CN112583264B - 一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法。一种升降压变换器峰值电流控制电路，包括：升降压变换单元，所述升降压变换单元用于为负载提供电压；峰值电流处理单元，所述峰值电流处理单元连接于所述升降压变换单元；触发单元，所述触发单元分别连接于所述升降压变换单元和所述峰值电流处理单元，所述触发单元根据所述峰值电流处理单元的输出结果控制所述升降压变换单元。本发明的提出一种四开关升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法，实现降压模式、升降压模式和升压模式之间的平滑切换，不会引起电感电流和输出电压的大波动，同时当升降压变换器处于降压或升压模式下四个开关不会同时在开关，可提高变换器的转换效率。

Description

一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及升降压变换器控制电路领域，更具体的说是，涉及一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法。

背景技术

四开关升降压变换器因其可工作于降压、升降压和升压模式，在输入电压大于、接近和小于输出电压时可以保持输出的稳定。

现有升降压变换器在三种模式间的切换控制上比较复杂，模式间切换突然，引起电感电流突变，造成输出电压异常；或者当升降压变换器处于降压或升压模式下四个开关依然同时在开关造成损耗增加，导致降低变换器的转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法。

本发明要解决的是现有升降压变换器的问题。

与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：

一种升降压变换器峰值电流控制电路，包括：升降压变换单元，所述升降压变换单元用于为负载提供电压；峰值电流处理单元，所述峰值电流处理单元连接于所述升降压变换单元；触发单元，所述触发单元分别连接于所述升降压变换单元和所述峰值电流处理单元，所述触发单元根据所述峰值电流处理单元的输出结果控制所述升降压变换单元。

作为进一步改进的，所述升降压变换单元包括：第一开关管，所述第一开关管的漏极连接于第一电压输入端，所述第一开关管为增强型NMOS管；第二开关管，所述第二开关管的漏极连接于所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管为增强型NMOS管；第三开关管，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管为增强型NMOS管；第四开关管，所述第四开关管的漏极连接于电压输出端，所述第四开关管的源极连接于所述第三开关管的漏极，所述第四开关管为增强型NMOS管；电感，所述电感的一端连接于所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极之间，所述电感的另一端连接于所述第三开关管的漏极和所述第四开关管的源极之间。

作为进一步改进的，升降压变换单元还包括：第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第一电压输入端，所述第一电容的第二端接地；第二电容，所述第二电容的第一端连接于所述电压输出端，所述第二电容的第二端接地；负载电阻，所述负载电阻的一端连接于所述电压输出端，所述负载电阻的另一端接地。

作为进一步改进的，所述峰值电流处理单元包括：电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接于所述第一电压输入端；斜波补偿电路；时钟电路，所述斜波补偿电路的输入端连接于所述时钟电路的第一输出端；求和器，所述求和器的第一输入端连接于所述电流采样电路的输出端，所述求和器的第二输入端连接于所述斜波补偿电路的输出端；第一处理电路，所述第一处理电路的输入端连接于所述电压输出端；第二处理电路，所述第二处理电路连接于所述求和器的输出端和所述第一处理电路的输出端，所述第二处理电路的输出端连接于所述触发单元。

作为进一步改进的，所述第一处理电路包括：第一分压电阻，所述第一分压电阻的第一端连接于所述电压输出端；第二分压电阻，所述第二分压电阻的第一端连接于所述第一分压电阻的第二端，所述第二分压电阻的第二端接地；运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接于所述第一分压电阻的第二端和所述第二分压电阻的第一端之间，所述运算放大器的反相输入端连接于基准电压；偏置电压电路，所述偏置电压电路的输入端连接于所述运算放大器的输出端。

作为进一步改进的，所述第二处理电路包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端连接于所述求和器的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接于所述运算放大器的输出端；第二比较器，所述第二比较器的同相输入端连接于所述第一比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接于所述偏置电压电路的输出端；第三比较器，所述第三比较器的同相输入端连接于所述电压输出端，所述第三比较器的反相输入端连接于第二电压输入端；第一与门，所述第一与门的第一输入端连接于所述第一开关管的栅极，所述第一与门的第二输入端连接于所述第一比较器的输出端；第二与门，所述第二与门的第一输入端连接于所述第三开关管的栅极，所述第二与门的第二输入端连接于所述第二比较器的输出端；第三与门，所述第三与门的第一输入端连接于所述时钟电路的第二输出端，所述第三与门的第二输入端连接于所述第三比较器的输出端。

作为进一步改进的，所述触发单元包括：第一触发器，所述第一触发器的第一端连接于所述时钟电路的第二输出端，所述第一触发器的第二端连接于所述第一与门的输出端，所述第一触发器的第三端连接于所述第一开关管的栅极，所述第一触发器的第四端连接于所述第二开关管的栅极；第二触发器，所述第二触发器的第一端连接于所述第二与门的输出端，所述第二触发器的第二端连接于所述第三与门的输出端，所述第二触发器的第三端连接于所述第三开关管的栅极；所述第二触发器的第四端连接于所述第四开关管的栅极。

作为进一步改进的，所述第二电压输入端的电压值为所述第一电压输入端的a倍，a值为0.8～0.95。

作为进一步改进的，所述第一触发器和所述第二触发器均为置位触发器。

一种升降压变换器峰值电流控制方法，包括：

S1,周期开始，判断第三比较器的电压输出值是否大于第二电压输入值；若判断为是，则打开第一开关管和第三开关管，关断第二开关管和第四开关管，直至第二比较器翻转，进入S2；若判断为否，则进入S2；

S2,打开第一开关管和第四开关管，关断第二开关管和第三开关管；

S3,判断第一比较器的翻转和时钟电路的信号哪个先到；若第一比较器先翻转，则打开第二开关管和第四开关管，关断第一开关管和第三开关管，随后回到S1；若时钟电路的信号先到，则回到S1。

本发明的有益效果为：本发明的提出一种四开关升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法，实现降压模式、升降压模式和升压模式之间的平滑切换，不会引起电感电流和输出电压的大波动，同时当升降压变换器处于降压或升压模式下四个开关不会同时在开关，可提高变换器的转换效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种升降压变换器峰值电流控制电路图。

图2是本发明实施例提供的一种升降压变换器峰值电流控制电路的工作波形图。

图3是本发明实施例提供的一种升降压变换器峰值电流控制方法。

图中：1.升降压变换单元Q1.第一开关管Q2.第二开关管

Q3.第三开关管Q4.第四开关管2.峰值电流处理单元

21.电流采样电路 22.斜波补偿电路 23.时钟电路

24.求和器 25.第一处理电路 251.偏置电压电路

GM.运算放大器R1.第一分压电阻R2.第二分压电阻

26.第二处理电路COMP1.第一比较器COMP2.第二比较器

COMP3.第三比较器U1.第一与门U2.第二与门U3.第三与门3.触发单元RS1.第一触发器RS2.第二触发器

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1所示，一种升降压变换器峰值电流控制电路，包括：升降压变换单元1，所述升降压变换单元1用于为负载提供电压；峰值电流处理单元2，所述峰值电流处理单元2连接于所述升降压变换单元1；触发单元3，所述触发单元3分别连接于所述升降压变换单元1和所述峰值电流处理单元2，所述触发单元3根据所述峰值电流处理单元2的输出结果控制所述升降压变换单元1。本发明的提出一种四开关升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法，实现降压模式、升降压模式和升压模式之间的平滑切换，不会引起电感电流和输出电压的大波动，同时当升降压变换器处于降压或升压模式下四个开关不会同时在开关，可提高变换器的转换效率。

参照图1所示，所述升降压变换单元1包括：第一开关管Q1，所述第一开关管Q1的漏极连接于第一电压输入端，所述第一开关管Q1为增强型NMOS管；第二开关管Q2，所述第二开关管Q2的漏极连接于所述第一开关管Q1的源极，所述第二开关管Q2的源极接地，所述第二开关管Q2为增强型NMOS管；第三开关管Q3，所述第三开关管Q3的源极接地，，所述第三开关管Q3为增强型NMOS管；第四开关管Q4，所述第四开关管Q4的漏极连接于电压输出端，所述第四开关管Q4的源极连接于所述第三开关管Q3的漏极，所述第四开关管Q4为增强型NMOS管；电感，所述电感的一端连接于所述第一开关管Q1的源极和所述第二开关管Q2的漏极之间，所述电感的另一端连接于所述第三开关管Q3的漏极和所述第四开关管Q4的源极之间。

参照图1所示，升降压变换单元1还包括：第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第一电压输入端，所述第一电容的第二端接地；第二电容，所述第二电容的第一端连接于所述电压输出端，所述第二电容的第二端接地；负载电阻，所述负载电阻的一端连接于所述电压输出端，所述负载电阻的另一端接地。

参照图1所示，所述峰值电流处理单元2包括：电流采样电路21，所述电流采样电路21的输入端连接于所述第一电压输入端；斜波补偿电路22；时钟电路23，所述斜波补偿电路22的输入端连接于所述时钟电路23的第一输出端；求和器24，所述求和器24的第一输入端连接于所述电流采样电路21的输出端，所述求和器24的第二输入端连接于所述斜波补偿电路22的输出端；第一处理电路25，所述第一处理电路25的输入端连接于所述电压输出端；第二处理电路26，所述第二处理电路26连接于所述求和器24的输出端和所述第一处理电路25的输出端，所述第二处理电路26的输出端连接于所述触发单元3。

参照图1所示，所述第一处理电路25包括：第一分压电阻R1，所述第一分压电阻R1的第一端连接于所述电压输出端；第二分压电阻R2，所述第二分压电阻R2的第一端连接于所述第一分压电阻R1的输出端，所述第二分压电阻R2的第二端接地；运算放大器GM，所述运算放大器GM的同相输入端连接于所述第一分压电阻R1的第二端和所述第二分压电阻R2的第一端之间，所述运算放大器GM的反相输入端连接于基准电压；偏置电压电路251，所述偏置电压电路251的输入端连接于所述运算放大器GM的输出端。

参照图1所示，所述第二处理电路26包括：第一比较器COMP1，所述第一比较器COMP1的同相输入端连接于所述求和器24的输出端，所述第一比较器COMP1的反相输入端连接于所述运算放大器GM的输出端；第二比较器COMP2，所述第二比较器COMP2的同相输入端连接于所述第一比较器COMP1的同相输入端，所述第二比较器COMP2的反相输入端连接于所述偏置电压电路251的输出端；第三比较器COMP3，所述第三比较器COMP3的同相输入端连接于所述电压输出端，所述第三比较器COMP3的反相输入端连接于第二电压输入端；第一与门U1，所述第一与门U1的第一输入端连接于所述第一开关管Q1的栅极，所述第一与门U1的第二输入端连接于所述第一比较器COMP1的输出端；第二与门U2，所述第二与门U2的第一输入端连接于所述第三开关管Q3的栅极，所述第二与门U2的第二输入端连接于所述第二比较器COMP2的输出端；第三与门U3，所述第三与门U3的第一输入端连接于所述时钟电路23的第二输出端，所述第三与门U3的第二输入端连接于所述第三比较器COMP3的输出端。

参照图1所示，所述触发单元3包括：第一触发器RS1，所述第一触发器RS1的第一端连接于所述时钟电路23的第二输出端，所述第一触发器RS1的第二端连接于所述第一与门U1的输出端，所述第一触发器RS1的第三端连接于所述第一开关管Q1的栅极，所述第一触发器RS1的第四端连接于所述第二开关管Q2的栅极；第二触发器RS2，所述第二触发器RS2的第一端连接于所述第二与门U2的输出端，所述第二触发器RS2的第二端连接于所述第三与门U3的输出端，所述第二触发器RS2的第三端连接于所述第三开关管Q3的栅极；所述第二触发器RS2的第四端连接于所述第四开关管Q4的栅极。

优选的，所述第二电压输入端的电压值为所述第一电压输入端的a倍，a值为0.8～0.95。本实施例中，a值为0.85。需要说明的是，a值根据实际应用情况进行调整。

参照图1所示，所述第一触发器RS1和所述第二触发器RS2均为置位触发器。

本发明提供的一种升降压变换器峰值电流控制电路及控制方法的工作原理为：

1、输出电压经分压电阻R1和R2产生输出反馈电压，输出反馈电压与基准电压VREF经过运算放大器GM产生Buck_Vc电压，Buck_Vc经过偏置电压电路产生Boost_Vc电压；时钟电路23产生的时钟信号经斜波补偿电路22产生锯齿形的斜波补偿电压S l ope，输入电流经电流采样电路21产生I sen电压，I sen与S l ope电压相加产生I sen+S l ope电压；Isen+S l ope电压与Buck_Vc电压经过比较器COMP1产生Buck_Rst信号，I sen+S l ope电压与Boost_Vc电压经过比较器COMP2产生Boost_Rst信号；Buck_Rst信号与Q1的驱动信号Q1_Gate相与产生复位信号Rst1,Boost_Rst信号与Q3的驱动信号Q3_Gate相与产生复位信号Rst2；输出电压VOUT与0.85倍的输入电压VI N经过比较器COMP3产生Boost_On信号，Boost_On信号与时钟信号C l ock相与产生置位信号Set2；时钟信号C l ock与复位信号Rst1分别与RS触发器RS1的S和R连接产生Q1、Q2的驱动信号Q1_Gate和Q2_Gate,置位信号Set2与复位信号Rst2分别与RS触发器RS1的S和R连接产生Q1、Q2的驱动信号Q3_Gate和Q4_Gate；

2、当输出电压小于0.85倍的输入电压时，此时Boost_On为低电平信号，Set2也为低，则RS触发器RS2输出Q3_Gate为低电平、Q4_Gate为高电平；当时钟信号C l ock到来时RS触发器RS1被置位，则Q1_Gate为高电平、Q2_Gate为低电平；当Q1和Q4管子打开后，输入电流上升，输入电流经电流采样电路21与斜波相加产生的电压I sen+S l ope也在上升，当Isen+S l ope电压大于Buck_Vc时比较器COMP1产生高电平的Buck_Rst，复位信号经RS触发器RS1使Q1_Gate变低、Q2_Gate变高；直到下一个时钟的到来开始新的周期。此时电路工作在降压模式，各点的波形请见图2的Buck模式。

3、当输出电压大于0.85倍的输入电压且输入电压与输出电压比较接近的时侯，此时Boost_On为高电平信号，当时钟信号C l ock到来时，Set2为高，则RS触发器RS2输出Q3_Gate为高电平、Q4_Gate为低电平；同时RS触发器RS1也被置位，则Q1_Gate为高电平、Q2_Gate为低电平；此时Q1和Q3管子打开，输入电流上升，输入电流经电流采样电路21与斜波相加产生的电压I sen+S l ope也在上升，当I sen+S l ope电压大于Boost_Vc时比较器COMP2产生高电平的Boost_Rst，复位信号经RS触发器RS2使Q3_Gate变低、Q4_Gate变高；此时Q1和Q4管子打开，输入电流经电流采样电路21与斜波相加产生的电压I sen+S l ope继续上升，当I sen+S l ope电压大于Buck_Vc时比较器COMP1产生高电平的Buck_Rst，复位信号经RS触发器RS1使Q1_Gate变低、Q2_Gate变高；直到下一个时钟的到来开始新的周期。此时电路工作在升降压模式，各点的波形请见图2的Buck-Boost模式。

4、当输入电压小于输出电压时，此时Boost_On为高电平信号，当时钟信号C l ock到来时，Set2为高，则RS触发器RS2输出Q3_Gate为高电平、Q4_Gate为低电平；同时RS触发器RS1也被置位，则Q1_Gate为高电平、Q2_Gate为低电平；此时Q1和Q3管子打开，输入电流上升，输入电流经电流采样电路21与斜波相加产生的电压I sen+S l ope也在上升，当I sen+S l ope电压大于Boost_Vc时比较器COMP2产生高电平的Boost_Rst，复位信号经RS触发器RS2使Q3_Gate变低、Q4_Gate变高；此时Q1和Q4管子打开，输入电流经电流采样电路21与斜波相加产生的电压I sen+S l ope继续上升，直到时钟信号到来I sen+S l ope电压仍小于Buck_Vc，比较器COMP1不翻转，Q1_Gate保持高电平、Q2_Gate保持低电平；开始新的周期。此时电路工作在升压模式，各点的波形请见图2的Boost模式。

一种升降压变换器峰值电流控制方法，包括：

S1,周期开始，判断第三比较器COMP3的电压输出值是否大于第二电压输入值；若判断为是，则打开第一开关管Q1和第三开关管Q3，关断第二开关管Q2和第四开关管Q4，直至第二比较器COMP2翻转，进入S2；若判断为否，则进入S2；

S2,打开第一开关管Q1和第四开关管Q4，关断第二开关管Q2和第三开关管Q3；

S3,判断第一比较器COMP1的翻转和时钟电路23的信号哪个先到；若第一比较器COMP1先翻转，则打开第二开关管Q2和第四开关管Q4，关断第一开关管Q1和第三开关管Q3，随后回到S1；若时钟电路23的信号先到，则回到S1。

本发明提供的一种升降压变换器峰值电流控制方法的工作原理为：

首先周期开始，判断此时输出电压是否大于0.85倍的输入电压：如果输出电压大于0.85倍的输入电压，则Q1和Q3打开，Q2和Q4关断，直到比较器COMP2翻转输出高电平，则Q1和Q4打开，Q2和Q3关断；如果输出电压小于0.85倍的输入电压，无需等待比较器COMP2翻转，Q1和Q4打开，Q2和Q3关断；而后，如果在时钟信号C l ock到来之前，比较器COMP1先翻转为高电平则Q1和Q3关断，Q2和Q3打开，直到新的时钟信号到来，开始新的周期；如果直到时钟信号C l ock到来，比较器COMP1也没翻转，则开始直接开始新的周期。

以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本发明权利要求的保护范围中。

Claims (6)

1.一种升降压变换器峰值电流控制电路，其特征在于，包括：

升降压变换单元，所述升降压变换单元用于为负载提供电压；

峰值电流处理单元，所述峰值电流处理单元连接于所述升降压变换单元；

触发单元，所述触发单元分别连接于所述升降压变换单元和所述峰值电流处理单元，所述触发单元根据所述峰值电流处理单元的输出结果控制所述升降压变换单元；

所述升降压变换单元包括：

第一开关管，所述第一开关管的漏极连接于第一电压输入端，所述第一开关管为增强型NMOS管；

第二开关管，所述第二开关管的漏极连接于所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管为增强型NMOS管；

第三开关管，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管为增强型NMOS管；

第四开关管，所述第四开关管的漏极连接于电压输出端，所述第四开关管的源极连接于所述第三开关管的漏极，所述第四开关管为增强型NMOS管；

电感，所述电感的一端连接于所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极之间，所述电感的另一端连接于所述第三开关管的漏极和所述第四开关管的源极之间；

所述峰值电流处理单元包括：

电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接于所述第一电压输入端；

斜波补偿电路；

时钟电路，所述斜波补偿电路的输入端连接于所述时钟电路的第一输出端；

求和器，所述求和器的第一输入端连接于所述电流采样电路的输出端，所述求和器的第二输入端连接于所述斜波补偿电路的输出端；

第一处理电路，所述第一处理电路的输入端连接于所述电压输出端；

第二处理电路，所述第二处理电路连接于所述求和器的输出端和所述第一处理电路的输出端，所述第二处理电路的输出端连接于所述触发单元；

所述第一处理电路包括：

第一分压电阻，所述第一分压电阻的第一端连接于所述电压输出端；

第二分压电阻，所述第二分压电阻的第一端连接于所述第一分压电阻的第二端，所述第二分压电阻的第二端接地；

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接于所述第一分压电阻的第二端和所述第二分压电阻的第一端之间，所述运算放大器的反相输入端连接于基准电压；

偏置电压电路，所述偏置电压电路的输入端连接于所述运算放大器的输出端；

所述第二处理电路包括：

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端连接于所述求和器的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接于所述运算放大器的输出端；

第二比较器，所述第二比较器的同相输入端连接于所述第一比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接于所述偏置电压电路的输出端；

第三比较器，所述第三比较器的同相输入端连接于所述电压输出端，所述第三比较器的反相输入端连接于第二电压输入端；

第一与门，所述第一与门的第一输入端连接于所述第一开关管的栅极，所述第一与门的第二输入端连接于所述第一比较器的输出端；

第二与门，所述第二与门的第一输入端连接于所述第三开关管的栅极，所述第二与门的第二输入端连接于所述第二比较器的输出端；

第三与门，所述第三与门的第一输入端连接于所述时钟电路的第二输出端，所述第三与门的第二输入端连接于所述第三比较器的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种升降压变换器峰值电流控制电路，其特征在于，升降压变换单元还包括：

第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第一电压输入端，所述第一电容的第二端接地；

第二电容，所述第二电容的第一端连接于所述电压输出端，所述第二电容的第二端接地；

负载电阻，所述负载电阻的一端连接于所述电压输出端，所述负载电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种升降压变换器峰值电流控制电路，其特征在于，所述触发单元包括：

第一触发器，所述第一触发器的第一端连接于所述时钟电路的第二输出端，所述第一触发器的第二端连接于所述第一与门的输出端，所述第一触发器的第三端连接于所述第一开关管的栅极，所述第一触发器的第四端连接于所述第二开关管的栅极；

第二触发器，所述第二触发器的第一端连接于所述第二与门的输出端，所述第二触发器的第二端连接于所述第三与门的输出端，所述第二触发器的第三端连接于所述第三开关管的栅极；所述第二触发器的第四端连接于所述第四开关管的栅极。

4.根据权利要求1所述的一种升降压变换器峰值电流控制电路，其特征在于，所述第二电压输入端的电压值为所述第一电压输入端的a倍，a值为0.8～0.95。

5.根据权利要求3所述的一种升降压变换器峰值电流控制电路，其特征在于，所述第一触发器和所述第二触发器均为置位触发器。

6.一种升降压变换器峰值电流控制方法，应用于如权利要求1至5任意一项所述的控制电路，其特征在于，包括：

S1,周期开始，判断第三比较器的电压输出值是否大于第二电压输入值；若判断为是，则打开第一开关管和第三开关管，关断第二开关管和第四开关管，直至第二比较器翻转，进入S2；若判断为否，则进入S2；

S2,打开第一开关管和第四开关管，关断第二开关管和第三开关管；

S3,判断第一比较器的翻转和时钟电路的信号哪个先到；若第一比较器先翻转，则打开第二开关管和第四开关管，关断第一开关管和第三开关管，随后回到S1；若时钟电路的信号先到，则回到S1。