升降壓變換器及其控制器和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子電路，尤其涉及升降壓變換器及其控制器和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)的迅速發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品不斷向小型化、輕型化轉(zhuǎn) 變，產(chǎn)品的體積變小使得其電池的體積和容量也隨之減小。這就要求盡可能地提高此類產(chǎn) 品供電模塊的轉(zhuǎn)換效率，減小功耗，并使其能在較寬的電池電壓變化范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸 出電壓，以便延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。能在寬輸入范圍下工作的升降壓變換器被廣泛用于此 類場(chǎng)合。
[0003] 圖1是傳統(tǒng)四開關(guān)升降壓變換器的電路原理圖。該升降壓變換器將輸入電壓VIN轉(zhuǎn) 換為輸出電壓V0UT，包括晶體管Sl~S4、電感器L以及輸出電容器⑶UT。當(dāng)晶體管SI、S3導(dǎo) 通，晶體管S2、S4關(guān)斷時(shí)，電感器L儲(chǔ)存能量。當(dāng)晶體管Sl、S3關(guān)斷，晶體管S2、S4導(dǎo)通時(shí)，電感 器L儲(chǔ)存的能量被提供至負(fù)載。由于四個(gè)晶體管Sl~S4均持續(xù)工作，傳統(tǒng)升降壓變換器的功 率損耗較大。
[0004] 為了降低功耗，可以引入不同的工作模式，例如升壓模式和降壓模式，以減少同時(shí) 工作的開關(guān)數(shù)量。在升壓模式下，晶體管Sl恒定導(dǎo)通，晶體管S2恒定關(guān)斷，晶體管S3和S4采 用定頻峰值電流控制。在降壓模式下，晶體管S4恒定導(dǎo)通，晶體管S3恒定關(guān)斷，晶體管Sl和 S2采用定頻峰值電流控制。
[0005] 然而，判斷工作模式需要復(fù)雜的控制邏輯，這無疑加大了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試的難度。 而且，不同工作模式之間的轉(zhuǎn)換，也會(huì)引起各電路參數(shù)(例如電壓、電流、占空比）的突變，輸 出電壓VOUT上可能會(huì)出現(xiàn)跳變尖峰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模式轉(zhuǎn)換平滑，且易于設(shè)計(jì)和測(cè)試的 升降壓變換器及其控制器和控制方法。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種升降壓變換器的控制方法，其中該升降壓變換器將輸入 電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管和電感器。該 控制方法包括:采樣輸出電壓，產(chǎn)生代表輸出電壓的反饋信號(hào);基于參考信號(hào)和反饋信號(hào)， 產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào);采樣流過電感器的電流，產(chǎn)生電流采樣信號(hào);將電流采樣信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)進(jìn) 行比較，當(dāng)電流采樣信號(hào)減小至小于補(bǔ)償信號(hào)，導(dǎo)通第一和第三晶體管并關(guān)斷第二和第四 晶體管;檢測(cè)第一晶體管的導(dǎo)通時(shí)間是否達(dá)到第一時(shí)間閾值，當(dāng)?shù)谝痪w管的導(dǎo)通時(shí)間達(dá) 到第一時(shí)間閾值，關(guān)斷第一晶體管并導(dǎo)通第二晶體管，其中第一時(shí)間閾值與輸出電壓成正 比，且與輸入電壓成反比；以及檢測(cè)第三晶體管的導(dǎo)通時(shí)間是否達(dá)到第二時(shí)間閾值，當(dāng)?shù)谌?晶體管的導(dǎo)通時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間閾值，關(guān)斷第三晶體管并導(dǎo)通第四晶體管，其中第二時(shí)間 閾值與輸出電壓與輸入電壓之差成正比，且與輸出電壓成反比。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種升降壓變換器的控制器，其中該升降壓變換器將輸入電 壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管和電感器。該控 制器包括:誤差放大電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參 考信號(hào)，第二輸入端接收代表輸出電壓的反饋信號(hào)，誤差放大電路基于參考信號(hào)和反饋信 號(hào)，在輸出端產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)；比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸 入端耦接至誤差放大電路的輸出端，第二輸入端接收代表流過電感器的電流的電流采樣信 號(hào)，比較電路將電流采樣信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生比較信號(hào);第一導(dǎo)通時(shí)間 控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較電路的輸出端，第一導(dǎo)通時(shí)間控制 電路基于比較信號(hào)，將第一晶體管在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間與第一時(shí)間閾值進(jìn)行比 較，在輸出端產(chǎn)生第一導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，其中第一時(shí)間閾值與輸出電壓成正比，且與輸入 電壓成反比;第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較電路的 輸出端，第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路基于比較信號(hào)，將第三晶體管在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí) 間與第二時(shí)間閾值進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生第二導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，其中第二時(shí)間閾值與 輸出電壓與輸入電壓之差成正比，且與輸出電壓成反比；第一邏輯電路，具有第一輸入端、 第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電路的輸出端，第二輸入端耦接至第一 導(dǎo)通時(shí)間控制電路的輸出端，第一邏輯電路基于比較信號(hào)和第一導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，在輸 出端產(chǎn)生第一控制信號(hào)；第二邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一 輸入端耦接至比較電路的輸出端，第二輸入端耦接至第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路的輸出端，第 二邏輯電路基于比較信號(hào)和第二導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào);第一驅(qū) 動(dòng)電路，耦接至第一邏輯電路的輸出端，基于第一控制信號(hào)產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二驅(qū)動(dòng) 信號(hào)以控制第一晶體管和第二晶體管；以及第二驅(qū)動(dòng)電路，耦接至第二邏輯電路的輸出端， 基于第二控制信號(hào)產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制第三晶體管和第四晶體管。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種升降壓變換器的控制器，其中該升降壓變換器將輸入電 壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管和電感器，該控 制器包括:比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信 號(hào)，第二輸入端接收代表輸出電壓的反饋信號(hào)，比較電路將參考信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較， 在輸出端產(chǎn)生比較信號(hào);第一導(dǎo)通時(shí)間控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至 比較電路的輸出端，第一導(dǎo)通時(shí)間控制電路基于比較信號(hào)，將第一晶體管在一個(gè)開關(guān)周期 內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間與第一時(shí)間閾值進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生第一導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，其中第一 時(shí)間閾值與輸出電壓成正比，且與輸入電壓成反比;第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路，具有輸入端和 輸出端，其中輸入端耦接至比較電路的輸出端，第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路基于比較信號(hào)，將第 三晶體管在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間與第二時(shí)間閾值進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生第二導(dǎo)通 時(shí)間控制信號(hào)，其中第二時(shí)間閾值與輸出電壓與輸入電壓之差成正比，且與輸出電壓成反 比；第一邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電 路的輸出端，第二輸入端耦接至第一導(dǎo)通時(shí)間控制電路的輸出端，第一邏輯電路基于比較 信號(hào)和第一導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生第一控制信號(hào);第二邏輯電路，具有第一輸入 端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電路的輸出端，第二輸入端耦接至第 二導(dǎo)通時(shí)間控制電路的輸出端，第二邏輯電路基于比較信號(hào)和第二導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)，在 輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào);第一驅(qū)動(dòng)電路，耦接至第一邏輯電路的輸出端，基于第一控制信 號(hào)產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制第一晶體管和第二晶體管；以及第二驅(qū)動(dòng)電 路，耦接至第二邏輯電路的輸出端，基于第二控制信號(hào)產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào) 以控制第三晶體管和第四晶體管。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種升降壓變換器，包括:第一晶體管，具有第一端、第二端 和控制端，其中第一端接收輸入電壓;第二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一 端耦接至第一晶體管的第二端，第二端接地；電感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦 接至第一晶體管的第二端和第二晶體管的第一端;第三晶體管，具有第一端、第二端和控制 端，其中第一端耦接至電感器的第二端，第二端耦接至參考地;第四晶體管，具有第一端、第 二端和控制端，其中第一端耦接至電感器的第二端和第三晶體管的第一端，第二端提供輸 出電壓;輸出電容器，耦接在第四晶體管的第二端和參考地之間；反饋電路，具有輸入端和 輸出端，其中輸入端耦接至第四晶體管的第二端以接收輸出電壓，反饋電路基于輸出電壓， 在輸出端產(chǎn)生代表輸出電壓的反饋信號(hào)；以及如前所述的控制器。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于第一和第三晶體管的導(dǎo)通時(shí)間與對(duì)應(yīng)時(shí)間閾值的比較 結(jié)果來控制第一至第四晶體管，實(shí)現(xiàn)了升降壓變換器在多個(gè)工作模式之間的自動(dòng)、平滑轉(zhuǎn) 換，使得各電路參數(shù)在模式轉(zhuǎn)換時(shí)連續(xù)且平滑，也使電路設(shè)計(jì)與測(cè)試均變得更為容易。此 外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，無需額外的模式判斷電路，這無疑使得升降壓變換器的結(jié)構(gòu)變得 更為簡(jiǎn)單，且加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為傳統(tǒng)四開關(guān)升降壓變換器的電路原理圖；
[0013] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的升降壓變換器200的示意性框圖；
[0014]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2升降壓變換器200的工作狀態(tài)圖；
[0015]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示第一導(dǎo)通時(shí)間控制電路203A的電路原理圖； [0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示第一導(dǎo)通時(shí)間控制電路203B的電路原理圖； [0017]圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路206A的電路原理圖； [0018]圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示第二導(dǎo)通時(shí)間控制電路206B的電路原理圖；
[0019] 圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的升降壓