CN104485806A - 一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开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。该自举电压刷新控制电路可以在自举电压不足时降低输出电压，进而使电压转换电路从轻载或空载模式转至正常模式，即高侧开关和低侧开关从均关断的状态变为开始导通和关断切换的状态。当低侧开关的导通时间增加，自举电容可及时被充电，自举电压被刷新恢复至期望值。该自举电压刷新控制电路不会影响电路正常的控制方式和开关时序，简化了电路逻辑的设计。

Description

一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及电压转换电路、自举电压刷新控制电路及其控制方法。
背景技术
在目前的开关型直流变换电路中，需要高压驱动开关管，因此常用到自举电路以提供所需的驱动电压。
图1所示为一电压转换电路50。如图1所示，电压转换电路50包括开关电路51，控制电路52。开关电路51包括高侧开关11、低侧开关12，电感器L、电容器C以及负载R。高侧开关11的漏极电连接至电压转换电路50的输入端IN接收输入电压信号VIN；低侧开关12的源极电连接至地；高侧开关11的源极和低侧开关12的漏极耦接形成公共节点SW；电感L电连接于节点SW和电压转换电路50的输出端OUT之间；电容器C和负载R并联连接于电压转换电路50的输出端OUT和地之间。
控制电路52耦接至电压转换电路50的输出端OUT接收代表输出电压VOUT的反馈信号FB，控制电路52根据输出电压VOUT的变化，产生用于导通和关断高侧开关11和低侧开关12的控制信号SH和SL。在一个实施例中，控制电路52包括脉冲宽度调制(PWM)电路，PWM控制电路通过提供不同占空比的方形脉冲信号，进而调节输出电压VOUT的大小。在另一个实施例中，控制电路52包括脉冲频率调制(PFM)电路，PFM控制电路通过提供不同频率的方形脉冲信号，进而调节输出电压VOUT的大小。
在图1所示实施例中，控制电路52中还包括驱动电路用于驱动高侧开关11和低侧开关12。在电感器正向储能期间，驱动电路将拉高高侧开关管11的栅极电压，在这种情况下，为了使高侧开关11能够充分导通(即：高侧开关11工作在饱和区，这样高侧开关11的导通电阻很小)，高侧开关11的栅极与其耦接至节点SW的一端之间的电压差应该足够大，至少需要大于高侧开关11的导通阈值电压。然而，若高侧开关11导通，节点SW的电压可以是输入电压VIN，这时，需要为高侧开关11的栅极提供高于节点SW的电压(即高于输入电压VIN)的电压才能使高侧开关11充分导通。
为了在电压转换电路50中获得高于输入电压VIN的电压，因此，通常电压转换电路50中还包括自举电路53，用于以节点SW的电压为参考电势产生自举电压VBST，该自举电压VBST可以用于提升/增强驱动电路驱动的驱动能力，从而更好地控制高侧开关11的导通和关断。
在图1所示实施例中，自举电路53包括二极管DB和自举电容CB，串联耦接于自举供电输入端和节点SW之间，其中二极管DB的阳极耦接自举供电输入端接收自举供电电压VB，二极管DB的阴极耦接自举电容CB的第一端，自举电容CB的第二端耦接节点SW。自举电路53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11关断时，低侧开关12导通，节点SW的电压为零，自举供电电压VB通过二极管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11导通时，低侧开关12关断，节点SW处的电压为VIN，此时节点BST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。同时，二极管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53通过在低侧开关12导通时将自举电容CB第二端的电压拉低至参考地，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，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53提供的自举电压VBST下降，不足以使高侧开关11正常导通和关断，因此电压转换电路50不能正常工作；又或自举电压VBST下降到电路预设的低压闭锁值，使得整个变换器被锁定，电路也因此不能正常工作。
例如，当输出电压VOUT接近输入电压VIN，此时需要高侧开关11以很高、甚至100％的占空比工作(导通时间延长或切换频率增大)，低侧开关12导通时间非常短、甚至没有导通机会，因此自举电容CB不能及时充电到相关水平。
又如，在轻载或空载条件下，控制电路52会降低高侧开关11和低侧开关12的导通时间和/或者切换频率，甚至同时关断高侧开关11和低侧开关12以提高转换效率，这样可能由于低侧开关12在较长时间内没有进行导通或导通时间很短而无法使自举电容CB被及时充电，以使自举电压VBST被刷新恢复至期望值。
这些均会导致自举电路53提供的自举电压VBST下降，不足以使高侧开关11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。这样要等到多个周期之后输出电压VOUT自然掉落，自举电容CB才有机会被充电以使自举电压VBST恢复。在此过程中，输出电压VOUT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。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，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。
本发明一方面提供了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信号的自举电容，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将其输入端的输入电压转换为其输出端的输出电压。所述自举电压刷新控制电路包括：自举电压刷新模块，所述自举电压刷新模块包括第一比较模块，所述第一比较模块具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一比较模块的第一输入端用于接收所述自举电压信号；第一比较模块的第二输入端用于接收一自举电压刷新阈值；第一比较模块用于将所述自举电压信号与所述自举电压刷新阈值进行比较并在第一比较模块的输出端提供第一比较信号；其中，若所述自举电压信号低于所述自举电压刷新阈值，所述第一比较信号具有第一逻辑状态；若所述自举电压信号高于所述自举电压刷新阈值，所述第一比较信号具有第二逻辑状态。所述自举电压刷新控制电路进一步包括电压差值模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电压差值模块的第一输入端接收代表所述输出电压的反馈信号；所述电压差值模块的第二输入端接收参考信号；所述电压差值模块对所述反馈信号和所述参考信号进行比较，并在其输出端输出差值信号。其中，当所述第一比较信号具有第一逻辑状态时，所述自举电压刷新模块用于降低所述输出电压，当所述反馈信号小于所述参考信号时，所述自举电压刷新控制电路根据所述差值信号控制所述高侧开关和所述低侧开关开始导通和关断切换，所述自举电容被充电，所述自举电压被刷新。
本发明另一方面提供了一种电压转换电路，包括：开关电路，具有高侧开关和低侧开关，通过高侧开关和低侧开关的导通和关断切换将电压转换电路输入端的输入电压信号转换为其输出端的输出电压信号；自举电路，包括自举电容，用于为所述高侧开关提供自举电压信号；以及自举电压刷新控制电路。
本发明进一步提供了一种自举电压刷新控制方法，该方法用于电压转换电路，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将其输入端的输入电压转换为其输出端的输出电压。所述控制电压转换电路的方法包括：检测所述自举电压；将所述自举电压与一自举电压刷新阈值相比较，提供第一比较信号；判定所述自举电压是否小于所述自举电压刷新阈值；当所述自举电压小于所述自举电压刷新阈值时，采用一个自举电压刷新电路降低所述输出电压；以及当输出电压降低，所述高侧开关和所述低侧开关开始导通和关断切换，自举电容被充电，自举电压被刷新。根据上述方面的实施例，本申请提出的自举电压刷新控制电路在不影响电路正常的控制方式和开关时序的情况下刷新自举电压，简化了电路逻辑的设计。
附图说明
在所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
图1示出了一种典型的电压转换电路50的简化示意图。
图2示出了根据本发明一实施例的电压转换电路100的示意图。
图3示出了根据本发明另一实施例的电压转换电路200的示意图。
图4示出了根据本发明又一实施例的电压转换电路300的示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路的工作波形示意图。
图6示出了根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本公开。相反，本公开意在涵盖由所附权利要求所界定的本公开精神和范围内所定义的各种备选方案、修改方案和等同方案。在以下描述中，为了提供对本公开的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员应当理解，没有这些具体细节，本公开同样可以实施。在其他一些实施例中，为了便于凸显本公开的主旨，对于众所周知的方案、流程、元器件以及电路或方法未作详细的描述。
图2所示为根据本发明一个实施例的电压转换电路100的示意图。如图2所示，电压转换电路100包括开关电路110、自举电路120以及控制电路。
开关电路110包括高侧开关11、低侧开关12，电感器L、电容器C以及负载R。高侧开关11的漏极电连接至电压转换电路100的输入端IN接收输入电压VIN；低侧开关12的源极电连接至地；高侧开关11的源极和低侧开关12的漏极耦接形成公共节点SW；电感L电连接于节点SW和电压转换电路100的输出端OUT之间；电容器C和负载R并联连接于电压转换电路100的输出端OUT和地之间。在图2所示实施例中，开关电路110包括一个降压型BUCK拓扑结构。在其他实施例中，开关电路110可以采用升压电路拓扑、升降压电路拓扑、反激电路拓扑等其他直流/直流拓扑结构。在图2示实施例中，高侧开关11和低侧开关12示意为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但应该理解，高侧开关11和低侧开关12不局限于MOSFET，在其他实施例中，高侧开关11和低侧开关12还可以是其他任何可控的半导体开关器件，如结型场效应晶体管(JFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
自举电路120包括二极管DB和自举电容CB，串联耦接于自举供电输入端和节点SW之间，其中二极管DB的阳极耦接自举供电输入端接收自举供电电压VB，二极管DB的阴极耦接自举电容CB的第一端，自举电容CB的第二端耦接节点SW。当高侧开关11关断时，低侧开关12导通，节点SW的电压为零，自举供电电压VB通过二极管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11导通时，低侧开关12关断，节点SW处的电压为VIN，此时节点BST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100中获得高于输入电压VIN的电压的目的。同时，二极管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。
在一个实施例中，控制电路包括电压差值模块137。电压差值模块137具有第一输入端、第二输入端和输出端。电压差值模块137的第一输入端耦接至电压转换电路100的输出端OUT接收输出电压VOUT的反馈信号FB；电压差值模块137的第二输入端接收参考电压信号VREF；电压差值模块137将输出电压反馈信号FB和参考电压信号VREF进行比较，并在其输出端输出差值信号EA。在一个实施例中，例如电压控制、电流控制等PWM控制方法实施例中，电压差值模块137包括一个误差放大器，用于将输出电压反馈信号FB和参考电压信号VREF比较后的差值放大，再将该差值放大信号和一个斜坡信号进行比较，进而控制高侧开关11和低侧开关12的导通和关断切换。在另一个实施例中，例如恒定导通时间控制等PFM控制方法实施例中，电压差值模块137包括一个电压比较器，用于将输出电压反馈信号FB和参考电压信号VREF比较，根据比较结果控制高侧开关11和低侧开关12的导通和关断切换。比如，当输出电压反馈信号FB小于参考电压信号VREF时高侧开关11导通，低侧开关12关断；当输出电压反馈信号FB大于参考电压信号VREF时高侧开关11关断，低侧开关12导通。
在一个实施例中，控制电路进一步包括控制模块131。控制模块131耦接至电压差值模块137的输出端接收差值信号EA，并根据差值信号EA判定输出端的负载情况进而输出高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL用于控制高侧开关11和低侧开关12的导通和关断切换。
在一个实施例中，控制电路进一步包括驱动模块132。驱动模块132包括第一驱动器31和第二驱动器32。第一驱动器31具有输入端和输出端，第一驱动器31的输入端接收高侧开关控制信号SH，并在其输出端输出高侧开关驱动信号DH至高侧开关11的栅极，以驱动高侧开关11的导通和关断。第一驱动器31包括接收自举电压VBST，用于提升/增强第一驱动器31提供的高侧开关驱动信号DH的驱动能力，从而更好地控制高侧开关11的导通和关断。第二驱动器32具有输入端和输出端，第二驱动器32的输入端接收低侧开关控制信号SL，并在其输出端输出低侧开关驱动信号DL至低侧开关的栅极，以驱动低侧开关12的导通和关断。根据本发明的一个实施例，所述第一驱动器31包括一个或多个反相器，所述自举电压信号VBST用作所述一个或多个反相器的供电电源。类似地，所述第二驱动器32也可以包括一个或多个反相器。
在一个实施例中，控制电路进一步包括自举电压刷新模块133。自举电压刷新模块133接收自举电压信号VBST，并将自举电压信号VBST与一个自举电压刷新阈值进行比较。在轻载或空载模式下，高侧开关11和低侧开关12均关断，流过电感L的电感电流为零。与此同时，自举电压VBST逐渐降低，当自举电压信号VBST小于自举电压刷新阈值时，自举电压刷新模块133启用，用于降低输出电压VOUT。电压差值模块137将代表输出电压VOUT的反馈电压FB和参考电压信号VREF比较，当反馈信号FB小于所述参考电压信号VREF时，控制模块131根据差值信号EA控制高侧开关11和低侧开关12开始导通和关断切换，以使输出电压VOUT维持在预设值。即高侧开关11和低侧开关12从均关断的轻载或空载状态转换为导通和关断切换的正常状态。当高侧开关11和低侧开关12的切换频率变高，则低侧开关12的导通时间增加，自举电容CB可及时被充电，自举电压VBST被刷新恢复至期望值。采用自举电压刷新模块133降低输出电压VOUT，进而增大高侧开关11和低侧开关12的切换频率以刷新自举电压VBST，可以避免使用消隐电路消隐高侧开关11，同时不影响电压转换电路的控制方式和开关时序，即该实施例通过高侧开关11和低侧开关12的正常切换就能刷新自举电压VBST。
在一个实施例中，自举电压刷新模块133包括输入端和输出端，自举电压刷新模块133的输入端接收自举电压信号VBST，自举电压刷新模块133的输出端耦接至开关电路110的节点SW，用于降低输出电压VOUT。在另一个实施例中，自举电压刷新模块133的输出端耦接至电压变换电路100的输出端OUT，用于降低输出电压VOUT。在又一个实施例中，自举电压刷新模块133的输出端可以同时耦接至开关电路110的节点SW处和电压转换电路100的输出端OUT，以加快降低输出电压VOUT。
在一个实施例中，自举电压刷新模块133包括比较电路33，比较电路33具有第一输入端、第二输入端和输出端。比较电路33的第一输入端用于接收自举电压信号VBST，比较电路33的第二输入端用于接收自举电压刷新阈值VTH1。比较电路33用于将自举电压信号VBST与自举电压刷新阈值VTH1相比较，并在所述比较电路33的输出端提供第一比较信号AS。若自举电压信号VBST低于自举电压刷新阈值信号VTH1，则第一比较信号AS具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)；若自举电压信号VBST高于自举电压刷新阈值信号VTH1，则第一比较信号AS具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。
在一个实施例中，自举电压刷新模块133还包括开关S1和电阻R1。开关S1具有第一端、第二端和控制端。开关S1的第一端耦接于电阻R1的一端，开关S1的第二端作为自举电压刷新模块133的输出端提供自举电压刷新信号RFS，开关S1的控制端耦接比较电路33的输出端接收第一比较信号AS。电阻R1的另一端电连接至逻辑地。若第一比较信号AS具有第一逻辑状态，开关S1导通，电容器C通过开关S1和电阻R1放电，输出电压VOUT降低。在另一个实施例中，电阻R1也可以用一个电流沉代替。
在一个实施例中，控制电路包括自举欠压闭锁模块135。自举欠压闭锁电路135具有第一闭锁输入端、第二闭锁输入端和闭锁输出端。该第一闭锁输入端用于接收自举电压信号VBST，该第二闭锁输入端用于接收自举电压欠压阈值信号VUVLO。自举欠压闭锁电路135用于将自举电压信号VBST与自举电压欠压阈值信号VUVLO相比较，并在所述闭锁电路135的输出端提供自举欠压信号LOCK至控制模块131。若自举电压阀锁VBST低于自举电压欠压阈值阀锁VUVLO，则自举欠压信号LOCK具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)。这时控制模块131控制高侧开关11和低侧开关12同时关断，停止导通与关断切换。若自举电压信号VBST高于自举电压欠压阈值信号VUVLO，则自举欠压信号LOCK具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)，这时控制模块131控制高侧开关11和低侧开关12进行导通和关断切换。根据本发明的一个实施例，所述自举电压欠压阈值信号VUVLO小于所述自举电压刷新阈值VTH1。自举欠压闭锁电路135有助于在自举电压信号VBST已经低于自举电压欠压阈值信号VUVLO，而且未能及时被刷新(即，自举电容CB未能被及时充电使该自举电压信号VBST恢复至高于该自举电压欠压阈值信号VUVLO)时，将高侧开关11和低侧开关12均关断，以改善电压转换电路100的工作安全性能。
图3所示为根据本发明一个实施例的电压转换电路200的示意图。如图3所示，电压转换电路200包括开关电路110、驱动电路120以及控制电路。为了简便且便于理解，电压转换电路200中那些功能上和电压转换电路100中相同的、同样的或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记。同时，在图3所示实施例中，对于开关电路110中的高侧开关11和低侧开关12，示出了其体二极管。具体的来说，示出了高侧开关11的体二极管D1和低侧开关12的体二极管D2。此外，在图3所示实施例中，高侧开关11和低侧开关12被示意为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但应该理解，高侧开关11和低侧开关12不局限于MOSFET，在其他实施例中，高侧开关11和低侧开关12还可以是其他任何可控的半导体开关器件，如结型场效应晶体管(JFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
在一个实施例中，电压转换电路200中控制电路包括：控制模块131、驱动模块132、电压差值模块137、自举电压刷新模块134以及自举欠压闭锁模块135。为了简便且便于理解，电压转换电路200的控制电路中那些功能上和电压转换电路100的控制电路中相同的、同样的或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记的模块的功能不再累述。
自举电压刷新模块134包括第一输入端和输出端。自举电压刷新模块134的第一输入端耦接至自举电路120接收自举电压信号VBST，并将自举电压信号VBST与一个自举电压刷新阈值进行比较。在轻载或空载模式下，高侧开关11和低侧开关12均关断，流过电感L的电感电流为零。与此同时，自举电压VBST逐渐降低，当自举电压信号VBST小于自举电压刷新阈值时，自举电压刷新模块134启动用于降低输出电压VOUT。电压差值模块137将代表输出电压VOUT的反馈电压FB和参考电压信号VREF比较，当反馈信号FB小于所述参考电压信号VREF时，控制模块131根据差值信号EA控制高侧开关11和低侧开关12开始导通和关断切换，以使输出电压VOUT维持在预设值。当高侧开关11和低侧开关12的切换频率变高，则低侧开关12的导通时间增加，自举电容CB可及时被充电，自举电压VBST被刷新恢复至期望值。采用自举电压刷新模块134降低输出电压VOUT，进而增大高侧开关11和低侧开关12的切换频率以刷新自举电压VBST，可以避免使用消隐电路消隐高侧开关11，同时不影响电压转换电路的控制方式和开关时序，即该实施例通过高侧开关11和低侧开关12的正常切换就能刷新自举电压VBST。
在一个实施例中，自举电压刷新模块134还包括第二输入端耦接至低侧开关12的漏极，接收一个表征流过低侧开关12的反向电流的采样信号VCS；自举电压刷新模块134的输出端提供一自举电压刷新信号RFS。
在一个实施例中，若自举电压信号VBST低于自举电压刷新阈值VTH1，自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态(比如逻辑高状态)，控制电路131控制低侧开关管12导通，电容器C通过电感器L和低侧开关12放电，流过低侧开关12的反向电流增大，输出电压VOUT降低，与此同时，自举电容CB也通过低侧开关12被充电。当电流采样信号VCS增大到一个预设电流阈值VP后，自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态(比如逻辑低状态)，控制电路131控制低侧开关管12关断，自举电容CB停止充电。此时，流过电感器L的电流通过高侧开关11的体二极管D1续流，此时开关电路110变为一个BOOST升压变换器，电容器C释放的能量将被存储在电压变换电路200的输入端IN。在一个实施例中，电流阈值信号VP越大，自举电压信号VBST恢复的值越大。但是从总体上来说，自举电压刷新模块134主要用于降低输出电压VOUT，因此电流阈值信号VP的值不会太大，低侧开关12导通的时间较短，因此自举电压VBST恢复的值有限。一旦输出电压VOUT降低，控制模块131将根据差值信号EA控制高侧开关11和低侧开关12开始导通和关断切换，自举电压VBST将被刷新恢复至期望值。
在一个实施例中，自举电压刷新模块134包括第一比较器34。第一比较器34具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一比较器34的第一输入端用于接收自举电压刷新阈值VTH1，第一比较器34的第二输入端用于接收自举电压信号VBST。第一比较器34用于将自举电压信号VBST与自举电压刷新阈值VTH1相比较，并在第一比较器34的输出端提供第一比较信号AS。在一个实施例中，若自举电压信号VBST低于自举电压刷新阈值VTH1，则第一比较信号AS具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)；若自举电压信号VBST高于自举电压刷新阈值VTH1，则第一比较信号AS具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。
在一个实施例中，自举电压刷新模块134进一步包括第二比较器35。第二比较器35具有第一输入端、第二输入端和输出端。第二比较器35的第一输入端用于接收电流阈值信号VP，第二比较器35的第二输入端用于接收采样电压信号VCS。第二比较器35用于将采样电压信号VCS与电流阈值信号VP相比较，并在第二比较器35的输出端提供自第二比较信号AR。在一个实施例中，若采样电压信号VCS高于电流阈值信号VP，则第二比较信号AR具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)；若采样电压信号VCS低于电流阈值信号VP，则第二比较信号AR具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。在一个实施例中，电流阈值信号VP的选择可根据所需恢复的自举电压信号VBST的值选择，电流阈值信号VP越大，所提供的自举电压信号VBST的值越大。
在一个实施例中，自举电压刷新模块134进一步包括逻辑电路36。逻辑电路36具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑电路36的第一输入端耦接至第一比较器34的输出端接收第一比较信号AS，逻辑电路36的第二输入端耦接至第二比较器的输出端接收第二比较信号AR。逻辑电路36对第一比较信号AS和第二比较信号AR进行逻辑运算，并在其输出端提供一个自举电压刷新信号RFS。当第一比较信号AS具有第一逻辑状态时，自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态；当第二比较信号AR具有第一逻辑状态时，自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态。在一个实施例中，当自举电压刷新信号RFS为第一逻辑状态时，低侧开关管12导通，开关电路110中的电容器C通过电感器L和低侧开关12放电，电感器L反向储能，自举电容CB被充电；当自举电压刷新信号RFS为第二逻辑状态时，低侧开关12关断，自举电容CB停止被充电；流过电感器L的电流通过高侧开关11的体二极管D1续流。
在一个实施例中，控制模块131耦接至电压差值模块137的输出端，接收差值信号EA，并根据差值信号EA的变化提供高侧开关控制信号SH和第一低侧开关控制信号SL1。高侧开关控制信号SH和第一低侧开关控制信号SL1用于控制高侧开关11和低侧开关12的导通和关断切换。在一个实施例中，当第一低侧开关控制信号SL1具有第一逻辑状态(例如逻辑高状态)，低侧开关12导通；当第一低侧开关控制信号SL1具有第二逻辑状态(例如逻辑低状态)，低侧开关12关断。在一个实施例中，控制模块131还包括一个逻辑模块30。逻辑模块30具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑模块30的第一输入端接收第一低侧开关控制信号SL1；逻辑模块30的第二输入端接收自举电压刷新信号RFS；逻辑模块30对第一低侧开关控制信号SL1和自举电压刷新信号RFS做逻辑运算，并在其输出端输出低侧开关控制信号SL。当第一低侧开关控制信号SL1和自举电压刷新信号RFS任意一个具有第一逻辑状态(例如逻辑高状态)，则低侧开关控制信号SL具有第一逻辑状态(例如逻辑高状态)，低侧开关12导通。在一个实施例中，逻辑模块30为一个逻辑或门。
图4所示为根据本发明一个实施例的电压转换电路300的示意图。在图4所示一个实施例中，电压转换电路300中控制电路包括：控制模块131、驱动模块132、电压差值模块137、自举电压刷新模块136以及自举欠压闭锁模块135。为了简便且便于理解，电压转换电路300中那些功能上和电压转换电路200、100中相同的、同样的或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记，同时，不再累述与电压转换电路200、100中相同的功能模块。
在一个实施例中，自举电压刷新模块136包括第一比较器34。第一比较器34具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一比较器34的第一输入端用于接收自举电压刷新阈值VTH1，第一比较器34的第二输入端用于接收自举电压信号VBST。第一比较器34用于将自举电压信号VBST与自举电压刷新阈值VTH1相比较，并在第一比较器34的输出端提供第一比较信号AS。在一个实施例中，若自举电压信号VBST低于自举电压刷新阈值VTH1，则第一比较信号AS具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)；若自举电压信号VBST高于自举电压刷新阈值VTH1，则第一比较信号AS具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。
在一个实施例中，自举电压刷新模块136进一步包括一个恒定时间导通电路37。恒定导通时间电路37用于设定一个低侧开关的导通时间，并输出一个恒定时间控制信号CR。在一个实施例中，恒定时间控制信号CR包括高低电平信号，具有第一逻辑状态和第二逻辑状态。其中，恒定导通时间控制信号CR在恒定导通时间以内具有第一逻辑状态，在恒定导通时间以外具有第二逻辑状态。
在一个实施例中，自举电压刷新模块136进一步包括逻辑电路36。逻辑电路36具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑电路36的第一输入端耦接至第一比较器34的输出端接收第一比较信号AS，逻辑电路36的第二输入端耦接至第二比较器的输出端接收恒定时间控制信号CR。逻辑电路36对第一比较信号AS和恒定时间控制信号CR进行逻辑运算，并在其输出端提供一个自举电压刷新信号RFS。当第一比较信号AS具有第一逻辑状态时，自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态；当恒定时间控制信号CR具有第二逻辑状态时，自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态。
在一个实施例中，当自举电压刷新信号RFS为第一逻辑状态时，低侧开关管12导通，开关电路110中的电容器C通过电感器L和低侧开关12放电，电感器L反向储能，流过低侧开关12的反向电流增大，输出电压VOUT降低，与此同时，自举电容CB也将被充电。当自举电压刷新信号RFS为第二逻辑状态时，低侧开关12关断，自举电容CB停止被充电。此时，流过电感器L的电流通过高侧开关11的体二极管D1续流，开关电路110变为一个BOOST升压变换器，电容器C释放的能量将被存储在电压变换电路200的输入端IN。在一个实施例中，恒定导通时间电路37设定的导通时间越长，自举电压信号VBST恢复的值越大。但是从总体上来说，自举电压刷新电路136主要用于降低输出电压VOUT，因此恒定导通时间电路37设定的导通时间不会太长，低侧开关12导通的时间较短，因此自举电压VBST恢复的值有限。一旦输出电压VOUT降低，控制模块131将根据差值信号EA控制高侧开关11和低侧开关12开始导通和关断切换，自举电压VBST将被刷新恢复至期望值。
图5所示为根据本发明一个实施例的电压转换电路200的工作波形示意图。在t0时刻，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL为低电平，高侧开关11和低侧开关12均关断。此时，电压转换电路300的输出电压VOUT保持不变，流过开关电路110中的电感器L的电流IL为零。
在t0至t1时刻，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL保持为低电平，因此高侧开关11和低侧开关12保持关断状态，流过电感器L的电流IL依然为零。由于电压转换电路300工作在轻载模式下，因此输出电压VOUT基本保持不变。同时，由于低侧开关12一直保持关断状态，自举电路120中的自举电容CB不能及时被充电，自举电压VBST下降。
在t1时刻，当自举电压VBST下降至自举电压刷新阈值VTH1时，自举电压刷新电路134中的第一比较信号AS为高电平信号，自举刷新信号RFS为高电平，因此，控制模块131控制低侧开关控制信号SL变为高电平，低侧开关12导通。
在t1至t2时刻，低侧开关控制信号SL维持在高电平，低侧开关12保持导通状态。开关电路110中的电容器C通过电感器L和低侧开关12放电，流过电感器L的电流IL为一反向升高的电流信号；输出电压VOUT随着电容器C的放电而降低。与此同时，自举电路120中的自举电容CB通过低侧开关12电连接至逻辑地，因此自举电容CB被充电，自举电压VBST升高。
在t2时刻，电感电流IL反向增大到第一电流阈值IP1，也即是，在一个实施例中，自举电压刷新电路134中的第二比较器35中的电流采样信号VCS等于电流阈值信号VP(电流阈值信号VP代表第一电流阈值信号IP1)；第二比较信号AR为高电平，自举刷新信号RFS变为低电平。由于此时第一低侧开关信号SL1依然为低电平信号，因此低侧开关控制信号SL为低电平，低侧开关12关断。此刻，自举电压VBST被充电恢复至第一自举电压值VBST1。在其他实施例中，也可以设定不同的电流阈值信号，对应地自举电压VBST被充电恢复至不同的值。当然，在图4所示的实施例电压转换电路300中，通过设定低侧开关12不同的导通时间也可以达到相同的效果。
在t2至t3时刻，高侧开关11和低侧开关12均保持关断状态；电感电流IL通过高侧开关11的体二极管D1续流，反向减小；输出电压VOUT继续降低。
在t3时刻，电感电流IL减小到零，输出电压VOUT基本保持不变。
t1’至t3’时刻以及t1”至t3”时刻重复t1至t3时刻，输出电压VOUT持续下降。在t3”时刻，由于输出电压VOUT下降到一定的限值，开关变换器进入正常工作模式，高侧开关11和低侧开关12开始正常的导通和关断切换。此刻，高侧开关控制信号SH变为高电平，高侧开关11导通。需要说明的是，在图示实施例中，为了降低输出电压VOUT，低侧开关12被导通和关断了三次，即t1至t3、t1’至t3’、t1”至t3”。然而本领域技术人员应该理解，三次只是示意性地，在其他实施例中，可以根据输出电压VOUT下降限值的不同，选择任意导通和关断的次数。
在t3”至t4时刻，高侧开关控制信号SH保持高电平，高侧开关11保持导通状态，电感器L正向储能，电感电流IL正向增大，输出电压VOUT升高。与此同时，自举电压VBST继续下降。
在t4时刻，高侧开关控制信号SH变为低电平，高侧开关11关断；低侧开关控制信号SL变为高电平，低侧开关12导通。电感电流IL增大到其峰值。
在t4至t5时刻，高侧开关控制信号SH保持低电平，高侧开关11保持关断状态；低侧开关控制信号SL保持高电平，低侧开关12保持导通状态；电感电流IL通过低侧开关12续流，线性下降。自举电容CB通过低侧开关12电连接至逻辑地，因此自举电容CB被充电，自举电压VBST升高。
在t5时刻，低侧开关控制信号SL变为低电平，低侧开关12关断，电感电流IL线性下降至0。自举电压VBST恢复至预定值。
图6示出了根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法的流程示意图。如图6所示，控制电压转换电路的方法包括步骤601-步骤607。
步骤601，检测电压转换电路(例如100、200或300)的自举电压，产生一个自举电压信号VBST；
步骤602，将自举电压信号VBST与一自举电压刷新阈值VTH1相比较，并提供第一比较信号AS；
步骤603，判定自举电压VBST是否小于自举电压刷新阈值VTH1，如果自举电压VBST大于自举电压刷新阈值VTH1，则返回步骤602，如果自举电压VBST小于自举电压刷新阈值VTH1，则转至步骤604；
步骤604，如果自举电压VBST小于自举电压刷新阈值VTH1，降低电压转换电路的输出电压VOUT；
步骤605，当输出电压VOUT降低，高侧开关11和低侧开关12开始导通和关断切换以维持输出电压VOUT保持不变，一旦低侧开关12的导通频率增大，自举电压VBST被及时刷新恢复至预定值。
根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法还可以包括：
步骤606，检测自举电压，并将自举电压信号VBST与自举电压欠压阈值VUVLO相比较，以提供自举欠压信号LOCK。其中，自举电压欠压阈值VUVLO小于自举电压刷新阈值VTH1。若自举电压信号VBST低于自举电压欠压阈值VUVLO，自举欠压信号LOCK具有第一逻辑状态；若自举电压信号VBST高于自举电压欠压阈值信号VUVLO，自举欠压信号LOCK具有第二逻辑状态。
步骤607，基于自举欠压信号LOCK控制高侧开关11和低侧开关12的导通与关断。当自举欠压信号LOCK具有第一逻辑状态时，将高侧开关11和低侧开关12关断，使其停止导通与关断切换；当自举欠压信号LOCK具有第二逻辑状态时，允许高侧开关11和低侧开关12进行导通和关断切换。
在一个实施例中，高侧开关11和低侧开关12具有公共节点SW，步骤604中降低电压转换电路的输出电压VOUT包括：在电压转换电路的输出端OUT和/或所述公共节点SW与地GND之间连接一个电阻R1或电流沉对输出电压VOUT放电。
在一个实施例中，步骤604中降低电压转换电路的输出电压VOUT包括：检测流过低侧开关12的电流，产生一个电流采样信号VCS；将电流采样信号VCS与一电流阈值信号VP比较，提供第二比较信号AR；根据第一比较信号AS和第二比较信号AR提供自举电压刷新信号RFS；基于自举电压刷新信号RFS控制低侧开关12的导通与关断切换以降低输出电压VOUT；其中，若自举电压VBST低于自举电压刷新阈值VTH1，自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态，低侧开关12管导通；若电流采样信号VCS高于电流刷新阈值VTH1，自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态，低侧开12关断。
在一个实施例中，步骤604中降低电压转换电路的输出电压VOUT包括：产生一个恒定导通时间控制信号CR，用于设定一个恒定导通时间；根据第一比较信号AS和恒定导通时间控制信号CR提供自举电压刷新信号RFS；基于自举电压刷新信号RFS控制低侧开关12的导通与关断切换以降低输出电压VOUT。其中，当若自举电压VBST低于自举电压刷新阈值VTH1，自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态，导通低侧开关管12；当低侧开关导通恒定导通时间之后，自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态，关断低侧开关管12。
以上对根据本发明各实施例及其变形实施方式的控制电压转换电路的方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本发明进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本发明清楚、简明且便于理解。发明所属技术领域的技术人员应该理解，以上对根据本发明各实施例的控制电压转换电路的方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。
虽然本说明书中以降压型电压转换电路为例对根据本发明各实施例的自举电压刷新控制电路、包含该自举电压刷新控制电路的电压转换电路及其控制方法进行了示意与描述，但这并不意味着对本发明的限定，本领域的技术人员应该理解这里给出的结构及原理也可以适用于具有其它拓扑结构的电压转换电路，例如：升压型电压转换电路、降压-升压型电压转换电路等等。
因此，上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明实施例的自举电压刷新控制电路、包含该自举电压刷新控制电路的电压转换电路及其控制方法进行了说明，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (12)

1.一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信号的自举电容，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将其输入端的输入电压转换为其输出端的输出电压，所述自举电压刷新控制电路包括：
自举电压刷新模块，所述自举电压刷新模块包括第一比较模块，所述第一比较模块具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一比较模块的第一输入端用于接收所述自举电压信号；第一比较模块的第二输入端用于接收一自举电压刷新阈值；第一比较模块用于将所述自举电压信号与所述自举电压刷新阈值进行比较并在第一比较模块的输出端提供第一比较信号；其中，若所述自举电压信号低于所述自举电压刷新阈值，所述第一比较信号具有第一逻辑状态；若所述自举电压信号高于所述自举电压刷新阈值，所述第一比较信号具有第二逻辑状态；以及
电压差值模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电压差值模块的第一输入端接收代表所述输出电压的反馈信号；所述电压差值模块的第二输入端接收参考信号；所述电压差值模块对所述反馈信号和所述参考信号进行比较，并在其输出端输出差值信号；
其中，当所述第一比较信号具有第一逻辑状态时，所述自举电压刷新模块用于降低所述输出电压，当所述反馈信号小于所述参考信号时，所述自举电压刷新控制电路根据所述差值信号控制所述高侧开关和所述低侧开关开始导通和关断切换，所述自举电容被充电，所述自举电压被刷新。
2.根据权利要求1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；
若所述自举电压信号低于所述第一刷新阈值，所述第一比较信号具有第一逻辑状态；
若所述自举电压信号高于所述第二刷新阈值，所述第一比较信号具有第二逻辑状态。
3.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其中，所述高侧开关和所述低侧开关具有公共节点，所述自举电压刷新模块还包括开关管和电阻，其中，
所述开关管具有第一端、第二端和控制端，其中所述开关管的第一端耦接至所述电压转换电路的输出端和/或所述公共节点；所述开关管的第二端耦接电阻的一端；所述开关管的控制端接收所述第一比较信号；所述电阻的第二端电连接至逻辑地；
若所述第一比较信号具有第一逻辑状态，所述开关管导通；若所述第一比较信号具有第二逻辑状态，所述开关管关断。
4.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其中，所述自举电压刷新模块进一步包括：
第二比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第二比较模块的第一输入端用于接收所述低侧开关的电流采样信号；第二比较模块的第二输入端用于接收一电流阈值信号；第二比较模块用于将所述电流采样信号与所述电流阈值信号进行比较并在第二比较模块的输出端提供第二比较信号；其中，若所述电流采样信号高于所述电流阈值信号，所述第二比较信号具有第一逻辑状态；若所述电流采样信号低于所述电流阈值信号，所述第二比较信号具有第二逻辑状态；以及
第一逻辑模块，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第一逻辑模块的第一输入端耦接至第一比较模块的输出端，接收第一比较信号；第一逻辑模块的第二输入端耦接至第二比较模块的输出端，接收第二比较信号；第一逻辑模块用于将第一比较信号和第二比较信号做逻辑运算并在输出端提供自举电压刷新信号；
其中，若所述第一比较信号具有第一逻辑状态，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，所述低侧开关导通；若所述第二比较信号具有第一逻辑状态，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，所述低侧开关关断。
5.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其中，所述自举电压刷新模块进一步包括：
恒定导通时间电路，用于设定一个恒定导通时间并提供一个恒定导通时间控制信号，其中，所述恒定导通时间控制信号在恒定导通时间以内具有第一逻辑状态，在恒定导通时间以外具有第二逻辑状态；以及
第一逻辑模块，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第一逻辑模块的第一输入端耦接至第一比较模块的输出端，接收第一比较信号；第一逻辑模块的第二输入端耦接至恒定导通时间电路的输出端，接收恒定导通时间控制信号；第一逻辑模块用于将第一比较信号和恒定导通时间控制信号做逻辑运算并在输出端提供自举电压刷新信号；
其中，若所述第一比较信号具有第一逻辑状态，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，低侧开关导通；若所述恒定导通时间控制信号具有第二逻辑状态，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，低侧开关关断。
6.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其中，所述自举电压刷新控制电路进一步包括：
自举欠压闭锁模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述自举欠压闭锁模块的第一输入端用于接收所述自举电压信号；所述自举欠压闭锁模块的第二输入端用于接收自举电压欠压阈值信号，且所述自举电压欠压阈值信号小于所述自举电压刷新阈值；所述自举欠压闭锁模块用于将所述自举电压信号与所述自举电压欠压阈值信号相比较，并在所述自举欠压闭锁模块的输出端提供自举欠压信号；
其中，若所述自举电压信号低于所述自举电压欠压阈值信号，所述自举欠压信号具有第一逻辑状态；若所述自举电压信号高于所述自举电压欠压阈值信号，所述自举欠压信号具有第二逻辑状态；以及
当所述自举欠压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自举欠压信号将所述高侧开关和所述低侧开关关断，停 止导通与关断切换；当所述自举欠压信号具有第二逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该自举欠压信号允许所述高侧开关和所述低侧开关进行导通和关断切换。
7.根据权利要求6所述的自举电压刷新控制电路，其中，所述自举电压刷新控制电路进一步包括：
控制模块，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端以及第二输出端；控制模块的第一输入端耦接至所述电压误差放大模块的输出端接收所述误差放大信号；控制模块的第二输入端耦接至自举电压刷新模块接收自举电压刷新信号；控制模块的第三输入端耦接至自举欠压闭锁模块接收自举欠压闭锁信号；控制模块的第一输出端输出高侧开关控制信号控制高侧开关的导通和关断切换；控制模块的第二输出端输出低侧开关控制信号控制低侧开关的导通和关断切换；以及
驱动模块，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端以及第二输出端；驱动模块的第一输入端耦接至控制模块的第一输出端接收高侧开关控制信号；驱动模块的第二输入端耦接至控制模块的第二输出端接收低侧开关控制信号；驱动模块的第三输入端耦接至自举电压模块接收自举电压信号；驱动模块的第一输出端输出高侧开关驱动信号驱动高侧开关的导通和关断；驱动模块的第二输出端输出低侧开关驱动信号驱动低侧开关的导通和关断。
8.一种电压转换电路，包括：
开关电路，具有高侧开关和低侧开关，通过高侧开关和低侧开关的导通和关断切换将电压转换电路输入端的输入电压信号转换为其输出端的输出电压信号；
自举电路，包括自举电容，用于为所述高侧开关提供自举电压信号；以及
如权利要求1～7所述的自举电压刷新控制电路。
9.一种自举电压刷新控制方法，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将其输入端的输入电压转换为其输出端的输出电压，所述控制电压转换电路的方法包括：
检测所述自举电压；
将所述自举电压与一自举电压刷新阈值相比较，提供第一比较信号；
判定所述自举电压是否小于所述自举电压刷新阈值；
当所述自举电压小于所述自举电压刷新阈值时，采用一个自举电压刷新电路降低所述输出电压；以及
当输出电压降低，所述高侧开关和所述低侧开关开始导通和关断切换，自举电容被充电，自举电压被刷新。
10.根据权利要求9所述的自举电压刷新的方法，其中，高侧开关和低侧开关具有公共节点，其中，采用一个自举电压刷新电路降低所述输出电压包括：
当所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，在所述电压转换电路的输出端和/或所述公共节点与地之间连接一个电阻或电流沉。
11.根据权利要求9所述的自举电压刷新的方法，其中，采用一个自举电压刷新电路降低所述输出电压包括：
检测流过低侧开关的电流，产生一个电流采样信号；
将所述电流采样信号与一电流阈值信号比较，提供第二比较信号；
根据第一比较信号和第二比较信号提供自举电压刷新信号；以及
基于所述自举电压刷新信号控制所述低侧开关的导通与关断切换以降低输出电压；
其中，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，所述低侧开关导通；
若所述电流采样信号大于所述电流刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，所述低侧开关关断。
12.根据权利要求9所述的自举电压刷新的方法，其中，采用一个自举电压刷新电路降低所述输出电压包括：
产生一个恒定导通时间控制信号，用于设定一个恒定导通时间；
根据第一比较信号和恒定导通时间控制信号提供自举电压刷新 信号；以及
基于所述自举电压刷新信号控制所述低侧开关的导通与关断切换以降低输出电压；
其中，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，导通所述低侧开关；
当低侧开关导通所述恒定导通时间之后，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，关断低侧开关。
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