升压降压型开关功率变换器及其控制电路和控制方法技术

提出了一种升压降压型开关功率变换器的控制电路和控制方法。该控制电路包括逻辑控制单元，用于接收跳频控制信号和跨零指示信号，在该跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且该跨零指示信号指示该升压降压型开关功率变换器的输出电感电流跨零时，将升压降压型开关功率变换器中串联耦接于其输入端和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关中的第二功率开关导通，或者将串联耦接于其输出端和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关中的第三功率开关导通，或者将该第二功率开关和第三功率开关同时导通。从而保证升压降压型开关功率变换器的自举电压及时刷新且不引起升压降压型开关功率变换器的输出电压紊乱波动。

【技术实现步骤摘要】

本公开的实施例涉及功率变换器，尤其涉及升压降压型开关功率变换器及其控制电路。
技术介绍
升压降压型开关功率变换器可以将输入电压转换为高于、等于或低于该输入电压的输出电压，可以工作在较宽的输入电压变化范围内。因此在电源领域得到了广泛应用。图1示出了一种常见的升压降压型开关功率变换器中的功率开关的拓扑结构10。该功率开关的拓扑结构10包括四个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD。第一功率开关SWA和第二功率开关SWB串联耦接于输入端IN和参考地GND之间，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB的公共耦接端形成第一开关节点SW1。第三功率开关SWC和第四功率开关SWD串联耦接于输出端OUT和参考地GND之间，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD的公共耦接端形成第二开关节点SW2。第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间耦接电感L。升压降压型开关功率变换器通常还包括控制电路，用于为拓扑结构10中的功率开关SWA、SWB、SWC和SWD的控制端GA、GB、GC和GD提供控制信号，以控制每个开关各自的导通和关断切换，从而将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo。控制电路中一般还包括用于驱动每个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD的驱动器，图1中示意出了第一功率开关SWA和第四功率开关SWD的驱动器DRA和DRD。对于第一功率开关SWA和第四功率开关SWD采用N沟道功率开关器件(例如N沟道FET、N沟道DMOS等)的情形，通常需要提供自举电路，例如图1中示意的耦接于第一自举端BST1与第一开关节点SW1之间的第一自举电容CB1和耦接于第二自举端BST2与第二开关节点SW2之间的第二自举电容CB2，用于分别以SW1和SW2节点的电压为参考电势产生第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2。该第一自举电压VBST1和该第二自举电压VBST2分别用于提升/增强由驱动器DRA和DRD为第一功率开关SWA和第四功率开关SWD的控制端GA和GD提供的控制信号DR1和DR4的驱动能力，从而很好地控制第一功率开关SWA和第四功率开关SWD的导通和关断。第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2可以分别通过对第一自举电容CB1和第二自举电容CB2充电得到。然而在某些工作状态下(如升压降压型开关功率变换器工作在负载较轻或者空载的情况下)，可能由于第一自举电容CB1和第二自举电容CB2上的电荷不足而又不能及时被充电到足够的水平，而导致第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2下降，不足以使第一功率开关SWA和第四功率开关SWD正常导通和关断，升压降压型开关功率变换器也因此不能正常工作。因此，通常在第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2下降至低于设定阈值时，则需要对第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2进行刷新，即：把第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2充电(例如通过对第一自举电容CB1和第二自举电容CB2充电)至恢复到正常期望值。在跳频模式下，通常当流过电感L的电感电流IL跨零时则将四个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD均关断，此时第一开关节点SW1和第二开关节点SW2处的电压将振荡或者处于悬浮电势(可能为高电位例如Vin也可能为低电位例如GND)。在这种情况下，若刚好需要对第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2进行刷新，则采用例如专利技术专利ZL201210315162.5公开的自举电压刷新方案，令第一功率开关SWA和第二功率开关SWB进行频率大致恒定的导通和关断切换和/或令第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行频率大致恒定的导通和关断切换以为第一自举电容CB1和/或第二自举电容CB2充电会导致开关节点SW1和/或开关节点SW2处的电压出现高频振荡，不仅不能成功对第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2进行刷新，而且会导致升压降压型开关功率变换器的输出电压Vo紊乱波动。图2示出了一种现有的升压降压型开关功率变换器在跳频模式下并且电感电流IL跨零后保持四个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD均关断的情形下进行自举电压刷新时的仿真波形示意图。由图2可见，在对第一自举电压VBST1和第二自举电压VBST2进行刷新的过程中，SW1和SW2节点处的电压VSW1和VSW2会出现振荡，引起输出电压Vo紊乱。
技术实现思路
针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种升压降压型开关功率变换器及控制电路和控制方法。升压降压型开关功率变换器可以包括串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关以及串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，该第一功率开关和第二功率开关的公共耦接点构成第一开关节点，该第三功率开关和第四功率开关的公共耦接点构成第二开关节点。在本公开的一个方面，提出了一种用于控制升压降压型开关功率变换器的控制电路。该控制电路包括逻辑控制单元，用于接收跳频控制信号和跨零指示信号，并且在所述跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且所述跨零指示信号指示该升压降压型开关功率变换器的输出电感电流跨零时，将所述第二功率开关导通，或者将所述第三功率开关导通，或者将所述第二功率开关和所述第三功率开关同时导通。在一个实施例中，该控制电路可以进一步包括：跳频控制单元，用于将表征该升压降压型开关功率变换器的负载状态的负载状态表征信号与跳频阈值比较以输出所述跳频控制信号，若该负载状态表征信号小于该跳频阈值，则该跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式；和跨零检测单元，用于将表征所述输出电感电流的电感电流表征信号与跨零阈值比较以输出所述跨零指示信号，若该电感电流表征信号达到所述跨零阈值时，所述跨零指示信号指示该输出电感电流跨零。在本公开的另一方面，提出了一种包括本公开各实施例的控制电路的升压降压型开关功率变换器。该升压降压型开关功率变换器还可以包括自举电路，包含耦接于第一自举端与第一开关节点之间的第一自举电容和耦接于第二自举端与第二开关节点之间的第二自举电容。当该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且所述跨零指示信号指示该升压降压型开关功率变换器的输出电感电流跨零时，将第二功率开关和/或第三功率开关导通可以将第一开关节点电压和第二开关节点电压拉低，使第一开关节点电压和第二开关节点电压不再是振荡或者处于悬浮电势，并且可以对第一自举电容和第二自举电容充电，不仅能保证对第一自举电压和第二自举电压的及时刷新，而且能保证升压降压型开关功率变换器的输出电压平稳。在本公开的再一方面，提出了一种控制升压降压型开关功率变换器的方法，包括：判定升压降压型开关功率变换器是否进入跳频模式；判定升压降压型开关功率变换器的输出电感电流是否跨零；以及在升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且其输出电感电流跨零时，将该升压降压型开关功率变换器的第二功率开关和/或第三功率开关导通。附图说明下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制电路，用于控制升压降压型开关功率变换器，其中该升压降压型开关功率变换器包括串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关以及串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，该第一功率开关和第二功率开关的公共耦接点构成第一开关节点，该第三功率开关和第四功率开关的公共耦接点构成第二开关节点；该控制电路包括：逻辑控制单元，用于接收跳频控制信号和跨零指示信号，并且在所述跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且所述跨零指示信号指示该升压降压型开关功率变换器的输出电感电流跨零时，将所述第二功率开关导通，或者将所述第三功率开关导通，或者将所述第二功率开关和所述第三功率开关同时导通。

【技术特征摘要】
1.一种控制电路，用于控制升压降压型开关功率变换器，其中该升压降压型开关功率变换器包括串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间的第一功率开关和第二功率开关以及串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间的第三功率开关和第四功率开关，该第一功率开关和第二功率开关的公共耦接点构成第一开关节点，该第三功率开关和第四功率开关的公共耦接点构成第二开关节点；该控制电路包括：逻辑控制单元，用于接收跳频控制信号和跨零指示信号，并且在所述跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式且所述跨零指示信号指示该升压降压型开关功率变换器的输出电感电流跨零时，将所述第二功率开关导通，或者将所述第三功率开关导通，或者将所述第二功率开关和所述第三功率开关同时导通。2.如权利要求1所述的控制电路，进一步包括：跳频控制单元，用于将表征该升压降压型开关功率变换器的负载状态的负载状态表征信号与跳频阈值比较以输出所述跳频控制信号，若该负载状态表征信号小于该跳频阈值，则该跳频控制信号控制该升压降压型开关功率变换器进入跳频模式；和跨零检测单元，用于将表征所述输出电感电流的电感电流表征信号与跨零阈值比较以输出所述跨零指示信号，若该电感电流表征信号达到所述跨零阈值时，所述跨零指示信号指示该输出电感电流跨零。3.如权利要求2所述的控制电路，其中所述跳频控制单元包括：跳频比较器，其一个输入端用于接收所述负载状态表征信号，另一输入端用于接收所述跳频阈值，其输出端提供所述跳频控制信号。4.如权利要求2所述的控制电路，进一步包括：误差放大单元，用于接收表征升压降压型开关功率变换器的输出电压的第一反馈信号和表征该输出电压期望值的参考信号，并将该第一反馈信号和该参考信号进行运算，以提供表征该第一反馈信号与该参考信号之差值的差值放大信号；其中该差值放大信号用作所述负载状态表征信号。5.如权利要求2所述的控制电路，其中所述电感电流表征信号包括表征流过第二功率开关的电流或第三功率开关的电流的第二反馈信号和表征该升压降压型开关功率变换器的输出电压与第二开关节点电压之差值的第一差值信号，所述跨零阈值包括第一跨零阈值和第二跨零阈值，所述跨零检测单元将所述第二反馈信号和所述第一差值信号分别与该第一跨零阈值和第二跨零阈值比较以分别输出第一跨零指示信号和第二跨零指示信号。6.如权利要求5所述的控制电路，其中所述跨零指示信号包括所述第一跨零指示信号和所述第二跨零指示信号，若所述第二反馈信号达到所述第一跨零阈值则该第一跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零，若所述第一差值信号达到所述第二跨零阈值则该第二跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零。7.如权利要求2所述的控制电路，其中所述跨零检测单元包括：第一跨零比较器，用于在其第一输入端接收表征流过第二功率开关的电流或第三功率开关的电流的第二反馈信号，在其第二输入端接收所述第一跨零阈值，并在其输出端提供所述第一跨零指示信号，若所述第二反馈信号达到所述第一跨零阈值则该第一跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零；第一运算放大器；用于分别在其第一输入端和第二输入端接收表征该升压降压型开关功率变换器的输出电压的信号和表征第二开关节点电压的信号，计算输出电压与第二开关节点电压的差值，并在其输出端提供表征输出电压与第二开关节点电压之差值的第一差值信号；和第二跨零比较器，用于分别在其第一输入端和第二输入端接收该第一差值信号和第二跨零阈值，并在其输出端提供第二跨零指示信号，若所述第一差值信号达到所述第二跨零阈值则该第二跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零；其中所述跨零指示信号包括所述第一跨零指示信号和所述第二跨零指示信号。8.如权利要求2所述的控制电路，其中所述电感电流表征信号包括表征流过第二功率开关的电流或第三功率开关的电流的第二反馈信号和表征该升压降压型开关功率变换器的输入电压与第一开关节点电压之差值的第二差值信号，所述跨零阈值包括第一跨零阈值和第三跨零阈值，所述跨零检测单元将所述第二反馈信号和所述第二差值信号分别与该第一跨零阈值和第三跨零阈值比较以分别输出第一跨零指示信号和第三跨零指示信号。9.如权利要求8所述的控制电路，其中所述跨零指示信号包括所述第一跨零指示信号和所述第三跨零指示信号，若所述第二反馈信号达到所述第一跨零阈值则该第一跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零，若所述第二差值信号达到所述第三跨零阈值则该第三跨零指示信号指示所述输出电感电流跨零。10.如权利要求2所述的控制电路，其中所述跨零...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，
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