一种开关电路的控制电路及开关电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种开关电路的控制电路及开关电路。所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及电感，在开关周期开始时，第一开关管和第三开关管导通，第二开关管和第四开关管关断，当电感电流大于第一阈值，则第一开关管和第四开关管关断，第二开关管和第三开关管导通，直到电感电流小于等于第二阈值，则此开关周期结束；当电感电流小于第四阈值，则第一开关管和第四开关管导通，第二开关管和第三开关管关断，直到电感电流大于等于第三阈值，则此开关周期结束。本实用新型专利技术在较宽的输入输出电压范围内具有较高转换效率，并且动态性能优良，可靠性高。

A control circuit and switching circuit of a switch circuit

The utility model discloses a control circuit and a switching circuit of a switching circuit. The switch circuit includes the first switch tube, the second switch tube, the third switch tube, the fourth switch tube and the inductor. When the switch period begins, the first switch tube and the third switch tube are connected, the second switch tube and the fourth switch tube are turned off, and the first switch tube and the fourth switch tube are turned off when the inductance current is larger than the first threshold. The second switch tube and the third switch tube are connected, until the inductor current is less than or equal to the second threshold, then the switch period ends; when the inductance current is less than fourth threshold, the first switch tube and the fourth switch tube are connected, the second switch tube and the third switch tube are turned off until the inductance current is equal to or equal to the third threshold, then this switch week The end of the period. The utility model has high conversion efficiency in a wide input and output voltage range, and has excellent dynamic performance and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种开关电路的控制电路及开关电路
本技术涉及电力电子
，具体涉及一种开关电路的控制电路及开关电路。
技术介绍
四开关管Buck-Boost升降压电路拓扑结构如图1所示。该电路包含Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管、储能电感L、以及输入端电容Cin，输出端电容Co。开关管Q1和开关管Q2串联，开关管Q1和开关管Q2的公共端为第一节点SW1，开关管Q1连接到输入端，开关管Q2连接到地，输入端通过电容Cin连接到地，开关管Q3和开关管Q4串联，开关管Q3和开关管Q4的公共端为第二节点SW2，开关管Q3连接到输出端，开关管Q4连接到地，输出端通过电容Co连接到地，电感L连接于第一节点SW1和第二节点SW2之间。当输入电压VIN比输出电压VO大一定值时，此电路工作在Buck降压模式，开关管Q1、Q2工作在高频开关状态，开关管Q3管常导通，开关管Q4管常关闭；当输入电压VIN比输出电压VO小一定值时，此电路工作在Boost升压模式，开关管Q3，开关管Q4工作在高频开关状态，开关管Q1管常导通，开关管Q2管常关闭；当VIN与VO接近时，此电路工作在Buck-Boost升降压模式，开关管Q1、Q2、Q3、Q4均处于高频开关状态。不同的控制策略针对三种工作模式(Buck、Boost、Buck-Boost)的切换条件和控制方法不同，工作于Buck-Boost升降压模式的工作条件也不同。由于Buck、Boost这两种工作模式的效率较高，因此希望Buck-Boost升降压模式的工作区间越窄越好。一种现有的控制方法为控制电路采样输入电压VIN和输出电压VO，根据VIN和VO的电压区分三种工作模式：VO≤VIN-Vth1时，电路工作在Buck降压模式；VO≥VIN+Vth2时，电路工作在Boost升压模式；VIN-Vth1<VO<VIN+Vth2，电路工作在Buck-Boost升降压模式；其中，Vth1和Vth2为电压阈值。该控制方法根据输入输出电压的大小关系区别三种工作模式。为了使输出电压稳定，通常需要设置较宽的Buck-Boost升降压模式的工作区间，降低了系统的平均效率。另一种现有的控制方法如图2(a)所示，控制电路通过采样电阻R01、R02采样输出电压VO，得到的采样电压FB通过运算放大器U00与内部基准信号Vref比较，输出补偿信号Vc，补偿信号Vc与时钟电路U01产生的两个载波信号输入到比较电路U02的输入端，比较电路U02产生4个管子的驱动信号PWM。时钟电路U01产生的两个载波信号如图2(b)所示，为锯齿波信号，当补偿信号Vc落在区域1(灰色部分)时，开关管Q1、Q4导通；当补偿信号Vc落在区域2(白色部分)时，开关管Q1、Q3导通；当补偿信号Vc落在区域3(斜线部分)时，开关管Q2、Q3导通。即Vc≥Vc1时，电路工作在Boost升压模式；Vc≤Vc2时，电路工作在Buck降压模式；Vc2<Vc<Vc1时，电路工作在Buck-Boost升降压模式。该控制方法需要采用电压模式控制，系统的动态响应较差。原因是电压信号的变化相对于电流信号存在一定的滞后，设计控制环路时需要通过降低系统带宽来使得系统能够稳定工作，这样的代价是降低系统的动态性能。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种四开关管电路的控制电路及开关电路，用以解决现有技术中系统平均效率低、系统动态响应差的问题。本技术的技术解决方案是，提供一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及电感，所述第一开关管和第二开关管串联，第一开关管和第二开关管的公共端为第一节点，所述第一开关管连接到输入端，所述第二开关管连接到地，所述第三开关管和第四开关管串联，第三开关管和第四开关管的公共端为第二节点，所述第三开关管连接到输出端，所述第四开关管连接到地，所述电感连接于第一节点和第二节点之间，其特征在于，所述控制电路包括：电感电流控制电路；电感电流信号、第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值连接到所述电感电流控制电路的输入端，所述电感电流控制电路输出开关信号；在开关周期开始时，所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管和所述第四开关管关断，当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流大于第一阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第四开关管关断，所述第二开关管和所述第三开关管导通，直到所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于等于第二阈值，则此开关周期结束，进入下一个开关周期；当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于第四阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管关断，直到所述电感电流控制电路检测到所述电感电流大于等于所述第三阈值，则此开关周期结束，进入下一个开关周期，其中，所述第一阈值大于等于所述第二阈值，所述第三阈值大于等于所述第四阈值。作为可选，所述第二阈值等于所述第三阈值等于指令电流。作为可选，所述控制电路还包括：第一运放，误差放大输出反馈信号和基准信号，得到所述指令电流。作为可选，所述控制电路还包括：加法器，其输入端连接所述指令电流和差值电流，其输出端为所述第一阈值，所述第一阈值为所述指令电流与所述差值电流之和；减法器，其输入端连接所述指令电流和所述差值电流，其输出端为所述第四阈值，所述第四阈值为所述指令电流减去所述差值电流。作为可选，所述控制电路还包括：差值电流调节电路，开关信号连接到其输入端，其输出端输出所述差值电流，所述开关周期大于第一预定时间，降低所述差值电流；所述开关周期小于所述第一预定时间，提高所述差值电流；所述开关周期等于所述第一预定时间，则所述差值电流不变。本技术的又一技术解决方案是，提供一种包括上述任意一种控制电路的开关电路。采用本技术的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：升降压模式工作区间窄，系统在较宽的输入输出电压范围内具有高转换效率。本技术采用电流模式控制，相比电压模式控制而言，具有更好的动态性能，包括输入电压阶跃响应和输出负载阶跃响应。本技术采用逐周期电流控制，可以限定每个开关周期的电流大小，防止电流过大而损坏，因而具有更高的可靠性。当输入电压VIN与输出电压Vo的大小关系不同时，电路可自然切换到不同的工作模式，保证电路正常工作，满足系统需求。附图说明图1为现有技术的四开关管Buck-Boost升降压电路；图2(a)为现有技术的一种四开关管Buck-Boost升降压电路的控制电路框图；图2(b)为现有技术的一种四开关管Buck-Boost升降压电路的控制电路中的补偿信号和载波信号；图3为四开关管控制方法的流程图；图4为四开关管控制方法的另一流程图；图5为本技术在Buck降压模式下的稳态波形；图6为本技术在Boost升压模式下的稳态波形；图7为本技术在Buck降压模式下的另一稳态波形；图8为本技术在Buck-Boost升降压模式下的稳态波形；图9为本技术的电路结构图；图10为本技术一种具体的电路结构示意图；图11为本技术差值电流调节电路的电路结构图；图12为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及电感，所述第一开关管和第二开关管串联，第一开关管和第二开关管的公共端为第一节点，所述第一开关管连接到输入端，所述第二开关管连接到地，所述第三开关管和第四开关管串联，第三开关管和第四开关管的公共端为第二节点，所述第三开关管连接到输出端，所述第四开关管连接到地，所述电感连接于第一节点和第二节点之间，其特征在于，所述控制电路包括：电感电流控制电路；电感电流信号、第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值连接到所述电感电流控制电路的输入端，所述电感电流控制电路输出开关信号；在开关周期开始时，所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管和所述第四开关管关断，当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流大于第一阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第四开关管关断，所述第二开关管和所述第三开关管导通，直到所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于等于第二阈值，则此开关周期结束，进入下一个开关周期；当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于第四阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管关断，直到所述电感电流控制电路检测到所述电感电流大于等于所述第三阈值，则此开关周期结束，进入下一个开关周期，其中，所述第一阈值大于等于所述第二阈值，所述第三阈值大于等于所述第四阈值。...

【技术特征摘要】
2017.02.15 CN 20171007974551.一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及电感，所述第一开关管和第二开关管串联，第一开关管和第二开关管的公共端为第一节点，所述第一开关管连接到输入端，所述第二开关管连接到地，所述第三开关管和第四开关管串联，第三开关管和第四开关管的公共端为第二节点，所述第三开关管连接到输出端，所述第四开关管连接到地，所述电感连接于第一节点和第二节点之间，其特征在于，所述控制电路包括：电感电流控制电路；电感电流信号、第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值连接到所述电感电流控制电路的输入端，所述电感电流控制电路输出开关信号；在开关周期开始时，所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第三开关管导通，所述第二开关管和所述第四开关管关断，当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流大于第一阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述第四开关管关断，所述第二开关管和所述第三开关管导通，直到所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于等于第二阈值，则此开关周期结束，进入下一个开关周期；当所述电感电流控制电路检测到所述电感电流小于第四阈值，则所述电感电流控制电路控制所述第一开关管和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄必亮，徐爱民，任远程，周逊伟，
申请(专利权)人：杰华特微电子杭州有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33