CN1407700A - 升压和降压开关调节器控制电路及升压和降压开关调节器 - Google Patents

Abstract

一升压和降压开关调节器，包括一个误差信号放大电路，误差信号放大电路的输出与升压三角波和降压三角波在比较电路中进行比较，以便使升压操作和降压操作互相转换，其中升压三角波和降压三角波的电压电平互不相同，但彼此同步。因此，升压操作和降压操作可以彼此快速转换而与输入电压和输出电压无关。

Description

升压和降压开关调节器控制电路及升压和降压开关调节器

技术领域

本发明涉及一个开关调节器控制电路，它能够根据输入电压，输出电压和输出电流的关系，快速转换升压和降压调节器的升压操作和降压操作，并涉及相同应用的开关调节器。

背景技术

作为传统的升压和降压开关调节器电路的一例，在图11中有一个公知的方法，其中当输入电压的电平低于输出电压的电平的时候，升压开关调节器被操作，而当输入电压的电平高于输出电压电平时，降压开关调节器被操作。一个电压检测电路118与电压源109相连，以便根据输入电压提供一个输出电压去控制开关119。然后，当输入电压的电平低于输出设定电压的电平的时候，电压源109和升压侧线圈103通过开关119彼此相连。

另一方面，当输入电压的电平高于输出设定电压的电平的时候，电压源109和升压开关105通过开关119彼此相连。这就是说，开关119和电压检测电路118一起被操作，由此，实现升压开关调节器和降压开关调节器的转换，保持输出电压电平恒定，而不考虑输入电压电平。

现在，传统升压开关调节器提供了控制方法，如图12所示，它在日本专利JP11-155281A中作为现有技术被描述。首先，Vout1的电压电平被检测，通过分压电阻111和分压电阻112分压Vout1而得到的Va电压信号和由基准电压电路117输出得到的基准电压Vref两者通过误差信号放大电路113被放大并输出输出电压Verr。其次，输出电压Verr的电平与振荡器电路115输出的一个三角波在比较器电路114中进行比较并输出一个脉冲，去控制升压开关107，如图11所示，从而使输出电压升压，使其电压电平高于输入电压电平。再者，类似地，在降压开关调节器中，Vout电压电平被检测，然后，通过电阻分压得到的电压和来自基准电压电路的基准电压通过误差信号放大电路放大。然后，在比较器电路中，输出电压的电平和来自振荡器电路的三角波进行比较，输出一个脉冲去控制降压开关105，如图11所示，由此把Vout的电平降低到一个低于输入电压电平的所希望的电平。

如上所述，开关调节器电路的操作是通过电压检测电路而互相转换的，由此而实现升压和降压操作。

不过，在传统的升压和降压开关调节器中，由于升压开关调节器和降压开关调节器输出所希望的电压，电压分压电阻器，误差信号放大电路，线圈就都是需要的。例如，会遇到这样的问题，输入端通过开关119被转接到另一端，即当操作从升压操作转接到降压操作的时候，输出电压的减小，大的负脉冲信号，大的尖头信号或输出电压振荡就会发生，直到开关完全被转换为止，即操作完全从升压操作转换到降压操作为止。再者，有这样的可能，即当输入波动或负载波动出现时，升压操作和降压操作通过开关119彼此转换，则输出电压可能再振荡。

发明内容

如上所述，本发明是为了解决上述与现有技术有关的问题而产生的，本发明的目的是提供一个升压和降压开关调节器控制电路，其中分压电阻器，基准电压电路和分别提供在升压开关调节器和降压开关调节器中的误差信号放大电路，是升压开关调节器和降压开关调节器所共有的，从而它能够大大减少电路的数目。

在这种情况下，三角波振荡电路受控，以产生一个升压三角波和一个降压三角波，它们彼此同步，但在电压电平上有差别，升压比较电路和降压比较电路分别被提供，从而控制按这样的方式实现：如果一个误差信号放大电路的输出电压的电平与升压三角波相交，则一个控制升压开关的脉冲就从升压比较电路的输出端产生，而如果一个误差信号放大电路的输出电压的电平与降压三角波相交，则一个控制降压开关的脉冲就从降压比较电路的输出端产生。结果，无论应该执行升压操作或是降压操作都可以被自动判断，从而在开关调节器内部实行转换。

本发明的另一个目的是提供一个升压和降压开关调节器控制电路，它能够减少电能消耗或提高效率。

在这种情况下，传统上需要提供两个线圈的场合，在本发明中，升压和降压操作仅用一个公共线圈就能实现，并且当对所希望的输出电压设定给定的输入电压的时候，如果需要升压，就只有升压操作被执行，如果需要降压，就只有降压操作被执行。

为了解决上述问题，根据本发明，提供一个升压和降压开关调节电路，其中一个公共误差信号放大电路的输出电压与升压三角波和降压三角波在各自比较电路中进行比较，这两个三角波是同步的，但在电压电平上互有差别。结果，升压操作和降压操作可以快速相互转换，以减少电能消耗并提高效率。

附图说明

本发明上述和其它目的以及优点，通过下面参考附图对最佳实施例进行描述将变得更清楚。

图1是一个电路图，部分方块图，它表示本发明第一实施例的升压和降压开关调节器电路的结构；

图2是一个电路图，它表示图1所示升压和降压开关调节器控制电路的结构；

图3是一个时间曲线图，用于解释图2所示升压和降压开关调节器控制电路的操作。

图4是一个电路图，局部方块图，它表示本发明第二实施例的升压和降压开关调节器电路的结构；

图5是一个电路图，它表示本发明第三实施例图1所示升压和降压开关调节器控制电路的结构；

图6是时间曲线图，用于解释图5所示升压和降压开关调节器控制电路的操作；

图7是一个图解表示，用于解释图2所示内部振荡电路的输出；

图8是一个电路图，它表示本发明第4实施例的图1中的升压和降压开关调节器控制电路的结构；

图9是一个时间曲线图，用于解释图8所示升压和降压开关调节器控制电路的操作；

图10是时间曲线图，用于解释本发明第5实施例的升压和降压开关调节器控制电路的操作；

图11是一个电路图，局部方块图，它表示一个传统的升压和降压开关调节器电路的结构；

图12是一个电路图，用于解释传统升压开关调节器控制电路的操作。

具体实施方式

在各自比较电路中比较一个误差信号放大电路的输出电压和升压三角波和降压三角波，这两个三角波彼此同步，但在电压电平上有差别，通过比较，升压操作和降压操作被互相转换。

下面参照附图描述本发明的最佳实施例。

第一实施例

图1是一个电路图，局部方块图，它表示本发明第一实施例的开关调节器的结构。

在开关调节器中，开关调节器控制电路1，降压开关2，升压开关6，二极管7，二极管4，线圈3彼此相连。开关调节器电路1检测端Vout(V_输出)上的电压，当根据输入电压，输出电压和输出电流的关系需要升压操作的时候，升压开关6的ON/OFF(开/关)就由开关调节器控制电路1控制，从而提升端Vout上的电压电平到所希望的电压电平。在这种连接中，在升压操作期间，降压开关2通常是处于ON状态。另一方面，当根据输入电压，输出电压和输出电流的关系需要进行降压操作的时候，降压开关2的ON/OFF就通过开关调节器控制电路1控制，从而减小端子Vout上的电压电平到所希望的电压电平。在这种连接中，在降压操作期间，升压开关6通常处在OFF状态。

其次，开关调节器控制电路1的操作将参考图2进行详细描述。

图2是一个电路图，它表示图1所示开关调节器控制电路1的内部电路结构。输出电压Vout通过分压电阻11和分压电阻12电阻性分压并以Va形式被输入到一个误差信号放大电路13中。再者，一个基准电压电路10的基准电压以Vref的形式被输入到误差信号放大电路13，以便放大基准电压Vref和从分压电阻获得的电压Va之间的差电压，并以输出电压Verr的形式输出这样放大的差电压。其次，振荡电路14输出一个三角波Vosc，它被依次输入一个降压比较电路16和一个电平移动电路15。然后，已经输入到电平移动电路15中的三角波Vosc又以电压Vosc1的形式输出，以便输入比较电路17去升压，电压Vosc1与Vosc同步，但在电压电平上不同。如果来自误差信号放大电路Verr的电压Verr具有一个与Vosc相交的电压电平，则方波Vcomp D就从降压比较电路输出去控制降压开关2，如图1所示，由此实现降压操作。这时升压开关6是处于OFF状态。再者，如果来自误差信号放大电路的电压Verr具有一个与Vosc1相交的电平，则方波Vcomp U从升压比较电路输出去控制升压开关6，如图1所示，由此而实行降压操作。这时，降压开关是处于ON(接通)状态。

现在，误差信号放大电路13的输出电压Verr的电平，降压比较电路16的输出电压VcompD的电平，升压比较电路17的输出电压VcompV的电平被示于图3中。首先，当根据输入电压，输出电压和输出电流的关系，需要降压操作的时候，Verr与降压三角波Vosc相交，以便通过降压比较电路16与Vosc进行比较，输出一个方波到降压比较电路16的输出端VcompD，由此控制降压开关2。如果图3所示VcompD的输出电平是高的，则降压开关2就接通。这时，从图3显然看出并理解，由于升压比较电路17的输出电压VcompV具有一个低电平，升压开关6就处于OFF(关断)状态。

其次，当由于输入电压，输出电压和输出电流之间的关系使在降压操作中输出电压已经变得不能保持所希望的电压值的时候，输出电压Vout的电平开始减小，并且响应于此，从电阻性分压获得的电压Va的电平也减小。由于通过电阻性分压获得的电压Va的电平开始减小，如果在Va和基准电压Vref之间的差电压通过误差信号放大电路13进行放大，则误差信号放大电路13的输出电压Verr的电平也开始减小。如果Verr的电平开始减小，则Verr将不与降压三角波Vosc相交，而将与升压三角波Vosc1相交，它具有从降压三角波Vosc移动来的电平。

这种现象表明，由于输入电压，输出电压和输出电流之间的关系使在降压操作中，所希望的电压电平不能被保持，因此Verr的电平减小，从而相交的对方就是从降压三角波Vosc变到升压三角波Vosc1。Verr与升压三角波Vosc1相交以便在升压比较电路17中与Vosc1进行比较，输出方波到升压比较电路17的输出端VcompU，由此控制升压开关6。如果图3中所示输出电压VcompU的电平是高的，则升压开关6就被接通。这时，从图3明显看出并理解，由于降压比较电路17的输出电压VcompU是高电平，升压开关2就处于接通状态。

换言之，降压三角波和升压三角波彼此同步，但电压电平互不相同，它们被提供到一个公共的误差信号放大电路，以便在比较器电路中与一个误差信号放大电路的输出电压的电平进行比较，用其输出分别控制升压开关和降压开关。结果，当根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系需要降压操作的时候，降压操作就被执行，而当根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系需要进行升压操作的时候，升压操作就被执行。因此，根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系，降压操作和升压操作可以彼此快速转换。

此外，当所希望的输出电压可以只通过升压操作输出时，就只有升压操作被实行，而当所希望的输出电压可以是只通过降压操作输出的时候，就只有降压操作被实行。因此，不仅电流消耗被明显减少，整个升压和降压开关调节器的效率也大大提高。

第二实施例

图4是一个电路图，部分方块图，它表示本发明第二实施例的开关调节器的结构。比较图4的第二实施例和图1所示的第一实施例，可以明白，二极管4用开关19代替了，二极管7用开关18代替了。

关于这个结构，升压开关调节器和降压开关调节器的基本操作没有改变，开关19和升压开关6彼此同步以执行升压操作，从而有可能抑制在升压操作期间流过二极管4的电流消耗。此外，类似地，开关18和降压开关2彼此同步地执行降压操作，由此可能抑制在降压操作期间流过二极管7的电流的消耗。但是这时禁止降压开关2和同步降压开关18同时接通，禁止升压开关6和同步升压开关19同时接通，禁止同步降压开关18和升压开关6同时接通。这理由是，由于在电源和GND(地电位)之间短路，输出电压和GND之间短路，或转换，能量就在线圈中积累，这个能量将对GND放电，结果导致全部能量白白消耗。

图4所示升压和降压开关调节电路20通过增加一个逻辑线路而构成，其中，降压开关2和同步降压开关18之间的同时接通，升压开关6和同步升压开关19之间的同时接通，同步降压开关18和升压开关6之间的同时接通，对于图1所示升压和降压开关调节器电路1是禁止实行的。通过执行上述控制，和第一实施例相比，效率进一步提高了。

第三实施例

下面，描述本发明的第三实施例。现在参考图5详细描述图1所示开关调节器控制电路1。图5是一个电路图，它表示图1所示开关调节器控制电路1的内部电路结构。由分压电阻31和分压电阻32电阻性分压得到的输出电压Vout以Va的形式输入到一个误差信号放大电路33。此外，基准电压电路30的输出电压以Vref的形式被输入到误差信号放大电路33，以便放大从电阻分压得到的电压Va和基准电压Vref之间的差电压，并输出一个Verr形式的电压，这个电压依次被输入到升压比较电路36和电平移动电路35。

输入到电平移动电路35的输出电压Verr以Verr1的形式被输出，Verr1与Verr的电压电平不同，Verr1然后又被输入降压比较电路37。如果具有一个与Vosc相交的电压电平，则方波VcompD从降压比较电路输出去控制图1中降压开关2，从而执行降压操作。这时，升压开关6是处在OFF状态。此外，如果Verr具有一个与Vosc相交的电压电平，则方波VcompU从升压比较电路输出去控制图1所示升压开关6，由此执行升压操作。这时，降压开关是处在ON状态。

现在，误差信号放大电路的输出电压Verr电平，电平移动电路的输出电压Verr1的电平，升压比较电路36的输出电压VcompU的电平，降压比较电路37的输出电压VcompD的电平被示于图6中。首先，当根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系需要降压操作的时候，Vosc与电平移动电路的输出电压Verr1相交，以便在降压比较电路37中与Verr1进行比较，输出方波到降压比较电路37的输出端VcompD，从而控制降压开关2。如果图6所示输出电压VcompD的电平是高的，则降压开关2被接通。这时，从图6显然看出并理解，因为升压比较电路17的输出电压VcompU是处在低电平电平，则升压开关6就处在OFF状态。

其次，如果由于输入电压，输出电压和输出电流之间的关系使在降压操作中输出电压变得不能保持所希望的电压电平，则输出电压Vout的电平开始减小，响应于此，通过电阻性分压获得的电压Va的电平也开始变小。因为通过电阻性分压获得的电压Va的电平开始变小，如果Va和基准电压Vref之间的差电压通过误差信号放大电路33放大，则误差信号放大电路33的输出电压Verr也开始变小。如果Verr的电平开始变小，通过电平移动获得的Verr1也开始变小，从而Verr1不再与方波Vosc相交，而Verr与Vosc相交。这表明，由于输入电压，输出电压和输出电流之间的关系使在降压操作中所希望的电压电平变得不能再保持，Verr的电平变小，通过电平移动获得的Verr1将不与Vosc相交，而Verr将与Vosc相交。Verr与方波Vosc相交，在升压比较电路36中与Vosc比较，输出一个方波到升压比较电路16的输出端VcompU，由此控制升压开关6。如果图3所示VcompU的输出电平是高的，则升压开关6就被接通。这时从图3显而易见并可以理解，因为降压比较电路17的输出电压VcompD是高电压电平，降压开关2就处在ON状态。

换言之，对于一个三角波，误差信号放大电路的两个输出电压，它们在电压电平上互不同，并被提供在各自的比较电路中与Verr和Verr1进行比较，通过各自的输出电压去控制升压开关和降压开关。结果，当根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系需要降压操作的时候，降压操作被执行，而当根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系需要升压操作的时候，升压操作就被执行。因此，根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系，降压操作和升压操作很容易彼此转换。

再者，当所希望的电压仅通过升压操作被输出，只有升压操作被执行，而当所希望的电压仅通过降压操作被输出，就只有降压操作被执行。结果，不仅电能消耗明显减少，而且整个升压和降压开关调节器的效率也大大提高。

此外，在第三实施例的升压和降压开关调节器电路中，升压和降压操作可以以高效率实行，因为，它具有和第二实施例相同的结构。

每个三角波的电压电平不涉及上述第一和第二实施例的升压和降压开关调整电路。不过，图3所示内容表示的操作中，升压三角波和降压三角波之间没有相交。在第一实施例中，升压三角波和降压三角波之间没有相交使得升压操作和降压操作可以彼此完全分开。因此，控制升压操作中升压开关的振荡的操作和控制降压操作中降压开关的振荡的操作彼此完全不会混合。如图7所示，在升压三角波和降压三角波之间操作的期间内，升压开关处于OFF状态，而降压开关处于ON状态。这是输入电压电平接近输出电压电平的情况，因此，输入电压和输出电压保持短路操作。接着，在升压三角波和降压三角波之间没有相交的情况下，操作可平滑地从升压操作转换到降压操作，或从降压操作转换到升压操作，其中，降压操作中的占空率是100％，升压操作中的占空率是0％。

第四实施例

此外，升压三角波和降压三角波相交的情况是第四实施例。通常，如果三角波彼此相交，则升压操作和降压操作将混合执行。不过，一个闩锁电路50，如图8所示，提供在升压比较电路和降压比较电路之后，从而升压操作和降压操作可以分别执行而不会彼此混合。首先，一个与振荡电路的输出信号同步的复位信号被输出，并以闩锁电路的复位信号的形式被使用。如果降压三角波与Verr相交，则在振荡一个周期内，VcompD的电平变成“L”。因为VcompD的反信号被用作闩锁电路的复位脉冲，具有电平“H”的数据信号就从闩锁电路输出。然后，数据信号的电平被保持在“H”，直到下一个复位信号被输入。然后，有这样的可能，如果误差信号放大电路的输出电压Verr在升压三角波与降压三角波相交的时间点上被输出，则当具有电平“H”的VcompD被输出时，VcompU的电平变成“H”。不过，在误差信号放大电路在升压三角波和降压三角波相交的时间点上输出电压Verr的情况下，在输出复位信号以后，在VcompU的电平变成“H”之前，VcompD的电平变成必要的“L”。接着，在输出复位信号以后，VcompD的电平变成“L”，这就导致闩锁电路识别这个操作为降压操作，然后输出具有电平“H”的数据输出。仅只具有电平“L”的信号从VcompU1输出，它与升压比较电路的输出信号是NOR关系。换言之，闩锁电路被提供，如图9所示，当在振荡的一个周期内，VcompD的电平变到“L”的时候，这个操作被认为是降压操作，只有降压操作被实行而不实行升压操作，即使VcompU操作在那个试图操作升压开关的周期内。

现在说明由于三角波之间的位置关系而产生的优点和缺点。比较升压三角波和降压三角波相交的情况和升压三角波和降压三角波不相交的情况，优点在于，前者具有较高的响应速度，在这个高速度下，操作从升压操作转换到降压操作，或从降压操作转换到升压操作。另一方面，在升压三角波和降压三角波之间不相交的情况下，当升压操作和降压操作彼此转换的时候，这个状态是必要的，即降压操作具有100％的占空率而升压操作具有0％的占空率。然而，由于这个部分具有某种电压宽度，它就或多或少地要花费时间使升压操作和降压操作互相转换，造成瞬态响应变差。不过，当升压三角波与降压三角波相交的时候，由于只具有控制降压开关的振荡的操作或控制升压开关的振荡的操作，所以任何一个操作必需被执行。结果，使升压操作与降压操作相互转换所需要的时间就被忽略了。不过，升压三角波和降压三角波相交的缺点是，由于升压MIN占空率或降压MAX占空率被忽略，稳定性变得比较差。理想的状态是，升压三角波和降压三角波不间断地产生，从升压操作到降压操作的转换线性地实行。不过，在实际中实现这种情况是有困难的，因此无论如何必需选择是否使升压三角波和降压三角波相互相交。

现在，升压三角波和降压三角波相交的情况已在实施例3中描述，其中信号误差放大电路的输出电压有一个电压宽度，可以理解，通过判断该电压宽度是大于三角波的峰间值，或是小于三角波的峰间值可以得出同样的效果。

此外，在第4实施例中，升压MIN占空率被除去，可以理解，在降压MAX占空率被除去并且升压MIN占空率被设定到0％的情况下，可以得到相同的效果。

第五实施例

再者，已经描述了升压三角波和降压三角波彼此同步的情况，下面将参照图10描述升压三角波和降压三角波彼此不同步的情况。即使升压三角波和降压三角波彼此不同步的时候，如果操作进入升压操作就在升压三角波的一个周期内，如果操作进入降压操作就在降压三角波一个周期内，实行升压和降压控制。即使升压三角波和降压三角波彼此不同步，本发明也可以应用于此，操作照样实行。此外，即使当它们之间的振荡频率不同，由于降压操作和升压操作以各自振荡频率实行，这类似于它们之间不同步的情况，本发明也可以应用于此。由于这个原因，本发明根本不涉及三角波的同步和不同步，振荡频率相同和不相同。

此外，本发明的目的还在于使升压操作和降压操作之间快速转换以明显提高效率，即使在包括一个误差信号放大电路和升压三角波和降压三角波的电路中，或者在一个误差信号放大电路的输出电压具有一定电压宽度的电路中。因此，本发明根本不涉及如第一和第二实施例中所述的开关和线圈的连接方式及二极管的容量。很明显，本发明可以应用于这样的开关调节器电路，它包括至少一个升压开关，一个降压开关，一个线圈，还包括一个本发明的开关调节器控制电路。

如上所述，本发明的效果是，根据输入电压，输出电压和输出电流之间的关系，升压和降压开关调节器的升压操作和降压操作可以相互快速转换，同时能够提高瞬态响应，减小电流损耗和提高效率。

上面已经参照最佳实施例对本发明作了专门的描述，可以理解，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，那些熟知本技术的人可以对它作出各种变化和修改，本发明的范围是由所附权利要求完全确定的。

Claims (11)

1、一种开关调节器控制电路，包括：

一个误差信号放大电路，在其一个输入端接收通过电阻性分压所得到的输出电压，在其另一输入端接收基准电压，并比较输出电压和基准电压；

一个降压比较电路，它一端与第一振荡电路相连，另一端与上述误差信号放大电路的输出端相连；以及

一个升压比较电路，它一端与第二振荡电路相连，另一端与上述误差信号放大电路相连，其中，第二振荡电路与上述第一振荡电路的电压电平不同。

2、如权利要求1的开关调节器控制电路，其中第一和第二振荡电路的输出波形是三角波。

3、如权利要求2的开关调节器控制电路，其中，作为第一和第二振荡电路的输出波形的三角波彼此同步并被无相交地输出。

4、一个升压和降压开关调节器控制电路，包括：

一个提供基准电压到一个误差信号放大电路的基准电压电路，

其中，三角波从振荡器电路被输出，降压输出和升压输出从误差信号放大电路的输出端产生，它们在电压电平上彼此不同，上述误差信号放大电路的降压输出在降压比较电路中与所述的三角波进行比较，上述误差信号放大电路的升压输出在升压比较电路中与所述的三角波进行比较，通过上述降压比较电路和上述升压比较电路输出的方波而分别执行升压操作或降压操作，以便保持输出电压恒定。

5、根据权利要求4的升压和降压开关调节器控制电路，其中上述误差信号放大电路的每个降压输出和升压输出的电压电平彼此不同，并高于每个上述振荡电路输出的三角波的峰间值。

6、如权利要求2的升压和降压开关调节器控制电路，其中作为上述第一和第二振荡电路输出波形的三角波彼此不同步。

7、如权利要求4的升压和降压开关调节器控制电路，其中作为上述第一和第二振荡电路输出波形的三角波彼此不同步。

8、如权利要求1的升压和降压开关调节器控制电路，其中上述第一和第二振荡电路的振荡频率互不相同。

9、如权利要求4的一种升压和降压开关调节器控制电路，其中上述第一和第二振荡电路的振荡频率互不相同。

10、如权利要求1的开关调节器，其中一个升压和降压开关调节器控制电路被使用。

11、如权利要求4的开关调节器，其中一个升压和降压开关调节器控制电路被使用。

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