CN117096963A - 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法 - Google Patents

用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117096963A
CN117096963A CN202210517368.XA CN202210517368A CN117096963A CN 117096963 A CN117096963 A CN 117096963A CN 202210517368 A CN202210517368 A CN 202210517368A CN 117096963 A CN117096963 A CN 117096963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
voltage
pulse width
controller
real
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210517368.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈凯
刘志国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Dashun Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Dashun Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Dashun Technology Co ltd filed Critical Beijing Dashun Technology Co ltd
Priority to CN202210517368.XA priority Critical patent/CN117096963A/zh
Priority to US18/196,382 priority patent/US20230369955A1/en
Publication of CN117096963A publication Critical patent/CN117096963A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法。电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电。控制器包括补偿模块、驱动模块和电容控制模块。补偿模块比较实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果，比较实时充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果，并根据第一比较结果和第二比较结果产生补偿电压。驱动模块根据补偿电压产生脉冲宽度调制信号。电容控制模块根据脉冲宽度调制信号和指示实时充电电流的电流指示信号产生控制信号。驱动模块根据脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制电压变换器的上侧开关，根据控制信号产生第二开关信号以控制电压变换器的下侧开关。

Description

用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法
技术领域
本发明涉及控制器技术领域，尤其涉及一种用于电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法。
背景技术
图1所示为一种用于给电池充电的传统充电电路100，包括控制器110和电压变换器。电压变换器由上侧开关Q1、下侧开关Q2、电感L1和电容C1构成。其中，上侧开关Q1和下侧开关Q2为N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。控制器110通过控制上侧开关Q1和下侧开关Q2来调节提供给电池的实时充电电流ICH和实时充电电压VBATT。VDDP为控制器110输出的参考电压。电容C2为自举电容，其两端的电压分别为BST和LX。电容C2用于为上侧开关Q1提供驱动电压。以充电电路100工作于连续导通状态为例，参考图2，控制器110交替导通上侧开关Q1和下侧开关Q2。如果忽略下侧开关Q2上的导通压降和二极管D1上的导通压降，当下侧开关Q2导通时，LX的电压为0V(地电平)，控制器100输出的参考电压VDDP通过二极管D1给自举电容C2充电，C2两端的电压为VDDP。如果忽略上侧开关Q1上的导通压降，当上侧开关Q1导通时，由于电容C2两端的电压不能突变，C2两端的电压保持为VDDP，因此BST的电压会被抬高到VIN+VDDP，并作为驱动电压提供给上侧开关Q1。
图1中的电压变换器的工作模式包括同步模式和异步模式。当负载电流较大时，电压变换器工作在同步模式，上侧开关Q1和下侧开关Q2交替导通。当负载电流较小时，电压变换器工作在异步模式，仅上侧开关Q1周期性导通，当Q1断开后下侧开关Q2不导通，流过电感L1的电流通过下侧开关Q2的体二极管续流。异步模式下，如果负载较轻并且上侧开关Q1的导通时间较长，则下侧开关Q2体的二极管续流的时间较短，容易导致自举电容C2充电时间不足，其电压无法正常驱动上侧开关Q1。一种传统的解决方法是检测自举电容C2两端的电压，如果C2两端的电压过低，则强制导通下侧开关Q2给自举电容C2充电。这种传统的方法中，下侧开关Q2的导通频率和导通时刻随机。Q2的导通频率随机容易带来音频噪声，导通时刻随机将会产生电感负电流，从而带来较大的输出电压纹波和输出电流纹波。
发明内容
本发明提供了一种用于控制电压变换器的控制器。电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电。控制器包括补偿模块、驱动模块和电容控制模块。补偿模块比较实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果，比较实时充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果，并根据第一比较结果和第二比较结果产生补偿电压。驱动模块根据补偿电压产生脉冲宽度调制信号。电容控制模块根据脉冲宽度调制信号和指示实时充电电流的电流指示信号产生控制信号。驱动模块根据脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制电压变换器的上侧开关，根据控制信号产生第二开关信号以控制电压变换器的下侧开关。
本发明又提供了一种用于控制电压变换器的控制器。电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电。控制器包括第一驱动端口和第二驱动端口。第一驱动端口输出第一开关信号以控制电压变换器的上侧开关。第二驱动端口输出第二开关信号以控制电压变换器的下侧开关。如果实时充电电流大于电流门限值，则控制器工作于同步模式，第二开关信号与第一开关信号同步且反相；如果实时充电电流小于电流门限值，则控制器工作于异步模式，第二开关信号是频率为第一开关信号频率的N分之一(N为大于等于2的整数)的窄脉宽信号序列。
本发明还提供了一种控制电压变换器的方法，电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电，该方法包括以下步骤：比较实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果；比较充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果；根据第一比较结果和第二比较结果产生补偿电压；根据补偿电压产生脉冲宽度调制信号；根据脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制电压变换器的上侧开关；如果实时充电电流小于电流门限值，产生频率为脉冲宽度调制信号频率N分之一(N为大于等于2的整数)的窄脉宽信号序列作为第二开关信号以控制电压变换器的下侧开关。
如前所述，本发明披露了一种用于控制电压变换器的控制器和一种控制电压变换器的方法。采用本发明的控制器和控制方法，电压变换器的下侧开关Q2在窄脉宽信号序列的控制下被定时导通，使得自举电容的电压足以驱动上侧开关Q1。下侧开关Q2的导通频率被限制在人耳听力上限范围20KHz之外，因此不会产生音频噪声。进一步的，下侧开关Q2的导通时刻被设置在上侧开关Q1的断开时刻，从而可以避免传统方法中下侧开关Q1随机导通产生电感负电流并因此带来输出电压和输出电流纹波较大的弊端。
附图说明
以下通过结合本发明的一些实施例及其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为一种传统的充电电路；
图2所示为一种传统的充电电路中自举电容的电压波形图；
图3所示为根据本发明一个实施例的充电电路；
图4所示为根据本发明一个实施例的控制器的电路图；
图5所示为根据本发明一个实施例的控制器的驱动模块的信号波形图；
图6所示为根据本发明一个实施例的控制器的电容控制模块的电路图；
图7所示为根据本发明一个实施例的工作于同步模式下的控制器的时序图；
图8所示为根据本发明一个实施例的工作于异步模式下的控制器的时序图；
图9所示为根据本发明一个实施例的用于控制电压变换器的方法流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图3所示为根据本发明一个实施例的充电电路300。充电电路300包括控制器310和由控制器310控制的电压变换器。在图3的例子中，电压变换器包括上侧开关Q1、下侧开关Q2、电感L1和电容C1。电压变换器接收输入电压VIN并产生实时充电电流ICH和实时充电电压VBATT以对电池(图3中未示出)充电。控制器310通过控制上侧开关Q1和下侧开关Q2来调节提供给电池的实时充电电流ICH和实时充电电压VBATT。电容C2为自举电容，其两端的电压分别为BST和LX。电容C2用于为上侧开关Q1提供驱动电压。
控制器310的端口包括第一驱动端口DVH、第二驱动端口DVL、第一输入端口IN1、第二输入端口IN2、电流设定端口IS、电压设置端口VS、参考电压输出端口VD以及检测端口VB和IC。第一驱动端口DVH用于输出第一开关信号HDR以控制电压变换器的上侧开关Q1。第二驱动端口DVL用于输出第二开关信号LDR以控制电压变换器的下侧开关Q2。第一输入端口IN1和第二输入端口IN2分别与自举电容C2两端耦合。电流设置端口IS用于接收指示预设充电电流的电流设置信号ISET。电压设置端口VS用于接收预设电池电压VSET。参考电压输出端口VD用于输出参考电压VDDP。检测端口VB用于检测实时充电电压VBATT。检测端口VB和IC分别与电阻R1两端耦合，用于根据电阻R1两端的电压ICHP和VBATT检测实时充电电流ICH。
控制器310包括驱动模块304，补偿模块306和电容控制模块302。补偿模块306用于比较实时充电电流ICH和预设充电电流以产生第一比较结果，比较实时充电电压VBATT和预设电池电压以产生第二比较结果，并根据第一比较结果和第二比较结果产生补偿电压VCOMP。驱动模块304用于根据补偿电压VCOMP产生脉冲宽度调制信号PWM。电容控制模块302用于根据脉冲宽度调制信号PWM和指示实时充电电流ICH的电流指示信号IBATT产生控制信号LDR2。驱动模块304根据脉冲宽度调制信号PWM产生第一开关信号HDR以控制电压变换器的上侧开关Q1，根据控制信号LDR2产生第二开关信号LDR以控制电压变换器的下侧开关Q2。
图4所示为根据本发明一个实施例的控制器310的电路图。控制器310包括驱动模块304，补偿模块306和电容控制模块302。
补偿模块306包括第一运算放大器EA1、第二运算放大器EA2和第三运算放大器CSA1。第三运算放大器CSA1比较电压信号ICHP和VBATT并产生指示实时充电电流ICH的电流指示信号IBATT。第一运算放大器EA1通过比较电流指示信号IBATT和电流设置信号ISET来比较实时充电电流ICH和预设充电电流，并产生第一比较结果。第二运算放大器EA2比较实时充电电压VBATT和预设电池电压VSET并产生第二比较结果。补偿模块206还包括电流源S1，用于给电容C4充电。电容C4上的电压即为补偿电压VCOMP，补偿电压VCOMP被上述第一、第二比较结果所调节。具体而言，如果实时充电电流ICH小于预设充电电流，第一运算放大器EA1的输出升高，电流源S1提供的电流给电容C4充电，补偿电压VCOMP升高；如果实时充电电流ICH大于预设充电电流，第一运算放大器EA1的输出降低，第一运算放大器EA1吸收电流源S1提供的电流，补偿电压VCOMP降低。如果实时充电电压VBATT小于预设电池电压VSET，第二运算放大器EA2的输出升高，电流源S1提供的电流给电容C4充电，补偿电压VCOMP升高；如果实时充电电压VBATT大于预设电池电压VSET，第二运算放大器EA2的输出降低，第二运算放大器EA2吸收电流源S1提供的电流，补偿电压VCOMP降低。
驱动模块304包括三角波产生器430、第一比较器COMP1、第一驱动器421和第二驱动器422。三角波产生器430用于产生三角波信号VTR。第一比较器COMP1根据三角波信号VTR和补偿电压VCOMP产生脉冲宽度调制信号PWM。第一驱动器421用于根据脉冲宽度调制信号PWM产生第一开关信号HDR。第二驱动器422用于根据控制信号LDR2产生第二开关信号LDR。如图4所示，第一比较器COMP1的第一输入端接收补偿电压VCOMP，第二输入端接收三角波信号VTR，输出端输出脉冲宽度调制信号PWM。第一比较器的COMP1第一输入端、第一运算放大器EA1的输出端、第二运算放大器EA2的输出端、电流源S1和电容C4连接至一共同节点NC1。
如图5所示，当补偿电压VCOMP大于三角波信号VTR时，脉冲宽度调制信号PWM为高电平；当补偿电压VCOMP小于三角波信号VTR时，脉冲宽度调制信号PWM为低电平。第一开关信号HDR由第一驱动器421根据脉冲宽度调制信号PWM产生，其波形与脉冲宽度调制信号PWM同步，且HDR的高、低电平被第一驱动器421分别设置为BST和LX的电压值。第二开关信号LDR由第二驱动器422根据控制信号LDR2产生，其波形与控制信号LDR2同步，且LDR的高、低电平被第二驱动器422分别设置为VDDP的电压值和0V(即地电平)。
图6所示为根据本发明一个实施例的控制器310的电容控制模块302的电路图。电容控制模块302包括第一反相器623、分频单元602、延时单元604、第二反相器608、第一与门610、或门612、第二与门614和第二比较器606。
第二比较器606用于将指示实时充电电流ICH的电流指示信号IBATT和指示电流门限值的门限信号ITH进行比较。如果电流指示信号IBATT大于门限信号ITH(即，实时充电电流ICH大于电流门限值)，则控制器310工作于同步模式，电容控制模块302产生的控制信号LDR2与脉冲宽度调制信号PWM同步且反相；如果电流指示信号IBATT小于门限信号ITH(即，实时充电电流ICH小于电流门限值)，则控制器310工作于异步模式，电容控制模块302每N个(N为大于等于2的整数)脉冲宽度调制信号PWM的周期产生一个窄脉宽信号，多个窄脉宽信号组成的序列即为控制信号LDR2。换言之，异步模式下电容控制模块产生的控制信号LDR2为窄脉宽信号序列，其频率为脉冲宽度调制信号PWM频率的N分之一。因为第一开关信号HDR的波形与脉冲宽度调制信号PWM同步，因此异步模式下控制信号LDR2的频率也为第一开关信号HDR频率的N分之一。
图7所示为根据本发明一个实施例的工作于同步模式下的控制器310的时序图。图8所示为根据本发明一个实施例的工作于异步模式下的控制器310的时序图。电容控制模块302的具体工作方式将结合图6、图7和图8进行描述。
参考图6和图7。如果电流指示信号IBATT大于门限信号ITH，第二比较器606输出的模式信号MODE为高电平，则控制器310工作于同步模式。第一反相器623根据脉冲宽度调制信号PWM产生反相后的脉冲宽度调制信号LDR1。分频单元602根据所述反相后的脉冲宽度调制信号LDR1产生分频信号A。具体而言，分频单元602对LDR1进行分频，产生频率为脉冲宽度调制信号PWM频率N分之一的分频信号A，其中N为大于等于2的整数。在图7和图8的例子中，分频参数N为16。在一个实施例中，分频后得到的分频信号A的频率大于人耳听力频率上限20KHz，因此电路不会产生噪音。延时单元604对分频信号A进行延时以产生延时信号B。在一个实施例中，延时单元604的延时时长t设置为70ns至120ns之间。第二反相器608根据延时信号B产生反相延时信号C。第一与门610对分频信号A和反相延时信号C进行逻辑与运算并产生输出信号D。或门612对第一与门610的输出和第二比较器606的输出进行逻辑或运算并产生输出信号E。第二与门614对或门612的输出和反相后的脉冲宽度调制信号LDR1进行逻辑与运算以产生控制信号LDR2。在同步模式下，模式信号MODE为高电平，因此或门612的输出E为高电平，第二与门614输出的LDR2与LDR1相同，为脉冲宽度调制信号PWM的反相信号。第二驱动器422根据控制信号LDR2产生与其同步的第二开关信号LDR。
参考图6和图8。如果电流指示信号IBATT小于门限信号ITH，第二比较器606输出的模式信号MODE为低电平，则控制器310工作于异步模式。因此或门612的输出信号E由第一与门610的输出信号D决定，信号E和信号D相同，两者的频率均等于分频信号A的频率。异步模式下信号D的产生过程与同步模式下类似，不再赘述。第二与门614对或门612的输出信号E和反相后的脉冲宽度调制信号LDR1进行逻辑与运算以产生控制信号LDR2。因此，控制信号LDR2的频率等于分频信号A的频率，LDR2的波形和信号D、信号E相同，是由多个脉宽等于t的窄脉宽信号组成的序列，每个窄脉宽信号的上升沿与脉冲宽度调制信号PWM的下降沿对齐，也与第一开关信号HDR的下降沿对齐。第二驱动器422根据控制信号LDR2产生与其同步的第二开关信号LDR。在一个实施例中，分频后得到的分频信号A的频率设置为大于人耳听力频率上限20KHz，因此控制信号LDR2的频率也大于20KHz。参考图3，电压变换器的下侧开关Q2在每个窄脉宽信号为高电平的时间段t被强制导通，自举电容C2在此时间段内被充电，使得自举电容C2的电压足以驱动上侧开关Q1。采用本发明的电路和控制方法，下侧开关Q2的导通频率可以被限制在人耳听力上限范围20KHz之外，因此不会产生音频噪声。进一步的，下侧开关Q2的导通时刻被设置在脉冲宽度调制信号PWM的下降沿处，即上侧开关Q1的断开时刻，从而可以避免传统方法中下侧开关Q1随机导通产生电感负电流并因此带来输出电压和输出电流纹波较大的弊端。
图9所示为根据本发明一个实施例的用于控制电压变换器的方法流程图。
步骤901，控制器比较实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果。
步骤902，控制器比较实时充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果。
步骤903，控制器根述第一比较结果和第二比较结果产生补偿电压。
步骤904，控制器根据补偿电压产生脉冲宽度调制信号。
步骤905，控制器根据脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制电压变换器的上侧开关；
步骤906，如果实时充电电流小于电流门限值，控制器产生频率为脉冲宽度调制信号频率N分之一(N为大于等于2的整数)的窄脉宽信号序列作为第二开关信号以控制电压变换器的下侧开关。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (22)

1.一种用于控制电压变换器的控制器，所述电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电，其特征在于，所述控制器包括：
补偿模块，用于比较所述实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果，比较所述实时充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果，并根据所述第一比较结果和所述第二比较结果产生补偿电压；
驱动模块，用于根据所述补偿电压产生脉冲宽度调制信号；以及
电容控制模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号和指示所述实时充电电流的电流指示信号产生控制信号，
其中，所述驱动模块根据所述脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制所述电压变换器的上侧开关，根据所述控制信号产生第二开关信号以控制所述电压变换器的下侧开关。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述补偿模块包括：
第一运算放大器，用于比较所述实时充电电流和所述预设充电电流以产生所述第一比较结果；
第二运算放大器，用于比较所述实时充电电压和所述预设电池电压以产生所述第二比较结果；以及
第一电流源，用于给电容充电，
其中，所述电容上的电压值为所述补偿电压，所述补偿电压被所述第一比较结果和第二比较结果所调节。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述驱动模块包括：
三角波产生器，用于产生三角波信号；
第一比较器，用于根据所述三角波信号和所述补偿电压产生所述脉冲宽度调制信号；以及
第一驱动器，用于根据所述脉冲宽度调制信号产生所述第一开关信号；
第二驱动器，用于根据所述控制信号产生所述第二开关信号。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述第一比较器的第一输入端接收所述补偿电压，所述第一比较器的第二输入端接收所述三角波信号，所述第一比较器的输出端输出所述脉冲宽度调制信号，
其中，所述第一比较器的所述第一输入端、所述第一运算放大器的输出端、所述第二运算放大器的输出端、所述第一电流源和所述电容连接至一共同节点。
5.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述电容控制模块包括：
第二比较器，用于将所述电流指示信号和指示电流门限值的门限信号进行比较，
其中，如果所述电流指示信号大于所述门限信号，则所述控制器工作于同步模式，所述电容控制模块产生的所述控制信号与所述脉冲宽度调制信号同步且反相；如果所述电流指示信号小于所述门限信号，则所述控制器工作于异步模式，所述电容控制模块产生的所述控制信号是频率为所述脉冲宽度调制信号的频率的N分之一的窄脉宽信号序列，其中，N为大于等于2的整数。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述窄脉宽信号序列中的每个窄脉宽信号的上升沿与所述第一开关信号的下降沿对齐。
7.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制信号的频率大于20KHz。
8.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述电容控制模块还包括：
第一反相器，用于根据所述脉冲宽度调制信号产生反相后的脉冲宽度调制信号；
分频单元，用于根据所述反相后的脉冲宽度调制信号产生分频信号，所述分频信号的频率为所述脉冲宽度调制信号的频率的N分之一；
延时单元，用于对所述分频信号进行延时以产生延时信号；
第二反相器，用于根据所述延时信号产生反相延时信号；
第一与门，用于对所述分频信号和所述反相延时信号进行逻辑与运算；
或门，用于对所述第一与门的输出和所述第二比较器的输出进行逻辑或运算；以及
第二与门，用于对所述或门的输出和所述反相后的脉冲宽度调制信号进行逻辑与运算以产生所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述分频信号的频率大于20KHz。
10.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述延时单元的延时时长设置为70ns至120ns之间。
11.一种用于控制电压变换器的控制器，所述电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电，其特征在于，所述控制器包括：
第一驱动端口，用于输出第一开关信号以控制所述电压变换器的上侧开关；
第二驱动端口，用于输出第二开关信号以控制所述电压变换器的下侧开关，
其中，如果所述实时充电电流大于电流门限值，则所述控制器工作于同步模式，则所述第二开关信号与所述第一开关信号同步且反相；如果所述实时充电电流小于所述电流门限值，则所述控制器工作于异步模式，所述第二开关信号是频率为所述第一开关信号的频率的N分之一的窄脉宽信号序列，其中，N为大于等于2的整数。
12.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述第二开关信号中每个窄脉宽信号的上升沿与所述第一开关信号的下降沿对齐。
13.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述第二开关信号的频率大于20KHz。
14.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
第一输入端口，与自举电容的一端耦合；
第二输入端口，与所述自举电容的另一端耦合，
其中，所述自举电容用于为所述上侧开关提供驱动电压。
15.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
电流设置端口，用于接收指示预设充电电流的电流设置信号；
电压设置端口，用于接收预设电池电压。
16.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
补偿模块，用于比较所述实时充电电流和所述预设充电电流以产生第一比较结果，比较所述实时充电电压和所述预设电池电压以产生第二比较结果，并根据所述第一比较结果和所述第二比较结果产生补偿电压；
驱动模块，用于根据所述补偿电压产生脉冲宽度调制信号；以及
电容控制模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号和指示所述实时充电电流的电流指示信号产生控制信号，
其中，所述驱动模块根据所述脉冲宽度调制信号产生所述第一开关信号，根据所述控制信号产生所述第二开关信号。
17.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述补偿模块包括：
第一运算放大器，用于比较所述实时充电电流和所述预设充电电流以产生所述第一比较结果；
第二运算放大器，用于比较所述实时充电电压和所述预设电池电压以产生所述第二比较结果；以及
第一电流源，用于给电容充电，
其中，所述电容上的电压值为所述补偿电压，所述补偿电压被所述第一比较结果和第二比较结果所调节。
18.根据权利要求17所述的控制器，其特征在于，所述驱动模块包括：
三角波产生器，用于产生三角波信号；
第一比较器，用于根据所述三角波信号和所述补偿电压产生所述脉冲宽度调制信号；以及
第一驱动器，用于根据所述脉冲宽度调制信号产生所述第一开关信号；
第二驱动器，用于根据所述控制信号产生所述第二开关信号。
19.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述电容控制模块包括：
第二比较器，用于将指示所述实时充电电流的电流指示信号和指示所述电流门限值的门限信号进行比较；
第一反相器，用于根据所述脉冲宽度调制信号产生反相后的脉冲宽度调制信号；
分频单元，用于根据所述反相后的脉冲宽度调制信号产生分频信号，所述分频信号的频率为所述脉冲宽度调制信号的频率的N分之一；
延时单元，用于对所述分频信号进行延时以产生延时信号；
第二反相器，用于根据所述延时信号产生反相延时信号；
第一与门，用于对所述分频信号和所述反相延时信号进行逻辑与运算；
或门，用于对所述第一与门的输出和所述第二比较器的输出进行逻辑或运算；以及
第二与门，用于对所述或门的输出和所述反相后的脉冲宽度调制信号进行逻辑与运算以产生所述控制信号。
20.一种控制电压变换器的方法，所述电压变换器接收输入电压并产生实时充电电流和实时充电电压以对电池充电，其特征在于，所述方法包括：
比较所述实时充电电流和预设充电电流以产生第一比较结果；
比较所述实时充电电压和预设电池电压以产生第二比较结果；
根据所述第一比较结果和所述第二比较结果产生补偿电压；
根据所述补偿电压产生脉冲宽度调制信号；
根据所述脉冲宽度调制信号产生第一开关信号以控制所述电压变换器的上侧开关；
如果所述实时充电电流小于电流门限值，则产生频率为所述脉冲宽度调制信号的频率的N分之一的窄脉宽信号序列作为第二开关信号以控制所述电压变换器的下侧开关，其中，N为大于等于2的整数。
21.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述窄脉宽信号序列中每个窄脉宽信号的上升沿与所述第一开关信号的下降沿对齐。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述实时充电电流大于所述电流门限值，则产生与所述脉冲宽度调制信号同步且反相的第二开关信号以控制所述电压变换器的下侧开关。
CN202210517368.XA 2022-05-13 2022-05-13 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法 Pending CN117096963A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210517368.XA CN117096963A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法
US18/196,382 US20230369955A1 (en) 2022-05-13 2023-05-11 Controller and method for controlling a voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210517368.XA CN117096963A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117096963A true CN117096963A (zh) 2023-11-21

Family

ID=88698451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210517368.XA Pending CN117096963A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230369955A1 (zh)
CN (1) CN117096963A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230369955A1 (en) 2023-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7268525B2 (en) Buck-boost converter
JP3467679B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃ変換器
JP4903945B2 (ja) バックブースト切換調整器において高効率を保持する制御回路および方法
US8716995B2 (en) Control circuit for switching power supply
JP2011041467A (ja) 蓄電システムの電圧バランス補正方法、蓄電システム
US10700590B2 (en) Drive device and power conversion device
JP5456495B2 (ja) 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路、昇降圧型のスイッチング電源、及び昇降圧型のスイッチング電源の制御方法
US10505504B2 (en) Class D amplifier
US10749519B2 (en) Semiconductor device driving method and driving apparatus and power conversion apparatus
US20160359412A1 (en) Burst mode control
US10075078B2 (en) Control circuit for maintaining a switching frequency for constant on time converter
US7764519B2 (en) Control circuit and method for controlling switching power supply
US20130099834A1 (en) Ramp signal generation circuit and ramp signal adjustment circuit
US20120081091A1 (en) Control circuit, dcdc converter, and driving method
US7049800B2 (en) Switching mode voltage regulator and method thereof
US12218592B2 (en) Control circuit for DC/DC converter
US20070103138A1 (en) Dc-dc converter and power supply device
US20190348917A1 (en) Voltage converter and operating method of voltage converter
JP2013247574A (ja) Ｐｗｍ信号生成回路および半導体装置
US8653863B2 (en) Sawtooth wave generation circuit
US20240223085A1 (en) Auto Calibration Dead-Time Control Circuit
CN117096963A (zh) 用于控制电压变换器的控制器及控制电压变换器的方法
US8686656B2 (en) Power supply device and light-emitting element drive device
JP4231992B2 (ja) スイッチトキャパシタ電源装置およびその昇降圧比切換制御方法ならびにスイッチ駆動回路
JP2003051740A (ja) 半導体集積回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination