具有降压、升压和部分四开关模式的平均电流模式控制的转换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有降压、升压和部分四开关模式的平均电流模式控制的转换器，可以根据转换器输入电压与输出电压的差值有效实现使转换器工作于降压、升压和部分四开关的不同工作模式，从而提高转换器效率并增加其应用范围。该转换器包括：电感；第一开关，耦接在输入电压节点与该电感的第一端子之间；第二开关，耦接在该电感的第一端子与接地节点之间；第三开关，耦接在该电感的第二端子与该接地节点之间；和第四开关，耦接在输出节点和该电感的第二端子之间，在该部分四开关模式中，在该第二开关和该第三开关断开的时间期间，该第一开关和该第四开关接通。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电源转换领域，尤指一种可根据输出电压VOUT与输入电压VIN之 差而以降压模式、四开关模式和升压模式工作的转换器。
技术介绍
DC-DC开关模式电源可采用包含电感和四个开关的电路。这些开关中的第一个开 关(Si)耦接在大致直流电压VIN的源端与电感的第一端子之间。这些开关中的第二个开 关(S》耦接在电感的第一端子与接地节点之间。这些开关中的第三个开关(S； )耦接在电 感的第二端子与接地节点之间。这些开关中的第四个开关(S4)耦接在电感的第二端子与 负载之间。如果使这些开关以第一方式进行开关，则所述电源用作“降压转换器”其将较高 的输入电压VIN转换成较低的DC输出电压VOUT后提供至负载。如果使这些开关以第二方 式进行开关，则所述电源用作“升压转换器”其将较低的输入电压VIN转换成负载上的较高 的DC输出电压VOUT。在某些应用中，适用的作法是对所述电路的开关进行开关操作，使所述电路在某 些时候用作降压转换器、而在其它时候用作升压转换器。例如，考虑其中利用电池为电路提 供固定DC电源电压的应用。当电池充满电时，来自电池的DC电压高于电路所需要的DC电 压。因此，所述中间电源用作降压转换器，接收较高的输入电池电压并输出电路所需的较低 DC电压。然而，当电池放电时，电池输出的DC电压降低。在某一点上，电池输出的DC电压 低于电路所需要的DC电压。因此，使所述中间电源用作升压转换器。该升压转换器从电池 接收较低的DC电压，并向电路输出较高的所需DC电压。该中间电源可称为“降压-升压” 转换器。存在许多种已知的降压-升压转换器拓扑结构。图1是现有技术中可从位于得克萨斯州达拉斯的得克萨斯仪器有限公司(Texas Instruments Incorporated)得到的TPS63011平均电流模式DC-DC转换器的功能方块图。 在降压模式中，四个开关的其中一个是活动的，另一个开关正用作整流器，再一个开关一直 接通，最后一个开关则一直断开。在升压模式中，其中一个开关活动，一个开关正用作整流 器，一个开关一直接通，另一个开关则一直断开。不存在所有四个开关均在进行开关操作的 工作模式。所述转换器根据需要自动地从降压操作切换到升压操作。通过以这种方式控制 四个开关，使转换器能够维持高的效率，包括在输入电压VIN接近输出电压VOUT的时间期 间。图2是现有技术中可从位于加利福尼亚州密尔必达(Milpitas，California)的凌 力尔特公司(Linear Technology Corporation)得到的LTC;3440降压-升压DC/DC转换器 的功能方块图。如果VIN接近于V0UT，则该转换器在四开关降压/升压工作区域中工作。 在这种模式中，开关SWA的占空比不等于开关SWC的占空比。存在其中SWB和SWC 二者断 开、SWA和SWD 二者接通的时间量。如在第6，166，527号美国专利中所公开的，利用电压模 式控制来调节开关的占空比，以将VOUT维持在所期望的调节电压。如果输入电压VIN大于输出电压V0UT，则SWD —直接通，并且SWC —直断开，从而使转换器用作降压转换器。而如 果VIN低于V0UT，则SWA —直接通并且SWB —直断开，从而使转换器用作升压转换器。尽管图1和图2的电路在许多应用中能令人满意地工作，但仍需要作出改进。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种具有降压、升压和部分四开关模式的 平均电流模式控制转换器，可以根据转换器输入电压与输出电压的差值有效实现使转换器 工作于降压、升压和部分四开关的不同工作模式，从而提高转换器效率并增加其应用范围。为了解决以上技术问题，本技术提供了如下技术方案首先，本技术提供了一种平均电流模式控制的DC-DC转换器，其为具有纯粹 降压模式、部分四开关模式、和纯粹升压模式的转换器。所述DC-DC转换器包括电感；耦接在输入电压节点与所述电感的第一端子之间 的第一开关；耦接在所述电感的第一端子与接地节点之间的第二开关；耦接在所述电感的 第二端子与所述接地节点之间的第三开关；和耦接在输出节点和所述电感的第二端子之间 的第四开关，在所述部分四开关模式中，在所述第二开关和所述第三开关断开的时间期间， 所述第一开关和所述第四开关接通。所述平均电流模式控制的DC-DC转换器进一步包括将所述DC-DC转换器的输出 电压与参考电压相比较并输出第一误差信号的积分电压误差放大器；接收电流检测信号和 所述第一误差信号，并输出第二误差信号的积分电流误差放大器，所述电流检测信号指示 流经所述电感的电流的大小，所述第二误差信号决定所述第一、第二、第三和第四开关中至 少一者的平均电流；和接收所述第二误差信号并产生第一开关控制信号和第二开关控制信 号的脉宽调制电路，所述第一开关控制信号决定流经所述第一和第二开关其中一者的第一 开关循环电流，并且所述第二开关控制信号决定流经所述第三和第四开关其中一者的第 二开关循环电流。所述脉宽调制电路可包括输出第一斜坡信号和第二斜坡信号的斜坡产生器电 路，其中，所述第二斜坡信号偏离所述第一斜坡信号一个偏移电压，所述偏移电压可具有恒 定值，也可根据所述DC-DC转换器的输入电压和所述DC-DC转换器的输出电压的函数来改变。所述脉宽调制电路还可包括输出第一斜坡信号和第二斜坡信号、且所述第二斜 坡信号偏离所述第一斜坡信号一个偏移电压的斜坡产生器电路；将所述第一斜坡信号与所 述第二斜坡信号相比较的第一比较器；和将所述第二斜坡信号与所述第二误差信号相比较 的第二比较器。在所述纯粹降压模式中，所述第四开关保持接通并且所述第三开关保持断开，而 在所述纯粹升压模式中，所述第一开关保持接通并且所述第二开关保持断开。所述DC-DC转换器还可以是一包含有全时四开关模式的转换器，如果所述DC-DC 转换器的输入电压实质上高于所述DC-DC转换器的输出电压，则所述DC-DC转换器为工作 在所述纯粹降压模式的转换器，如果输入电压近似等于输出电压，则所述DC-DC转换器为 工作在所述部分四开关模式或所述全时四开关模式的转换器，而如果输入电压实质上低于 输出电压，则所述DC-DC转换器为工作在所述纯粹升压模式的转换器。在所述全时四开关模式中，所有四个开关实质上同时进行开关操作，即第二开关 和第三开关同时断开，第一开关和第四开关同时接通。其次，本技术还提供了一种DC-DC转换器，包括第一开关，耦接在输入电压 节点与第一电感节点之间，在输入电压节点上存在输入电压；第二开关，耦接在第一电感 节点与接地节点之间；第三开关，耦接在第二电感节点与接地节点之间；和第四开关，耦接 在输出节点和第二电感节点之间；积分电压误差放大器，将DC-DC转换器的输出电压与参 考电压相比较并输出第一误差信号；积分电流误差放大器，接收电流检测信号和所述第一 误差信号，并输出第二误差信号，电流检测信号指示电感电流的大小；和脉宽调制电路，接 收第二误差信号并产生第一开关控制信号和第二开关控制信号，第一开关控制信号决定第 一和第二开关何时进行开关操作，第二开关控制信号决定第三和第四开关何时进行开关操 作，并且DC-DC转换器可以部分四开关模式工作，在部分四开关模式中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种平均电流模式控制的ＤＣ－ＤＣ转换器，具有纯粹降压模式、部分四开关模式、和纯粹升压模式，其特征在于，所述ＤＣ－ＤＣ转换器包括：电感；第一开关，耦接在输入电压节点与所述电感的第一端子之间；第二开关，耦接在所述电感的第一端子与接地节点之间；第三开关，耦接在所述电感的第二端子与所述接地节点之间；和第四开关，耦接在输出节点和所述电感的第二端子之间，在所述部分四开关模式中，在所述第二开关和所述第三开关断开的时间期间，所述第一开关和所述第四开关接通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：麦特·葛镶，
申请(专利权)人：技领半导体上海有限公司，技领半导体股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31