CN104821715B - 升降压开关电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种升降压开关电路，所述升降压开关电路采用固定时长导通电路或固定时长关断电路来控制升降压开关电路中的开关。所述升降压开关电路：在降压模式下，采用固定时长导通电路或固定时长关断电路控制降压开关对；在升压模式下，采用固定时长导通电路或固定时长关断电路控制升压开关对；在升降压模式下，采用固定时长导通电路或固定时长关断电路同时控制降压开关对和升压开关对；以此调节升降压开关电路的输入端至输出端的能量传递。本发明提供的升降压开关电路无需用到环路补偿电路，电路结构简单。同时，本发明提供的升降压开关电路的各个工作模式切换方便，并且可以实现各工作模式的无缝对接，具有较好的瞬态特性。

Description

升降压开关电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种开关电路及其控制方法。
背景技术
升降压开关电路具有升压模式、降压模式和升降压模式三种工作模式。通常情况下，当输入电压高于输出电压时，升降压开关电路工作于降压模式；当输入电压低于输出电压时，升降压开关电路工作于升压模式；当输入电压与输出电压相近时，升降压开关电路工作于升降压模式。
图1示出了传统的升降压开关电路10。所述升降压开关电路10包括：第一功率开关PA和第二功率开关PB耦接在输入电压Vin和地之间；第三功率开关PC和第四功率开关PD耦接在输出电压Vout和地之间；电感L1耦接在第一功率开关PA和第二功率开关PB的连接点与第三功率开关PC和第四功率开关PD的连接点之间；输出电容Cout耦接在输出电压和地之间；误差放大器101接收表征输出电压Vout的反馈信号Vfb与基准信号Vref，并且输出两者的差值放大信号Vcom；比较器102接收表征降压模式下流过电感L1的电流的电流检测信号Vcs1以及差值放大信号Vcom，输出开关控制信号PWM_1；比较器103接收表征升压模式下流过电感L1的电流的电流检测信号Vcs2以及差值放大信号Vcom，输出开关控制信号PWM_2；驱动电路104接收开关控制信号PWM_1和开关控制信号PWM_2，输出第一开关控制信号GA、第二开关控制信号GB、第三开关控制信号GC和第四开关控制信号GD分别控制第一功率开关PA、第二功率开关PB、第三功率开关PC和第四功率开关PD。所述第一功率开关PA、第二功率开关PB、第三功率开关PC和第四功率开关PD分别在控制信号GA、GB、GC和GD的控制下有序地导通和关断，以控制输出电压Vout以及流过负载RL的电流。
在图1所示的升降压开关电路10中，由于各开关的占空比受误差放大信号Vcom控制，因此，误差放大信号Vcom的纹波与噪声将会导致升降压模式下以及各模式切换过程中的输出电压的开关纹波。同时，在轻载情况下，升降压开关电路10的效率较低，并且各模式切换会有较大的迟滞，导致输出电压的纹波较大。此外，图1所示的升降压开关电路10只示出了部分的控制电路。在实际应用中，升降压开关电路10的电路结构十分复杂。
因此，有需要提出一种电路结构简单，模式切换方便，并且输出电压纹波较小的升降压开关电路。
发明内容
考虑到现有技术的一个或多个技术问题，提出了一种升降压开关电路及其控制方法。
根据本技术的实施例，提出了一种升降压开关电路，包括：输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；降压开关对，包括串联耦接在输入端口和地之间的第一功率开关和第二功率开关；升压开关对，包括串联耦接在输出端口和地之间的第三功率开关和第四功率开关；电感，耦接在降压开关对的连接点和升压开关对的连接点之间；模式选择电路，接收输入电压和输出电压，并且基于输入电压和输出电压的值，所述模式选择电路输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号；模式控制电路，接收表征输出电压的反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，基于反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，所述模式控制电路输出第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号；以及驱动逻辑电路，接收第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，并且基于第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，所述驱动逻辑电路输出第一开关控制信号、第二开关控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号分别控制第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关的通断。
根据本技术的实施例，还提出了一种升降压开关电路的控制电路，所述升降压开关电路包括接收输入电压的输入端口、提供输出电压的输出端口、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制电路包括：模式选择电路，接收输入电压和输出电压，并且基于输入电压和输出电压的值，所述模式选择电路输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号；模式控制电路，接收表征输出电压的反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，基于反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，所述模式控制电路输出第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号；以及驱动逻辑电路，接收第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，并且基于第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，所述驱动逻辑电路输出第一开关控制信号、第二开关控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号分别控制第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关的通断。
根据本技术的实施例，还提出了一种升降压开关电路的控制方法，所述升降压开关电路包括第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制方法包括：根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式；若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关导通，第三功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，当第一功率开关导通时长达到预设的第一固定导通时长时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号时，再次导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，开始又一个开关周期；若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关导通，第二功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，当第三功率开关导通时长达到预设的第二固定导通时长时，关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号，再次导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，开始又一个开关周期；以及若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，此时，第三功率开关关断，第四功率开关导通，从第一功率开关导通时刻开始经过一段预设的延时时间，第三功率开关导通，第四功率开关关断，并且保持该状态为一段预设的第四固定导通时长，当第四固定导通时长结束后，第三功率开关导关断，第四功率开关导通，当第一功率开关的导通时长达到预设的第三固定导通时长时，第一功率开关关断，第二功率开关导通，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号时，第一功率开关导通，第二功率开关关断，开始下一个开关周期。
根据本技术的实施例，还提出了一种升降压开关电路的控制方法，所述升降压开关电路包括第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制方法包括：根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式；若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关导通，第三功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，当第一功率开关关断时长达到预设的第一固定关断时长时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，直至输出电压的反馈信号再次大于基准信号时，再次关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，开始又一个开关周期；若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关导通，第二功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，当第三功率开关关断时长达到预设的第二固定关断时长时，导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，直至输出电压的反馈信号再次大于基准信号，再次关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，开始又一个开关周期；以及若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，随后，关断第三功率开关，导通第四功率开关。当第一功率开关的关断时长达到预设的第三固定关断时长时，导通第一功率开关并且关断第二功率开关，并且当第三功率开关的关断时长达到预设的第四固定关断时长时，导通第三功率开关并且关断第四功率开关。及至输出电压的反馈信号再次大于基准信号时，关断第一功率开关并且导通第二功率开关，开始下一个开关周期。
根据本发明上述各方面提供的升降压开关电路及其控制方法，电路结构环路简单，模式切换方便，无需用到误差放大器及补偿电路，不仅具有较好的稳定性，并且具有较小的输出电压纹波。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了传统的升降压开关电路10；
图2示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20的电路结构示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的模式选择电路21的电路结构示意图；
图4示出了根据本发明一实施例的模式控制电路22的电路结构示意图；
图5示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于降压模式下的各信号波形图；
图6示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于升压模式下的各信号波形图；
图7示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于升降压模式下的各信号波形图；
图8示出了根据本发明另一实施例的模式控制电路22的电路结构示意图；
图9示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于降压模式下的各信号波形图；
图10示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于升压模式下的各信号波形图；
图11示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20工作于升降压模式下的各信号波形图；图12示出了根据本发明一实施例的驱动逻辑电路23的电路结构示意图；
图13示出了图12电路与图4电路结合应用时的部分信号的波形示意图；
图14示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路的控制方法100。
图15示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路的控制方法110。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图2示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路20的电路结构示意图。如图2所示，升降压开关电路20包括：输入端口24，接收输入电压Vin；输出端口25，提供输出电压Vout；降压开关对，包括串联耦接在输入端口24和地之间的第一功率开关PA和第二功率开关PB；升压开关对，包括串联耦接在输出端口25和地之间的第三功率开关PC和第四功率开关PD；电感L1，耦接在降压开关对的连接点和升压开关对的连接点之间；模式选择电路21，接收输入电压Vin和输出电压Vout，并且基于输入电压Vin和输出电压Vout的值，所述模式选择电路21输出降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-Boost_en；模式控制电路22，接收表征输出电压Vout的反馈信号Vfb、基准信号Vref、降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-boost_en，基于反馈信号Vfb、基准信号Vref、降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-Boost_en，所述模式控制电路22输出第一降压控制信号Buck_1、第二降压控制信号Buck_2、第一升压控制信号Boost_1和第二升压控制信号Boost_2；以及驱动逻辑电路23，接收第一降压控制信号Buck_1、第二降压控制信号Buck_2、第一升压控制信号Boost_1和第二升压控制信号Boost_2，并且基于降压控制信号Buck_1和Buck_2、升压控制信号Boost_1和Boost_2，所述驱动逻辑电路23输出第一开关控制信号GA、第二开关控制信号GB、第三开关控制信号GC和第四开关控制信号GD分别控制第一功率开关PA、第二功率开关PB、第三功率开关PC和第四功率开关PD的通断。所述第一功率开关PA、第二功率开关PB、第三功率开关PC和第四功率开关PD分别在开关控制信号GA、GB、GC和GD的控制下有序地导通和关断，以控制输出电压Vout以及流过负载RL的电流。
在一个实施例中，所述功率开关PA～PD包括任意可控半导体开关，如金属氧化物半导体场效应管、双极型晶体管等。
图3示出了根据本发明一实施例的模式选择电路21的电路结构示意图。如图3所示，所述模式选择电路21包括：第一比较器2101，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收与输出电压成比例的第一电压信号VT1，所述第二输入端接收输入电压Vin，基于第一电压信号VT1和输入电压Vin，所述输出端输出降压使能信号Buck_en；第二比较器2102，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收与输出电压成比例的第二电压信号VT2，所述第二输入端接收输入电压Vin，基于第二电压信号VT2和输入电压Vin，所述输出端输出升压使能信号Boost_en；以及选择逻辑电路2103，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至比较器2101的输出端接收降压使能信号Buck_en，所述第二输入端耦接至比较器2102的输出端接收升压使能信号Boost_en，基于降压使能信号Buck_en和升压使能信号Boost_en，所述选择逻辑电路2103在输出端输出升降压使能信号Buck-Boost_en。
在一个实施例中，所述第一电压信号VT1的值为K1×Vout，所述第二电压信号VT2的值为K2×Vout，并且所述比例系数K1的值大于1，所述比例系数K2的值大于0并小于1，即K1>1，0<K2<1。在一个实施例中，所述第一比较器2101和第二比较器2102为迟滞比较器，其迟滞窗口可根据实际应用需要而调整。
在一个实施例中，所述第一比较器2101的反相输入端接收第一电压信号VT1，正相输入端接收输入电压Vin；所述第二比较器2102的反相输入端接收第二电压信号VT2，正相输入端接收输入电压Vin，并且所述选择逻辑电路2103采用或非门电路。当输入电压Vin的值大于等于K1×Vout时，所述第一比较器2101输出的降压使能信号Buck_en为高电平，即降压使能信号Buck_en有效，所述升降压开关电路20工作于降压模式；当输入电压Vin的值小于等于K2×Vout时，所述比较器2102输出的升压使能信号为高电平，即升压使能信号Boost_en有效，所述升降压开关电路20工作于升压模式；当输入电压Vin的值小于K1×Vout，并且大于K2×Vout时，所述比较器2101输出的降压使能信号Buck_en和升压使能信号Boost_en均为低电平，此时所述逻辑电路2103输出的升降压使能信号Buck-Boost_en为高电平，即升降压使能信号Buck-Boost_en有效，所述升降压开关电路20工作于升降压模式。
本领域普通技术人员应该知道，所述降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-Boost_en可以以其他电平形式为有效状态。例如在图3所示电路中，当比较器2101的正相输入端接收电压信号VT1，反相输入端接收输入电压Vin，而比较器2102的正相输入端接收输入电压Vin，反相输入端接收电压信号VT2，同时逻辑电路2103采用与非门电路时，降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-Boost_en则是低电平有效。而当降压使能信号Buck_en为低电平有效，升压使能信号Boost_en为高电平有效时，逻辑电路2103可以采用其他多个门电路结合的方式来实现升降压使能信号Buck-Boost_en在降压使能信号Buck_en和升压使能信号Boost_en均无效的状态下处于有效状态的功能。也就是说，在同一时刻，降压使能信号Buck_en、升压使能信号Boost_en和升降压使能信号Buck-Boost_en只有其中一个是有效的。
图4示出了根据本发明一实施例的模式控制电路22的电路结构示意图。如图4所示，所述模式控制电路22包括：反馈比较器2201，具有第一输入端(正相输入端)、第二输入端(反相输入端)和输出端，所述第一输入端接收基准信号Vref，所述第二输入端接收表征输出电压Vout的反馈信号Vfb，基于基准信号Vref和反馈信号Vfb，所述反馈比较器2201在输出端输出置位信号St；第一RS触发器2202，具有复位端“R”、置位端“S”和输出端“Q”，所述复位端“R”接收复位信号Rt，所述置位端“S”耦接至反馈比较器2201的输出端接收置位信号St，基于所述复位信号Rt和置位信号St，所述第一RS触发器2202在输出端“Q”输出反馈控制信号FB_ctrl；第一使能逻辑电路2203，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收降压使能信号Buck_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和降压使能信号Buck_en，所述第一使能逻辑电路2203在输出端输出第一降压控制信号Buck_1；第二使能逻辑电路2204，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收升压使能信号Boost_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和升压使能信号Boost_en，所述第二使能逻辑电路2204在输出端输出第一升压控制信号Boost_1；第三使能逻辑电路2205，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收升降压使能信号Buck-Boost_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和升降压使能信号Buck-Boost_en，所述第三使能逻辑电路2205在输出端输出第二降压控制信号Buck_2；第一固定时长导通电路2206，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一使能逻辑电路2203的输出端接收第一降压控制信号Buck_1，基于所述第一降压控制信号Buck_1，所述第一固定时长导通电路2206在输出端输出第一降压复位信号Buck_r1；第二固定时长导通电路2207，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二使能逻辑电路2204的输出端接收第一升压控制信号Boost_1，基于所述第一升压控制信号Boost_1，所述第二固定时长导通电路2207在输出端输出第一升压复位信号Boost_r1；第三固定时长导通电路2208，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路2205的输出端接收第二降压控制信号Buck_2，基于所述第二降压控制信号Buck_2，所述第三固定时长导通电路2208在输出端输出第二降压复位信号Buck_r2；延时电路2209，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路2205的输出端接收第二降压控制信号Buck_2，基于第二降压控制信号Buck_2，所述输出端输出第二降压控制信号Buck_2经过预设延时D1的延时控制信号Buck_2_D；第二RS触发器2210，具有复位端“R”、置位端“S”和输出端“Q”，所述置位端“S”耦接至延时电路2209的输出端接收延时控制信号Buck_2_D，所述输出端“Q”输出第二升压控制信号Boost_2；第四固定时长导通电路2211，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二RS触发器2210的输出端“Q”接收第二升压控制信号Boost_2，基于所述第二升压控制信号Boost_2，所述输出端输出第二升压复位信号Boost_r2；以及复位逻辑电路2212，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一固定时长导通电路2206的输出端接收第一降压复位信号Buck_r1，所述第二输入端耦接至第二固定时长导通电路2207的输出端接收第一升压复位信号Boost_r1，所述第三输入端耦接至第三固定时长导通电路2208的输出端接收第二降压复位信号Buck_r2，基于所述第一降压复位信号Buck_r1、第二降压复位信号Buck_r2和第一升压复位信号Boost_r1，所述复位逻辑电路2212在输出端输出复位信号Rt；其中所述第一RS触发器2202的复位端“R”耦接至复位逻辑电路2212的输出端接收复位信号Rt，所述第二RS触发器2210的复位端耦接至第四固定时长导通电路2211的输出端接收第二升压复位信号Boost_r2。
在一个实施例中，所述反馈信号Vfb为经过斜坡补偿的反馈信号。
在一个实施例中，第一RS触发器2202和第二RS触发器2210均为脉冲触发的RS触发器。
在一个实施例中，使能逻辑电路2203、2204、2205均为与门电路。当降压使能信号Buck_en有效，升压使能信号Boost_en、升降压使能信号Buck-Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在降压模式下。此时，第四功率开关PD保持导通，第三功率开关PC保持关断，降压开关对PA和PB在第一降压控制信号Buck_1的控制下有序地通断，以控制输入端传递给输出端的能量。
图5示出了升降压开关电路20工作于降压模式下的各信号波形图。下面结合图4和图5来说明升降压开关电路20工作于降压模式下的工作原理。如图5所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb下降至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出置位信号St置位第一RS触发器2202，输出高电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时降压使能信号Buck_en为高电平的有效状态，第一降压控制信号Buck_1的波形与反馈控制信号FB_ctrl的波形一致。当第一固定时长导通电路2206接收到高电平的第一降压控制信号Buck_1时，输出具有第一固定导通时长Ton_1的第一降压复位信号Buck_r1。即当经过第一固定导通时长Ton_1后，第一降压复位信号Buck_r1输出高电平，并且通过复位逻辑电路2212复位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第一降压控制信号Buck_1跳转为低电平。在第一固定导通时长Ton_1期间，第一降压控制信号Buck_1为高电平，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，此时，反馈信号Vfb上升。当第一固定导通时长Ton_1结束后，第一降压控制信号Buck_1为低电平，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，此时，反馈信号Vfb下降。当反馈信号Vfb再次低于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被置位，反馈控制信号FB_ctrl和第一降压控制信号Buck_1再次变为高电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在降压模式下的工作过程。
当升压使能信号Boost_en有效，降压使能信号Buck_en、升降压使能信号Buck-Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在升压模式下。此时，第一功率开关PA保持导通，第二功率开关PB保持关断，升压开关对PC和PD在第一升压控制信号Boost_1的控制下有序地通断，以控制输入端传递给输出端的能量。
图6示出了升降压开关电路20工作于升压模式下的各信号波形图。下面结合图4和图6来说明升降压开关电路20工作于升压模式下的工作原理。如图6所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb下降至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出置位信号St置位第一RS触发器2202，输出高电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时升压使能信号Boost_en为高电平的有效状态，第一升压控制信号Boost_1的波形与反馈控制信号FB_ctrl的波形一致。当第二固定时长导通电路2207接收到高电平的第一升压控制信号Boost_1时，输出具有第二固定导通时长Ton_2的第一升压复位信号Boost_r1。即当经过第二固定导通时长Ton_2后，第一升压复位信号Boost_r1输出高电平，并且通过复位逻辑电路2212复位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第一升压控制信号Boost_1跳转为低电平。在第二固定导通时长Ton_2期间，第一升压控制信号Boost_1为高电平，第三功率开关PC导通，第四功率开关PD关断，此时，反馈信号Vfb上升。当第二固定导通时长Ton_2结束后，第一升压控制信号Boost_1为低电平，第三功率开关PC关断，第四功率开关PD导通，此时，反馈信号Vfb下降。当反馈信号Vfb再次低于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被置位，反馈控制信号FB_ctrl和第一升压控制信号Boost_1再次变为高电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在升压模式下的工作过程。
当升降压使能信号Buck-Boost_en有效，降压使能信号Buck_en和升压使能信号Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在升降压模式下。在本发明的实施例中，升降压模式是升压模式和降压模式的结合。即在一个开关周期中，升降压开关电路20中的降压开关对PA和PB工作在降压模式下，升压开关对PC和PD工作在升压模式下。降压开关对PA和PB在第二降压控制信号Buck_2的控制下有序地通断，升压开关对PC和PD在第二升压控制信号Boost_2的控制下有序地通断，共同控制输入端传递给输出端的能量。
图7示出了升降压开关电路20工作于升降压模式下的各信号波形图。下面结合图4和图7来说明升降压开关电路20工作于升降压模式下的工作原理。如图7所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb下降至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出置位信号St置位第一RS触发器2202，输出高电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时升降压使能信号Buck-Boost_en为高电平的有效状态，第二降压控制信号Buck_2的信号与反馈控制信号FB_ctrl一致。当第三固定时长导通电路2208接收到高电平的第二降压控制信号Buck_2时，输出具有第三固定导通时长Ton_3的第二降压复位信号Buck_r2。即当经过第三固定导通时长Ton_3后，第二降压复位信号Buck_r2输出高电平，并且通过复位逻辑电路2212复位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第二降压控制信号Buck_2跳转为低电平。在第三固定导通时长Ton_3期间，第二降压控制信号Buck_2为高电平，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，此时，反馈信号Vfb上升。当第三固定导通时长Ton_3结束后，第二降压控制信号Buck_2为低电平，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，此时，反馈信号Vfb下降。同时，在升降压模式下，延时电路2209接收第二降压控制信号Buck_2，并输出相对于第二降压控制信号Buck_2延时D1的延时信号Buck_2_D。延时信号Buck_2_D从第三固定导通时长Ton_3的开始时刻起，经过延时D1时，置位第二RS触发器2210，使其输出高电平(有效)的第二升压控制信号Boost_2。当第四固定时长导通电路2211接收到高电平的第二升压控制信号Boost_2时，输出具有第四固定导通时长Ton_4的第二升压复位信号Boost_r2。即当经过第四固定导通时长Ton_4后，第二升压复位信号Boost_r2输出高电平，并且复位第二RS触发器2210。在第四固定导通时长Ton_4期间，第三功率开关PC导通，第四功率开关PD关断。而在第四固定导通时长Ton_4之外的时间段，第四功率开关PD导通，第三功率开关PC关断，如图7所示。当反馈信号Vfb再次低于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被置位，反馈控制信号FB_ctrl和第二降压控制信号Buck_2再次变为高电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在升降压模式下的工作过程。
在一个实施例中，延时D1为1/2的开关周期。在一个实施例中，所述第四固定导通时长Ton_4起始于第三固定导通时长Ton_3的起始时刻之后，并且早于第三固定导通时长Ton_3之后。
图8示出了根据本发明另一实施例的模式控制电路22的电路结构示意图。如图8所示，所述模式控制电路22包括：反馈比较器2201，具有第一输入端(正相输入端)、第二输入端(反相输入端)和输出端，所述第一输入端接收表征输出电压Vout的反馈信号Vfb，所述第二输入端接收基准信号Vref，基于基准信号Vref和反馈信号Vfb，所述反馈比较器2201在输出端输出复位信号Rt；第一RS触发器2202，具有复位端“R”、置位端“S”和输出端“Q”，所述复位端“R”耦接至反馈比较器2201的输出端接收复位信号Rt，所述置位端“S”接收置位信号St，基于所述复位信号Rt和置位信号St，所述第一RS触发器2202在输出端“Q”输出反馈控制信号FB_ctrl；第一使能逻辑电路2203，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收降压使能信号Buck_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和降压使能信号Buck_en，所述第一使能逻辑电路2203在输出端输出第一降压控制信号Buck_1；第二使能逻辑电路2204，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收升压使能信号Boost_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和升压使能信号Boost_en，所述第二使能逻辑电路2204在输出端输出第一升压控制信号Boost_1；第三使能逻辑电路2205，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器2202的输出端“Q”接收反馈控制信号FB_ctrl，所述第二输入端接收升降压使能信号Buck-Boost_en，基于所述反馈控制信号FB_ctrl和升降压使能信号Buck-Boost_en，所述第三使能逻辑电路2205在输出端输出第二降压控制信号Buck_2；第一固定时长关断电路2226，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一使能逻辑电路2203的输出端接收第一降压控制信号Buck_1，基于所述第一降压控制信号Buck_1，所述第一固定时长关断电路2226在输出端输出第一降压置位信号Buck_s1；第二固定时长关断电路2227，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二使能逻辑电路2204的输出端接收第一升压控制信号Boost_1，基于所述第一升压控制信号Boost_1，所述第二固定时长关断电路2227在输出端输出第一升压置位信号Boost_s1；第三固定时长关断电路2228，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路2205的输出端接收第二降压控制信号Buck_2，基于所述第二降压控制信号Buck_2，所述第三固定时长关断电路2228在输出端输出第二降压置位信号Buck_s2；第二RS触发器2210，具有复位端“R”、置位端“S”和输出端“Q”，所述复位端“R”耦接至第三使能逻辑电路2205的输出端接收第二降压控制信号Buck_2，所述输出端“Q”输出第二升压控制信号Boost_2；第四固定时长关断电路2231，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二RS触发器2210的输出端“Q”接收第二升压控制信号Boost_2，基于所述第二升压控制信号Boost_2，所述输出端输出第二升压置位信号Boost_s2；以及置位逻辑电路2232，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一固定时长关断电路2226的输出端接收第一降压置位信号Buck_s1，所述第二输入端耦接至第二固定时长关断电路2227的输出端接收第一升压置位信号Boost_s1，所述第三输入端耦接至第三固定时长关断电路2228的输出端接收第二降压置位信号Buck_s2，基于所述第一降压置位信号Buck_s1、第二降压置位信号Buck_s2和第一升压置位信号Boost_s1，所述置位逻辑电路2232在输出端输出置位信号St；其中所述第一RS触发器2202的置位端“S”耦接至置位逻辑电路2232的输出端接收置位信号St，所述第二RS触发器2210的置位端“S”耦接至第四固定时长关断电路2231的输出端接收第二升压置位信号Boost_s2。
在一个实施例中，所述反馈信号Vfb为经过斜坡补偿的反馈信号。
在一个实施例中，第一RS触发器2202和第二RS触发器2210均为脉冲触发的RS触发器。
在一个实施例中，使能逻辑电路2203、2204、2205均为与门电路。
当降压使能信号Buck_en有效，升压使能信号Boost_en、升降压使能信号Buck-Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在降压模式下。此时，第四功率开关PD保持导通，第三功率开关PC保持关断，降压开关对PA和PB在第一降压控制信号Buck_1的控制下有序地通断，以控制输入端传递给输出端的能量。
图9示出了升降压开关电路20工作于降压模式下的各信号波形图。下面结合图8和图9来说明升降压开关电路20工作于降压模式下的工作原理。如图9所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb上升至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出复位信号Rt复位第一RS触发器2202，输出低电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时降压使能信号Buck_en为高电平的有效状态，第一降压控制信号Buck_1的波形与反馈控制信号FB_ctrl的波形一致。当第一固定时长关断电路2226接收到低电平的第一降压控制信号Buck_1时，输出具有第一固定关断时长Toff_1的第一降压置位信号Buck_s1。即当经过第一固定关断时长Toff_1后，第一降压置位信号Buck_s1输出高电平，并且通过置位逻辑电路2232置位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第一降压控制信号Buck_1跳转为高电平。在第一固定关断时长Toff_1期间，第一降压控制信号Buck_1为低电平，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，此时，反馈信号Vfb下升。当第一固定关断时长Toff_1结束后，第一降压控制信号Buck_1为高电平，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，此时，反馈信号Vfb上升。当反馈信号Vfb再次高于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被复位，反馈控制信号FB_ctrl和第一降压控制信号Buck_1再次变为低电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在降压模式下的工作过程。
当升压使能信号Boost_en有效，降压使能信号Buck_en、升降压使能信号Buck-Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在升压模式下。此时，第一功率开关PA保持导通，第二功率开关PB保持关断，升压开关对PC和PD在第一升压控制信号Boost_1的控制下有序地通断，以控制输入端传递给输出端的能量。
图10示出了升降压开关电路20工作于升压模式下的各信号波形图。下面结合图8和图10来说明升降压开关电路20工作于升压模式下的工作原理。如图10所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb上升至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出复位信号Rt复位第一RS触发器2202，输出低电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时升压使能信号Boost_en为高电平的有效状态，第一升压控制信号Boost_1的波形与反馈控制信号FB_ctrl的波形一致。当第二固定时长关断电路2227接收到低电平的第一升压控制信号Boost_1时，输出具有第二固定关断时长Toff_2的第一升压置位信号Boost_s1。即当经过第二固定关断时长Toff_2后，第一升压置位信号Boost_s1输出高电平，并且通过置位逻辑电路2232置位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第一升压控制信号Boost_1跳转为高电平。在第二固定关断时长Toff_2期间，第一升压控制信号Boost_1为低电平，第三功率开关PC关断，第四功率开关PD导通，此时，反馈信号Vfb下降。当第二固定关断时长Toff_2结束后，第一升压控制信号Boost_1为高电平，第三功率开关PC导通，第四功率开关PD关断，此时，反馈信号Vfb上升。当反馈信号Vfb再次高于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被复位，反馈控制信号FB_ctrl和第一升压控制信号Boost_1再次变为低电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在升压模式下的工作过程。
当升降压使能信号Buck-Boost_en有效，降压使能信号Buck_en和升压使能信号Boost_en无效时，所述升降压开关电路20工作在升降压模式下。在本发明的实施例中，升降压模式是升压模式和降压模式的结合。即在一个开关周期中，升降压开关电路20中的降压开关对PA和PB工作在降压模式下，升压开关对PC和PD工作在升压模式下。降压开关对PA和PB在第二降压控制信号Buck_2的控制下有序地通断，升压开关对PC和PD在第二升压控制信号Boost_2的控制下有序地通断，共同控制输入端传递给输出端的能量。
图11示出了升降压开关电路20工作于升降压模式下的各信号波形图。下面结合图8和图11来说明升降压开关电路20工作于升降压模式下的工作原理。如图11所示，当表征升降压开关电路20的输出电压Vout的反馈信号Vfb上升至基准信号Vref时，反馈比较器2201输出复位信号Rt复位第一RS触发器2202，输出低电平的反馈控制信号FB_ctrl。由于此时升降压使能信号Buck-Boost_en为高电平的有效状态，第二降压控制信号Buck_2的信号与反馈控制信号FB_ctrl一致。当第三固定时长关断电路2228接收到低电平的第二降压控制信号Buck_2时，输出具有第三固定关断时长Toff_3的第二降压置位信号Buck_s2。即当经过第三固定关断时长Toff_3后，第二降压置位信号Buck_s2输出高电平，并且通过置位逻辑电路2232置位第一RS触发器2202，使反馈控制信号FB_ctrl和第二降压控制信号Buck_2跳转为高电平。在第三固定关断时长Toff_3期间，第二降压控制信号Buck_2为低电平，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，此时，反馈信号Vfb下降。当第三固定关断时长Toff_3结束后，第二降压控制信号Buck_2为高电平，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，此时，反馈信号Vfb上升。同时，在升降压模式下，第二RS触发器2210的复位端接收第二降压控制信号Buck_2，并输出低电平的第二升压控制信号Boost_2。当第四固定时长关断电路2231接收到低电平的第二升压控制信号Boost_2时，输出具有第四固定关断时长Toff_4的第二升压置位信号Boost_s2。即当经过第四固定关断时长Toff_4后，第二升压复位信号Boost_s2输出高电平，并且置位第二RS触发器2210。在第四固定关断时长Toff_4期间，第三功率开关PC关断，第四功率开关PD导通。而在第四固定关断时长Toff_4之外的时间段，第四功率开关PD关断，第三功率开关PC导通，如图11所示。当反馈信号Vfb再次高于基准信号Vref时，所述第一RS触发器2202再次被复位，反馈控制信号FB_ctrl和第二降压控制信号Buck_2再次变为低电平。如此循环往复，形成升降压开关电路20在升降压模式下的工作过程。
固定时长导通电路和固定时长关断电路为本领域公知常识，为叙述简便，此处不再详细阐述。
图12示出了根据本发明一实施例的驱动逻辑电路23的电路结构示意图。如图12所示，所述驱动逻辑电路23包括：第一逻辑门电路2301，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第一降压控制信号Buck_1，所述第二输入端接收第二降压控制信号Buck_2，所述第一逻辑门电路2301对第一降压控制信号Buck_1和第二降压控制信号Buck_2进行逻辑运算，在第一降压控制信号Buck_1或第二降压控制信号Buck_2任意一个有效的情况下，在输出端输出有效的第一开关控制信号GA，否则输出无效的第一开关控制信号GA；以及第二逻辑门电路2302，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第一升压控制信号Boost_1，所述第二输入端接收第二升压控制信号Boost_2，所述第二逻辑门电路2302对第一升压控制信号Boost_1和第二升压控制信号Boost_2进行逻辑运算，在第一升压控制信号boost_1或第二升压控制信号Boost_2任意一个有效的情况下，在输出端输出有效的第三开关控制信号GC，否则输出无效的第三开关控制信号GC；其中，当第一开关控制信号GA有效时，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断；当第三开关控制信号GC有效时，第三功率开关PC导通，第四功率开关PD关断。
在一个实施例中，所述驱动逻辑电路23还包括反相电路2303，具有输入端和输出端，所述输入端接收第一开关控制信号GA，所述输出端输出与第一开关控制信号GA相位相反的第二开关控制信号GB；反相电路2304，具有输入端和输出端，所述输入端接收第三开关控制信号GC，所述输出端输出与第三开关控制信号GC相位相反的第四开关控制信号GD。
在一个实施例中，所述第一降压控制信号Buck_1、第二降压控制信号Buck_2、第一升压控制信号Boost_1和第二升压控制信号Boost_2为高电平有效，所述第一逻辑门电路2301和第二逻辑门电路2302包括或门电路。同时，开关控制信号GA～GD也是高电平有效。当开关控制信号GA～GD有效时，各开关控制信号对应的功率开关PA～PD导通。
图13示出了图12电路与图4电路结合应用时的部分信号的波形示意图。如图13所示，在降压模式下，降压使能信号Buck_en有效，第一降压控制信号Buck_1与反馈控制信号FB_ctrl一致。通过如图12所示的第一逻辑门电路2301后，第一开关控制信号GA与第一降压控制信号Buck_1保持一致，第二开关控制信号GB与第一开关控制信号GA的相位相反。在升压模式下，升压使能信号Boost_en有效，第一升压控制信号Boost_1与反馈控制信号FB_ctrl一致。通过如图12所示的第二逻辑门电路2302后，第四开关控制信号GD与第一升压控制信号Boost_1保持一致，第三开关控制信号GC与第四开关控制信号GD的相位相反。在升降压模式下，升降压使能信号Buck-Boost_en有效，第二降压控制信号Buck_2与反馈控制信号FB_ctrl一致。通过如图12所示的第一逻辑门电路2301后，第一开关控制信号GA与第二降压控制信号Buck_2保持一致，第二开关控制信号GB与第一开关控制信号GA的相位相反。同时，如图4所示，第二降压控制信号Buck_2经过延时电路2209后，置位第二RS触发器2210，输出波形如图13所示的第二升压控制信号Boost_2。通过第二逻辑门电路2302后，第四开关控制信号GD与第二升压控制信号Boost_2保持一致，第三开关控制信号GC与第四开关控制信号GD的相位相反。
本领域普通技术人员应该知道，在其他实施例中，降压控制信号Buck_1、Buck_2和升压控制信号Boost_1、Boost_2，以及开关控制信号GA～GD的有效状态可以是任意电平值。同时，驱动逻辑电路23可以作出相应的调整。例如，当降压控制信号Buck_1、Buck_2和升压控制信号Boost_1、Boost_2为低电平有效时，逻辑门电路2301和2302可以包括与门电路。
图12电路与图8电路结合应用时的信号波形与图13所示的信号波形类似。本领域普通技术人员根据图9～图11以及图13，可以很容易得出图12电路与图8电路结合应用时的信号波形图，此处不再展开叙述。
图14示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路的控制方法100。所述升降压开关电路包括如图2、3、4、8和12所示的升降压开关电路。所述控制方法100包括：步骤1001，根据升降压开关电路的输入电压Vin和输出电压Vout的值来确定升降压开关电路的工作模式；步骤1002，若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关PD导通，第三功率开关PC关断，并且当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb小于基准信号Vref时，导通第一功率开关PA，同时关断第二功率开关PB，当第一功率开关PA导通时长达到预设的第一固定导通时长Ton_1时，关断第一功率开关PA，同时导通第二功率开关PB，直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次小于基准信号Vref时，再次导通第一功率开关PA，同时关断第二功率开关PB，开始又一个开关周期；步骤1003，若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，并且当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb小于基准信号时，导通第三功率开关PC，同时关断第四功率开关PD，当第三功率开关PC导通时长达到预设的第二固定导通时长Ton_1时，关断第三功率开关PC，同时导通第四功率开关PD，直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次小于基准信号Vref，再次导通第三功率开关PC，同时关断第四功率开关PD，开始又一个开关周期；以及步骤1004，若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb小于基准信号Vref时，导通第一功率开关PA，同时关断第二功率开关PB，此时，第三功率开关PC关断，第四功率开关PD导通，从第一功率开关PA导通时刻开始经过一段预设的延时时间D1，第三功率开关PC导通，第四功率开关PD关断，并且保持该状态为一段预设的第四固定导通时长Ton_4，当第四固定导通时长Ton_4结束后，第三功率开关PC关断，第四功率开关PD导通，当第一功率开关PA的导通时长达到预设的第三固定导通时长Ton_3时，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次小于基准信号Vref时，第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，开始下一个开关周期。
在一个实施例中，步骤1001包括：当升降压开关电路的输入电压Vin大于等于输出电压Vout与一个大于1的比例系数K1的乘积值时，所述升降压开关电路工作于降压模式；当升降压开关电路的输入电压Vin小于等于输出电压Vout与一个小于1并且大于0的比例系数K2的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升压模式；以及当升降压开关电路的输入电压Vin小于输出电压Vout与一个大于1的比例系数K1的乘积值，并且大于输出电压与一个小于1并且大于0的比例系数K2的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升降压模式。
在一个实施例中，所述预设的延时时间D1为1/2的开关周期。
在一个实施例中，所述预设的第四固定导通时长Ton_4晚于第三固定导通时长Ton_3开始，并早于第三固定导通时长Ton_3结束。
图15示出了根据本发明一实施例的升降压开关电路的控制方法110。所述升降压开关电路包括如图2、3、4、8和12所示的升降压开关电路。所述控制方法110包括：步骤1101，根据升降压开关电路的输入电压Vin和输出电压Vout的值来确定升降压开关电路的工作模式；步骤1102，若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关PD导通，第三功率开关PC关断，并且当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb大于基准信号Vref时，关断第一功率开关PA，同时导通第二功率开关PB，当第一功率开关PA关断时长达到预设的第一固定关断时长Toff_1时，导通第一功率开关PA，同时关断第二功率开关PB，直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次大于基准信号Vref时，再次关断第一功率开关PA，同时导通第二功率开关PB，开始又一个开关周期；步骤1103，若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关PA导通，第二功率开关PB关断，并且当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb大于基准信号Vref时，关断第三功率开关PC，同时导通第四功率开关PD，当第三功率开关PC关断时长达到预设的第二固定关断时长Toff_2时，导通第三功率开关PC，同时关断第四功率开关PD，直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次大于基准信号Vref，再次关断第三功率开关PC，同时导通第四功率开关PD，开始又一个开关周期；以及步骤1104，若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压Vout的反馈信号Vfb大于基准信号Vref时，关断第一功率开关PA，同时导通第二功率开关PB，随后，关断第三功率开关PC，导通第四功率开关PD。当第一功率开关PA的关断时长达到预设的第三固定关断时长Toff_3时，第一功率开关PA导通并且第二功率开关PB关断，并且当第三功率开关PC的关断时长达到预设的第四固定关断时长Toff_4时，第三功率开关PC导通并且第四功率开关PD关断。直至输出电压Vout的反馈信号Vfb再次大于基准信号Vref时，第一功率开关PA关断，第二功率开关PB导通，开始下一个开关周期。
在一个实施例中，步骤1101包括：当升降压开关电路的输入电压Vin大于输出电压Vout与一个大于1的比例系数K1的乘积值时，所述升降压开关电路工作于降压模式；当升降压开关电路的输入电压Vin小于等于输出电压Vout与一个小于1并且大于0的比例系数的乘积值K2时，所述升降压开关电路工作于升压模式；以及当升降压开关电路的输入电压Vin小于输出电压Vout与一个大于1的比例系数K1的乘积值，并且大于输出电压Vout与一个小于1并且大于0的比例系数K2的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升降压模式。
在一个实施例中，所述预设的第四固定关断时长Toff_4与第三固定关断时长Toff_3同时开始或延后开始，并晚于第三固定关断时长Toff_3结束。
本发明提供的升降压开关电路无需用到环路补偿电路，电路结构简单。同时，本发明提供的升降压开关电路的各个工作模式切换方便，并且可以实现各工作模式的无缝对接，具有较好的瞬态特性。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种升降压开关电路，其特征在于，包括：
输入端口，接收输入电压；
输出端口，提供输出电压；
降压开关对，包括串联耦接在输入端口和地之间的第一功率开关和第二功率开关；
升压开关对，包括串联耦接在输出端口和地之间的第三功率开关和第四功率开关；
电感，耦接在降压开关对的连接点和升压开关对的连接点之间；
模式选择电路，接收输入电压和输出电压，并且基于输入电压和输出电压的值，所述模式选择电路输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号分别控制升降压开关电路工作于降压模式、升压模式和升降压模式；
模式控制电路，接收表征输出电压的反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，基于反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，所述模式控制电路输出第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号；以及
驱动逻辑电路，接收第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，并且基于第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，所述驱动逻辑电路输出第一开关控制信号、第二开关控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号分别控制第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关的通断；
其中：
在降压模式下，在每个开关周期内，所述第一功率开关导通第一固定导通时长；
在升压模式下，在每个开关周期内，所述第三功率开关导通第二固定导通时长；以及
在升降压模式下，在每个开关周期内，所述第一功率开关导通第三固定导通时长，所述第三功率开关导通第四固定导通时长。
2.如权利要求1所述的升降压开关电路，其特征在于，所述模式选择电路包括：
第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收与输出电压成比例的第一电压信号，所述第二输入端接收输入电压，基于第一电压信号和输入电压，所述输出端输出降压使能信号；
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收与输出电压成比例的第二电压信号，所述第二输入端接收输入电压，基于第二电压信号和输入电压，所述输出端输出升压使能信号；以及
选择逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至比较器的输出端接收降压使能信号，所述第二输入端耦接至比较器的输出端接收升压使能信号，基于降压使能信号和升压使能信号，所述选择逻辑电路在输出端输出升降压使能信号。
3.如权利要求1所述的升降压开关电路，其特征在于，所述模式控制电路包括：
反馈比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收基准信号，所述第二输入端接收表征输出电压的反馈信号，基于基准信号和反馈信号，所述反馈比较器在输出端输出置位信号；
第一RS触发器，具有复位端、置位端和输出端，所述复位端接收复位信号，所述置位端耦接至反馈比较器的输出端接收置位信号，基于所述复位信号和置位信号，所述第一RS触发器在输出端输出反馈控制信号；
第一使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收降压使能信号，基于所述反馈控制信号和降压使能信号，所述第一使能逻辑电路在输出端输出第一降压控制信号；
第二使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收升压使能信号，基于所述反馈控制信号和升压使能信号，所述第二使能逻辑电路在输出端输出第一升压控制信号；
第三使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收升降压使能信号，基于所述反馈控制信号和升降压使能信号，所述第三使能逻辑电路在输出端输出第二降压控制信号；
第一固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一使能逻辑电路的输出端接收第一降压控制信号，基于所述第一降压控制信号，所述第一固定时长导通电路在输出端输出第一降压复位信号；
第二固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二使能逻辑电路的输出端接收第一升压控制信号，基于所述第一升压控制信号，所述第二固定时长导通电路在输出端输出第一升压复位信号；
第三固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路的输出端接收第二降压控制信号，基于所述第二降压控制信号，所述第三固定时长导通电路在输出端输出第二降压复位信号；
延时电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路的输出端接收第二降压控制信号，基于第二降压控制信号，所述输出端输出第二降压控制信号经过预设延时的延时控制信号；
第二RS触发器，具有复位端、置位端和输出端，所述置位端耦接至延时电路的输出端接收延时控制信号，所述输出端输出第二升压控制信号；
第四固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二RS触发器的输出端接收第二升压控制信号，基于所述第二升压控制信号，所述输出端输出第二升压复位信号；以及
复位逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一固定时长导通电路的输出端接收第一降压复位信号，所述第二输入端耦接至第二固定时长导通电路的输出端接收第一升压复位信号，所述第三输入端耦接至第三固定时长导通电路的输出端接收第二降压复位信号，基于所述第一降压复位信号、第二降压复位信号和第一升压复位信号，所述复位逻辑电路在输出端输出复位信号；
其中所述第一RS触发器的复位端耦接至复位逻辑电路的输出端接收复位信号，所述第二RS触发器的复位端耦接至第四固定时长导通电路的输出端接收第二升压复位信号。
4.如权利要求3所述的升降压开关电路，其中所述预设的第四固定导通时长晚于第三固定导通时长开始，并早于第三固定导通时长结束。
5.如权利要求1所述的升降压开关电路，其特征在于，所述驱动逻辑电路包括：
第一逻辑门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第一降压控制信号，所述第二输入端接收第二降压控制信号，所述第一逻辑门电路对第一降压控制信号和第二降压控制信号进行逻辑运算，在第一降压控制信号或第二降压控制信号任意一个有效的情况下，在输出端输出有效的第一开关控制信号，否则输出无效的第一开关控制信号；以及
第二逻辑门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第一升压控制信号，所述第二输入端接收第二升压控制信号，所述第二逻辑门电路对第一升压控制信号和第二升压控制信号进行逻辑运算，在第一升压控制信号或第二升压控制信号任意一个有效的情况下，在输出端输出有效的第三开关控制信号，否则输出无效的第三开关控制信号；
其中，
当第一开关控制信号有效时，第一功率开关导通，第二功率开关关断；
当第三开关控制信号有效时，第三功率开关导通，第四功率开关关断。
6.一种升降压开关电路的控制电路，所述升降压开关电路包括接收输入电压的输入端口、提供输出电压的输出端口、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制电路包括：
模式选择电路，接收输入电压和输出电压，并且基于输入电压和输出电压的值，所述模式选择电路输出降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号；
模式控制电路，接收表征输出电压的反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，基于反馈信号、基准信号、降压使能信号、升压使能信号和升降压使能信号，所述模式控制电路输出第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号分别控制升降压开关电路工作于降压模式、升压模式和升降压模式；以及
驱动逻辑电路，接收第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，并且基于第一降压控制信号、第二降压控制信号、第一升压控制信号和第二升压控制信号，所述驱动逻辑电路输出第一开关控制信号、第二开关控制信号、第三开关控制信号和第四开关控制信号分别控制第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关的通断；
其中：
在降压模式下，在每个开关周期内，所述第一功率开关导通第一固定导通时长；
在升压模式下，在每个开关周期内，所述第三功率开关导通第二固定导通时长；以及
在升降压模式下，在每个开关周期内，所述第一功率开关导通第三固定导通时长，所述第三功率开关导通第四固定导通时长。
7.如权利要求6所述的升降压开关电路的控制电路，其特征在于，所述模式控制电路包括：
反馈比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收基准信号，所述第二输入端接收表征输出电压的反馈信号，基于基准信号和反馈信号，所述反馈比较器在输出端输出置位信号；
第一RS触发器，具有复位端、置位端和输出端，所述复位端接收复位信号，所述置位端耦接至反馈比较器的输出端接收置位信号，基于所述复位信号和置位信号，所述第一RS触发器在输出端输出反馈控制信号；
第一使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收降压使能信号，基于所述反馈控制信号和降压使能信号，所述第一使能逻辑电路在输出端输出第一降压控制信号；
第二使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收升压使能信号，基于所述反馈控制信号和升压使能信号，所述第二使能逻辑电路在输出端输出第一升压控制信号；
第三使能逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收反馈控制信号，所述第二输入端接收升降压使能信号，基于所述反馈控制信号和升降压使能信号，所述第三使能逻辑电路在输出端输出第二降压控制信号；
第一固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一使能逻辑电路的输出端接收第一降压控制信号，基于所述第一降压控制信号，所述第一固定时长导通电路在输出端输出第一降压复位信号；
第二固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二使能逻辑电路的输出端接收第一升压控制信号，基于所述第一升压控制信号，所述第二固定时长导通电路在输出端输出第一升压复位信号；
第三固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路的输出端接收第二降压控制信号，基于所述第二降压控制信号，所述第三固定时长导通电路在输出端输出第二降压复位信号；
延时电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第三使能逻辑电路的输出端接收第二降压控制信号，基于第二降压控制信号，所述输出端输出第二降压控制信号经过预设延时的延时控制信号；
第二RS触发器，具有复位端、置位端和输出端，所述置位端耦接至延时电路的输出端接收延时控制信号，所述输出端输出第二升压控制信号；
第四固定时长导通电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二RS触发器的输出端接收第二升压控制信号，基于所述第二升压控制信号，所述输出端输出第二升压复位信号；以及
复位逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端耦接至第一固定时长导通电路的输出端接收第一降压复位信号，所述第二输入端耦接至第二固定时长导通电路的输出端接收第一升压复位信号，所述第三输入端耦接至第三固定时长导通电路的输出端接收第二降压复位信号，基于所述第一降压复位信号、第二降压复位信号和第一升压复位信号，所述复位逻辑电路在输出端输出复位信号；
其中所述第一RS触发器的复位端耦接至复位逻辑电路的输出端接收复位信号，所述第二RS触发器的复位端耦接至第四固定时长导通电路的输出端接收第二升压复位信号。
8.如权利要求7所述的升降压开关电路的控制电路，其中所述预设的第四固定导通时长晚于第三固定导通时长开始，并早于第三固定导通时长结束。
9.一种升降压开关电路的控制方法，所述升降压开关电路包括第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制方法包括：
根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式；
若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关导通，第三功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，当第一功率开关导通时长达到预设的第一固定导通时长时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号时，再次导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，开始又一个开关周期；
若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关导通，第二功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，当第三功率开关导通时长达到预设的第二固定导通时长时，关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号，再次导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，开始又一个开关周期；以及
若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压的反馈信号小于基准信号时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，此时，第三功率开关关断，第四功率开关导通，从第一功率开关导通时刻开始经过一段预设的延时时间，第三功率开关导通，第四功率开关关断，当第三功率开关的导通时长达到预设的第四固定导通时长后，关断第三功率开关导，导通第四功率开关，当第一功率开关的导通时长达到预设的第三固定导通时长时，第一功率开关关断，第二功率开关导通，直至输出电压的反馈信号再次小于基准信号时，第一功率开关导通，第二功率开关关断，开始下一个开关周期。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式包括：
当升降压开关电路的输入电压的值大于等于输出电压与一个大于1的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于降压模式；
当升降压开关电路的输入电压的值小于等于输出电压与一个小于1并且大于0的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升压模式；
当升降压开关电路的输入电压的值小于输出电压与一个大于1的比例系数的乘积值，并且大于输出电压与一个小于1并且大于0的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升降压模式。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中所述预设的第四固定导通时长晚于第三固定导通时长开始，并早于第三固定导通时长结束。
12.一种升降压开关电路的控制方法，所述升降压开关电路包括第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，所述控制方法包括：
根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式；
若升降压开关电路工作在降压模式下，保持第四功率开关导通，第三功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，当第一功率开关关断时长达到预设的第一固定关断时长时，导通第一功率开关，同时关断第二功率开关，直至输出电压的反馈信号再次大于基准信号时，再次关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，开始又一个开关周期；
若升降压开关电路工作在升压模式下，保持第一功率开关导通，第二功率开关关断，并且当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，当第三功率开关关断时长达到预设的第二固定关断时长时，导通第三功率开关，同时关断第四功率开关，直至输出电压的反馈信号再次大于基准信号，再次关断第三功率开关，同时导通第四功率开关，开始又一个开关周期；以及
若升降压开关电路工作在升降压模式下，当表征输出电压的反馈信号大于基准信号时，关断第一功率开关，同时导通第二功率开关，随后，关断第三功率开关，导通第四功率开关；当第一功率开关的关断时长达到预设的第三固定关断时长时，导通第一功率开关并且关断第二功率开关；并且当第三功率开关的关断时长达到预设的第四固定关断时长时，导通第三功率开关并且关断第四功率开关，及至输出电压的反馈信号再次大于基准信号时，关断第一功率开关并且导通第二功率开关，开始下一个开关周期。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中根据升降压开关电路的输入电压和输出电压的值来确定升降压开关电路的工作模式包括：
当升降压开关电路的输入电压大于等于输出电压与一个大于1的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于降压模式；
当升降压开关电路的输入电压小于等于输出电压与一个小于1并且大于0的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升压模式；以及
当升降压开关电路的输入电压小于输出电压与一个大于1的比例系数的乘积值，并且大于输出电压与一个小于1并且大于0的比例系数的乘积值时，所述升降压开关电路工作于升降压模式。
14.如权利要求12所述的控制方法，其中所述预设的第四固定关断时长与第三固定关断时长同时开始或延后开始，并晚于第三固定关断时长结束。
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