CN110086327B - 控制开关变换器的时序控制方法及时序控制系统 - Google Patents

Abstract

一种控制开关变换器的时序控制方法、时序控制系统及电源管理芯片，包括将每个时序周期划分为第一时段、第二时段以及第三时段；在第一时段内，控制第一晶体管和第三晶体管导通，并且控制第二晶体管和第四晶体管关断；在第二时段内，控制第一晶体管维持导通，控制第二晶体管维持关断，控制第三晶体管关断，并且控制第四晶体管导通；在第三时段内，控制第一晶体管关断，控制第二晶体管导通，控制第三晶体管维持关断，并且控制第四晶体管维持导通。上述的时序控制方法，通过合理控制在每个时序周期内四个晶体管的导通和关断，使得当输入电压与输出电压接近时，其环路稳定，解决了环路不稳的问题，减小了纹波干扰信号和音频噪声。

Description

控制开关变换器的时序控制方法及时序控制系统

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，尤其涉及一种控制开关换器的时序控制方法及时序控制系统。

背景技术

近年来，开关电源技术不断发展，升降压电源管理芯片将输入电压经过升降压的控制方式处理后，输出受电设备所需的输出电压。然而，传统的升降压电源管理芯片的时序控制方法存在如下问题：当输入电压与输出电压的值接近时，升降压电源管理芯片的环路不稳，导致输出电压中包含纹波干扰信号和音频噪声，从而影响开关电源和受电设备的正常工作。

因此，传统的升降压电源管理芯片的时序控制方法存在当输入电压与输出电压的值接近时，升降压电源管理芯片的环路不稳，导致输出电压中包含纹波干扰信号和音频噪声的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种控制开关换器的时序控制方法及时序控制系统，旨在解决传统的技术方案中存在的当输入电压与输出电压的值接近时，升降压电源管理芯片的环路不稳，导致输出电压中包含纹波干扰信号和音频噪声的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种控制开关变换器的时序控制方法，所述开关变换器包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、储能电感、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的漏极连接所述储能电感的第一端，所述储能电感的第二端与所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极以及所述第二电容的第二端接地；其特征在于，所述时序控制方法包括：

将每个时序周期划分为包括依序衔接的第一时段、第二时段以及第三时段；

控制所述第一晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行导通，并在所述第三时段内进行关断；

控制所述第二晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行关断，并在所述第三时段内进行导通；

控制所述第三晶体管在所述第一时段内进行导通，并在所述第二时段和所述第三时段内进行关断；

控制所述第四晶体管在所述第一时段内进行关断，并在所述第二时段和所述第三时段内进行导通。

本发明实施例的第二方面提供了一种控制开关变换器的时序控制系统，所述开关变换器包括第一电容、第二电容、储能电感、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的漏极连接所述储能电感的第一端，所述储能电感的第二端与所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极以及所述第二电容的第二端接地；所述时序控制系统包括：

划分模块，用于将每个时序周期划分为包括依序衔接的第一时段、第二时段以及第三时段；

第一开关控制模块，用于控制所述第一晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行导通，并在所述第三时段内进行关断；

第二开关控制模块，用于控制所述第二晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行关断，并在所述第三时段内进行导通；

第三开关控制模块，用于控制所述第三晶体管在所述第一时段内进行导通，并在所述第二时段和所述第三时段内进行关断；以及

第四开关控制模块，用于控制所述第四晶体管在所述第一时段内进行关断，并在所述第二时段和所述第三时段内进行导通。

上述的一种控制开关换器的时序控制方法及时序控制系统，通过合理控制在每个时序周期内开关变换器的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管各自的导通和关断，使得当输入电压与输出电压接近时，环路稳定，减小了纹波干扰信号和音频噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的第一方面提供的一种控制开关变换器的时序控制方法的具体流程图；

图2为图1所示的时序控制方法所控制的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管在一个时序周期内的导通和关断过程示意图；

图3为开关变换器的示例电路图；

图4为本发明实施例的第二方面提供的一种控制开关换器的时序控制系统的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的控制开关变换器的时序控制方法、时序控制系统及电源管理芯片适用于恒定导通时间的升降压开关电源技术领域，即采用COT架构的升降压开关电源技术领域，达到的效果是：避免当输入电压VIN与输出电压VOUT相近时导致环路不稳，且减少纹波干扰信号和音频噪声，同时使开关变换器整体效率提升，并且使得开关变换器内部的晶体管和储能电感的温升降低。

请参阅图1，为本发明实施例的第一方面提供的一种控制开关变换器的时序控制方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例提供了一种控制开关变换器的时序控制方法，其中，开关变换器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、储能电感L1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4。上述的时序控制方法包括：

S01：将每个时序周期划分为包括依序衔接的第一时段T1、第二时段T2以及第三时段T3；

S02：控制第一晶体管Q1在第一时段T1和第二时段T2内进行导通，并在第三时段内进行关断；

S03：控制第二晶体管Q2在第一时段T1和第二时段T2内进行关断，并在第三时段T3内进行导通；

S04：控制第三晶体管Q3在第一时段T1内进行导通，并在第二时段T2和第三时段T3内进行关断；

S05：控制第四晶体管Q4在第一时段T1内进行关断，并在第二时段T2和第三时段T3内进行导通。

开关变换器通过第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4在各个时序周期T内的导通动作和关断动作，实现将输入电压VIN转换为受电设备所需的输出电压VOUT。

请参阅图2，为上述时序控制方法所控制的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4在一个时序周期内的导通和关断过程示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一个时序周期T包含第一时段T1、第二时段T2以及第三时段T3。

在第一时段T1内，第一晶体管Q1和第三晶体管Q3导通，第二晶体管Q2和第四晶体管Q4关断；

在第二时段T2内，第三晶体管Q3关断，第一晶体管Q1维持导通，第四晶体管Q4开始导通，第二晶体管Q2关断；

在第三时段T3内，第一晶体管Q1关断，第三晶体管Q3维持关断，第二晶体管Q2开始导通，第四晶体管Q4维持导通。

本发明实施例的第一方面提供的控制开关变换器的时序控制方法，关键在于在采用COT架构的情况下，控制第三晶体管Q3在第二时段T2关断之后，进入下一个时序周期T的第一时段T1之前，第二晶体管Q2必须导通且只能导通一次，否则第三晶体管Q3一直不导通。

上述的一种控制开关变换器的时序控制方法，通过合理控制在每个时序周期T内开关变换器的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4各自的导通和关断动作，使得当输入电压VIN与输出电压VOUT接近时，环路稳定，减小了纹波干扰信号和音频噪声，同时使开关变换器整体效率提升，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4以及储能电感L1温升降低。

可选的，控制第一晶体管Q1在第一时段T1和第二时段T2内进行导通，并在第三时段T3内进行关断具体包括：通过控制第一晶体管Q1的栅极电压值，以控制第一晶体管Q1的导通或关断状态。

具体地，当第一晶体管Q1的栅极电压值达到第一预设阈值时，第一晶体管Q1导通；当第一晶体管Q1的栅极电压值低于第一预设阈值时，第一晶体管Q1关断。

可选的，控制第二晶体管Q2在第一时段T1和第二时段T2内进行关断，并在第三时段T3内进行导通具体包括：通过控制第二晶体管Q2的栅极电压值，以控制第二晶体管Q2的导通或关断状态。

具体地，当第二晶体管Q2的栅极电压值达到第二预设阈值时，第二晶体管Q2导通；当第二晶体管Q2的栅极电压值低于第二预设阈值时，第二晶体管Q2关断。

可选的，控制第三晶体管Q3在第一时段T1内进行导通，并在第二时段T2和第三时段T3内进行关断具体包括：通过控制第三晶体管Q3的栅极电压值，以控制第三晶体管Q3的导通或关断状态。

具体地，当第三晶体管Q3的栅极电压值达到第三预设阈值时，第三晶体管Q3导通；当第三晶体管Q3的栅极电压值低于第三预设阈值时，第三晶体管Q3关断。

可选的，控制第四晶体管Q4在第一时段T1内进行关断，并在第二时段T2和第三时段T3内进行导通具体包括：通过控制第四晶体管Q4的栅极电压值，以控制第四晶体管Q4的导通或关断状态。

具体地，当第四晶体管Q4的栅极电压值达到第四预设阈值时，第四晶体管Q4导通；当第四晶体管Q4的栅极电压值低于第四预设阈值时，第四晶体管Q4关断。

请参阅图3，为上述开关变换器的示例电路图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，开关变换器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、储能电感L1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4。

第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4组成升降压拓扑结构，开关变换器的功能是将输入电压VIN转换为受电设备所需的输出电压VOUT。

其中，第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端共接，其共接点对应的端为输入电压VIN的输入端，第一电阻R1的第二端连接第一晶体管Q1的漏极，第一晶体管Q1的源极和第二晶体管Q2的漏极连接储能电感L1的第一端；

储能电感L1的第二端和第三晶体管Q3的漏极连接第四晶体管Q4的源极，第四晶体管Q4的漏极连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端为输出电压VOUT的输出端，第二电阻R2的第二端连接第二电容C1的第一端；

第一电容C1的第二端、第二晶体管Q2的源极、第三晶体管Q3的源极以及第二电容C2的第二端接地。

具体地，第一电阻R1和第二电阻R2是检测电阻，第一电容C1和第二电容C2是滤波电容。

在一可选实施例中，也可选定第二电阻R2的第二端为输入电压VIN的输入端，而第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端所在的共接点为输出电压VOUT的输出端，并且此时第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4各自在一个时序周期内导通与关断的动作如下：

一个时序周期T包含第一时段T1、第二时段T2以及第三时段T3。

在第一时段T1内，第四晶体管Q4和第二晶体管Q2导通，第三晶体管Q3和第一晶体管Q1关断；

在第二时段T2内，第二晶体管Q2关断，第四晶体管Q4维持导通，第一晶体管Q1开始导通，第三晶体管Q3关断；

在第三时段T3内，第四晶体管Q4关断，第二晶体管Q2维持关断，第三晶体管Q3开始导通，第一晶体管Q1维持导通。

请参阅图4，为本发明实施例的第二方面提供的一种时序控制系统的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的时序控制系统包括划分模块501、第一开关控制模块101、第二开关控制模块201、第三开关控制模块301以及第四开关控制模块401。

第一开关控制模块101用于控制第一晶体管Q1在第一时段T1和第二时段T2内进行导通，并在第三时段T3内进行关断；

第二开关控制模块201用于控制第二晶体管Q2在第一时段T1和第二时段T2内进行关断，并在第三时段T3内进行导通；

第三开关控制模块301用于控制第三晶体管Q3在第一时段T1内进行导通，并在第二时段T2和第三时段T3内进行关断；以及

第四开关控制模块401用于控制第四晶体管Q4在第一时段T1内进行关断，并在第二时段T2和第三时段T3内进行导通。

具体地，第一开关控制模块101、第二开关控制模块201、第三开关控制模块301以及第四开关控制模块401均由电容-电阻充放电路实现，第一开关控制模块101所包含的电容-电阻充放电路的充放电过程相应控制第一晶体管Q1的导通和关断；第二开关控制模块201所包含的电容-电阻充放电路的充放电过程相应控制第二晶体管Q2的导通和关断；第三开关控制模块301所包含的电容-电阻充放电路的充放电过程相应控制第三晶体管Q3的导通和关断；第四开关控制模块401所包含的电容-电阻充放电路的充放电过程相应控制第四晶体管Q4的导通和关断。

第一开关控制模块101、第二开关控制模块201、第三开关控制模块301以及第四开关控制模块401各自包含的电容-电阻充放电路的充放电时长共同决定了一个时序周期T的值。

在实际应用中，第一开关控制模块101与第二开关控制模块201可以为同一模块，也可以为不同模块；第三开关控制模块301与第四开关控制模块401可以为同一模块，也可以为不同模块。

上述的时序控制系统，通过第一开关控制模块101、第二开关控制模块201、第三开关控制模块301以及第四开关控制模块401分别合理控制在每个时序周期T内开关变换器的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4各自的导通和关断动作，使得当输入电压VIN与输出电压VOUT接近时，环路稳定，减小了纹波干扰信号和音频噪声，并且提升了开关变换器的整体效率，同时降低第一晶体管、第一晶体管、第一晶体管、第一晶体管以及储能电感的温升。

可选的，第一开关控制模块101输出第一控制信号至第一晶体管Q1的栅极，从而控制第一晶体管Q1的栅极电压值，以相应控制第一晶体管Q1在第一时段T1和第二时段T2内进行导通，并在第三时段T3内进行关断。

具体地，第一开关控制模块101输出第一控制信号，相应控制第一晶体管Q1的栅极电压值，当第一晶体管Q1的栅极电压值达到第一预设阈值时，第一晶体管Q1导通，当第一晶体管Q1的栅极电压值低于第一预设阈值时，第一晶体管Q1关断。

可选的，第二开关控制模块201用于输出第二控制信号至第二晶体管Q2的栅极，从而控制第二晶体管Q2的栅极电压值，以相应控制第二晶体管Q2在第一时段T1和第二时段T2内进行关断，并在第三时段T3内进行导通。

具体地，第二开关控制模块201输出第二控制信号，相应控制第二晶体管Q2的栅极电压值，当第二晶体管Q2的栅极电压值达到第二预设阈值时，第二晶体管Q2导通，当第二晶体管Q2的栅极电压值低于第二预设阈值时，第二晶体管Q2关断。

可选的，第三开关控制模块301用于输出第三控制信号至第三晶体管Q3的栅极，从而控制第三晶体管Q3的栅极电压值，以相应控制第三晶体管Q3在第一时段T1内进行导通，并在第二时段T2和第三时段T3内进行关断。

具体地，第三开关控制模块301输出第二控制信号，相应控制第三晶体管Q3的栅极电压值，当第三晶体管Q3的栅极电压值达到第三预设阈值时，第三晶体管Q3导通，当第三晶体管Q3的栅极电压值低于第三预设阈值时，第三晶体管Q3关断。

可选的，第四开关控制模块401用于输出第四控制信号至第四晶体管Q4的栅极，从而控制第四晶体管Q4的栅极电压值，以相应控制第四晶体管Q4在第一时段T1内进行关断，并在第二时段T2和第三时段T3内进行导通。

具体地，第四开关控制模块401输出第四控制信号，相应控制第四晶体管Q4的栅极电压值，当第四晶体管Q4的栅极电压值达到第四预设阈值时，第四晶体管Q4导通，当第四晶体管Q4的栅极电压值低于第四预设阈值时，第四晶体管Q4关断。

综上所述，本发明实施例提供的一种控制开关变换器的时序控制方法及时序控制系统，通过合理控制在每个时序周期内开关变换器的四个晶体管的导通和关断，使得当输入电压与输出电压接近时，环路稳定，减小了纹波干扰信号和音频噪声，并且由于该时序控制方法及时序控制系统对开关变换器的四个晶体管的导通和关断时序进行了优化，因而提升了开关变换器的整体效率，同时降低第一晶体管、第一晶体管、第一晶体管、第一晶体管以及储能电感的温升。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

Claims (10)

1.一种控制开关变换器的时序控制方法，所述开关变换器包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、储能电感、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的漏极连接所述储能电感的第一端，所述储能电感的第二端与所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极以及所述第二电容的第二端接地；所述第一电阻和所述第二电阻为检测电阻，所述第一电容和所述第二电容为滤波电容；其特征在于，所述时序控制方法包括：

将每个时序周期划分为包括依序衔接的第一时段、第二时段以及第三时段；

采用四个电容-电阻充放电路通过各自的充放电过程分别相应控制所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管进行导通和关断；四个所述电容-电阻充放电路的充放电时长共同决定了一个时序周期值；

其中，控制所述第一晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行导通，并在所述第三时段内进行关断；

控制所述第二晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行关断，并在所述第三时段内进行导通；

控制所述第三晶体管在所述第一时段内进行导通，并在所述第二时段和所述第三时段内进行关断；

控制所述第四晶体管在所述第一时段内进行关断，并在所述第二时段和所述第三时段内进行导通。

2.如权利要求1所述的时序控制方法，其特征在于，控制所述第一晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行导通，并在所述第三时段内进行关断具体包括：

通过控制所述第一晶体管的栅极电压值，以控制所述第一晶体管的导通或关断状态。

3.如权利要求1所述的时序控制方法，其特征在于，控制所述第二晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行关断，并在所述第三时段内进行导通具体包括：

通过控制所述第二晶体管的栅极电压值，以控制所述第二晶体管的导通或关断状态。

4.如权利要求1所述的时序控制方法，其特征在于，控制所述第三晶体管在所述第一时段内进行导通，并在所述第二时段和所述第三时段内进行关断具体包括：

通过控制所述第三晶体管的栅极电压值，以控制所述第三晶体管的导通或关断状态。

5.如权利要求1所述的时序控制方法，其特征在于，控制所述第四晶体管在所述第一时段内进行关断，并在所述第二时段和所述第三时段内进行导通具体包括：

通过控制所述第四晶体管的栅极电压值，以控制所述第四晶体管的导通或关断状态。

6.一种控制开关变换器的时序控制系统，所述开关变换器包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、储能电感、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的漏极连接所述储能电感的第一端，所述储能电感的第二端与所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端、所述第二晶体管的源极、所述第三晶体管的源极以及所述第二电容的第二端接地；所述第一电阻和所述第二电阻为检测电阻，所述第一电容和所述第二电容为滤波电容；其特征在于，所述时序控制系统包括：

划分模块，用于将每个时序周期划分为包括依序衔接的第一时段、第二时段以及第三时段；

第一开关控制模块，用于控制所述第一晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行导通，并在所述第三时段内进行关断；

第二开关控制模块，用于控制所述第二晶体管在所述第一时段和所述第二时段内进行关断，并在所述第三时段内进行导通；

第三开关控制模块，用于控制所述第三晶体管在所述第一时段内进行导通，并在所述第二时段和所述第三时段内进行关断；以及

第四开关控制模块，用于控制所述第四晶体管在所述第一时段内进行关断，并在所述第二时段和所述第三时段内进行导通；

所述第一开关控制模块、所述第二开关控制模块、所述第三开关控制模块以及所述第四开关控制模块均采用电容-电阻充放电路实现；电容-电阻充放电路通过各自的充放电过程分别相应控制所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管进行导通和关断；

四个所述电容-电阻充放电路的充放电时长共同决定了一个时序周期值。

7.如权利要求6所述的时序控制系统，其特征在于，所述第一开关控制模块具体用于通过控制所述第一晶体管的栅极电压值，以控制所述第一晶体管的导通或关断状态。

8.如权利要求6所述的时序控制系统，其特征在于，所述第二开关控制模块具体用于通过控制所述第二晶体管的栅极电压值，以控制所述第二晶体管的导通或关断状态。

9.如权利要求6所述的时序控制系统，其特征在于，所述第三开关控制模块具体用于通过控制所述第三晶体管的栅极电压值，以控制所述第三晶体管的导通或关断状态。

10.如权利要求6所述的时序控制系统，其特征在于，所述第四开关控制模块具体用于通过控制所述第四晶体管的栅极电压值，以控制所述第四晶体管的导通或关断状态。

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