自举电压刷新控制电路、电压转换电路及相关控制方法技术

提出了一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法。自举电压刷新控制电路检测电压转换电路中的自举电压，基于该自举电压为该电压转换电路的高侧开关提供增强的导通与关断驱动信号，并基于该自举电压通过控制该电压转换电路的高侧开关和低侧开关的导通和关断切换来控制该自举电压的充电。该自举电压刷新控制电路可以在自举电压不足时通过调整高侧开关和低侧开关的导通与关断切换及时使该自举电压恢复，无需增加更多开关器件便可实现。包括该自举电压刷新控制电路的电压转换电路具有良好的工作稳定性，在其输入电压和输出电压比较接近时仍可以正常工作，且功耗较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及功率变换器，尤其涉及功率变换器中的自举电压的刷新。
技术介绍
功率变换器，例如开关型电压转换器，已经被广泛应用于各种エ业电子设备及消费电子设备中。以降压型直流电压转换器为例，由于其具有较高的转换效率、较大的带宽并且易于实现稳定性补偿，而经常被应用于需要将相对较高的直流输入电压转换为相对较低的直流输出电压的场合。图I示出了ー种典型的降压型直流电压转换电路50的简化示意图。简言之，降压型直流电压转换电路50通过输入端IN接收输入电压Vin，并通过控制电路51控制高侧开关Mhs (图I中示意为M0SFET)和低侧开关Mj图I中示意为M0SFET)的导通与关断，以实现将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo在其输出端OUT输出的目的。其中，高侧开关Mhs (图I中示意为M0SFET)和低侧开关As串联耦接在输入端IN和參考地GND之间，并且高侧开关Mhs和低侧开关Mu的耦接点SW(即切换电压输出端SW)通过 感性储能元件Lo耦接至输出端0UT，容性储能元件Co耦接在输出端OUT与參考地GND之间以平滑输出电压Vo。高侧开关Mhs可以包括N沟道功率开关器件，例如N沟道FET、N沟道DMOS等以节约芯片面积、降低电压转换电路50的尺寸并改善电压转换电路50的工作性能。在这种情况下，为了使高侧开关Mhs能够很好地导通(意味着使Mhs工作在饱和区，这样Mhs的导通电阻很小)，高侧开关Mhs的控制端(例如FET/DM0S的栅端)与其耦接SW节点的一端(例如FET/DM0S的源端)之间的电压差应该足够大，至少大于高侧开关Mhs的导通阈值电压。然而，若高侧开关Mhs导通，SW节点的电压可以是输入电压Vin，这时，需要为高侧开关Mhs的控制端提供高于SW节点的电压，即高于输入电压Vin，的电压才能使高侧开关Mhs充分导通。为了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压，通常降压型直流电压转换电路50还包括自举电路52，用于以SW节点的电压为參考电势产生自举电压Vbst,该自举电压Vbst可以用于提升/增强由控制电路51为高侧开关Mhs的控制端提供的控制信号DRh的驱动能力，从而很好地控制高侧开关Mhs的导通和关断。图I中将自举电路52示意为包括ニ极管DB和自举电容CB，串联耦接于自举供电输入端VB和切换电压输出端SW之间，其中二极管DB的阴极耦接自举供电输入端VB，ニ极管DB的阳极耦接自举电容CB的第一端，自举电容CB的第二端耦接切換电压输出端SW，自举供电输入端VB接收自举供电电压，自举电容CB第一端和第二端之间的电压即为自举电HVbst。自举电路52的工作原理是本领域的普通技术人员所熟知的，即，当高侧开关Mhs关断时，低侧开关Mu导通，自举供电电压通过ニ极管DB为自举电容CB充电，使得自举电容CB第一端和第二端之间具有自举电压Vbst ;当高侧开关Mhs导通时，低侧开关As关断，电压转换电路50中的输入电压Vin被传输至切換电压输出端SW，即自举电容第二端的电压变为Vin，则此时自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压Vbst，从而实现了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压的目的。自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压Vbst后，ニ极管DB反向偏置而被关断，从而可以保护提供自举供电电压的电源不受相对较高的输入电压Vin的损坏。可见，自举电路52通过在低侧开关Mu导通时将自举电容CB第二端的电压拉低至參考地，而获得为自举电容CB充电的机会，以提供自举电压VBST。然而在某些工作状态下，可能由于自举电容CB上的电荷不足而又不能及时被充电到足够的水平，而导致自举电路52提供的自举电压Vbst下降，不足以使高侧开关Mhs正常导通和关断，那么电压转换电路50也因此不能正常工作。例如若电压转换电路50工作在负载较轻或者空载的情况下，则控制电路51会降低闻侧开关Mhs和低侧开关M15的导通时间和/或者切换频率以提闻转换效率，这样可能由于低侧开关As的导通时间很短或者高侧开关Mhs和低侧开关Mu在较长时间内没有进行导通和关断切换而无法使自举电容CB及时充电。另外，若电压转换电路50的输出电压Vo接近输入电压Vin，则可能需要高侧开关Mhs以很高、甚至100%的占空比工作(即，高侧开关Mhs的导通时间可能占整个切换周期的相当大的比例、甚至是满周期)，那么低侧开关As的导通时间就非常短、甚至没有导通机会，而使自举电容CB无法及时充电。这样要等到输出电压Vo降低后，自举电容CB才有机会被充电以使自举电压Vbst恢复，这会引 起输出电压Vo出现波动尖峰。例如，若输入电压Vin为6V，输出电压Vo为3. 3V，而自举电压Vbst至少为3V才足够让高侧开关Mhs正常导通与关断。这种情况下，如果电压转换电路50的输出电流较小或者为零(即，电压转换电路50工作在负载较轻或者空载的情况下)，自举电压Vbst必然会降至低于2. 7V，而使高侧开关Mhs无法正常导通。那么，电压转换电路50需要等到输出电压Vo降低至小于3V后，才有机会使自举电容CB充电以让自举电压Vbst恢复至3V。然后电压转换电路50正常工作使输出电压Vo回到3. 3V的期望值。每次输出电压Vo由低于3V恢复至3. 3V的过程中都会出现较大的波动尖峰，这不仅对电压转换电路50不利更有可能损害负载，因而是不希望出现的。
技术实现思路
针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术的实施例提供ー种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法。在本专利技术的ー个方面，提出了ー种自举电压刷新控制电路，用于电压转换电路，该电压转换电路可以包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，该电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切換提供输出电压和输出电流。根据本专利技术的实施例，该自举电压刷新控制电路可以包括第一比较模块，具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，该第一比较模块在其第一比较输入端接收所述自举电压，在其第二比较输入端接收自举电压刷新阈值，并将所述自举电压与所述自举电压刷新阈值进行比较，在其第一比较输出端提供自举电压刷新信号；以及控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。在本专利技术的另一方面，提出了ー种电压转换电路，包括输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压及输出电流；高侧开关和低侧开关，串联耦接于所述输入端和參考地之间，并且所述高侧开关和所述低侧开关的耦接点形成切換电压输出端；输出滤波电路，耦接于所述切換电压输出端和所述输出端之间，用于将所述切换电压输出端处的切換电压转化为所述输出电压；自举电路，包括自举电容，耦接所述输入端和所述低侧开关，使得所述自举电容在所述低侧开关导通时充电以产生自举电压；以及控制电路，接收所述自举电压，基于该自举电压为所述高侧开关提供增强的导通与关断驱动信号，并基于该自举电压通过控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通和关断切换来控制所述自举电容的充电。在本专利技术的再一方面，提出了一种控制电压转换电路的方法，其中该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自举电压刷新控制电路，用于电压转换电路，其中所述电压转换电路包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，所述电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流，所述自举电压刷新控制电路包括：第一比较模块，具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，其中所述第一比较输入端用于接收所述自举电压，所述第二比较输入端用于接收自举电压刷新阈值，所述第一比较模块用于将所述自举电压与所述自举电压刷新阈值进行比较并在所述第一比较输出端提供自举电压刷新信号；以及控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。

【技术特征摘要】
1.ー种自举电压刷新控制电路，用于电压转换电路，其中所述电压转换电路包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，所述电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切換提供输出电压和输出电流，所述自举电压刷新控制电路包括第一比较模块，具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，其中所述第一比较输入端用于接收所述自举电压，所述第二比较输入端用于接收自举电压刷新阈值，所述第一比较模块用于将所述自举电压与所述自举电压刷新阈值进行比较并在所述第一比较输出端提供自举电压刷新信号；以及控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。2.根据权利要求I的自举电压刷新控制电路，其特征在于所述控制模块还具有第二控制输入端和第三控制输入端，其中所述第二控制输入端用于检测所述电压转换电路的输出电压，所述第三控制输入端用于检测所述电压转换电路的输出电流；若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态；若所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，所述控制模块基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切換，以为所述自举电容充电；若所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，所述控制模块基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关根据所述输出电压和所述输出电流进行导通和关断切換。3.根据权利要求2所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于所述自举电压刷新阈值包括第一刷新阈值和第二刷新阈值，其中所述第一刷新阈值小于所述第二刷新阈值；若所述自举电压低于所述第一刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态；若所述自举电压高于所述第二刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态。4.根据权利要求I至3其中之一所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述控制模块包括第二比较模块，具有使能输入端、第三比较输入端、第四比较输入端和第二比较输出端，其中所述使能输入端用于接收所述自举电压刷新信号，所述第三比较输入端用于接收表征所述电压转换电路的输出电流的负载信号，所述第四比较输入端用于接收轻载阈值，所述第二比较模块用于将所述负载信号与所述轻载阈值进行比较并在所述第二比较输出端提供负载比较信号；若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块不便能，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块使能；若所述第二比较模块使能，当所述负载信号高于所述轻载阈值时，所述负载比较信号具有第一逻辑状态，当所述负载信号低于所述轻载阈值时，所述负载比较信号具有第二逻辑状态；若所述第二比较模块不便能，所述负载比较信号大致恒定地具有所述的第一逻辑状态；若所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态，所述控制模块基于该负载比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切換；若所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态，所述控制模块基于该负载比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切換。5.根据权利要求4所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切換频率为大致恒定的第一切换频率；所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换频率为变化的第二切换频率；其中所述第二切换频率根据所述负载信号的变化而变化。6.根据权利要求4所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于所述控制模块进一歩包括脉冲宽度调制模块，具有第一调制输入端、第二调制输入端、第三调制输入端和调制输出端，其中所述第一调制输入端用于接收所述负载比较信号，所述第二调制输入端用于检测所述输出电压，所述第三调制输入端用于检测所述输出电流，所述调制输出端基于所述输出电压和所述输出电流提供高侧开关控制信号和低侧开关控制信号；并且所述脉冲宽度调制模块根据所述负载比较信号调节所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号，当所述当负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号保持脉冲宽度调制或者由脉冲频率调制转换为脉冲宽度调制，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切換；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号由脉冲宽度调制转换为脉冲频率调制，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切換。7.根据权利要求6所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述脉冲宽度调制模块控制高侧开关和低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通和关断切換；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述脉冲宽度调制模块控制所述高侧开关和所述低侧开关关断，停止导通和关断切換。8.根据权利要求6所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块包括脉冲宽度调制信号发生电路，接收表征所述输出电压的第一反馈信号和表征所述输出电流的第二反馈信号，并基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号提供脉冲宽度调制信号;切換频率控制电路，接收所述负载比较信号，并基于该负载比较信号提供切換频率调制信号，当该负载比较信号具有第一逻辑状态时，切換频率调制信号具有大致恒定的第一切换频率，当该负载比较信号具有第二逻辑状态时，切換频率调制信号具有随所述负载信号变化的第二切换频率；和逻辑控制电路，接收所述脉冲宽度调制信号和所述切换频率调制信号，并基于所述脉冲宽度调制信号和所述切换频率调制信号提供所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号；当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第一切换频率的脉冲宽度调制信号，用于控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切換；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第二切换频率的脉冲频率调制信号，用于控制高侧开关和低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切換。9.根据权利要求I所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于进一歩包括过零检测模块，具有第一检测输入端、第二检测输入端和检测输出端，其中所述第一检测输入端用于接收表征流过所述低侧开关的电流的第三反馈信号，所述第二检测输入端用于接收低侧开关限流阈值，所述检测输出端用于根据所述第三反馈信号与所述低侧开关限流阈值的比较结果提供过零比较信号；当所述第三反馈信号高于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第一逻辑状态，当所述第三反馈信号低于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第二逻辑状态；当所述过零比较信号具有第一逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该过零比较信号允许所述低侧开关进行导通和关断切換，当所述过零比较信号具有第二逻辑状态时，所述自举电压刷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伊珂，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：