接点和升压开关对的连接点之间的电感，所述控制方法包括：当升降压型开关电路工作于升压模式时，采用固定导通时长控制方式，固定关断时长控制方式或者脉冲宽度调制方式控制升压开关对，升降压型开关电路工作于升压模式时的工作周期为升压周期；当升降压型开关电路工作于降压模式时，采用固定导通时长控制方式，固定关断时长控制方式或者脉冲宽度调制方式控制降压开关对，升降压型开关电路工作于降压模式时的工作周期为降压周期；以及当升降压型开关电路工作于升降压模式时，在升降压周期开始时，第一功率开关和第三功率开关同时导通，第二功率开关和第四功率开关同时关断，此时检测流过电感的电流生成电感电流感应信号，根据参考信号和表征输出电压的反馈信号生成补偿信号，将电感电流感应信号和补偿信号进行比较，当电感电流感应信号增大到补偿信号时，关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，当第四功率开关导通第一恒定值时间后，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，第二功率开关一直导通直到所述升降压周期结束，第一功率开关和第三功率开关再次同时导通，第二功率开关和第四功率开关再次同时关断，下一个升降压周期开始，所述升降压周期与降压周期和/或升压周期的时长相等。根据本专利技术提供的升降压型开关电路及其控制方法，实现了升降压型开关电路在升压模式，降压模式和升降压模式这三种模式下有效平稳切换。附图说明为了更好的理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术的实施例进行描述，这些附图仅用于示例。附图通常仅示出实施例中的部分特征，并且附图不一定是按比例绘制的。图1给出了根据本专利技术一实施例的的升降压型开关电路100的拓扑结构。图2给出了根据本专利技术一实施例的模式切换控制单元11的电路结构图。图3A给出了根据本专利技术一实施例的升降压控制单元的电路原理图。图3B给出了图3A所示的升降压控制单元中各信号的波形图。图4给出了根据本专利技术一实施例的AD时长电路的电路结构图。图5给出了根据本专利技术一实施例的升降压型开关电路从降压模式切换到升降压模式时电感电流IL的波形示意图。图6给出了根据本专利技术一实施例的升降压型开关电路从升压模式切换到升降压模式时电感电流IL的波形示意图。不同示意图中的相同的附图标记表示相同或者相似的部分或特征。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其它实施例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在本公开的说明书及权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种升降压型开关电路的控制电路，所述升降压型开关电路包括输入端口以接收输入电压，输出端口以提供输出电压，串联耦接在输入端口和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关，串联耦接在输出端口和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，以及耦接于第一功率开关与第二功率开关的连接点和第三功率开关与第四功率开关的连接点之间的电感，所述控制电路包括：模式切换控制单元，输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号以分别控制升降压型开关电路工作于降压模式，升压模式或者升降压模式；升压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收升压使能信号并在升压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升压模式，此时第一功率开关保持持续导通，第二功率开关保持持续关断，第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，一个升压周期包括第一功率开关和第三功率开关同时导通的AC阶段，以及第一功率开关和第四功率开关同时导通的AD阶段；降压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收降压使能信号并在降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于降压模式，此时第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第三功率开关保持持续关断，第四功率开关保持持续导通，一个降压周期包括AD阶段以及第二功率开关和第四功率开关同时导通的BD阶段，其中一个降压周期中AD阶段时长的最大值定义为最大降压导通时长；以及升降压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收升降压使能信号并在升降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升降压模式，一个升降压周期包括AC阶段、AD阶段以及BD阶段，其中，升降压控制单元控制AD阶段的时长为第一恒定值且控制升降压周期等于升压周期和/或降压周期，并根据表征输出电压的反馈信号，参考信号以及表征流过电感的电流的电感电流感应信号控制AC阶段的时长，其中，第一恒定值小于最大降压导通时长。...

【技术特征摘要】
1.一种升降压型开关电路的控制电路，所述升降压型开关电路包括输入端口以接收输入电压，输出端口以提供输出电压，串联耦接在输入端口和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关，串联耦接在输出端口和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，以及耦接于第一功率开关与第二功率开关的连接点和第三功率开关与第四功率开关的连接点之间的电感，所述控制电路包括：模式切换控制单元，输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号以分别控制升降压型开关电路工作于降压模式，升压模式或者升降压模式；升压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收升压使能信号并在升压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升压模式，此时第一功率开关保持持续导通，第二功率开关保持持续关断，第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，一个升压周期包括第一功率开关和第三功率开关同时导通的AC阶段，以及第一功率开关和第四功率开关同时导通的AD阶段；降压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收降压使能信号并在降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于降压模式，此时第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第三功率开关保持持续关断，第四功率开关保持持续导通，一个降压周期包括AD阶段以及第二功率开关和第四功率开关同时导通的BD阶段，其中一个降压周期中AD阶段时长的最大值定义为最大降压导通时长；以及升降压控制单元，耦接至模式切换控制单元以接收升降压使能信号并在升降压使能信号使能时，控制升降压型开关电路工作于升降压模式，一个升降压周期包括AC阶段、AD阶段以及BD阶段，其中，升降压控制单元控制AD阶段的时长为第一恒定值且控制升降压周期等于升压周期和/或降压周期，并根据表征输出电压的反馈信号，参考信号以及表征流过电感的电流的电感电流感应信号控制AC阶段的时长，其中，第一恒定值小于最大降压导通时长。2.如权利要求1所述的控制电路，当升降压型开关电路工作于升降压模式时，检测流过电感的电流生成电感电流感应信号，根据参考信号和反馈信号生成补偿信号，比较电感电流感应信号和补偿信号，当电感电流感应信号增大到补偿信号时，AC阶段结束。3.如权利要求1所述的控制电路，其中升降压控制单元包括：AC时长电路，接收参考信号、反馈信号和电感电流感应信号，并根据参考信号、反馈信号和电感电流感应信号生成置位信号以控制AC阶段的时长；AD时长电路，耦接至AC时长电路以接收置位信号，并根据置位信号以控制升降压型开关电路工作于升降压周期的AD阶段，AD时长电路还生成AD阶段控制信号以控制AD阶段的时长为第一恒定值，以及AC&BD时长电路，耦接至AC时长电路和AD时长电路以接收置位信号和AD阶段控制信号，并根据置位信号和AD阶段控制信号生成AC&BD阶段控制信号以控制升降压周期。4.如权利要求3所述的控制电路，其中AC时长电路包括：误差放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，误差放大器根据参考信号和反馈信号在输出端输出补偿信号；以及比较器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收电感电流感应信号，第二输入端接收补偿信号，比较器比较电感电流感应信号和补偿信号并在输出端输出置位信号。5.如权利要求3所述的控制电路，其中AC&BD时长电路包括：第一电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接于供电电源；第一开关，具有第一端和第二端，其中第一端耦接于第一电流源的第二端；第一电容，具有第一端和第二端，其中第一端耦接于第一开关的第二端，第二端耦接于参考地；第二晶体管，具有源端，漏端和栅端，其中漏端耦接于第一电容的第一端，源端耦接于参考地；边沿触发器，接收AC&BD阶段控制信号，并根据AC&BD阶段控制信号产生一短脉冲至第二晶体管的栅极；第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接于供电电源；第一晶体管，具有源端，漏端和栅端，其中漏端耦接于第二电源的第二端，源端耦接于参考地，栅端耦接于第一电容的第一端；第一反相器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接于第一晶体管的漏端；以及第二反相器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接于第一反相器的输出端，输出端输出AC&BD阶段控制信号。6.如权利要求3所述的控制电路，其中AD时长电路包括：第三晶体管，具有源端，漏端和栅端，其中源端耦接于供电电源，栅端和漏端短接于一起；第五晶体管，具有源端，漏端和栅端，其中源端耦接于供电电源，栅端耦接于第三晶体管的栅端；电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接于参考地；第四晶体管，具有源端，漏端和栅端，其中漏端耦接于第三晶体管的漏端，源端耦接...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长江，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51