[發明專利]一種變換器控制電路、應用及其控制方法

在審

• 申請號: 201811233742.3
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109149940A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 周瑜
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種變換器控制電路、應用及其控制方法，變換器控制電路包括信號發生器、模式選擇電路、降壓模式控制電路和升壓模式控制電路，信號發生器用以產生升壓模式控制電路和降壓模式控制電所需的基準信號，模式選擇電路根據輸出電壓生成模式選擇控制信號，升壓模式控制電路和降壓模式控制電路同時接收模式選擇控制信號，并與各自內部的基準信號進行比較，進而選擇升壓降壓變換器所需的工作模式，本發明應用于升壓降壓變換器在任意一個周期內，變換器僅工作在一種模式下，意味著只有兩個功率管有開關動作，提高了模式切換時的效率，且升壓模式控制電路和降壓模式控制電路交替工作在輸入電壓和輸出電壓比較接近的情況，模式切換更加平滑。

技術領域

本發明涉及一種電源電路，尤其涉及一種具有兩種工作模式的DC-DC升降壓變換器的控制電路、應用及其控制方法。

背景技術

傳統非隔離DC-DC變換器已經非常成熟，如Buck變換器、Boost變換器以及Buck-Boost變換器，在汽車、光伏、工控、醫療及手持設備等領域有著非常廣泛的應用，尤其在電池供電的系統中，由于電池電壓較低，不需要隔離，因此傳統的非隔離變換器具有明顯的成本優勢和性能優勢。電池供電系統中，電池放電伴隨著電池電壓的降低，電池充電則電池電壓升高，因此需要具有升壓和降壓功能的變換器，傳統的具有升壓和降壓功能的變換器，即Buck-Boost變換器，由于輸出電壓為負，未廣泛應用，現有的一種改進型的具有升壓和降壓功能的變換器，現已成為公知技術，該升壓降壓變換器功率級電路如圖1所示，采用四個mos管(S1-S4)和單電感L組成，降壓變換器和升壓變換器共用一個功率電感L，降壓變換器工作在輸入電壓高于輸出電壓的情況，用以將輸入電壓降低，升壓變換器工作在輸入電壓低于輸出電壓的情況，用以將輸入電壓升高，降壓變換器和升壓變換器交替工作在輸入電壓和輸出電壓比較接近的情況，其具體連接關系為：降壓變換器包括第一功率管S1和第二功率管S2，第一功率管S1的漏極連接至正輸入電壓端口Vin，第一功率管S1的源極連接至第二功率管S2的漏極，第二功率管S2的源極連接至負輸入電壓端口；升壓變換器包括第三功率管S3和第四功率管S4，第三功率管S3的漏極連接至正輸出電壓端口Vo，第三功率管S3的源極連接至第四功率管S4的漏極，第四功率管S4的源極連接至負輸出電壓端口；功率電感L一端連接至第一功率管S1和第二功率管S2的連接處，另一端連接至第三功率管S3和第四功率管S4的連接處。圖1中還包括濾波電路，用以減少輸入輸出電壓的波動，濾波電路包括輸入電容器Cin和輸出電容器Co，輸入電容器Cin正電壓端連接至正輸入電壓端口Vin，輸入電容器Cin負電壓端連接至負輸入電壓端口，輸出電容器Co正電壓端連接至正輸出電壓端口Vin，輸出電容器Co負電壓端口連接至負輸出電壓端口。

圖1現有控制技術下的升降壓變換器具有升壓模式、降壓模式和升降壓模式三種工作模式。通常情況下，當輸入電壓高于輸出電壓時，升降壓開關電路工作于降壓模式，此時S3一直導通，S1和S2交替導通；當輸入電壓低于輸出電壓時，升降壓開關電路工作于升壓模式，此時S1一直導通，S3和S4交替導通；當輸入電壓與輸出電壓相近時，升降壓開關電路工作于升降壓模式，此時S1和S2交替導通，S3和S4交替導通。

在升壓模式和降壓模式下，任何一個周期內，只有兩個mos管有開關動作，而在升降壓模式下，一個周期內，四個mos管均有開關動作，因此在升降壓模式下，增加的mos管開關損耗會導致較低的效率；

另外，受限于半導體器件自身特性，mos管開通和關斷需要一定的時間，如果開通時間太短，則會導致極大的開通損耗，故現有控制電路中均增加有最小占空比限制電路或最大占空比限制電路，在此種三模式控制方案中，從升壓模式或者降壓模式過渡到升降壓模式必有占空比從零跳變到最小占空比或者從1跳變到最大占空比的突變現象，該突變會引起輸出電壓的過沖，使得過渡過程不平滑。

其次，傳統的峰值電流控制模式，需要采樣電感電流，雖然現有技術中有無損采樣電感電流的方案，但對電路要求比較嚴格，有些方案的實施必須依賴集成mos管才能實現，對于傳統的mos管外置電路，采樣電流依然依賴電阻，這勢必又會導致損耗的增加，從而導致較低的效率。