升降压型变换器的控制电路、控制方法以及应用其的升降压型变换器技术

本发明专利技术公开了用于升降压型变换器的控制电路和控制方法，采样电感电流，并据以产生电流采样信号；控制在每一开关周期内，在电感电流的上升时间区间内接收电流采样信号；在电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时刻，对电流采样信号的最大值进行保持，以此生成采样信号；通过表征电感电流的最大值信息的第二基准信号限制电感电流峰值，使得电感电流不会发生过大的波动，从而输出电压的波动也会相对减小；同时反馈控制环路能够依据补偿信号与表征电感电流的电压信号之间的实时误差信息来调节开关器件的占空比，因此，系统的动态响应速度较快，缩短再次恢复至稳定状态所需的时间提高了系统的动态响应速度、稳定性以及可靠性。

Control circuit and control method of lifting and pressing type converter and lifting type converter using the same

The invention discloses a control circuit and control method for buck converter, sampling inductor current, and generates a current sampling signal; the control in each switching period, the rise time interval of the inductor current receiving current sampling signal; the inductor current peak inductor current time to rise to the current switch end of the cycle for the moment, the maximum current sampling signal to maintain, in order to generate the sampling signal; characterized by the maximum value of the inductor current information second reference signal limits the peak inductor current, the inductor current does not occur over large fluctuations, so the output voltage fluctuations will be relatively reduced; at the same time feedback control loop according to the real-time error information between the voltage signal compensation signal and the characterization of the inductor current to adjust the duty ratio of the power devices, therefore, the dynamic system The response time of the system is faster, and the time required to restore to the steady state is improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源领域，更具体地说，涉及用于升降压型变换器的控制电路和控制方法。
技术介绍
升降压型变换器，例如四开关升降压型变换器，由于其输入输出同相、开关损耗低、输出电压可升可降等优点广泛应用于电力、通信及电子仪器等领域，对其电路开关的优化控制策略也成为当前研究的热点。参考图1A，所示为一升降压型变换器的原理框图。该升降压型变换器包括功率级电路11和控制和驱动电路12两部分；其中，功率级电路11接收输入电压Vin，并在输出端产生稳定的输出电压Vout以来驱动负载；控制和驱动电路12用以产生相应的控制和驱动信号VG1，VG2，VG3和VG4，来控制功率级电路中的4个开关管的开关状态，通过调节开关管的导通占空比使得输出电压Vout维持为与期望驱动电压Vref一致。这里，功率级电路11包括串联连接在输入电压Vin和地电位之间的第一开关管SW1和第三开关管SW3；串联连接在输出电压Vout和地电位之间的第二开关管SW2和第四开关管SW4；第一端连接至第一开关管SW1和第三开关管SW3的公共连接端，第二端连接至第二开关管SW2和第四开关管SW4的公共连接端的电感L。功率级电路11还可以包括连接在输入端的输入电容和连接在输出端的输出电容Co。图1A所示的升降压型变换器的工作原理，控制电路和驱动电路12根据输入电压Vin和输出电压Vout的大小关系来控制功率级电路11的工作模式，当输入电压Vin大于输出电压Vout时，以降压模式工作；当输入电压Vin小于输出电压Vout时，以升压模式工作；当输入电压Vin和输出电压Vout较接近时，以升降压模式工作。图1A所示的升降压型变换器的控制原理主要是实时采集输出电压Vout，根据实时输出电压和期望输出电压之间的误差以及电感电流信息来产生相应的控制信号以调节开关管的开关状态和导通占空比，进而通过改变输入电流来改变输出电压。但是，通过这种电流控制方式，当输入电压、输出电压发生变化，工作模式进行切换时，电感电流的波动很大，输出电压的波动也很大，并且，系统的动态响应速度较慢，需要较长的时间才能再次恢复至稳定状态。同时，系统的工作频率会变大，由于电感电流的数值也较大，因此，极易引起音频噪声。参考图1B，所示为图1A所示的升降压型变换器的工作波形图。图1A所示的升降压型变换器可以通过消除补偿信号Vcomp与表征电感电流的电压信号VL之间的误差来调节占空比，以使得电感电流iL能够跟随补偿信号Vcomp的轨迹。但是当升降压型变换器工作于断续工作模式(DCM)时，在电感电流维持为零的时间区间内，例如在时间区间t2内，运算放大器Gm2停止工作，不计算补偿信号Vcomp与表征电感电流的电压信号VL之间的误差，即控制环路无法依据补偿信号Vcomp与表征电感电流的电压信号VL之间的实时误差信息来调节开关器件的占空比，因此，系统的动态响应速度较慢，需要较长的时间才能再次恢复至稳定状态。另一方面，现有技术中，当处于轻载状态时，为了节省能耗，通常需要降低功率级电路中的开关管的开关频率。传统的轻载降频方式，当进入节能模式后，功率级电路中的开关管不再导通，从而降低轻载时的功耗，提高轻载效率。但是，采用这种方式，开关频率会发生突变，导致输出电压的波动较大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型的升降压型变换器的控制方法和控制电路，以解决现有技术中工作模式切换以及轻载状态时的输出电压波动大，频率跳变，动态响应慢，效率低，以及产生音频噪声等技术问题。依据本专利技术一实施例的升降压型变换器的控制方法，用于控制一升降压型变换器中的开关管的开关状态，以使得所述升降压型变换器的输出端的输出电压维持恒定，包括，采样所述升降压型变换器的电感电流并据以生成一采样信号；在每一开关周期内，在所述电感电流的上升时间区间内，所述采样信号与所述电感电流成正比例关系；在所述电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时刻，所述采样信号维持为与所述电感电流峰值成正比例关系；计算所述输出电压和所述升降压型变换器的期望输出电压的差值以获得第一误差信号，并对所述第一误差信号进行补偿运算以获得第一补偿信号；计算所述第一补偿信号和所述采样信号的差值以获得第二误差信号，并对所述第二误差信号进行补偿运算以获得第二补偿信号；将所述第二补偿信号和一偏置电压的差值作为第三补偿信号；根据所述第二补偿信号和一时钟信号生成第一控制信号，以控制所述升降压型变换器的第一开关管和第三开关管的开关状态；根据所述第三补偿信号和所述时钟信号生成第二控制信号，以控制所述升降压型变换器的第二开关管和第四开关管的开关状态。优选的，生成所述第二补偿信号的方法包括以下步骤：将所述第一补偿信号和一表征所述电感电流峰值的第二基准信号进行比较；当所述第一补偿信号不小于所述第二基准信号时，计算所述第一补偿信号和所述采样信号的差值，并对其进行补偿运算以获得所述第二补偿信号；当所述第一补偿信号小于所述第二基准信号时，计算所述第二基准信号和所述采样信号的差值，并对其进行补偿运算以获得所述第二补偿信号。优选的，生成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：根据所述电感电流的平均值来调节所述时钟信号的频率。优选的，生成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：根据所述第一补偿信号来调节所述时钟信号的频率。优选的，还包括，根据所述第一补偿信号和所述第二基准信号之间的误差值来调节所述时钟信号的频率。优选的，还包括，当所述第一补偿信号小于所述第二基准信号时，根据所述第一补偿信号和所述第二基准信号之间的误差值来调节所述时钟信号的频率；当所述第一补偿信号不小于所述第二基准信号时，所述时钟信号的频率维持不变。优选的，生成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：根据所述输出电压和所述期望输出电压之间的误差来调节所述时钟信号的频率。优选的，生成所述采样信号的方法包括以下步骤：采样所述电感电流，并据以产生电流采样信号；控制在每一开关周期内，在所述电感电流的上升时间区间内接收所述电流采样信号；在所述电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时刻，对所述电流采样信号的最大值进行保持，以此生成所述采样信号。依据本专利技术一实施例的升降压型变换器的控制电路，用于控制一升降压型变换器中的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升降压型变换器的控制方法，用于控制一升降压型变换器中的开关管的开关状态，以使得所述升降压型变换器的输出端的输出电压维持恒定，包括，采样所述升降压型变换器的电感电流并据以生成一采样信号；在每一开关周期内，在所述电感电流的上升时间区间内，所述采样信号与所述电感电流成正比例关系；在所述电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时刻，所述采样信号维持为与所述电感电流峰值成正比例关系；计算所述输出电压和所述升降压型变换器的期望输出电压的差值以获得第一误差信号，并对所述第一误差信号进行补偿运算以获得第一补偿信号；计算所述第一补偿信号和所述采样信号的差值以获得第二误差信号，并对所述第二误差信号进行补偿运算以获得第二补偿信号；将所述第二补偿信号和一偏置电压的差值作为第三补偿信号；根据所述第二补偿信号和一时钟信号生成第一控制信号，以控制所述升降压型变换器的第一开关管和第三开关管的开关状态；根据所述第三补偿信号和所述时钟信号生成第二控制信号，以控制所述升降压型变换器的第二开关管和第四开关管的开关状态。

【技术特征摘要】
1.一种升降压型变换器的控制方法，用于控制一升降压型变换器中的开
关管的开关状态，以使得所述升降压型变换器的输出端的输出电压维持恒定，
包括，
采样所述升降压型变换器的电感电流并据以生成一采样信号；在每一开关
周期内，在所述电感电流的上升时间区间内，所述采样信号与所述电感电流成
正比例关系；在所述电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时
刻，所述采样信号维持为与所述电感电流峰值成正比例关系；
计算所述输出电压和所述升降压型变换器的期望输出电压的差值以获得
第一误差信号，并对所述第一误差信号进行补偿运算以获得第一补偿信号；
计算所述第一补偿信号和所述采样信号的差值以获得第二误差信号，并对
所述第二误差信号进行补偿运算以获得第二补偿信号；
将所述第二补偿信号和一偏置电压的差值作为第三补偿信号；
根据所述第二补偿信号和一时钟信号生成第一控制信号，以控制所述升降
压型变换器的第一开关管和第三开关管的开关状态；
根据所述第三补偿信号和所述时钟信号生成第二控制信号，以控制所述升
降压型变换器的第二开关管和第四开关管的开关状态。
2.根据权利要求1所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，生
成所述第二补偿信号的方法包括以下步骤：
将所述第一补偿信号和一表征所述电感电流峰值的第二基准信号进行比
较；
当所述第一补偿信号不小于所述第二基准信号时，计算所述第一补偿信号
和所述采样信号的差值，并对其进行补偿运算以获得所述第二补偿信号；
当所述第一补偿信号小于所述第二基准信号时，计算所述第二基准信号和
所述采样信号的差值，并对其进行补偿运算以获得所述第二补偿信号。
3.根据权利要求1所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，生
成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：
根据所述电感电流的平均值来调节所述时钟信号的频率。
4.根据权利要求2所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，生
成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：
根据所述第一补偿信号来调节所述时钟信号的频率。
5.根据权利要求4所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，还
包括，根据所述第一补偿信号和所述第二基准信号之间的误差值来调节所述时
钟信号的频率。
6.根据权利要求5所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，还
包括，
当所述第一补偿信号小于所述第二基准信号时，根据所述第一补偿信号和
所述第二基准信号之间的误差值来调节所述时钟信号的频率；
当所述第一补偿信号不小于所述第二基准信号时，所述时钟信号的频率维
持不变。
7.根据权利要求1所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，生
成所述第一控制信号和所述第二控制信号的方法中包括以下步骤：
根据所述输出电压和所述期望输出电压之间的误差来调节所述时钟信号
的频率。
8.根据权利要求1所述的升降压型变换器的控制方法，其特征在于，生
成所述采样信号的方法包括以下步骤：
采样所述电感电流，并据以产生电流采样信号；
控制在每一开关周期内，在所述电感电流的上升时间区间内接收所述电流
采样信号；
在所述电感电流上升至电感电流峰值时刻至当前开关周期结束时刻，对所
述电流采样信号的最大值进行保持，以此生成所述采样信号。
9.一种升降压型变换器的控制电路，用于控制一升降压型变换器中的开
关管的开关状态，以使得所述升降压型变换器的输出端的输出电压维持恒定，
包括，
采样信号发生电路，用以采样所述升降压型变换器的电感电流并据以生成

\t一采样信号；在每一开关周期内，在所述电感电流的上升时间区间内，所述采
样信号与所述电感电流成正比例关系；在所述电感电流上升至电感电流峰值时
刻至当前开关周期结束时刻，所述采样信号维持为与所述电感电流峰值成正比
例关系；
第一误差计算和补偿电路，用以计算所述输出电压和所述升降压型变换器
的期望输出电压之间的差值，并对其进行补偿运算，以获得第一补偿信号；
第二误差计算和补偿电路，用以计算所述第一补偿信号和所述采样信号之
间的差值，并对其进行补偿运算，以获得第二补偿信号；
第一比较和逻辑电路，用以根据所述第二补偿信号和一时钟信号生成第一
控制信号，以控制所述升降压型变换器的第一开关管和第三开关管的开关状
态；
第二比较和逻辑电路，用以根据第三补偿信号和所述时钟信号生成第二控
制信号，以控制所述升降压型变换器的第二开关管和第四开关管的开关状态；
所述第二补偿信号和一偏置电压的差值作为所述第三补偿信号。
10.根据权利要求9所述的升降压型变换器的控制电路，其特征在于，还
包括一选择电路，用以接收所述第一补偿信号和一表征所述电感电流峰值的第
二基准信号，并将两者中的较大者传递至所述第二误差计算和补偿电路；
当所述第一补偿信号不小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗迪，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33