CN107147285B - Dc-dc变换电路的控制方法、装置及其存储设备 - Google Patents

Dc-dc变换电路的控制方法、装置及其存储设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了DC‑DC变换电路的控制方法、装置及其存储设备，该控制方法包括对所述DC‑DC变换电路进行PFM控制，所述PFM控制包括如下步骤：S1、判断所述DC‑DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；S2、判断所述电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭所述功率管和打开所述续流管；S3、判断所述电感电流是否等于零，若是则关闭所述续流管。本发明可以有效避免DC‑DC转换电路的系统参数的变化(例如应用环境变化，或者器件老化)造成的计算误差引起的控制不准确的问题。

Description

DC-DC变换电路的控制方法、装置及其存储设备
技术领域
本发明涉及DC-DC变换电路，具体涉及DC-DC变换电路的控制方法、装置及其存储设备。
背景技术
为了保持DC-DC转换电路的输出高效率，随着DC-DC转换电路负载电流的减小，DC-DC转换电路应该进入PFM(脉冲频率调制)模式；随后，当DC-DC转换电路的负载电流逐渐升高时，系统应从PFM模式切换至PWM(脉冲宽度调制)模式。
CN101218554A公开了采用脉冲频率调制(PFM)控制的开关功率变换器，当工作于PFM模式时，通过设定的死区下限Vdbl和死区上限Vdbh，以及电路参数(例如电感L、电容C等等)来计算功率管114和续流管116的导通时间，进而实现PFM控制。
然而，由于功率管114和续流管116的导通时间与电路参数直接相关，电路参数的变化容易导致计算得到的导通时间的不准确，进而引起PFM控制的不准确。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了DC-DC变换电路的控制方法、装置及其存储设备，使得PFM控制与电路参数无直接关联。
本发明提供了一种DC-DC变换电路的控制方法，包括对DC-DC变换电路进行PFM控制，PFM控制包括如下步骤：S1、判断DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；S2、判断电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭功率管和打开续流管；S3、判断电感电流是否等于零，若是则关闭续流管。
该控制方法还包括如下步骤：若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流等于零时输出电压均小于或等于门限电压，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
在步骤S3之后PFM控制还包括如下步骤：S4、判断输出电压是否小于或等于门限电压，若否，则维持功率管和续流管关闭直至输出电压降低至门限电压。
本发明还提供了一种DC-DC变换电路的控制装置，包括PFM控制单元，PFM控制单元用于：判断DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；判断电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭功率管和打开续流管；判断电感电流是否等于零，若是则关闭续流管。
该控制装置还包括PWM控制单元，PWM控制单元用于：若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流等于零时输出电压均小于或等于门限电压，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
该PFM控制单元还用于：在电感电流等于零时关闭续流管之后，判断输出电压是否小于或等于门限电压，若否，则维持功率管和续流管关闭直至输出电压降低至门限电压。
本发明还提供了一种存储设备，其中存储有指令，指令被处理器执行为如下步骤：S1、判断DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；S2、判断电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭功率管和打开续流管；S3、判断电感电流是否等于零，若是则关闭续流管。
指令还被处理器执行为如下步骤：若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流等于零时输出电压均小于或等于门限电压，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
本发明还提供了一种DC-DC变换电路的控制装置，包括处理器和存储设备，存储设备存储有指令，指令被处理器执行为如下步骤：S1、判断DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；S2、判断电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭功率管和打开续流管；S3、判断电感电流是否等于零，若是则关闭续流管。
指令还被处理器执行为如下步骤：若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流等于零时输出电压均小于或等于门限电压，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
有益效果：
通过判断输出电压与门限电压(下限电压)之间的关系，以及电感电流与门限电流(上限电流)之间的关系，来控制功率管和续流管的打开或关闭，而不需要根据DC-DC转换电路的参数进行控制，可以有效避免DC-DC转换电路的系统参数的变化(例如应用环境变化，或者器件老化)造成的计算误差引起的控制不准确的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明DC-DC变换电路的控制方法所适用的DC-DC变换电路的一种实施例的电路原理图；
图2是本发明DC-DC变换电路的控制方法一种实施例的流程图；
图3是本发明DC-DC变换电路的控制方法的一种实施例的电感电流、输出电压之间的波形示意图；
图4是本发明DC-DC变换电路的控制方法的另一种实施例的电感电流、输出电压之间的波形示意图；
图5是DC-DC变换电路中功率管和续流管的控制频率与负载电流之间的关系示意图；
图6是本发明DC-DC变换电路的控制装置一种实施例的框图；
图7是本发明DC-DC变换电路的控制装置另一种实施例的框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，是DC-DC变换电路的一种实施例，适用于应用本发明的DC-DC变换电路的控制方法。
图1所示的DC-DC变换电路属于降压式DC-DC变换电路(buck电路)，包括功率管M1、续流管M2、电感L、电容C和负载R，输入电压Vin经过在控制装置实施控制方法控制下的DC-DC变换电路的变换之后，得到输出电压Vout供负载R使用。
本控制方法可以对本DC-DC变换电路进行PWM控制和PFM控制，并可以在PWM控制和PFM控制之间来回切换。换言之，本DC-DC变换电路可以工作在PWM模式和PFM模式，并且PWM模式和PFM模式之间可以来回切换。
如图2所示，在一个实施例中，本DC-DC变换电路工作在PFM模式下，PFM控制包括如下步骤：
S1、判断DC-DC变换电路的输出电压Vout是否小于或等于门限电压Vout_Vth，若是则打开功率管M1和关闭续流管M2。
可以通过电压检测电路(图中未示出)实现对输出电压Vout的检测。
在执行步骤S1之后，电流从输入电压Vin一端，经过功率管M1、电感L流向负载R，并向电容C充电。在这个过程中，如图3所示，输出电压Vout从门限电压Vout_Vth逐渐升高。另外，打开功率管M1之后，电感电流IL也逐渐从0开始上升。
S2、判断电感电流IL是否大于或等于门限电流IL_Ith，若是则关闭功率管M1和打开续流管M2。
可以通过电流检测电路(图中未示出)实现对电感电流IL的检测。
此时，输入电压Vin停止向负载R供电，但是由于电感L的储能作用，电感电流IL自续流管M2和电感L继续流向住在R，并且电感电流IL从门限电流IL_Ith开始逐渐下降。
如图3所示，在一些实施例中，当电感电流IL开始下降时，输出电压Vout继续上升，直至电感电流IL与负载电流相等，随后，随着电感电流IL的进一步下降，输出电压Vout开始下降。
如图4所示，在一些实施例中，电感电流IL开始下降时，输出电压Vout同时开始下降，当电感电流IL下降至零时，输出电压Vout也同步下降至最低。
S3、判断电感电流IL是否等于零，若是则关闭续流管M2。
此时由于功率管M1和续流管M2均关闭，电感L上没有电流流过。
在本实施例中，通过判断输出电压Vout与门限电压Vou_Vth(下限电压)之间的关系，以及电感电流IL与门限电流IL_Tth(上限电流)之间的关系，来控制功率管M1和续流管M2的打开或关闭，而不需要根据DC-DC转换电路的参数进行控制，可以有效避免DC-DC转换电路的系统参数的变化(例如应用环境变化，或者器件老化)造成的计算误差引起的控制不准确的问题。例如，背景技术CN101218554A中需要设定死区下限Vdbl和死区上限Vdbh，并根据死区下限Vdbl和死区上限Vdbh以及电路参数(例如电感L、电容C等等)来计算功率管114和续流管116的导通时间。
在一些实施例中，在步骤S3之后，PFM控制还包括如下步骤：
S4、判断输出电压Vout是否小于或等于门限电压Vout_Vth，若否，则维持功率管M1和续流管M2关闭直至输出电压Vout降低至门限电压Vout_Vth。
如图1所示，此时输出电压Vout仍然大于门限电压Vout_Vth，因此需要继续维持功率管M1和续流管M2关闭一段时间，由于电容C上仍储存有电量，电容C会继续向负载R供电，但是输出电压Vout继续下降直至门限电压Vout_Vth。一旦输出电压Vout小于或等于门限电压Vout_Vth，又重复执行步骤S1至S3，也就是开始下一个周期的PFM控制。这种PFM控制属于电感电流断续模式(DCM模式)。
在另一些实施例中，在步骤S3之后(也就是关闭续流管M2)之后，输出电压Vout已经等于或低于门限电压Vout_Vth，此时触发重新执行步骤S1，也就是打开功率管M1和关闭续流管M2，电感电流Il和输出电压Vout同步上升，开始下一个PFM控制周期。此时本DC-DC转换电路工作在电感电流连续模式(CCM)。
若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流IL等于零续流管M2关闭之后输出电压Vout均小于或等于门限电压Vout_Vth，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
经过对上述PFM控制进行分析可知，当负载电流增大至一定值时，在每一次电感电流降落至0时，输出电压Vout均低于门限电压Vout_vth，换而言之，PFM控制工作在最大频率下仍不能满足负载的需求，此时需要将PFM模式切换至PWM模式。经过计算可知，在本DC-DC转换电路从PFM控制切换至PWM控制的时刻，负载电流大小为0.5*IL_Ith，与电路的参数无关。
图5是一些实施例中负载电流与功率管M1和续流管M2的控制频率之间的关系。
可以理解，当DC-DC变换电路工作于PWM模式下，如果输出电压Vout降低至门限电压Vout_vth，经过步骤S1后DC-DC变换电路即进入了PFM模式。由此可见，本DC-DC变换电路在PFM模式与PWM模式之间是可以稳定切换的。
如图6所示，本发明还提供了一种DC-DC变换电路的控制装置，以实施前述实施例的DC-DC变换电路的控制方法。
该DC-DC变换电路的控制装置10包括PFM控制单元11和PWM控制单元12。
其中，PFM控制单元11用于：判断DC-DC变换电路的输出电压Vout是否小于或等于门限电压Vout_vth，若是则打开功率管M1和关闭续流管M2；判断电感电流IL是否大于或等于门限电流IL_Ith，若是则关闭功率管M1和打开续流管M2；判断电感电流IL是否等于零，若是则关闭续流管M2。
PWM控制单元12用于：若在连续的若干个PFM控制周期的步骤S3中，关闭续流管M2之后输出电压Vout均小于或等于门限电压Vout_vth，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PWM控制。
具体的控制方法参见前述实施例，在此不再赘述。
通过采用本控制装置不需要根据DC-DC转换电路的参数进行控制，可以有效避免DC-DC转换电路的系统参数的变化(例如应用环境变化，或者器件老化)造成的计算误差引起的控制不准确的问题。
如图7所示，本发明还提供了一种DC-DC变换电路的控制装置，以实施前述实施例的DC-DC变换电路的控制方法。
该DC-DC变换电路的控制装置20包括处理器21和存储设备22，存储设备22存储有指令，指令被处理器21执行为如下步骤：
S1、判断DC-DC变换电路的输出电压Vout是否小于或等于门限电压Vout_vth，若是则打开功率管M1和关闭续流管M2；
S2、判断电感电流IL是否大于或等于门限电流IL_Ith，若是则关闭功率管M1和打开续流管M2；
S3、判断电感电流IL是否等于零，若是则关闭续流管M2。
在一个实施例中，指令还被处理器21执行为如下步骤：
若在连续的若干个PFM控制周期中，电感电流等于零时输出电压Vout均小于或等于门限电压Vout_vth，且若干个超过阈值个数，则对DC-DC变换电路进行PWM控制。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种DC-DC变换电路的控制方法，包括对所述DC-DC变换电路进行PFM控制，其特征是，所述PFM控制包括如下步骤：
S1、判断所述DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；
S2、判断所述DC-DC变换电路的电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭所述功率管和打开所述续流管；
S3、判断所述电感电流是否等于零，若是则关闭所述续流管；
所述控制方法还包括如下步骤：
若在连续的若干个PFM控制周期中，所述电感电流等于零时所述输出电压均小于或等于门限电压，且所述若干个超过阈值个数，则对所述DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征是，
在步骤S3之后，所述PFM控制还包括如下步骤：
S4、判断所述输出电压是否小于或等于门限电压，若否，则维持所述功率管和所述续流管关闭直至所述输出电压降低至所述门限电压。
3.一种DC-DC变换电路的控制装置，包括PFM控制单元，其特征是，所述PFM控制单元用于：
判断所述DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；
判断所述DC-DC变换电路的电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭所述功率管和打开所述续流管；
判断所述电感电流是否等于零，若是则关闭所述续流管；
所述控制装置还包括PWM控制单元，所述PWM控制单元用于：
若在连续的若干个PFM控制周期中，所述电感电流等于零时所述输出电压均小于或等于门限电压，且所述若干个超过阈值个数，则对所述DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
4.如权利要求3所述的控制装置，其特征是，所述PFM控制单元还用于：
在所述电感电流等于零时关闭所述续流管之后，判断所述输出电压是否小于或等于门限电压，若否，则维持所述功率管和所述续流管关闭直至所述输出电压降低至所述门限电压。
5.一种存储设备，其中存储有指令，其特征是，所述指令被处理器执行为实现DC-DC变换电路的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
S1、判断所述DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；
S2、判断所述DC-DC变换电路的电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭所述功率管和打开所述续流管；
S3、判断所述电感电流是否等于零，若是则关闭所述续流管；
其中，所述指令还被所述处理器执行为如下步骤：
若在连续的若干个PFM控制周期中，所述电感电流等于零时所述输出电压均小于或等于门限电压，且所述若干个超过阈值个数，则对所述DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
6.一种DC-DC变换电路的控制装置，包括处理器和存储设备，所述存储设备存储有指令，其特征是，所述指令被所述处理器执行为如下步骤：
S1、判断所述DC-DC变换电路的输出电压是否小于或等于门限电压，若是则打开功率管和关闭续流管；
S2、判断所述DC-DC变换电路的电感电流是否大于或等于门限电流，若是则关闭所述功率管和打开所述续流管；
S3、判断所述电感电流是否等于零，若是则关闭所述续流管；
其中，所述指令还被所述处理器执行为如下步骤：
若在连续的若干个PFM控制周期中，所述电感电流等于零时所述输出电压均小于或等于门限电压，且所述若干个超过阈值个数，则对所述DC-DC变换电路进行PFM控制切换至PWM控制。
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