CN109510461A - 升压电路的控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种升压电路的控制电路及控制方法，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路上开关管和下开关管交替导通；升压电路上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，上开关管第二端作为升压电路输出端。本发明升压电路的输出电压可以从线性模式平滑切换到升压模式或者直通模式，且本发明能够重载或者满载启动。

Description

升压电路的控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种升压电路的控制电路及控制方法。

背景技术

现有技术升压电路输出电压启动波形如图1所示，分为线性模式阶段、关断模式阶段和升压模式阶段，升压电路工作在线性(Linear)模式时：升压电路上开关管导通，下开关管关断，输出电压VOUT从0上升到第一基准电压VREF1；升压电路工作在关断(Down)模式时：升压电路上开关管关断，下开关管周期性导通，输出电压VOUT从基准电压VREF1上升到第二基准电压VREF2；升压电路工作在升压(Boost)模式时：上开关管和下开关管周期性导通，输出电压VOUT从第二基准电压VREF2上升。

现有技术需从线性模式主动切换到关断模式，并从关断模式主动切换到升压模式。若负载比较重，在线性模式，电感电流会失控；一般在线性模式下负载电流有限制，一旦负载电流大于限定值，就会关断上开关管，无法启动，因而现有技术只能轻载启动或者不带载启动。

发明内容

本发明的目的是提供一种升压电路的控制电路和控制方法，用于解决现有技术存在的升压电路的输出电压无法平滑切换的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种升压电路的控制电路，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；

当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路的上开关管和下开关管交替导通；

升压电路的上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，所述上开关管的第一端和所述下开关管的第一端连接，所述上开关管的第二端作为升压电路输出端。

可选的，升压电路工作在线性模式和升压模式下，输出电压跟随第一参考电压变化，直到第一参考电压达到第一基准电压，使得输出电压跟随第一基准电压。

可选的，升压电路工作在线性模式时，输出电流具有限流功能。

可选的，升压电路工作在线性模式下，输出电压跟随第一参考电压变化；线性模式结束时刻，第二参考电压从反馈电压开始上升；升压电路工作在升压模式时，输出电压跟随第二参考电压变化，直到第二参考电压达到第一基准电压，使得输出电压跟随第一基准电压。

可选的，线性模式结束时，根据此时反馈电压与第一基准电压的大小，判断升压电路进入直通模式或升压模式。

可选的，所述控制电路包括第一运放，所述第一运放的第一输入端连接第一参考电压，所述第一运放的第二输入端连接所述第一基准电压，所述第一运放的第三输入端连接所述反馈电压；

升压电路工作在线性模式时，所述第一运放的输出端连接所述上开关管；

进入升压模式时，所述第一运放输出补偿电压，所述补偿电压用于控制上开关管和下开光管的开关状态。

可选的，对于线性模式和升压模式，所述第一运放采用不同的增益。

可选的，所述控制电路包括第二运放，其第一输入端接收第一参考电压，其第二输入端接收反馈电压，所述第二运放输出第一控制信号，线性模式时，所述第一控制信号控制升压电路的输出电压跟随第一参考电压变化。

可选的，当升压电路进入升压模式时，选择所述第二参考电压和所述第一基准电压中的较小值，作为所述反馈电压的参考信号，得到相应的补偿电压，以控制上开关管和下开关管的开关状态。

可选的，所述控制电路包括第三运放，当升压电路进入升压模式时，所述第三运放第一输入端接收第一参考电压和第一基准电压中的较小值，其第二输入端接收反馈电压，其输出端输出补偿电压；线性模式和升压模式下，第一参考电压的变化率不同。

可选的，所述第二控制电路还包括第三运放，其第一输入端接收第二参考电压和第一基准电压中的较小值，其第二输入端接收所述反馈电压，其输出端输出所述补偿电压。

可选的，所述升压电路还包括设置电路，所述设置电路接收表征电感电流的采样信号，根据所述采样信号设置所述补偿电压的初始值。

本发明还提供一种升压电路的控制方法，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；

当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路的上开关管和下开关管交替导通；

升压电路的上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，所述上开关管的第一端和所述下开关管的第一端连接，所述上开关管的第二端作为升压电路输出端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路的上开关管和下开关管交替导通；升压电路的上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，所述上开关管的第一端和所述下开关管的第一端连接，所述上开关管的第二端作为升压电路输出端。本发明升压电路输出电压可以从线性模式平滑切换到升压模式或者直通模式，线性模式下，会控制上开关管的栅极电压，这样负载电流就不会失控，因而本发明可以重载或者满载启动。

附图说明

图1为现有技术升压电路输出电压的波形图；

图2为本发明升压电路的控制框图；

图3为本发明升压电路的原理图；

图4为本发明升压电路的第一种控制电路原理图；

图5为本发明升压电路的第二种控制电路原理图；

图6为本发明升压电路的第三种控制电路原理图；

图7为本发明的从线性模式切换到升压模式波形示意图；

图8为本发明的从线性模式切换到直通模式波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图2示意了本发明升压电路的控制框图，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值Vth1时，线性模式结束；当反馈电压FB大于第一基准电压VREF1时，升压电路工作在直通模式；或者，当反馈电压FB小于等于第一基准电压VREF1时，升压电路工作在升压模式。本发明输出电压启动能够从线性模式平滑切换到升压模式或者直通模式。

图3示意了本发明升压电路的原理图，包括电感L0、下开关管M0、上开关管M1、电容C0、分压电阻R1、R2和控制电路U0。上开光管M1包括寄生开关k1和k2，寄生二极管D1和D2，二极管D1和开关k1并联，二极管D1正极连接开关管M1第一端，二极管D1负极连接开关管M1衬底；二极管D2和开关k2并联，二极管D2正极连接开关管M1第二端，二极管D2负极连接开关管M1衬底。电感L0一端接收输入电压VIN，另一端连接上开关管M1和下开关管M0的公共端即上开关管M1第一端和下开关管M0第一端。下开关管M0第二端接地，上开关管M1第二端连接电容C0第一端，电容C0第二端接地，电阻R1和电阻R2串联后和电容C0并联，电阻R1和电阻R2公共端电压为反馈电压FB。控制电路U0接收反馈电压FB、采样电流VCS和输入电压VIN，输出控制信号控制上开关管M1和下开关管M0的通断。升压电路启动后，输出电压VOUT小于输入电压VIN，开关k1导通，开关k2关断，升压电路工作在线性模式，输出电压VOUT上升，输出电压跟随第一参考电压VR1变化，或者，输出电流低于其限流值；当输出电压VOUT大于输入电压VIN时，开关k1关断，开关k2导通。当输入电压VIN和输出电压VOUT的差值小于第一阈值Vth1时，线性模式结束；当反馈电压FB大于第一基准电压VREF1时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管M1导通，下开关管M0关断；或者，当反馈电压FB小于等于第一基准电压VREF1时，升压电路工作在升压模式，升压电路上开关管M1和下开关管M0交替导通。切换开关k1、k2的导通和关断可以防止寄生二极管导通，以防止控制信号PG不起作用。

图4示意了本发明升压电路的第一种控制电路原理图，包括第一运放U01、驱动电路U02、设置电路U03，开关k3、开关k4，电容C0和电阻R0，第一运放第一同相输入端接收第一参考电压VR1，其第二同相输入端接收第一基准电压VREF1，其反相输入端接收反馈电压FB，其输出端连接开关k3的第一端和开关k4的第二端。开关k3第二端连接电容C0第一端，电容C0第二端连接电阻R0第一端，电阻R0第二端接地。开关k4第二端连接上开关管M1，驱动电路U02输入端连接第一运放U01输出端，输出驱动信号VT和VB分别驱动上开关管M1和下开关管M0，设置电路U03接收表征电感电流的采样信号VCS，其输出端连接电容C0第一端，第一电容C0上的电压为补偿电压。

升压电路启动后，工作在线性模式，开关k3关断，开关k4导通，第一运放U01输出端连接上开光管M1控制端，第一参考电压VR1和反馈电压FB控制上开关管M1导通，输出电压VOUT跟随第一参考电压VR1；当输入电压VIN和输出电压VOUT的差值小于第一阈值Vth1时，线性模式结束，开关k3导通，开关k4关断，设置电路U03根据采样信号VCS设置补偿电压的初始值，升压电路工作在直通模式或者升压模式，输出电压VOUT等于输入电压VIN或者输出电压VOUT跟随第一基准电压VREF1上升。在线性模式和升压模式下，所述第一运放采用不同的增益，通常情况下，线性模式下增益小一点，升压模式下增益大一点。

图5示意了本发明升压电路的第二种控制电路原理图，包括选择电路U11、第二运放U12、设置电路U13、第三运放U14和驱动电路U15。线性模式时，第二运放U12接收第一参考电压和反馈电压FB，输出第一控制信号VC1，所述第一控制信号VC1控制输出电压VOUT跟随第一参考电压VR1。线性模式结束后，根据反馈电压FB和第一基准电压VREF1，判断升压电路进入直通模式或者升压模式。当进入升压模式时，选择电路U11选择第二参考电压VR2和第一基准电压VREF1中的较小值输出。第三运放U12第一输入端接收反馈电压FB，其第二输入端连接选择电路U11的输出端，其输出端输出补偿电压VC2，所述补偿电压VC2用于控制上开关管M1和下开光管M0的开关状态。所述设置电路接收表征电感电流的采样信号VCS，其输出电压作为所述补偿电压VC2的初始值。为了让升压电路从线性模式平滑过渡到升压模式，因而设置补偿电压VC2的初始值。

图6示意了本发明升压电路的第三种控制电路原理图，其与第二种控制电路的区别仅在于选择电路U11接收第一参考电压VR1和第一基准电压VREF1，选择第一参考电压VR1和第一基准电压VREF1中的较小值输出。线性模式和升压模式下，第一参考电压VR1的变化率不同，通常情况下，线性模式下，第一参考电压VR1的变化率较小；升压模式下，第一参考电压VR1的变化率较大。

图7示意了本发明从线性模式切换到升压模式波形图，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；上开关管导通，下开关管关断；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断。

图8示意了本发明从线性模式切换到直通模式波形图，升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；上开关管导通，下开关管关断；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路上开关管和下开关管交替导通。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种升压电路的控制电路，其特征在于：

升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；

当表征输出电压的反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路的上开关管和下开关管交替导通；

升压电路的上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，所述上开关管的第一端和所述下开关管的第一端连接，所述上开关管的第二端作为升压电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的升压电路的控制电路，其特征在于：升压电路工作在线性模式和升压模式下，输出电压跟随第一参考电压变化，直到第一参考电压达到第一基准电压，使得输出电压跟随第一基准电压。

3.根据权利要求1所述的升压电路的控制电路，其特征在于：升压电路工作在线性模式时，输出电流具有限流功能。

4.根据权利要求1所述的升压电路的控制电路，其特征在于：升压电路工作在线性模式下，输出电压跟随第一参考电压变化；线性模式结束时刻，第二参考电压从反馈电压开始上升；升压电路工作在升压模式时，输出电压跟随第二参考电压变化，直到第二参考电压达到第一基准电压，使得输出电压跟随第一基准电压。

5.根据权利要求1所述的升压电路的控制电路，其特征在于：线性模式结束时，根据此时反馈电压与第一基准电压的大小，判断升压电路进入直通模式或升压模式。

6.根据权利要求1或2所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括第一运放，所述第一运放第一输入端连接第一参考电压，所述第一运放第二输入端连接所述第一基准电压，所述第一运放第三输入端连接所述反馈电压；

升压电路工作在线性模式时，所述第一运放输出端连接上开关管；

进入升压模式时，所述第一运放输出补偿电压，所述补偿电压用于控制上开关管和下开光管的开关状态。

7.根据权利要求6所述的升压电路的控制电路，其特征在于：对于线性模式和升压模式，所述第一运放采用不同的增益。

8.根据权利要求4所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括第二运放，其第一输入端接收第一参考电压，其第二输入端接收反馈电压，所述第二运放输出第一控制信号，线性模式时，所述第一控制信号控制升压电路的输出电压跟随第一参考电压变化。

9.根据权利要求8所述的升压电路的控制电路，其特征在于：当升压电路进入升压模式时，选择所述第二参考电压和所述第一基准电压中的较小值，作为所述反馈电压的参考信号，得到相应的补偿电压，以控制上开关管和下开关管的开关状态。

10.根据权利要求8所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括第三运放，当升压电路进入升压模式时，所述第三运放第一输入端接收第一参考电压和第一基准电压中的较小值，其第二输入端接收反馈电压，其输出端输出补偿电压；线性模式和升压模式下，第一参考电压的变化率不同。

11.根据权利要求9所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路还包括第三运放，其第一输入端接收第二参考电压和第一基准电压中的较小值，其第二输入端接收所述反馈电压，其输出端输出所述补偿电压。

12.根据权利要求9、10或11所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述升压电路还包括设置电路，所述设置电路接收表征电感电流的采样信号，根据所述采样信号设置所述补偿电压的初始值。

13.一种升压电路的控制方法，其特征在于：升压电路开始启动时，输出电压小于输入电压，升压电路工作在线性模式，输出电压上升；当输入电压和输出电压的差值小于第一阈值时，线性模式结束；

当反馈电压大于第一基准电压时，升压电路工作在直通模式，升压电路的上开关管导通，下开关管关断；或者，当反馈电压小于等于第一基准电压时，升压电路工作在升压模式，升压电路的上开关管和下开关管交替导通；

升压电路的上开关管第一端和下开关管第一端连接电感，所述上开关管的第一端和所述下开关管的第一端连接，所述上开关管的第二端作为升压电路输出端。