升降压转换器及其控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种升降压转换器及其控制电路，包括环路控制电路、参考电压生成电路、模式切换电路以及PWM/PFM控制器。环路控制电路用于产生一个用来控制输出电压稳定的环路控制信号，参考电压生成电路用于根据输入电压和输出电压产生一个参考电压，模式切换电路用于将环路控制信号与参考电压进行比较，根据比较结果将环路控制信号或者参考电压提供至PWM/PFM控制器，PWM/PFM控制器将接收的信号与斜坡信号进行比较，根据比较结果控制升降压转换器工作于正常工作模式或者轻载工作模式。通过在参考电压中绑定输入电压和输出电压的信息，补偿了输入电压和输出电压变化时斜坡补偿上的波动，继而减小在系统在模式切换时负载电流的波动，提高系统的稳定性。提高系统的稳定性。提高系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
升降压转换器及其控制电路


[0001]本专利技术涉及电子电路
，更具体地涉及一种升降压转换器及其控制电路。

技术介绍

[0002]现代便携式电子设备通常设置有诸如电池的电源，其用作装置内的各种电子部件的直流(DC)。然而，通常这些部件将具有不同的电压要求，因此这类装置通常采用一个或多个电压转换器，该电压转换器将与电源相关联的标称电压降低到适合于不同电子部件的电压。
[0003]现有的具有宽输入电压的DC/DC变换器包括级联降压
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升压变换器、H桥降压
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升压变换器、库克变换器以及SEPIC(Single Enable Primary Inductance Converter，单端初级电感变换器)等结构。其中H桥降压
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升压变换器(单电感器或者非反相降压
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升压变换器)具有良好的性能。
[0004]如图1示出传统的升降压转换器的示意性电路图。如图1所示，该升降压转换器将输入电压Vin转换为输出电压Vout，包括功率开关Q1～Q4、电感器L、输出电容器Cout以及控制电路100。当功率开关Q1、Q3导通，功率开关Q2、Q4关断时，电感器L储存能量。当功率开关Q1、Q3关断，功率开关Q2、Q4导通时，电感器L储存的能量被提供至负载。
[0005]其中，控制电路100用来控制功率开关Q1～Q4的导通和关断，以控制电感器L以不连续的脉冲输出能量。为了提高升降压转换器的工作效率，传统的控制电路100有两种工作模式，正常工作模式和轻载工作模式。具体的，正常工作模式为为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)工作模式，轻载工作模式为脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)工作模式。控制电路100包括环路控制电路101、模式切换电路102、降压比较器103、升压比较器104以及逻辑和驱动电路105。环路控制电路101用于根据升降压转换器的输出电压Vout产生一个电压环路控制信号(Voltage Control)Vc，环路控制信号Vc是一个变化的电压信号，其用来控制输出电压Vout的稳定。从环路控制电路101输出的信号Vc被提供至模式切换电路102，模式切换电路102将信号Vc分为两个信号，即升压环路控制信号Vc_boost和降压环路控制信号Vc_buck。模式切换电路102分别将降压环路控制信号Vc_buck与第一参考电压Vref1进行比较，以及将升压环路控制信号Vc_boost与第二参考电压Vref2进行比较，根据比较结果控制升降压转换器工作于PWM工作模式还是PFM工作模式。
[0006]例如，当输入电压Vin远大于输出电压Vout时，升降压转换器工作于降压周期(BUCK周期)，当降压环路控制信号Vc_buck大于第一参考电压Vref1时，模式切换电路102将降压环路控制信号提供至降压比较器103的正输入端，此时升降压转换器工作于PWM工作模式下，降压比较器103根据降压环路控制信号与BUCK周期下的降压斜坡(BUCK斜坡)之间的相交产生降压占空比信息BK；当降压环路控制信号小于第一参考电压Vref1时，模式切换电路102将第一参考电压Vref1提供至降压比较器103的正输入端，此时升降压转换器工作于PFM工作模式下，降压比较器103根据第一参考电压Vref1与BUCK斜坡之间的相交产生降压占空比信息BK。
[0007]当输入电压Vin远小于输出电压Vout时，升降压转换器工作于升压周期(BOOST周期)，当升压环路控制信号大于第二参考电压Vref2时，模式切换电路102将升压环路控制信号提供至升压比较器104的正输入端，升压比较器104根据升压环路控制信号与BOOST周期下的升压斜坡(BOOST斜坡)之间的相交产生升压占空比信息BST；当升压环路控制信号小于第二参考电压Vref2时，模式切换电路102将第二参考电压Vref2提供至升压比较器104的正输入端，此时升降压转换器工作于PFM工作模式下，升压比较器104根据第二参考电压Vref2与BOOST斜坡之间的相交产生升压占空比信息BST。
[0008]当输入电压Vin与输出电压Vout接近时，升降压转换器工作于降压
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升压周期(BUCK
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BOOST周期)，此时系统交替采用上述两种方式来实现PWM工作模式与PFM工作模式之间的切换。
[0009]对于BUCK周期，系统准备进入PFM工作模式时的负载电流等于电感峰值电流的一半，即Iout＝0.5*Ipeak，而电感峰值电流Ipeak可以通过以下公式表示：Ipeak*Ri＝Vref1
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Vslope，其中Ri为电流采样的比例，Vslope为谐波补偿信号，谐波补偿信号Vslope与系统的输入电压Vin和输出电压Vout相关。
[0010]对于BOOST周期，系统准备进入PFM工作模式时的负载电流Iout＝0.5*Ipeak*(1
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D)，而Ipeak*Ri＝Vref2
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Vslope，其中D表示开关占空比。
[0011]由以上的描述可知，在传统的升降压转换器中，第一参考电压Vref1和Vref2为固定值，而谐波补偿信号与系统的输入电压Vin和输出电压Vout相关，导致传统的升降压转换器在输入电压Vin和输出电压Vout波动的条件下，系统进入PFM工作模式时电路的负载电流的波动变化较大，降低了系统的稳定性。

技术实现思路

[0012]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种升降压转换器及其控制电路，改善了电路在输入电压和输出电压变化时，系统进入PFM工作模式时电路负载电流的波动变化较大的问题。
[0013]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种用于升降压转换器的控制电路，包括环路控制电路、参考电压生成电路、模式切换电路以及PWM/PFM控制器，其中，所述环路控制电路用于根据所述升降压转换器的输出电压生成一环路控制信号；所述参考电压生成电路用于生成参考电压；所述模式切换电路用于将所述环路控制信号与所述参考电压进行比较，根据比较结果将所述环路控制信号或者所述参考电压提供至所述PWM/PFM控制器；所述PWM/PFM控制器用于将所述环路控制信号或者所述参考电压与一斜坡信号进行比较，以控制所述升降压转换器工作于正常工作模式或者轻载工作模式，其中，所述参考电压相关于所述升降压转换器的输入电压和输出电压。
[0014]可选的，所述模式切换电路配置为，当所述环路控制信号大于所述参考电压时，将所述环路控制信号提供至所述PWM/PFM控制器，以控制所述升降压转换器工作于所述正常工作模式；以及当所述环路控制信号小于所述参考电压时，将所述参考电压提供至所述PWM/PFM控制器，以控制所述升降压转换器工作于所述轻载工作模式。
[0015]可选的，所述参考电压包括第一参考电压和第二参考电压，当所述升降压转换器工作于降压周期时，所述模式切换电路将降压环路控制信号与所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于升降压转换器的控制电路，包括环路控制电路、参考电压生成电路、模式切换电路以及PWM/PFM控制器，其中，所述环路控制电路用于根据所述升降压转换器的输出电压生成一环路控制信号；所述参考电压生成电路用于生成参考电压；所述模式切换电路用于将所述环路控制信号与所述参考电压进行比较，根据比较结果将所述环路控制信号或者所述参考电压提供至所述PWM/PFM控制器；所述PWM/PFM控制器用于将所述环路控制信号或者所述参考电压与一斜坡信号进行比较，以控制所述升降压转换器工作于正常工作模式或者轻载工作模式，其中，所述参考电压相关于所述升降压转换器的输入电压和输出电压。2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述模式切换电路配置为，当所述环路控制信号大于所述参考电压时，将所述环路控制信号提供至所述PWM/PFM控制器，以控制所述升降压转换器工作于所述正常工作模式；以及当所述环路控制信号小于所述参考电压时，将所述参考电压提供至所述PWM/PFM控制器，以控制所述升降压转换器工作于所述轻载工作模式。3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述参考电压包括第一参考电压和第二参考电压，当所述升降压转换器工作于降压周期时，所述模式切换电路将降压环路控制信号与所述第一参考电压进行比较，根据比较结果将所述降压环路控制信号或者所述第一参考电压提供至所述PWM/PFM控制器；当所述升降压转换器工作于升压周期时，所述模式切换电路将升压环路控制信号与所述第二参考电压进行比较，根据比较结果将所述升压环路控制信号或者所述第二参考电压提供至所述PWM/PFM控制器。4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，当所述输入电压小于所述输出电压时，所述第一参考电压等于固定的第一电压值，所述第二参考电压与所述输出电压和所述输入电压之间的差值正相关，当所述输入电压大于所述输出电压时，所述第一参考电压与所述输入电压和所述输出电压之间的差值负相关，所述第二参考电压等于固定的第二电压值。5.根据权利要求4所述的控制电路，其中，所述参考电压生成电路包括第一参考电压生成模块和第二参考电压生成模块，所述第一参考电压生成模块包括：串联连接于所述输出电压和地之间的第一晶体管和第一电流源，所述第一晶体管的控制端和第二端短接在一起；串联连接于所述输入电压和地之间的第一电阻、第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管的控制端与所述第一晶体管的控制端连接；第一运算放大器，所述第一运算放大器的正输入端用于接收第一电压信号，所述第一电压信号具有所述第一电压值，所述第一运算放大器的负输入端和输出端连接；以及串联连接于所述第一运算放大器的输出端和地之间的第二电阻和第四晶体管，所述第四晶体管的控制端与所述第三晶体管的控制端以及第一端连接，以构成电流镜，所述第二电阻和所述第四晶体管的公共连接节点用于输出所述第一参考电压，
所述第二参考电压生成模块包括：串联连接于所述输入电压和地之间的第五晶体管和第二电流源，所述第五晶体管的控制端和第二端短接在一起；第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端用于接收第二电压信号，所述第二电压信号具有所述第二电压值，所述第二运算放大器的负输入端和输出端连接；以及串联连接于所述输出电压和所述第二运算放大器的输出端之间的第三电阻、第六晶体管和第四电阻，所述第六晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳云霄，
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：