CN115473436A - 升降压变换器的控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种升降压变换器的控制电路和控制方法，升降压变换器包括第一开关管至第四开关管，控制电路包括：误差放大信号产生单元，根据升降压变换器的输出端的输出电压产生误差放大信号；判断单元，从升降压变换器获取电流采样信号，并将误差放大信号处理成降压控制信号和升压控制信号后再分别与电流采样信号进行比较，分别输出降压驱动信号和升压驱动信号；驱动单元，根据降压驱动信号和升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管导通或关断，以调节输出电压。降压控制信号和升压控制信号均为周期性的斜坡信号且二者的相位交错，从而使得降压驱动信号和升压驱动信号自动翻转，控制升降压变换器平滑切换工作模式，且输出电压稳定。

Description

升降压变换器的控制电路和控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种升降压变换器的控制电路和控制方法。

背景技术

近年来，我国各大行业迅速发展，对电力供应的需求越来越高。升降压（Buck-Boost）变换器作为一种DC/DC电路拓扑，因其具有开关器件电压/电流应力低、宽输入输出范围、无源元件少、效率高、可靠灵活等优点，被广泛应用于航空航天、通讯和军工武器等电源领域。

升降压变换器中应用较为广泛的一种为四开关Buck-Boost变换器，其包括第一开关管至第四开关管和一个电感。其中第一开关管和第二开关管串联，第三开关管和第四开关管串联，电感的一端连接于第一开关管和第二开关管之间，另一端连接于第三开关管和第四开关管之间，由一个变换器控制器控制第一开关管至第四开关管的导通和关断，以调节变换器的输出电压。

控制器控制变换器工作在三种模式下，即在变换器的输入电压与输出电压接近时采用BUCK-BOOST模式、在输入电压小于输出电压时采用BOOST模式、在输入电压大于输出电压时使用BUCK模式。但是BUCK-BOOST模式的调节通常需要多次判断输入电压和输出电压的大小，控制电路和判断方式都较为复杂，且三种模式之间的切换流畅度低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种升降压变换器的控制电路和控制方法，以解决现有技术中的问题，实现不同工作模式的平滑切换。

根据本公开第一方面，提供了一种升降压变换器的控制电路，所述升降压变换器包括第一开关管至第四开关管，第一开关管和第二开关管连接处为第一开关节点，第三开关管和第四开关管连接处为第二开关节点，电感连接在所述第一开关节点和所述第二开关节点之间，所述控制电路包括：

误差放大信号产生单元，连接所述升降压变换器的输出端，根据输出电压产生误差放大信号；

判断单元，连接所述升降压变换器和所述误差放大信号产生单元，从所述升降压变换器获取电流采样信号，并将所述误差放大信号处理成降压控制信号和升压控制信号后再分别与所述电流采样信号进行比较，分别输出降压驱动信号和升压驱动信号；以及

驱动单元，连接所述判断单元和所述升降压变换器，根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制所述第一开关管至所述第四开关管导通或关断，以调节所述输出电压，

其中，所述降压控制信号和所述升压控制信号均为周期性的斜坡信号，且所述降压控制信号和所述升压控制信号的相位交错。

可选地，所述降压控制信号和所述升压控制信号的周期相同，相位相差预设值，所述预设值为大于等于120度小于等于240度中的任一值。

可选地，所述控制电路控制所述升降压变换器的工作模式在降压模式、升降压模式和升压模式三种模式之间自动切换，且所述升降压变换器在所述三种模式下的开关频率相同。

可选地，所述驱动单元包括：

第一触发器，连接所述判断单元，接收第一时钟信号和所述降压驱动信号，控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通和关断；

第二触发器，连接所述判断单元，接收第二时钟信号和所述升压驱动信号，控制所述第三开关管和所述第四开关管的导通和关断，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的相位不同步。

可选地，所述降压控制信号与所述第一时钟信号频率相同，所述升压控制信号与所述第二时钟信号频率相同。

可选地，所述电流采样信号为所述升降压变换器的输入端的输入电流或输出端的输出电流流经采样电阻产生的电压值，

所述采样电阻连接在所述输入端和所述第一开关管之间或者连接在所述输出端和所述第四开关管之间。

可选地，所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态相反，且所述降压驱动信号翻转时，所述第一开关管和所述第二开关管切换导通状态；

所述第三开关管和所述第四开关管的导通状态相反，且所述升压驱动信号翻转时，所述第三开关管和所述第四开关管切换导通状态。

可选地，所述判断单元包括：

第一斜坡补偿单元，包括第一斜坡产生电路和第一加法器，所述第一斜坡产生电路产生与所述第一时钟信号同步的第一斜坡信号，所述第一斜坡信号与所述误差放大信号经由所述第一加法器生成所述降压控制信号；

第二斜坡补偿单元，包括第二斜坡产生电路和第二加法器，所述第二斜坡产生电路产生与所述第二时钟信号同步的第二斜坡信号，所述第二斜坡信号与所述误差放大信号经由所述第二加法器生成所述升压控制信号；

比较单元，包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器比较所述降压控制信号和所述电流采样信号后向所述第一触发器输出降压驱动信号，所述第二比较器比较所述升压控制信号和所述电流采样信号后向所述第二触发器输出升压驱动信号。

可选地，所述第一斜坡信号和第二斜坡信号的斜坡方向相反。

可选地，所述第一斜坡信号的电压值在周期内逐渐降低，所述降压控制信号的形状跟随所述第一斜坡信号；所述第二斜坡信号的电压值在周期内逐渐升高，所述升压控制信号的形状跟随所述第二斜坡信号。

可选地，所述控制电路还包括：

PWM分配器，连接在所述驱动单元和所述升降压变换器之间，根据所述升降压变换器的输入电压和输出电压控制所述第一开关管至所述第四开关管的导通时间，调整所述三种模式各自的持续时间。

根据本发明的第二方面，提供一种升降压变换器的控制方法，用于控制所述升降压变换器的工作模式，所述控制方法包括：

根据所述升降压变换器的输出端的输出电压产生误差放大信号；

将所述误差放大信号通过加法器处理成降压控制信号和升压控制信号；

获取所述升降压变换器的电流采样信号，分别与所述降压控制信号和所述升压控制信号进行比较，生成降压驱动信号和升压驱动信号；以及

根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管的导通或关断，以调节所述输出电压，

其中，所述降压控制信号和所述升压控制信号均为周期性的斜坡信号，且所述降压控制信号和所述升压控制信号的相位交错。

可选地，所述控制方法还包括：

根据第一斜坡产生电路产生与第一时钟信号同步的第一斜坡信号，且根据第二斜坡产生电路产生与第二时钟信号同步的第二斜坡信号，

其中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号不同步，所述降压控制信号和所述升压控制信号分别跟随所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号。

可选地，根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管的导通或关断，以调节所述输出电压的步骤包括：

根据第一时钟信号和所述降压驱动信号控制第一开关管和第二开关管的导通和关断，根据第二时钟信号和所述升压驱动信号，控制第三开关管和第四开关管的导通和关断。

本发明提供的升降压变换器的控制电路和控制方法，将升降压变换器的输出电压通过反馈电路和误差放大器处理为误差放大信号，之后再将误差放大信号分别与两路斜坡信号叠加生成相位交错的降压控制信号和升压控制信号，再采样升降压变换器的输入电流生成电流采样信号，将电流采样信号分别与降压控制信号和升压控制信号进行比较，根据比较结果驱动升降压变换器的四个开关管的导通和关断，从而调节输出电压，判断步骤简单，能快速实现三种工作模式的切换，且由于降压控制信号和升压控制信号为两路相位交错的斜坡信号，二者与电流采样信号的比较结果也不同步，能精确控制各个开关管的导通和关断，以使得升降压变换器的工作状态切换平滑。

进一步地，经由两个斜坡产生电路分别产生两路相位交错的斜坡信号，而每一路斜坡信号又跟随各自的时钟信号的相位，从而在每个开关周期内可以精确控制各个开关管的导通，实现定频控制和恒流控制。

进一步地，控制电路还可以根据输入/输出电压以及开通时间大小设定工作模式的持续时间，不同模式可对应设置迟滞，保证各模式下开关管的导通时间达到时限，也能避免频繁的模式切换，减小输出电压纹波。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1示出了升降压变换器的一种示意性电路图；

图2示出了根据本发明实施例的升降压变换器的一种示意性电路图；

图3示出了根据本发明第一实施例的升降压变换器的控制电路的示意性电路图；

图4示出了根据本发明第一实施例的升降压变换器在控制电路控制下的各信号的示意性波形图；

图5示出了根据本发明第二实施例的升降压变换器的控制电路的示意性电路图；

图6示出了根据本发明实施例的升降压变换器在控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

图1示出了升降压变换器的一种示意性电路图。

如图1所示，为四开关的升降压变换器，包括串联的第一开关管Q1和第二开关管Q2以及串联的第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1和第二开关管Q2的连接节点为第一开关节点SW1，第一开关管Q1和第二开关管Q2还与电容C1连接，第一开关管Q1位于变换器的输入端，输入端的电流为输入电流Vin。第三开关管Q3和第四开关管Q4的连接节点为第二开关节点SW2，第三开关管Q3和第四开关管Q4还与电容C2连接，第四开关管Q4位于变换器的输出端，输出端的电流为输出电流Vout。在第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间还连接有电感L，流过电感的电流为电感电流I_L，例如是从第一开关节点SW1流向第二开关节点SW2为正向。

第一开关管Q1至第四开关管Q4的栅极连接至控制电路，通过控制电路控制开关管的导通。一般采用电流型控制，例如采用两个采样电阻分别与Q1和Q4串联，分别采样输入电流和输出电流，当输入电压Vin显著大于输出电压Vout时，为BUCK工作状态，采用电感谷值电流控制；当输入电压Vin显著小于输出电压Vout时为BOOST工作状态，采用电感峰值电流控制；输入电压Vin接近输出电压Vout时需要利用当前电流信号的高低来决定下个周期的状态，这样的控制方式下，变换器的开关频率不固定，不利于优化外围器件，且没有单独的BUCK-BOOST状态，只能利用电流采样信号决定下个周期的状态，容易受到噪声的干扰。还可以在第二开关管Q2和第三开关管Q3与地的连接端之间串联一个采样电阻采样电流进行定频控制。当输入电压接近输出电压时为BUCK-BOOST状态，此时还需要根据Vin和Vout的大小判断工作状态：如果Vin>Vout则为定频谷值电流控制；如果Vin< Vout则为定频峰值电流控制，使第二开关管Q2的开通时间固定。这一控制方式下，采样电阻没有采集到输入电流，无法实现输入电流恒流控制，而且BUCK-BOOST模式的判断复杂，容易受到反向恢复和驱动电流等因素的影响，电流采样信号也容易受到干扰，四个开关管的控制不精确。

因此，本发明还提供一种变换器的控制电路和控制方法，简化三种工作模式尤其是BUCK-BOOST状态的判断过程，精确控制四个开关管的导通和关断，实现三种工作模式的平滑切换，同时兼具定频控制和恒流控制的优点。以下结合具体电路介绍本申请的升降压变换器的控制电路和控制方法。

图2示出了根据本发明实施例的升降压变换器的一种示意性电路图。

如图2所示，升降压变换器10与第一实施例的升降压变换器的结构相同，该升降压开关变换器（buck-boost converter）10可调节输出电压Vout低于或者高于输入电压Vin。正压输出的升降压变换器10由四个开关管Q1-Q4，一个电感L以及输入/输出电容C1和C2构成。电感两端分别连接两个开关节点SW_BCK和SW_BST，通过控制电路调整两个开关节点上的占空比来调节输出电压Vout。第一开关管Q1、第二开关管Q2和电容C1所在的一端为输入端，由它们组成降压控制模块11；第三开关管Q3、第四开关管Q4和电容C2所在的一端为输出端，由它们组成升压控制模块12。第一开关管Q1至第四开关管Q4例如均为NMOS管，它们的连接方式如图2。本实施例的升降压变换器10在输入端还设置了采样电阻R1，输入电流Iin流经采样电阻R1的电压作为电流采样信号V_R1。

图3示出了根据本发明第一实施例的升降压变换器的控制电路的示意性电路图。

如图3所示，采用本实施例的控制电路100控制图2的升降压变换器10的工作状态。升降压变换器的控制电路100包括：误差放大信号产生单元110、判断单元120和驱动单元130。误差放大信号产生单元110连接升降压变换器的输出端，根据输出电压Vout产生误差放大信号V_OTA；判断单元120连接升降压变换器10和误差放大信号产生单元110，从升降压变换器10获取电流采样信号V_R1，并将误差放大信号V_OTA处理成降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}后再分别与电流采样信号V_R1进行比较，分别输出降压驱动信号V1和升压驱动信号V2；驱动单元130连接判断单元120和升降压变换器10，根据降压驱动信号V1和升压驱动信号V2控制第一开关管Q1至第四开关管Q4导通或关断，以调节输出电压Vout，降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}均为周期性的斜坡信号，且降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}的相位交错。例如，降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}的周期相同，相位相差预设值，所述预设值为大于等于120度小于等于180度中的任一值，如优选地，两者相位相差180度。

具体地，误差放大信号产生单元110包括反馈单元111和放大单元112，反馈单元111包括连接在输出端和地之间的串联的电阻R2和电阻R3，将输出电压Vout分压后生成反馈信号Vb，从电阻R2和电阻R3的连接点处将反馈信号Vb传输至放大单元112的误差放大器U1的反向输入端，而由电源产生的基准电压Vref则接入误差放大器U1的正向输入端，误差放大器U1的输出端连接判断单元120，反馈信号Vb和基准电压Vref的差值经由误差放大器U1放大后由输出端向判断单元120输出误差放大信号V_OTA。放大单元112还包括连接在误差放大器U1的输出端和地之间的串联的电阻R4和电容C3，起到滤波作用。

判断单元120包括比较单元121和与之连接的第一斜坡补偿单元122及第二斜坡补偿单元123，第一斜坡补偿单元122包括第一斜坡产生电路1221和第一加法器U2，第二斜坡补偿单元123包括第二斜坡产生电路1231和第二加法器U3，比较单元121包括第一比较器COM1和第二比较器COM2。其中，第一斜坡产生电路1221产生与第一时钟信号CLK_BCK同步的第一斜坡信号V_{R_BCK}，而第一斜坡信号V_{R_BCK}与误差放大信号V_OTA经由第一加法器U2叠加生成降压控制信号V_{CO_H}，第一比较器COM1的反向输入端连接第一加法器U2，接入降压控制信号V_{CO_H}；类似的，第二斜坡产生电路1231产生与第二时钟信号CLK_BST同步的第二斜坡信号V_{R_BST}，第二斜坡信号V_{R_BST}与误差放大信号V_OTA经由第二加法器U3生成升压控制信号V_{CO_L}，第二比较器COM1的正向输入端连接第二加法器U2，接入升压控制信号V_{CO_L}。从升降压变换器10的输入端获取的电流采样信号V_R1分别接入第一比较器COM1的正向输入端和第二比较器COM2的反向输入端，第一比较器COM1比较降压控制信号V_{CO_H}和电流采样信号V_R1后向驱动单元130输出降压驱动信号V1，第二比较器COM2比较升压控制信号V_{CO_L}和电流采样信号V_R1后向驱动单元130输出升压驱动信号V2。电流采样信号也可以从输出端获取，此时需在输出端设置采样电阻。优选的，第一时钟信号CLK_BCK和第二时钟信号CLK_BST不同步，例如相位相差180度，则第一斜坡信号V_{R_BCK}和第二斜坡信号V_{R_BST}的相位也相差180度。第一斜坡信号和第二斜坡信号的斜坡方向相反，比如，当第一斜坡的斜坡方向向下，则第二斜坡的斜坡方向向上，当第一斜坡的斜坡方向向上，则第二斜坡的斜坡方向向下，在这种情况下，则第一斜坡的斜坡起点可以降低，第二斜坡的斜坡起点可以增加。优选地，本实施例中，第一斜坡信号V_{R_BCK}的电压值在周期内逐渐降低，降压控制信号V_{CO_H}的形状跟随第一斜坡信号V_{R_BCK}，第二斜坡信号V_{R_BST}的电压值在周期内逐渐升高，升压控制信号V_{CO_L}的形状跟随所述第二斜坡信号，则降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}的相位也相差180度，且降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}均为周期性的斜坡信号，或者说为锯齿波信号。降压控制信号V_{CO_H}或升压控制信号V_{CO_L}与电流采样信号V_R1相交时，对应比较器输出的降压驱动信号V1或升压驱动信号V2翻转。

驱动单元130包括第一触发器U4和第二触发器U5，例如RS触发器，第一触发器U4连接判断单元120，其置位端S和复位端R分别接入第一时钟信号CLK_BCK和降压驱动信号V1，输出端分别输出驱动信号Q1和驱动信号Q2来对应控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通和关断；第二触发器U5连接判断单元120，其置位端S和复位端R分别接入第二时钟信号CLK_BST和升压驱动信号V2，输出端分别输出驱动信号Q3和驱动信号Q4来对应控制第三开关管Q3和第四开关管Q4的导通和关断。那么，降压控制信号VCO_H和升压控制信号VCO_L分别与电流采样信号V_R1相交时，对应比较器输出的降压驱动信号V1和升压驱动信号V2分别翻转，对应第一触发器U4和第二触发器U5的输出端信号翻转，从而可以改变第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通状态，以切换工作模式。

可选地，电流采样信号V_R1为升降压变换器10的输入端的输入电流Vin或输出端的输出电流Vout流经采样电阻R1产生的电压值，采样电阻R1连接在输入端和第一开关管Q4之间或者连接在输出端和第四开关管Q4之间。而且，还可以在采样电阻R1上连接RC滤波器，对电流采样信号V_R1进行滤波，消除开关噪声的影响。

控制电路200在工作时，第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通状态相反，且当降压驱动信号V1翻转时，第一开关管Q1和第二开关管Q2切换导通状态；且第三开关管Q3和第四开关管Q4的导通状态相反，且当升压驱动信号V2翻转时，第三开关管Q3和第四开关管Q4切换导通状态。而第四开关管Q4处于常通状态，且第一开关管Q1和第二开关管Q2切换导通转态时为降压BUCK模式；第一开关管Q1处于常通状态，且第三开关管Q3和第四开关管Q4切换导通状态时为升压BOOST模式，第一开关管Q1和第二开关管Q2切换导通状态且第三开关管Q3和第四开关管Q4也切换导通状态时处于升降压BUCK-BOOST模式。通过上述控制电路200可以控制升降压变换器10的工作模式在降压模式、升降压模式和升压模式三种模式之间自动切换，且升降压变换器10在三种模式下的开关频率相同。

图4示出了根据本发明第一实施例的升降压变换器在控制电路控制下的各信号的示意性波形图。

结合图3-图4，具体地：在t0时刻，开关管Q1和Q4导通，第一斜坡产生电路1221产生与第一时钟信号CLK_BCK同步的第一斜坡信号V_{R_BCK}，降压控制信号V_{CO_H}的波形跟随第一斜坡信号V_{R_BCK}，电压逐渐减小；在t1时刻，第二斜坡产生电路1231产生与第二时钟信号CLK_BST同步的第二斜坡信号V_{R_BST}，升压控制信号V_{CO_L}的波形跟随第二斜坡信号V_{R_BST}，电压逐渐升高。在t0-t2时段，降压控制信号V_{CO_H}一直大于电流采样信号V_R1，升压控制信号V_{CO_L}一直小于电流采样信号V_R1，降压驱动信号V1和升压驱动信号V2均没有翻转，SW_BCK为第一开关节点处的信号变化，与降压驱动信号V1变化趋势相同，表征开关管Q1和Q2的状态，SW_BST为第二开关节点处的信号变化，与升压驱动信号V2变化趋势相同，表征开关管Q3和Q4的状态，SW_BCK一直为高电平，Q1导通，Q2关断，同理SW_BST为高，Q4导通，Q3关断，电感电流上升。

接着，在t2时刻，降压控制信号V_{CO_H}开始小于电流采样信号V_R1，SW_BCK信号翻转，开关管Q1和Q2切换导通状态，Q1关断，Q2导通；在t2-t3时段，开关管Q1关断，开关管Q2导通，开关管Q3和Q4维持原状态（Q4导通，Q3关断），电感电流I_L下降，此时Vin＞Vout，处于BUCK状态。接着，在t3、t4和t5时刻，SW_BCK信号均翻转，开关管Q1和Q2切换导通状态，t3-t5时段重复t0-t3时段的动作。即在t0-t5时段内，升压控制信号V_{CO_L}一直小于电流采样信号V_R1，开关管Q4维持常通状态，Q3关断，开关管Q1和Q2切换导通状态，升降压变换器处于降压模式。

t5-t6时段内，电流采样信号V_R1发生变化，升压控制信号V_{CO_L}逐渐接近电流采样信号V_R1；在t6时刻，升压控制信号V_{CO_L}开始大于电流采样信号V_R1，SW_BST信号翻转，开关管Q3和Q4切换导通状态，开关管Q3导通，开关管Q4关断；在t7时刻，升压控制信号V_{CO_L}开始小于电流采样信号V_R1，SW_BST信号再次翻转，开关管Q3和Q4再次切换导通状态；在t8和t9时刻，SW_BCK信号均发生翻转，开关管Q1和Q2也切换导通状态；在t10和t11时刻，SW_BST信号均发生翻转，开关管Q3和Q4也切换导通状态。即从t5-t12这一时段内，开关管Q1和Q2不断切换导通状态，开关管Q3和Q4也不断切换导通状态，升降压变换器处于生降压模式，电感电流的频率与降压模式下相同。

在t12时刻及之后，降压控制信号V_{CO_H}一直大于电流采样信号V_R1，开关管Q1处于常通状态，开关管Q2一直关断，升压控制信号V_{CO_L}多次与电流采样信号V_R1相交，SW_BST信号多次发生翻转，开关管Q3和Q4也多次切换导通状态，升降压变换器处于升压模式下，Vin＜Vout。从而本实施例的控制电路可以控制升降压变换器平滑切换三种工作模式，且能实现自主切换。

因此，本实施例的升降压变换器的控制电路将升降压变换器的输出电压通过反馈电路和误差放大器处理为误差放大信号，之后再将误差放大信号分别与两路斜坡信号叠加生成相位交错的降压控制信号和升压控制信号，再采样升降压变换器的输入电流生成电流采样信号，将电流采样信号分别与降压控制信号和升压控制信号进行比较，根据比较结果驱动升降压变换器的四个开关管的导通和关断来调节输出电压，那么三种模式的判断步骤简单，能快速实现不同工作模式的切换，且由于降压控制信号和升压控制信号为跟随各自的时钟信号的两路相位交错的斜坡信号，二者与电流采样信号的比较结果也不同步，能在各个时刻精确控制各个开关管的导通和关断，以使得升降压变换器的三种工作模式切换平滑。而经由两个斜坡产生电路分别产生两路相位交错斜坡信号，两路斜坡信号分别与各自对应的时钟信号同频率，使得每个开关周期内系统的频率固定，实现定频控制，容易选择外围器件和优化EMI（电源滤波）。

并且，将输入电流或输出电流流经采样电阻的电压作为电流采样信号与两路斜坡信号进行比较，容易实现恒流控制，且电路对电流采样信号的形状要求不高，少许纹波对工作模式判断的影响不大，经由RC滤波器滤波后就可以消除开关噪声的影响，升降压变换器的控制方法简单。

图5示出了根据本发明第二实施例的升降压变换器的控制电路的示意性电路图。

根据第一实施例的控制电路，可以根据两个比较器的输出信号控制RS触发器的复位端，输出四个不同的驱动信号，以自动实现信号翻转控制四个开关管Q1-Q4的导通和关断，从而实现对输出电压的控制，无需多次判断工作模式。但是在特殊情况下，考虑到开关管的最小开通时间限制，可能需要调节某一模式下某些开关管的导通时间，此时需要根据输入/输出电压以及开通时间大小设定工作模式，即图5示出的第二实施例。

如图5所示，本实施例的升降压变换器的控制电路200与实施例一的控制电路100相似，都包括误差放大信号产生单元210、判断单元220和驱动单元230，不同的是，本实施例的控制电路200还包括：PWM分配器240。

PWM分配器240连接在驱动单元230和升降压变换器10之间，根据升降压变换器10的输入电压Vin和输出电压Vout控制第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通时间，调整三种模式各自的持续时间。将第一触发器U4输出的第一驱动信号BCK_HS和第二驱动信号BCK_LS通过PWM分配器240调整后再输出至第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极，同理，将第二触发器U5输出的第三驱动信号和第四驱动信号通过PWM分配器240调整后再输出至第三开关管Q3和第四开关管Q4的栅极。

因此，本实施例的控制电路还可以根据输入/输出电压以及开通时间大小设定工作模式的持续时间，不同模式可对应设置迟滞，保证各模式下开关管的导通时间达到时限，也能避免频繁的模式切换，减小输出电压纹波。图6示出了根据本发明实施例的升降压变换器在控制方法的示意性流程图。

如图6所示，该升降压变换器的控制方法用于采用图3的控制电路来控制图2的升降压变换器的工作模式，结合图2-图6，本实施例的控制方法包括如下步骤：

在步骤S101中，根据升降压变换器的输出端的输出电压产生误差放大信号。本步骤中，通过反馈单元111将输出电压Vout分压后得到反馈信号Vb，再与基准电压Vref一同输入至误差放大器U1中，得到误差放大信号V_OTA。

本实施例的控制方法还包括：根据第一斜坡产生电路产生与第一时钟信号同步的（同频率的）第一斜坡信号，且根据第二斜坡产生电路产生与第二时钟信号同步的（同批率的）第二斜坡信号。即经由第一斜坡产生电路1221产生与第一时钟信号CLK_BCK同频率同相位的第一斜坡信号V_{R_BCK}，经由第二斜坡产生电路1231产生与第二时钟信号CLK_BST同频率同周期的第二斜坡信号V_{R_BST}，第一时钟信号CLK_BCK和第二时钟信号CLK_BST不同步，例如相位相差180度，则第一斜坡信号V_{R_BCK}和第二斜坡信号V_{R_BST}的相位也相差180度。

在步骤S102中，将误差放大信号通过加法器处理成降压控制信号和升压控制信号。本步骤中，通过第一加法器U2和第二加法器U3将误差放大信号V_OTA分别与第一斜坡信号V_{R_BCK}和第二斜坡信号V_{R_BST}相叠加，生成相位相差180度的降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}，那么降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}也都是周期性的斜坡信号，或者称为锯齿信号，且二者相位相差180度，容易实现定频控制。

在步骤S103中，获取升降压变换器的电流采样信号，分别与降压控制信号和升压控制信号进行比较，生成降压驱动信号和升压驱动信号。本步骤中，获取升降压变换器的输入端的输入电流流经采样电阻R1上的电压作为电流采样信号V_R1，将该电流采样信号V_R1分别与上一步骤的降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}进行比较，通过比较器CMO1和COM2分别输出降压驱动信号V1和升压驱动信号。由于直接将电流采样信号V_R1分别与降压控制信号V_{CO_H}和升压控制信号V_{CO_L}进行比较，比较步骤简单，因此各工作模式的判断简单，切换容易。电流采样信号的获取方式简单，信号的波形对判断结果影响较小，容易实现恒流控制。

在步骤S104中，根据降压驱动信号和升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管的导通或关断，以调节输出电压。本步骤包括：根据第一时钟信号CLK_BCK和降压驱动信号V1，通过第一触发器U4控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通和关断，根据第二时钟信号CLK_BST和升压驱动信号V1，通过第二触发器U5控制第三开关管Q3和第四开关管Q4的导通和关断，通过RS触发器可以自然实现信号的翻转，从而自动控制各开关管的导通和断开，平滑切换工作模式。

综上，本发明提供的升降压变换器的控制电路和控制方法，将升降压变换器的输出电压通过反馈电路和误差放大器处理为误差放大信号，之后再将误差放大信号分别与两路斜坡信号叠加生成相位交错的降压控制信号和升压控制信号，再采样升降压变换器的输入电流生成电流采样信号，将电流采样信号分别与降压控制信号和升压控制信号进行比较，根据比较结果驱动升降压变换器的四个开关管的导通和关断，从而调节输出电压，判断步骤简单，能快速实现三种工作模式的切换，且由于降压控制信号和升压控制信号为两路相位交错的斜坡信号，二者与电流采样信号的比较结果也不同步，能精确控制各个开关管的导通和关断，以使得升降压变换器的工作状态切换平滑。

进一步地，经由两个斜坡产生电路分别产生两路相位交错的斜坡信号，而每一路斜坡信号又跟随各自的时钟信号的相位，从而在每个开关周期内可以精确控制各个开关管的导通，实现定频控制和恒流控制。

需要说明的是，本文中的数值均仅用于示例性的说明，在本发明的其它实施例中，也可以采样其它的数值来实现本方案，具体应根据实际情况进行合理设置，本发明对此不作限定。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

还应理解，本文采用的术语和表述方式只是用于描述，本说明书的一个或多个实施例并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述（或其中部分）的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

Claims (14)

1.一种升降压变换器的控制电路，所述升降压变换器包括第一开关管至第四开关管，第一开关管和第二开关管连接处为第一开关节点，第三开关管和第四开关管连接处为第二开关节点，电感连接在所述第一开关节点和所述第二开关节点之间，所述控制电路包括：

误差放大信号产生单元，连接所述升降压变换器的输出端，根据输出电压产生误差放大信号；

判断单元，连接所述升降压变换器和所述误差放大信号产生单元，从所述升降压变换器获取电流采样信号，并将所述误差放大信号处理成降压控制信号和升压控制信号后再分别与所述电流采样信号进行比较，分别输出降压驱动信号和升压驱动信号；以及

驱动单元，连接所述判断单元和所述升降压变换器，根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制所述第一开关管至所述第四开关管导通或关断，以调节所述输出电压，

其中，所述降压控制信号和所述升压控制信号均为周期性的斜坡信号，且所述降压控制信号和所述升压控制信号的相位交错。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述降压控制信号和所述升压控制信号的周期相同，相位相差预设值，所述预设值为大于等于120度小于等于240度中的任一值。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路控制所述升降压变换器的工作模式在降压模式、升降压模式和升压模式三种模式之间自动切换，且所述升降压变换器在所述三种模式下的开关频率相同。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述驱动单元包括：

第一触发器，连接所述判断单元，接收第一时钟信号和所述降压驱动信号，控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通和关断；

第二触发器，连接所述判断单元，接收第二时钟信号和所述升压驱动信号，控制所述第三开关管和所述第四开关管的导通和关断，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的相位不同步。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其中，所述降压控制信号与所述第一时钟信号频率相同，所述升压控制信号与所述第二时钟信号频率相同。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述电流采样信号为所述升降压变换器的输入端的输入电流或输出端的输出电流流经采样电阻产生的电压值，

所述采样电阻连接在所述输入端和所述第一开关管之间或者连接在所述输出端和所述第四开关管之间。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态相反，且所述降压驱动信号翻转时，所述第一开关管和所述第二开关管切换导通状态；

所述第三开关管和所述第四开关管的导通状态相反，且所述升压驱动信号翻转时，所述第三开关管和所述第四开关管切换导通状态。

8.根据权利要求4所述的控制电路，其中，所述判断单元包括：

第一斜坡补偿单元，包括第一斜坡产生电路和第一加法器，所述第一斜坡产生电路产生与所述第一时钟信号同步的第一斜坡信号，所述第一斜坡信号与所述误差放大信号经由所述第一加法器生成所述降压控制信号；

第二斜坡补偿单元，包括第二斜坡产生电路和第二加法器，所述第二斜坡产生电路产生与所述第二时钟信号同步的第二斜坡信号，所述第二斜坡信号与所述误差放大信号经由所述第二加法器生成所述升压控制信号；

比较单元，包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器比较所述降压控制信号和所述电流采样信号后向所述第一触发器输出降压驱动信号，所述第二比较器比较所述升压控制信号和所述电流采样信号后向所述第二触发器输出升压驱动信号。

9.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述第一斜坡信号和第二斜坡信号的斜坡方向相反。

10.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述第一斜坡信号的电压值在周期内逐渐降低，所述降压控制信号的形状跟随所述第一斜坡信号；所述第二斜坡信号的电压值在周期内逐渐升高，所述升压控制信号的形状跟随所述第二斜坡信号。

11.根据权利要求3所述的控制电路，其中，还包括：

PWM分配器，连接在所述驱动单元和所述升降压变换器之间，根据所述升降压变换器的输入电压和输出电压控制所述第一开关管至所述第四开关管的导通时间，调整所述三种模式各自的持续时间。

12.一种升降压变换器的控制方法，用于控制所述升降压变换器的工作模式，所述控制方法包括：

根据所述升降压变换器的输出端的输出电压产生误差放大信号；

将所述误差放大信号通过加法器处理成降压控制信号和升压控制信号；

获取所述升降压变换器的电流采样信号，分别与所述降压控制信号和所述升压控制信号进行比较，生成降压驱动信号和升压驱动信号；以及

根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管的导通或关断，以调节所述输出电压，

其中，所述降压控制信号和所述升压控制信号均为周期性的斜坡信号，且所述降压控制信号和所述升压控制信号的相位交错。

13.根据权利要求12所述的控制方法，还包括：

根据第一斜坡产生电路产生与第一时钟信号同步的第一斜坡信号，且根据第二斜坡产生电路产生与第二时钟信号同步的第二斜坡信号，

其中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号不同步，所述降压控制信号和所述升压控制信号分别跟随所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号。

14.根据权利要求12所述的控制方法，其中，根据所述降压驱动信号和所述升压驱动信号控制第一开关管至第四开关管的导通或关断，以调节所述输出电压的步骤包括：

根据第一时钟信号和所述降压驱动信号控制第一开关管和第二开关管的导通和关断，根据第二时钟信号和所述升压驱动信号，控制第三开关管和第四开关管的导通和关断。

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