[發明專利]升降壓型變換器的控制電路、控制方法以及應用其的升降壓型變換器

有效

• 申請號: 201610231969.9
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105720816B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 羅迪
• 申請（專利權）人: 矽力杰半導體技術（杭州）有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M3/158
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了用于升降壓型變換器的控制電路和控制方法，采樣電感電流，并據以產生電流采樣信號；控制在每一開關周期內，在電感電流的上升時間區間內接收電流采樣信號；在電感電流上升至電感電流峰值時刻至當前開關周期結束時刻，對電流采樣信號的最大值進行保持，以此生成采樣信號；通過表征電感電流的最大值信息的第二基準信號限制電感電流峰值，使得電感電流不會發生過大的波動，從而輸出電壓的波動也會相對減小；同時反饋控制環路能夠依據補償信號與表征電感電流的電壓信號之間的實時誤差信息來調節開關器件的占空比，因此，系統的動態響應速度較快，縮短再次恢復至穩定狀態所需的時間提高了系統的動態響應速度、穩定性以及可靠性。

技術領域

本發明涉及開關電源領域，更具體地說，涉及用于升降壓型變換器的控制電路和控制方法。

背景技術

升降壓型變換器，例如四開關升降壓型變換器，由于其輸入輸出同相、開關損耗低、輸出電壓可升可降等優點廣泛應用于電力、通信及電子儀器等領域，對其電路開關的優化控制策略也成為當前研究的熱點。

參考圖1A，所示為一升降壓型變換器的原理框圖。該升降壓型變換器包括功率級電路11和控制和驅動電路12兩部分；其中，功率級電路11接收輸入電壓Vin，并在輸出端產生穩定的輸出電壓Vout以來驅動負載；控制和驅動電路12用以產生相應的控制和驅動信號VG1，VG2，VG3和VG4，來控制功率級電路中的4個開關管的開關狀態，通過調節開關管的導通占空比使得輸出電壓Vout維持為與期望驅動電壓Vref一致。

這里，功率級電路11包括串聯連接在輸入電壓Vin和地電位之間的第一開關管SW1和第三開關管SW3；串聯連接在輸出電壓Vout和地電位之間的第二開關管SW2和第四開關管SW4；第一端連接至第一開關管SW1和第三開關管SW3的公共連接端，第二端連接至第二開關管SW2和第四開關管SW4的公共連接端的電感L。功率級電路11還可以包括連接在輸入端的輸入電容和連接在輸出端的輸出電容Co。

圖1A所示的升降壓型變換器的工作原理，控制電路和驅動電路12根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的大小關系來控制功率級電路11的工作模式，當輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout時，以降壓模式工作；當輸入電壓Vin小于輸出電壓Vout時，以升壓模式工作；當輸入電壓Vin和輸出電壓Vout較接近時，以升降壓模式工作。

圖1A所示的升降壓型變換器的控制原理主要是實時采集輸出電壓Vout，根據實時輸出電壓和期望輸出電壓之間的誤差以及電感電流信息來產生相應的控制信號以調節開關管的開關狀態和導通占空比，進而通過改變輸入電流來改變輸出電壓。

但是，通過這種電流控制方式，當輸入電壓、輸出電壓發生變化，工作模式進行切換時，電感電流的波動很大，輸出電壓的波動也很大，并且，系統的動態響應速度較慢，需要較長的時間才能再次恢復至穩定狀態。同時，系統的工作頻率會變大，由于電感電流的數值也較大，因此，極易引起音頻噪聲。

參考圖1B，所示為圖1A所示的升降壓型變換器的工作波形圖。圖1A所示的升降壓型變換器可以通過消除補償信號Vcomp與表征電感電流的電壓信號VL之間的誤差來調節占空比，以使得電感電流iL能夠跟隨補償信號Vcomp的軌跡。但是當升降壓型變換器工作于斷續工作模式(DCM)時，在電感電流維持為零的時間區間內，例如在時間區間t2內，運算放大器Gm2停止工作，不計算補償信號Vcomp與表征電感電流的電壓信號VL之間的誤差，即控制環路無法依據補償信號Vcomp與表征電感電流的電壓信號VL之間的實時誤差信息來調節開關器件的占空比，因此，系統的動態響應速度較慢，需要較長的時間才能再次恢復至穩定狀態。另一方面，現有技術中，當處于輕載狀態時，為了節省能耗，通常需要降低功率級電路中的開關管的開關頻率。傳統的輕載降頻方式，當進入節能模式后，功率級電路中的開關管不再導通，從而降低輕載時的功耗，提高輕載效率。但是，采用這種方式，開關頻率會發生突變，導致輸出電壓的波動較大。