CN105471263A - 升降压变换器及其控制器和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了升降压变换器及其控制器和控制方法。该控制方法包括：采样输出电压，产生反馈信号；基于参考信号和反馈信号，产生补偿信号；采样流过电感器的电流，产生电流采样信号；将电流采样信号与补偿信号进行比较，当电流采样信号减小至小于补偿信号，导通第一和第三晶体管并关断第二和第四晶体管；检测第一晶体管的导通时间是否达到第一时间阈值，当第一晶体管的导通时间达到第一时间阈值，关断第一晶体管并导通第二晶体管；以及检测第三晶体管的导通时间是否达到第二时间阈值，当第三晶体管的导通时间达到第二时间阈值，关断第三晶体管并导通第四晶体管。

Description

升降压变换器及其控制器和控制方法

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及升降压变换器及其控制器和控制方法。

背景技术

随着消费类电子产品市场的迅速发展，便携式电子产品不断向小型化、轻型化转变，产品的体积变小使得其电池的体积和容量也随之减小。这就要求尽可能地提高此类产品供电模块的转换效率，减小功耗，并使其能在较宽的电池电压变化范围内提供稳定的输出电压，以便延长电池的使用时间。能在宽输入范围下工作的升降压变换器被广泛用于此类场合。

图1是传统四开关升降压变换器的电路原理图。该升降压变换器将输入电压VIN转换为输出电压VOUT，包括晶体管S1～S4、电感器L以及输出电容器COUT。当晶体管S1、S3导通，晶体管S2、S4关断时，电感器L储存能量。当晶体管S1、S3关断，晶体管S2、S4导通时，电感器L储存的能量被提供至负载。由于四个晶体管S1～S4均持续工作，传统升降压变换器的功率损耗较大。

为了降低功耗，可以引入不同的工作模式，例如升压模式和降压模式，以减少同时工作的开关数量。在升压模式下，晶体管S1恒定导通，晶体管S2恒定关断，晶体管S3和S4采用定频峰值电流控制。在降压模式下，晶体管S4恒定导通，晶体管S3恒定关断，晶体管S1和S2采用定频峰值电流控制。

然而，判断工作模式需要复杂的控制逻辑，这无疑加大了系统设计和测试的难度。而且，不同工作模式之间的转换，也会引起各电路参数(例如电压、电流、占空比)的突变，输出电压VOUT上可能会出现跳变尖峰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供结构简单、模式转换平滑，且易于设计和测试的升降压变换器及其控制器和控制方法。

根据本发明实施例的一种升降压变换器的控制方法，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器。该控制方法包括：采样输出电压，产生代表输出电压的反馈信号；基于参考信号和反馈信号，产生补偿信号；采样流过电感器的电流，产生电流采样信号；将电流采样信号与补偿信号进行比较，当电流采样信号减小至小于补偿信号，导通第一和第三晶体管并关断第二和第四晶体管；检测第一晶体管的导通时间是否达到第一时间阈值，当第一晶体管的导通时间达到第一时间阈值，关断第一晶体管并导通第二晶体管，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；以及检测第三晶体管的导通时间是否达到第二时间阈值，当第三晶体管的导通时间达到第二时间阈值，关断第三晶体管并导通第四晶体管，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比。

根据本发明实施例的一种升降压变换器的控制器，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器。该控制器包括：误差放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的反馈信号，误差放大电路基于参考信号和反馈信号，在输出端产生补偿信号；比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大电路的输出端，第二输入端接收代表流过电感器的电流的电流采样信号，比较电路将电流采样信号与补偿信号进行比较，在输出端产生比较信号；第一导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第一导通时间控制电路基于比较信号，将第一晶体管在一个开关周期内的导通时间与第一时间阈值进行比较，在输出端产生第一导通时间控制信号，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；第二导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第二导通时间控制电路基于比较信号，将第三晶体管在一个开关周期内的导通时间与第二时间阈值进行比较，在输出端产生第二导通时间控制信号，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比；第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第一导通时间控制电路的输出端，第一逻辑电路基于比较信号和第一导通时间控制信号，在输出端产生第一控制信号；第二逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第二导通时间控制电路的输出端，第二逻辑电路基于比较信号和第二导通时间控制信号，在输出端产生第二控制信号；第一驱动电路，耦接至第一逻辑电路的输出端，基于第一控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以控制第一晶体管和第二晶体管；以及第二驱动电路，耦接至第二逻辑电路的输出端，基于第二控制信号产生第三驱动信号和第四驱动信号以控制第三晶体管和第四晶体管。

根据本发明实施例的一种升降压变换器的控制器，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器，该控制器包括：比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的反馈信号，比较电路将参考信号与反馈信号进行比较，在输出端产生比较信号；第一导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第一导通时间控制电路基于比较信号，将第一晶体管在一个开关周期内的导通时间与第一时间阈值进行比较，在输出端产生第一导通时间控制信号，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；第二导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第二导通时间控制电路基于比较信号，将第三晶体管在一个开关周期内的导通时间与第二时间阈值进行比较，在输出端产生第二导通时间控制信号，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比；第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第一导通时间控制电路的输出端，第一逻辑电路基于比较信号和第一导通时间控制信号，在输出端产生第一控制信号；第二逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第二导通时间控制电路的输出端，第二逻辑电路基于比较信号和第二导通时间控制信号，在输出端产生第二控制信号；第一驱动电路，耦接至第一逻辑电路的输出端，基于第一控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以控制第一晶体管和第二晶体管；以及第二驱动电路，耦接至第二逻辑电路的输出端，基于第二控制信号产生第三驱动信号和第四驱动信号以控制第三晶体管和第四晶体管。

根据本发明实施例的一种升降压变换器，包括：第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压；第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一晶体管的第二端，第二端接地；电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一晶体管的第二端和第二晶体管的第一端；第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器的第二端，第二端耦接至参考地；第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器的第二端和第三晶体管的第一端，第二端提供输出电压；输出电容器，耦接在第四晶体管的第二端和参考地之间；反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第四晶体管的第二端以接收输出电压，反馈电路基于输出电压，在输出端产生代表输出电压的反馈信号；以及如前所述的控制器。

根据本发明的实施例，基于第一和第三晶体管的导通时间与对应时间阈值的比较结果来控制第一至第四晶体管，实现了升降压变换器在多个工作模式之间的自动、平滑转换，使得各电路参数在模式转换时连续且平滑，也使电路设计与测试均变得更为容易。此外，在本发明的实施例中，无需额外的模式判断电路，这无疑使得升降压变换器的结构变得更为简单，且加强了系统的可靠性。

附图说明

图1为传统四开关升降压变换器的电路原理图；

图2为根据本发明一实施例的升降压变换器200的示意性框图；

图3为根据本发明一实施例的图2升降压变换器200的工作状态图；

图4为根据本发明一实施例的图2所示第一导通时间控制电路203A的电路原理图；

图5为根据本发明一实施例的图2所示第一导通时间控制电路203B的电路原理图；

图6为根据本发明一实施例的图2所示第二导通时间控制电路206A的电路原理图；

图7为根据本发明一实施例的图2所示第二导通时间控制电路206B的电路原理图；

图8为根据本发明另一实施例的升降压变换器的工作状态图；

图9为根据本发明一实施例的升降压变换器控制方法的流程图；

图10为根据本发明一实施例的升降压变换器300的示意性框图。

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为根据本发明一实施例的升降压变换器200的示意性框图。该升降压变换器200包括晶体管S1～S4、电感器L、输出电容器COUT、误差放大器EA、比较器COM1、电流采样电路201、反馈电路202、第一导通时间控制电路203、第一逻辑电路204、第一驱动电路205、第二导通时间控制电路206、第二逻辑电路207以及第二驱动电路208。晶体管S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压VIN。晶体管S2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至晶体管S1的第二端，第二端接地。电感器L具有第一端和第二端，其中第一端耦接至晶体管S1的第二端和晶体管S2的第一端。晶体管S3具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器L的第二端，第二端接地。晶体管S4具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器L的第二端和晶体管S3的第一端，第二端提供输出电压VOUT。输出电容器COUT耦接在晶体管S4的第二端和地之间。晶体管S1～S4可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

电流采样电路201采样流过电感器L的电流，产生电流采样信号ISENSE。上述采样可以通过采样电阻器、电流互感器或电流镜等方式实现，而且，电流采样电路201也可以通过采样流过各晶体管(例如晶体管S4)的电流来估算流过电感器L的电流并获取电流采样信号ISENSE。反馈电路202具有输入端和输出端，其中输入端耦接至晶体管S4的第二端以接收输出电压VOUT，反馈电路202采样输出电压VOUT，在输出端产生代表输出电压VOUT的反馈信号FB。

误差放大器FA具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收参考信号VREF，反相输入端耦接至反馈电路202的输出端。误差放大器FA基于参考信号VREF和反馈信号FB，在输出端产生补偿信号COMP。一般地，在误差放大器FA的输出端与参考地之间设置有类似图2中所示的由电阻器与电容器组成的补偿网络。虽然图2所示实施例采用了误差放大器FA，但本领域技术人员可知，其他合适的模拟或者数字的电路也同样适用，只要其能实现误差放大功能即可。

比较器COM1具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至误差放大器EA的输出端，反相输入端耦接至电流采样电路201的输出端。比较器COM1将电流采样信号ISENSE与补偿信号COMP进行比较，在输出端产生比较信号SET。显而易见地，比较器COM1并非必需，而可由其他能实现比较功能的模拟或者数字电路所替代。

第一导通时间控制电路203具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较器COM1的输出端。第一导通时间控制电路203基于比较信号SET，将晶体管S1在一个开关周期内的导通时间与第一时间阈值Ton1进行比较，在输出端产生第一导通时间控制信号COT1。其中第一时间阈值Ton1与输出电压VOUT成正比，且与输入电压VIN成反比，在一个实施例中，可以表示为：

$Ton1=Tperiod*\frac{VOUT}{VIN}---\left(1\right)$

其中Tperiod代表期望获得的开关周期。

第二导通时间控制电路206具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较器COM1的输出端。第二导通时间控制电路206基于比较信号SET，将晶体管S3在一个开关周期内的导通时间与第二时间阈值Ton2进行比较，在输出端产生第二导通时间控制信号COT。其中第二时间阈值Ton2与输出电压VOUT与输入电压VIN之差成正比，且与输出电压VOUT成反比，在一个实施例中，可以表示为；

$Ton2=Tperiod*\frac{VOUT-VIN}{VOUT}---\left(2\right)$

第一逻辑电路204具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较器COM1的输出端，第二输入端耦接至第一导通时间控制电路203的输出端。第一逻辑电路204基于比较信号SET和第一导通时间控制信号COT1，在输出端产生第一控制信号CTRL1。在一个实施例中，第一逻辑电路204包括如图2所示的RS触发器FF1。

第二逻辑电路207具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较器COM1的输出端，第二输入端耦接至第二导通时间控制电路206的输出端。第二逻辑电路207基于比较信号SET和第二导通时间控制信号COT2，在输出端产生第二控制信号CTRL2。在一个实施例中，第二逻辑电路207包括如图2所示的RS触发器FF2。

第一驱动电路205耦接至第一逻辑电路204的输出端，基于第一控制信号CTRL1产生驱动信号DRV1和DRV2以分别控制晶体管S1和S2。一般地，驱动信号DRV1与DRV2互补。为了避免晶体管S1和S2直通，第一驱动电路205通常包括死区时间控制电路，以在驱动信号DRV1与DRV2之间引入死区时间。

第二驱动电路208耦接至第二逻辑电路207的输出端，基于第二控制信号CTRL2产生驱动信号DRV3和DRV4以分别控制晶体管S3和S4。一般地，驱动信号DRV3与DRV4互补。与第一驱动电路205类似，第二驱动电路208通常也包括死区时间控制电路，以在驱动信号DRV3与DRV4之间引入死区时间。

在一些实施例中，为了防止反向电流的出现，变换器200还包括过零检测电路209，耦接至第一驱动电路205和第二驱动电路208。过零检测电路209检测流过电感器L的电流是否过零，并在检测到流过电感器L的电流过零时，通过驱动电路205和208将晶体管S2和晶体管S4均关断，或者将晶体管S2和S3均导通。在实际应用中，过零检测电路209可以通过检测流过晶体管S2或S4的电流来判断流过电感器L的电流是否过零。

根据图2可知，当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP时，触发器FF1和FF2均被置位。晶体管S1、S3导通，而晶体管S2、S4关断。当晶体管S1的导通时间达到第一时间阈值Ton1，触发器FF1被复位，以关断晶体管S1并导通晶体管S2。类似地，当晶体管S3的导通时间达到第二时间阈值Ton2，触发器FF2被复位，以关断晶体管S3并导通晶体管S4。以上过程不断重复，以实现对输出电压VOUT的调节。

当输出电压VOUT小于输入电压VIN时，根据等式(2)可知，此时第二时间阈值Ton2小于零。在第二导通时间控制电路206的作用下，晶体管S3的导通时间等于零，也是是说，由于触发器FF2为复位优先，晶体管S3根本无法导通而保持关断。此时，晶体管S3恒断，而晶体管S4恒通，晶体管S1和S2受第一导通时间控制电路203调节，升降压变换器200工作于降压模式。

当输出电压VOUT大于输入电压VIN时，根据等式(1)可知，此时第一时间阈值Ton1大于Tperiod。在第一导通时间控制电路203的作用下，晶体管S1的导通时间等于开关周期，也是是说，由于晶体管S1的导通时间无法到达第一时间阈值Ton1，晶体管S1将不会关断而保持导通。此时，晶体管S1恒通，而晶体管S2恒断，晶体管S3和S4受第二导通时间控制电路206调节，升降压变换器200工作于升压模式。

以下结合图3对升降压变换器200的工作状态作进一步描述。如图3所示，升降压变换器200可以工作于四个状态，分别为降压状态1、降压状态2、升压状态1以及升压状态2。

当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP且输出电压VOUT小于输入电压VIN时，第二时间阈值Ton2小于零，变换器进入降压状态1，晶体管S1、S4导通，晶体管S2、S3关断。同时，开始对晶体管S1的导通时间进行计时。若该导通时间达到第一时间阈值Ton1，变换器进入降压状态2，晶体管S2、S4导通，而晶体管S1、S3关断。

当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP且输出电压VOUT大于输入电压VIN时，第一时间阈值Ton1大于Tperiod，变换器进入升压状态1，晶体管S1、S3导通，晶体管S2、S4关断。同时，开始对晶体管S3的导通时间进行计时。若该导通时间达到第二时间阈值Ton2，变换器进入升压状态2，晶体管S1、S4导通，而晶体管S2、S3关断。

图2所示的实施例基于晶体管S1和S3的导通时间和对应时间阈值之间的比较控制晶体管S1～S4，实现了升降压变换器在降压和升压模式之间的自动、平滑转换，使得各电路参数在模式转换时连续且平滑，也使电路设计与测试均变得更为容易。此外，由于无需额外的模式判断电路，升降压变换器的结构变得更为简单，系统的可靠性也得到增强。

图4为根据本发明一实施例的图2所示第一导通时间控制电路203A的电路原理图。第一导通时间控制电路203A包括晶体管S5～S8、运算放大器0P1、电阻器R1、电容器C1、比较器COM2以及单触发电路231，其连接如图所示。

在比较信号SET的上升沿，即电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP时，单触发电路231被触发以产生一短脉冲。该脉冲将晶体管S8导通，从而对电容器C1进行放电，电容器C1两端的电压VC1减小至零。在短脉冲结束后，晶体管S8关断，晶体管S6和S7组成的电流镜对电容器C1充电，电压VC1逐渐增大。当电压VC1增大至大于输出电压VOUT，意味着晶体管S1的导通时间达到第一时间阈值Ton1，第一导通时间控制信号COT1由低电平变为高电平。

根据图4所示的电路，第一时间阈值Ton1可以表示为：

$Ton1=C1*R1*\frac{VOUT}{VIN}---\left(3\right)$

图4所示实施例为模拟电路，在采用数字控制的变换器中，第一导通时间控制电路可以由图5所示的电路实现。图5为根据本发明一实施例的图2所示第一导通时间控制电路203B的电路原理图，包括模数转换器232、233、乘法器234、除法器235以及计时器236。模数转换器232和233分别将输出电压VOUT和输入电压VIN转换为数字信号VOUT_SAMPLE和VIN_SAMPLE。乘法器234将信号VIN_SAMPLE与频率信号Fs相乘，得到乘积信号PDT1，其中频率信号Fs等于1/Tperiod。除法器235将信号VOUT_SAMPLE与乘积信号PDT1相除，得到第一时间阈值Ton1，并将其送入计时器236。计时器236在比较信号SET、的上升沿开始计时，并在计时时间达到第一时间阈值Ton1时，将第一导通时间控制信号COT1由低电平变为高电平。

图5中的第一时间阈值Ton1可以表示为：

$Ton1=\frac{VOUT\_SAMPLE}{VIN\_SAMPLE*Fs}=Tperiod*\frac{VOUT}{VIN}---\left(4\right)$

图6为根据本发明一实施例的图2所示第二导通时间控制电路206A的电路原理图，包括晶体管S9～S18、运算放大器OP2～OP4、电阻器R2～R5、电容器C2、比较器C2以及单触发电路261。

根据图6，用作与电容器C2两端电压VC2比较的阈值电压VTH可以表示为：

$VTH=(\frac{VOUT}{R3}-\frac{VIN}{R2})*R4=VOUT-VIN---\left(5\right)$

其中电阻器R2～R4的阻值相等。

在比较信号SET的上升沿，即电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP时，单触发电路261被触发以产生一短脉冲。该脉冲将晶体管S18导通，从而对电容器C2进行放电，电容器C2两端的电压VC2减小至零。在短脉冲结束后，晶体管S18关断，晶体管S16和S17组成的电流镜对电容器C2充电，电压VC2逐渐增大。当电压VC2增大至大于阈值电压VTH，意味着晶体管S3的导通时间达到第二时间阈值Ton2，第二导通时间控制信号COT2由低电平变为高电平。

由以上分析可知，第二时间阈值Ton2可以表示为：

$Ton2=C2*R5*\frac{VTH}{VOUT}=C2*R5*\frac{VOUT-VIN}{VOUT}---\left(6\right)$

图7为根据本发明一实施例的图2所示第二导通时间控制电路206B的电路原理图，包括模数转换器262、264、减法器263、乘法器265、除法器266以及计时器267。模数转换器262和264分别将输出电压VOUT和输入电压VIN转换为数字信号VOUT_SAMPLE和VIN_SAMPLE。减法器263将信号VOUT_SAMPLE与VIN_SAMPLE相减，得到差值信号DIF。乘法器265将信号VOUT_SAMPLE与频率信号Fs相乘，得到乘积信号PDT2。除法器266将差值信号DIF与乘积信号PDT2相除，得到第二时间阈值Ton2，并将其送入计时器267。计时器267在比较信号SET的上升沿开始计时，并在计时时间达到第二时间阈值Ton2时，将第二导通时间控制信号COT2由低电平变为高电平。

图7中的第一时间阈值Ton2可以表示为：

$Ton2=\frac{VOUT\_SAMPLE-VIN\_SAMPLE}{VOUT\_SAMPLE*Fs}=Tperiod*\frac{VOUT-VIN}{VOUT}---\left(7\right)$

在前述实施例中，当输入电压VIN与输出电压VOUT相等时，第一时间阈值Ton1等于Tperiod而第二导通时间阈值Ton2等于0，此时晶体管S1、S4保持导通，晶体管S2、S4保持关断，变换器相等于工作在占空比为100％的降压模式，或占空比为0％的升压模式。

在实际应用中，可以在前述第二时间阈值Ton2上叠加一偏置，使变换器在输出电压VOUT略低于输入电压VIN的情况下工作于升降压模式。此时的第二时间阈值Ton2可以表示为：

$Ton2=Tperiod*(\frac{VOUT-VIN}{VOUT}+OFFSET)---\left(8\right)$

偏置值OFFSET可以根据应用场合取值，例如等于10％。

图8为该情况下升降压变换器的工作状态图，与图3相比进一步包括升降压状态1～3。

当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP且输出电压VOUT小于VIN/(1+OFFSET)时，第二时间阈值Ton2小于零，变换器进入降压状态1，晶体管S1、S4导通，晶体管S2、S3关断。同时，开始对晶体管S1的导通时间进行计时。若该导通时间达到第一时间阈值Ton1，变换器进入降压状态2，晶体管S2、S4导通，而晶体管S1、S3关断。

当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP，输出电压VOUT大于VIN/(1+OFFSET)并小于VIN时，变换器进入升降压状态1，晶体管S1、S3导通，晶体管S2、S4关断。同时，开始对晶体管S1和S3的导通时间进行计时。当晶体管S3的导通时间达到第二时间阈值Ton2，变换器进入升降压状态2，晶体管S1、S4导通，而晶体管S2、S3关断。当晶体管S1的导通时间达到第一时间阈值Ton1，变换器进入升降压状态3，晶体管S2、S4导通，而晶体管S1、S3关断。

当电流采样信号ISENSE减小至小于补偿信号COMP且输出电压VOUT大于输入电压VIN时，第一时间阈值Ton1大于Tperiod，变换器进入升压状态1，晶体管S1、S3导通，晶体管S2、S4关断。同时，开始对晶体管S3的导通时间进行计时。若该导通时间达到第二时间阈值Ton2，变换器进入升压状态2，晶体管S1、S4导通，而晶体管S2、S3关断。

图9为根据本发明一实施例的升降压变换器控制方法的流程图，包括步骤S911～S919。

在步骤S911，采样输出电压，产生代表输出电压的反馈信号。

在步骤S912，基于参考信号和反馈信号，产生补偿信号。

在步骤S913，采样流过电感器L的电流，产生电流采样信号。

在步骤S914，将电流采样信号与补偿信号进行比较，当电流采样信号减小至小于补偿信号，进入步骤S915，否则继续等待。

在步骤S915，导通晶体管S1、S3，并关断晶体管S2、S4。

在步骤S916，检测晶体管S3的导通时间是否达到第一时间阈值Ton1。若是，则进入步骤S917，否则继续等待。

在步骤S917，关断晶体管S1并导通晶体管S2。

在步骤S918，检测晶体管S3的导通时间是否达到第二时间阈值Ton2。若是，则进入步骤S919，否则继续等待。

在步骤S919，关断晶体管S3并导通晶体管S4。

在一些实施例中，上述控制方法还包括：检测流过电感器L的电流是否过零；以及若检测到流过电感器L的电流过零，则将晶体管S2和晶体管S4均关断，或者将晶体管S2和S3均导通。

在图2所示的实施例中，比较信号SET由电流采样信号ISENSE与补偿信号COMP比较产生，但这并非用于限制本发明。如图10所示，比较信号SET也可以由反馈信号FB与参考信号VREF比较而直接产生。当反馈信号FB减小至小于参考信号VREF，比较信号SET将晶体管S1、S3导通，并将晶体管S2、S4关断。一般为了防止次谐波振荡的产生，还可以在反馈信号FB或参考信号VREF上进一步叠加斜坡补偿。

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 (10)

1.一种升降压变换器的控制方法，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器，该控制方法包括：

采样输出电压，产生代表输出电压的反馈信号；

基于参考信号和反馈信号，产生补偿信号；

采样流过电感器的电流，产生电流采样信号；

将电流采样信号与补偿信号进行比较，当电流采样信号减小至小于补偿信号，导通第一和第三晶体管并关断第二和第四晶体管；

检测第一晶体管的导通时间是否达到第一时间阈值，当第一晶体管的导通时间达到第一时间阈值，关断第一晶体管并导通第二晶体管，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；以及

检测第三晶体管的导通时间是否达到第二时间阈值，当第三晶体管的导通时间达到第二时间阈值，关断第三晶体管并导通第四晶体管，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中第一时间阈值等于预设开关周期与输出电压之积除以输入电压，第二时间阈值等于预设开关周期乘以输出电压与输入电压之差，再除以输出电压。

3.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

将一偏置值叠加至第二时间阈值。

4.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

检测流过电感器的电流是否过零；以及

若检测到流过电感器的电流过零，则关断第二晶体管和第四晶体管，或导通第二晶体管和第三晶体管。

5.一种升降压变换器的控制器，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器，该控制器包括：

误差放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的反馈信号，误差放大电路基于参考信号和反馈信号，在输出端产生补偿信号；

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大电路的输出端，第二输入端接收代表流过电感器的电流的电流采样信号，比较电路将电流采样信号与补偿信号进行比较，在输出端产生比较信号；

第一导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第一导通时间控制电路基于比较信号，将第一晶体管在一个开关周期内的导通时间与第一时间阈值进行比较，在输出端产生第一导通时间控制信号，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；

第二导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第二导通时间控制电路基于比较信号，将第三晶体管在一个开关周期内的导通时间与第二时间阈值进行比较，在输出端产生第二导通时间控制信号，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比；

第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第一导通时间控制电路的输出端，第一逻辑电路基于比较信号和第一导通时间控制信号，在输出端产生第一控制信号；

第二逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第二导通时间控制电路的输出端，第二逻辑电路基于比较信号和第二导通时间控制信号，在输出端产生第二控制信号；

第一驱动电路，耦接至第一逻辑电路的输出端，基于第一控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以控制第一晶体管和第二晶体管；以及

第二驱动电路，耦接至第二逻辑电路的输出端，基于第二控制信号产生第三驱动信号和第四驱动信号以控制第三晶体管和第四晶体管。

6.如权利要求5所述的控制器，其中第一时间阈值等于预设开关周期与输出电压之积除以输入电压，第二时间阈值等于预设开关周期乘以输出电压与输入电压之差，再除以输出电压。

7.如权利要求5所述的控制器，其中一偏置值被叠加至第二时间阈值。

8.如权利要求5所述的控制器，还包括：

过零检测电路，耦接至第一驱动电路和第二驱动电路，检测流过电感器的电流是否过零，并在检测到流过电感器的电流过零时，将第二晶体管和第四晶体管关断，或将第二晶体管和第三晶体管导通。

9.一种升降压变换器的控制器，其中该升降压变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电感器，该控制器包括：

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的反馈信号，比较电路将参考信号与反馈信号进行比较，在输出端产生比较信号；

第一导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第一导通时间控制电路基于比较信号，将第一晶体管在一个开关周期内的导通时间与第一时间阈值进行比较，在输出端产生第一导通时间控制信号，其中第一时间阈值与输出电压成正比，且与输入电压成反比；

第二导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，第二导通时间控制电路基于比较信号，将第三晶体管在一个开关周期内的导通时间与第二时间阈值进行比较，在输出端产生第二导通时间控制信号，其中第二时间阈值与输出电压与输入电压之差成正比，且与输出电压成反比；

第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第一导通时间控制电路的输出端，第一逻辑电路基于比较信号和第一导通时间控制信号，在输出端产生第一控制信号；

第二逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至第二导通时间控制电路的输出端，第二逻辑电路基于比较信号和第二导通时间控制信号，在输出端产生第二控制信号；

第一驱动电路，耦接至第一逻辑电路的输出端，基于第一控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以控制第一晶体管和第二晶体管；以及

第二驱动电路，耦接至第二逻辑电路的输出端，基于第二控制信号产生第三驱动信号和第四驱动信号以控制第三晶体管和第四晶体管。

10.一种升降压变换器，包括：

第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压；

第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一晶体管的第二端，第二端接地；

电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一晶体管的第二端和第二晶体管的第一端；

第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器的第二端，第二端耦接至参考地；

第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器的第二端和第三晶体管的第一端，第二端提供输出电压；

输出电容器，耦接在第四晶体管的第二端和参考地之间；

反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第四晶体管的第二端以接收输出电压，反馈电路基于输出电压，在输出端产生代表输出电压的反馈信号；以及

如权利要求5至9中任一项所述的控制器。