功率变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及集成电路技术领域，提供了一种功率变换器及其控制方法，该功率变换器包括功率开关管和电感，以及控制电路，且该功率开关管至少包括：连接于前述电感与该功率变换器输出端之间的第一功率开关管、并联连接在该第一功率开关管两端的第二功率开关管，以及位于前述电感和该第一功率开关管的连接节点与地之间的第三功率开关管，其中，该功率变换器工作于负半周期，在输出电流减小至零前，该控制电路根据对该功率变换器的输出采样生成的控制信号和对开关控制信号的逻辑控制生成的占空比调节信号，控制连接在前述连接节点与该功率变换器输出端之间的功率开关管的通断状态。由此可提高输出功率的检测精度，提高该功率变换器的效率。器的效率。器的效率。

【技术实现步骤摘要】
功率变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种功率变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]DC/DC开关电源电路应用于各个领域,其中功率变换器是DC/DC开关电源的重要组成部分。随着技术发展，DC/DC开关电源电路的功能愈来愈具有多样性和复杂性，功率变换器系统的输出功率也越来越大。
[0003]在DC/DC开关电源电路中，以升压型功率变换器(Boost)为例，如图1所示，该升压型功率变换器100包括：连接在输入端VIN与输出端VOUT之间的电感L和功率管M11、连接在电感L与地之间的功率管M12，以及连接功率管M11的控制电路110和驱动电路120，电感L与功率管M11之间具有连接节点SW，控制电路110根据采样功率管M11两端的压差(假定为V1)获得检测信号，以及根据该检测信号提供开关控制信号PWM，驱动电路120根据该开关控制信号PWM生成功率管M11的控制信号Vg，其中，在输入端VIN，负半周期的电感电流IL由连接节点SW流向输出端VOUT，向输出端VOUT传递能量，电感电流IL减小；而电感上的电流不能突变，所以当电感电流IL小到过零时，将反向，由输出端VOUT流向连接节点SW，此时的反灌电流会降低该功率变换器的效率。
[0004]为了提升功率变换器的效率，当电感电流IL较小且接近零，但还没达到零时，即检测电压V1＝IL*RON<V0(预设电压)，将功率管M11关断，其中RON为功率管M11的导通阻抗。而对于导通阻抗较小的芯片，检测电压V1很小，例如：IL＝100mA，RON＝8mohm，V1＝0.8mV。对于检测电路110中用来比较V1和V0的比较器来说，通常比较器的自身失调电压(VOS)就有1mV，根本无法对0.8mV的压差进行准确判断，且当预设电压V0比较小时，比较器的过驱动电压也比较小，导致比较器的翻转速度较慢，延迟时间较长，也会导致未能及时关断上管产生反灌电流，而降低功率变换器的效率。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种功率变换器及其控制方法，可以提高输出功率的检测精度，并提高该功率变换器的效率。
[0006]一方面本公开提供的一种功率变换器，该功率变换器包括彼此连接的功率开关管和电感，与该功率开关管连接的控制电路，该控制电路提供开关控制信号，用于控制该功率开关管的工作，使得电感充电和放电产生电感电流，从而提供输出电流，其中，该功率开关管至少包括：
[0007]第一功率开关管，连接于电感与该功率变换器输出端之间；
[0008]第二功率开关管，并联连接在该第一功率开关管的两端；
[0009]第三功率开关管，位于电感和第一功率开关管的连接节点与地之间，
[0010]该功率变换器工作于负半周期，在前述输出电流减小至零前，该控制电路根据对该功率变换器的输出采样生成的控制信号和前述开关控制信号的逻辑控制生成的占空比
调节信号，控制连接在前述连接节点与该功率变换器输出端之间的功率开关管的通断状态。
[0011]优选地，取自所述功率变换器的电压环路的环路控制信号小于或等于第一预设阈值，前述第一功率开关管和前述第二功率开关管的其中之一处于导通状态；
[0012]电压检测信号小于或等于第二预设阈值，前述第一功率开关管和前述第二功率开关管均处于关断状态，该电压检测信号用以表征前述输出电流在前述第一功率开关管两端产生的压降，
[0013]且前述第二预设阈值为正数。
[0014]优选地，前述控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；
[0015]且前述控制电路包括：
[0016]第一检测单元，用于根据取自该功率变换器的电压环路的环路控制信号与前述第一预设阈值的比较结果，提供前述第一控制信号；
[0017]采样单元，用于根据前述连接节点与该功率变换器输出端之间的压差生成前述的电压检测信号；
[0018]第二检测单元，与前述采样单元的输出端连接，用于根据该电压检测信号与前述第二预设阈值的比较结果，提供前述第二控制信号；
[0019]逻辑控制单元，该逻辑控制单元分别与前述第一检测单元的输出端和前述第二检测单元的输出端连接，用于根据对前述第一控制信号、第二控制信号和开关控制信号的逻辑控制，生成占空比调节信号，使该功率变换器工作在负半周期时，以该占空比调节信号控制前述第一功率开关管和/或前述第二功率开关管的关断。
[0020]优选地，前述第一检测单元包括：
[0021]第一比较器，该第一比较器的同相输入端接入前述环路控制信号，反相输入端接入前述第一预设阈值，输出端提供前述第一控制信号，
[0022]且该环路控制信号用于表征在负半周期工作的所述功率变换器轻载或重载。
[0023]优选地，前述第二检测单元包括：
[0024]第二比较器，该第二比较器的同相输入端连接前述采样单元的输出端接入前述的电压检测信号，反相输入端接入前述的第二预设阈值，输出端用以提供前述第二控制信号。
[0025]优选地，前述控制电路还包括：
[0026]驱动电路，该驱动电路和前述控制电路的输出端连接，用于增强前述占空比调节信号的驱动能力并分别输出到前述第一功率开关管的控制端和第二功率开关管的控制端。
[0027]优选地，前述的第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管的其中任一为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
[0028]另一方面本公开还提供了一种功率变换器的控制方法，该功率变换器包括彼此连接的功率开关管和电感，以及与功率开关管连接的控制电路，该控制电路提供开关控制信号，用于控制前述功率开关管的工作，使得电感充电和放电产生电感电流，从而提供输出电流，其中，该控制方法包括：
[0029]在该功率变换器工作于负半周期时，前述输出电流减小至零前，根据对该功率变换器的输出采样生成的控制信号和前述开关控制信号的逻辑控制生成的占空比调节信号，控制连接在前述连接节点与该功率变换器输出端之间的功率开关管的通断。
[0030]优选地，前述控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；
[0031]且前述根据该功率变换器的输出采样生成的控制信号和所述开关控制信号的逻辑控制生成的占空比调节信号，控制连接在前述连接节点与该功率变换器输出端之间的功率开关管的通断的步骤包括：
[0032]根据对取自所述功率变换器的电压环路的环路控制信号与前述第一预设阈值的比较结果，提供该第一控制信号，该环路控制信号用于表征在负半周期工作的所述所述功率变换器轻载或重载；
[0033]根据前述连接节点与该功率变换器输出端之间的压差生成电压检测信号，并根据该电压检测信号与前述第二预设阈值的比较结果，提供该第二控制信号，该电压检测信号用以表征前述输出电流在前述第一功率开关管两端产生的压降；
[0034]根据对前述第一控制信号、第二控制信号和前述开关控制信号的逻辑控制，生成前述的占空比调节信号，并在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器，所述功率变换器包括彼此连接的功率开关管和电感，以及与所述功率开关管连接的控制电路，所述控制电路提供开关控制信号，用于控制所述功率开关管的工作，使得电感充电和放电产生电感电流，从而提供输出电流，其中，所述功率开关管至少包括：第一功率开关管，连接于所述电感与所述功率变换器输出端之间；第二功率开关管，并联连接在所述第一功率开关管的两端；第三功率开关管，位于所述电感和所述第一功率开关管的连接节点与地之间，所述功率变换器工作于负半周期，在所述输出电流减小至零前，所述控制电路根据对所述功率变换器的输出采样生成的控制信号和对所述开关控制信号的逻辑控制生成的占空比调节信号，控制连接在所述连接节点与所述功率变换器输出端之间的功率开关管的通断状态。2.根据权利要求1所述的功率变换器，其中，取自所述功率变换器的电压环路的环路控制信号小于或等于第一预设阈值，所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的其中之一处于导通状态；电压检测信号小于或等于第二预设阈值，所述第一功率开关管和所述第二功率开关管均处于关断状态，该电压检测信号用以表征所述输出电流在所述第一功率开关管两端产生的压降，且所述第二预设阈值为正数。3.根据权利要求2所述的功率变换器，其中，所述控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；且所述控制电路包括：第一检测单元，用于根据取自所述功率变换器的电压环路的环路控制信号与所述第一预设阈值的比较结果，提供所述第一控制信号；采样单元，用于根据所述连接节点与所述功率变换器输出端之间的压差生成所述电压检测信号；第二检测单元，与所述采样单元的输出端连接，用于根据所述电压检测信号与所述第二预设阈值的比较结果，提供所述第二控制信号；逻辑控制单元，所述逻辑控制单元分别与所述第一检测单元的输出端和所述第二检测单元的输出端连接，用于根据对所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述开关控制信号的逻辑控制，生成占空比调节信号，使所述功率变换器工作于负半周期时，以所述占空比调节信号控制所述第一功率开关管和/或所述第二功率开关管的导通关断。4.根据权利要求3所述的功率变换器，其中，所述第一检测单元包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端接入所述环路控制信号，反相输入端接入所述第一预设阈值，输出端提供所述第一控制信号，所述环路控制信号用于表征在负半周期工作的所述所述功率变换器轻载或重载。5.根据权利要求3所述的功率变换器，其中，所述第二检测单元包括：第二比较器，所述第二比较器的同相输入端连接所述采样单元的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建春，于翔，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：