CN111262434B - 一种升降压dc-dc转换器及控制方法 - Google Patents

一种升降压dc-dc转换器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种升降压DC‑DC转换器及控制方法，实现DC‑DC转换器升压模式到升降压模式，以及升降压模式到降压模式间的平滑切换。该升降压DC‑DC转换器控制简单，通过误差电压信号减去电感电流采样信号，结合两路斜坡补偿信号实现对降压比较器和升压比较器的翻转控制，从而实现转换器工作在不同的升降压模式，并且，使得转换器在升压模式到升降压模式，以及升降压模式到降压模式之间的切换更加平滑，电流纹波和电压纹波更小。因此，适于推广应用。

Description

一种升降压DC-DC转换器及控制方法
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，具体地说，是涉及一种升降压DC-DC转换器及控制方法。
背景技术
升降压DC-DC转换器的应用非常灵活，当输出设定电压低于输出电压的时候，转换器工作在BUCK降压模式，反之当输出设定电压高于输入电压式转换器工作在BOOST升压模式，而当输出电压与输入电压接近时，转换器工作在BUCK-BOOST模式，转换器可以根据输入/输出电压大小自动调节工作模式，在上述三种模式下无缝切换，稳定输出。
现有升降压转换器在BUCK-BOOST模式下的控制比较复杂，且在三种模式间的切换连续度上还有优化空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种升降压DC-DC转换器及控制方法，实现DC-DC转换器升压模式到升降压模式，以及升降压模式到降压模式间的平滑切换。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种升降压DC-DC转换器，包括逻辑控制器，用于整个电路的逻辑控制；降压开关模块，通过逻辑控制器控制开关，使转换器工作在降压模式；升压开关模块，通过逻辑控制器控制开关，使转换器工作在升压模式；电感，连接于降压开关模块与升压开关模块之间；电流采样模块，通过检测输入电流或输出电流获得电感电流采样信号；反馈模块，从输出端获得反馈电压；误差放大器，将反馈电压与输入的参考电压的差值进行放大；减法器，使放大的差值信号减去电流采样信号，得到一路输入比较信号；斜率补偿电路，输出两路斜坡信号，作为一路输入比较信号；时钟电路，产生时钟信号，驱动逻辑控制器和斜率补偿电路；两个比较器，包括升压比较器和降压比较器，将减法器输出的一路比较信号同时输入一个比较器的同相输入端和一个比较器的反相输入端，将斜率补偿电路输出的两路斜坡信号分别输入两个比较器剩余的输入端；两个比较器输出两路输出比较信号，用于驱动逻辑控制器。
进一步地，所述降压开关模块由栅极均与PWM逻辑控制器相连的MOS管Q1、Q2组成，其中，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q1的漏极接输入端，MOS管Q2的源极接地。
进一步地，所述升压开关模块由栅极均与PWM逻辑控制器相连的MOS管Q3、Q4组成，其中，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的源极相连，MOS管Q4的漏极接输出端，MOS管Q3的源极接地。
基于上述的升降压DC-DC转换器，本发明还提供一种升降压DC-DC转换器的控制方法，包括如下步骤：
(S1)每个周期开始，时钟信号驱动逻辑控制器开启MOS管Q1、Q4，同时驱动斜率补偿电路输出两路斜坡信号至两个比较器；
(S2)通过电流采样模块检获得电感电流采样信号；
(S3)通过误差放大器将反馈模块输入的反馈信号与输入误差放大器的基准信号的差值进行放大，获得误差放大信号；
(S4)将误差放大信号减去电流采样信号后的信号输入两个比较器中分别与两路斜坡信号比较；
(S5)根据两个比较器的输出结果，控制转换器工作在不同的模式；如果降压比较器先翻转，则关闭Q1，打开Q2，本周期工作在峰值电流控制的降压模式；如果升压比较器先翻转，则关闭Q4，打开Q3，本周期工作在谷值电流控制的升压模式。
进一步地，在步骤(S4)中，两路斜坡补偿信号均包含输入、输出电压信息，并与时钟信号同步，且两路斜坡信号在时钟结束前相交。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的升降压DC-DC转换器控制简单，通过误差电压信号减去电感电流采样信号，结合两路斜坡补偿信号实现对降压比较器和升压比较器的翻转控制，从而实现转换器工作在不同的升降压模式，并且，使得转换器在升压模式到升降压模式，以及升降压模式到降压模式之间的切换更加平滑，电流纹波和电压纹波更小。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明-实施例各点的波形图。
图3为本发明-实施例一个周期内转换器模式切换示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1～3所示，本发明公开的一种升降压DC-DC转换器，包括PWM逻辑控制器，栅极均与PWM逻辑控制器相连的功率管Q1、Q2、Q3、Q4，连接于功率管Q2、Q3的漏极之间的电感L，输出端与PWM逻辑控制器相连的比较器COMP1、COMP2，输出端与比较器COMP1的正极和比较器COMP2的负极均相连的减法器，与减法器的负极相连的电流采样电路，输出端与减法器的正极相连的误差放大器A1，两路输出端分别与比较器COMP1的负极和比较器COMP2的正极相连的斜率补偿电路，以及与斜率补偿电路相连的时钟电路；其中，所述电流采样电路的另一端与输入端Vin、输出端Vout或者电感L中的一端相连；时钟电路还与PWM逻辑控制器相连，功率管Q1的漏极与输入端Vin相连，功率管Q1的源极与功率管Q2的漏极相连，功率管Q4的漏极与输出端Vout相连，功率管Q4的源极与功率管Q3的漏极相连，功率管Q2、Q3的源极均接地，误差放大器A1的正极接基准电压VREF。
所述转换器还包括反馈模块，所述反馈模块包括一端与功率管Q4的漏极相连的电阻R1，以及与一端电阻R1的另一端相连且另一端接地的电阻R2；其中，电阻R1与电阻R2的连接端与误差放大器A1的负极相连。
其中，电流采样电路可以检测输入端Vin输入电流，也可以是输出Vout端的输出电流，或者是电感L电流。误差放大器将输出的反馈电压FB和输入的参考电压VREF的差值放大并输出VC1，误差放大信号VC1减去电流采样信号VSNS得到VC2。时钟电路产生时钟信号CLK驱动PWM逻辑控制模块，同时CLK驱动斜率补偿电路。
斜率补偿电路输出两路斜坡信号RAMP_BST和RAMP_BCK，两路斜坡信号均包含输入、输出电压信息，其中RAMP_BST斜率为负，RAMP_BCK斜率为正，在周期结束的时候RAMP_BST和RAMP_BCK相交。
包含误差放大信号和电流信号的VC2和两个斜坡信号被送至PWM比较器比较输出TRIP_BST和TRIP_BCK，并驱动PWM逻辑控制模块。
每个周期开始，时钟信号CLK开启功率管Q1和Q4，误差放大信号VC1减去电流采样信号VSNS后的VC2和两路斜坡信号进行比较，其中，两路斜坡补偿信号均与时钟信号同步，且两路斜坡信号在时钟结束前相交。如果VC2先和RAMP_BCK相交，则TRIP_BCK＝1，关闭Q1，打开Q2，同时保持Q4打开，这一周期系统工作在降压BUCK模式；如果VC2先和RMP_BST相交，则TRIP_BST＝1，关闭Q4，打开Q3，同时保持Q1打开，这一周期系统工作在升压BOOST模式。
通过上述设计，本发明的升降压DC-DC转换器控制简单，通过误差电压信号减去电感电流采样信号，结合两路斜坡补偿信号实现对降压比较器和升压比较器的翻转控制，从而实现转换器工作在不同的升降压模式，并且，使得转换器在升压模式到升降压模式，以及升降压模式到降压模式之间的切换更加平滑，电流纹波和电压纹波更小。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种升降压DC-DC转换器，其特征在于，包括
逻辑控制器，用于整个电路的逻辑控制；
降压开关模块，通过逻辑控制器控制开关，使转换器工作在降压模式；
升压开关模块，通过逻辑控制器控制开关，使转换器工作在升压模式；
电感，连接于降压开关模块与升压开关模块之间；
电流采样模块，通过检测输入电流或输出电流获得电感电流采样信号；
反馈模块，从输出端获得反馈电压；
误差放大器，将反馈电压与输入的参考电压的差值进行放大；
减法器，使放大的差值信号减去电流采样信号，得到一路输入比较信号；
斜率补偿电路，输出两路斜坡信号，作为一路输入比较信号；
时钟电路，产生时钟信号，驱动逻辑控制器和斜率补偿电路；
两个比较器，包括升压比较器和降压比较器，将减法器输出的一路比较信号同时输入一个比较器的同相输入端和一个比较器的反相输入端，将斜率补偿电路输出的两路斜坡信号分别输入两个比较器剩余的输入端；两个比较器输出两路输出比较信号，用于驱动逻辑控制器；
该转换器的控制方法包括如下步骤：
（S1）每个周期开始，时钟信号驱动逻辑控制器开启MOS管Q1、Q4，同时驱动斜率补偿电路输出两路斜坡信号至两个比较器；
（S2）通过电流采样模块获得电感电流采样信号；
（S3）通过误差放大器将反馈模块输入的反馈信号与输入误差放大器的基准信号的差值进行放大，获得误差放大信号；
（S4）将误差放大信号减去电流采样信号后的信号输入两个比较器中分别与两路斜坡信号比较；其中，两路斜坡补偿信号均包含输入、输出电压信息，并与时钟信号同步，且两路斜坡信号在时钟结束前相交；
（S5）根据两个比较器的输出结果，控制转换器工作在不同的模式；如果降压比较器先翻转，则关闭Q1，打开Q2，本周期工作在峰值电流控制的降压模式；如果升压比较器先翻转，则关闭Q4，打开Q3，本周期工作在谷值电流控制的升压模式。
2.根据权利要求1所述的一种升降压DC-DC转换器，其特征在于，所述降压开关模块由栅极均与PWM逻辑控制器相连的MOS管Q1、Q2组成，其中，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q1的漏极接转换器的输入端，MOS管Q2的源极接地。
3.根据权利要求2所述的一种升降压DC-DC转换器，其特征在于，所述升压开关模块由栅极均与PWM逻辑控制器相连的MOS管Q3、Q4组成，其中，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的源极相连，MOS管Q4的漏极接转换器的输出端，MOS管Q3的源极接地。
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