CN209030091U - 一种变换器控制电路及升压降压变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变换器控制电路及其应用，变换器控制电路包括信号发生器、模式选择电路、降压模式控制电路和升压模式控制电路，信号发生器用以产生升压模式控制电路和降压模式控制电所需的基准信号，模式选择电路根据输出电压生成模式选择控制信号，升压模式控制电路和降压模式控制电路同时接收模式选择控制信号，并与各自内部的基准信号进行比较，进而选择升压降压变换器所需的工作模式，本实用新型应用于升压降压变换器在任意一个周期内，变换器仅工作在一种模式下，意味着只有两个功率管有开关动作，提高了模式切换时的效率，且升压模式控制电路和降压模式控制电路交替工作在输入电压和输出电压比较接近的情况，模式切换更加平滑。

Description

一种变换器控制电路及升压降压变换器

技术领域

本实用新型涉及一种电源电路，尤其涉及一种具有两种工作模式的DC-DC升降压变换器的控制电路及其应用。

背景技术

传统非隔离DC-DC变换器已经非常成熟，如Buck变换器、Boost变换器以及Buck-Boost 变换器，在汽车、光伏、工控、医疗及手持设备等领域有着非常广泛的应用，尤其在电池供电的系统中，由于电池电压较低，不需要隔离，因此传统的非隔离变换器具有明显的成本优势和性能优势。电池供电系统中，电池放电伴随着电池电压的降低，电池充电则电池电压升高，因此需要具有升压和降压功能的变换器，传统的具有升压和降压功能的变换器，即Buck-Boost变换器，由于输出电压为负，未广泛应用，现有的一种改进型的具有升压和降压功能的变换器，现已成为公知技术，该升压降压变换器功率级电路如图1所示，采用四个mos管(S1-S4)和单电感L组成，降压变换器和升压变换器共用一个功率电感L，降压变换器工作在输入电压高于输出电压的情况，用以将输入电压降低，升压变换器工作在输入电压低于输出电压的情况，用以将输入电压升高，降压变换器和升压变换器交替工作在输入电压和输出电压比较接近的情况，其具体连接关系为：降压变换器包括第一功率管S1和第二功率管 S2，第一功率管S1的漏极连接至正输入电压端口Vin，第一功率管S1的源极连接至第二功率管S2的漏极，第二功率管S2的源极连接至负输入电压端口；升压变换器包括第三功率管 S3和第四功率管S4，第三功率管S3的漏极连接至正输出电压端口Vo，第三功率管S3的源极连接至第四功率管S4的漏极，第四功率管S4的源极连接至负输出电压端口；功率电感L一端连接至第一功率管S1和第二功率管S2的连接处，另一端连接至第三功率管S3和第四功率管S4的连接处。图1中还包括滤波电路，用以减少输入输出电压的波动，滤波电路包括输入电容器Cin和输出电容器Co，输入电容器Cin正电压端连接至正输入电压端口Vin，输入电容器Cin负电压端连接至负输入电压端口，输出电容器Co正电压端连接至正输出电压端口Vin，输出电容器Co负电压端口连接至负输出电压端口。

图1现有控制技术下的升降压变换器具有升压模式、降压模式和升降压模式三种工作模式。通常情况下，当输入电压高于输出电压时，升降压开关电路工作于降压模式，此时S3 一直导通，S1和S2交替导通；当输入电压低于输出电压时，升降压开关电路工作于升压模式，此时S1一直导通，S3和S4交替导通；当输入电压与输出电压相近时，升降压开关电路工作于升降压模式，此时S1和S2交替导通，S3和S4交替导通。

在升压模式和降压模式下，任何一个周期内，只有两个mos管有开关动作，而在升降压模式下，一个周期内，四个mos管均有开关动作，因此在升降压模式下，增加的mos管开关损耗会导致较低的效率；

另外，受限于半导体器件自身特性，mos管开通和关断需要一定的时间，如果开通时间太短，则会导致极大的开通损耗，故现有控制电路中均增加有最小占空比限制电路或最大占空比限制电路，在此种三模式控制方案中，从升压模式或者降压模式过渡到升降压模式必有占空比从零跳变到最小占空比或者从1跳变到最大占空比的突变现象，该突变会引起输出电压的过冲，使得过渡过程不平滑。

其次，传统的峰值电流控制模式，需要采样电感电流，虽然现有技术中有无损采样电感电流的方案，但对电路要求比较严格，有些方案的实施必须依赖集成mos管才能实现，对于传统的mos管外置电路，采样电流依然依赖电阻，这势必又会导致损耗的增加，从而导致较低的效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提出一种具有两种工作模式的变换器控制电路及其应用，应用本实用新型控制电路的升压降压变换器能使得升压模式和降压模式平滑过渡，同时提高模式切换时的效率。

本实用新型要解决上述技术问题的技术方案如下：

一种变换器控制电路，其特征在于：

包括信号发生器、模式选择电路、降压模式控制电路和升压模式控制电路；信号发生器用以产生升压模式控制电路内部所需的升压基准信号和降压模式控制电路内部所需的降压基准信号；模式选择电路根据变换器的输出电压生成模式选择控制信号，升压模式控制电路和降压模式控制电路同时接收模式选择控制信号，并与各自内部的基准信号进行比较，如果模式选择控制信号低于升压基准信号，则通过降压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路工作在降压模式下，如果模式选择控制信号高于降压基准信号，则通过升压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路工作在升压模式下，如果模式选择控制信号介于升压基准信号和降压基准信号之间，则通过升压模式控制电路输出信号和降压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路交替工作在升压模式和降压模式下。

作为上述技术方案的一种具体的实施方式：所述模式选择电路的输入端用于连接变换器的输出端，所述模式选择电路的输出端同时连接升压模式控制电路的第一输入端和降压模式控制电路的第一输入端，所述信号发生器的第一输出端连接升压模式控制电路的第二输入端，信号发生器的第二输出端连接升压模式控制电路的第三输入端，所述信号发生器的第三输出端连接降压模式控制电路的第二输入端，信号发生器的第四输出端连接降压模式控制电路的第三输入端，所述升压模式控制电路包括两个输出端，所述降压模式控制电路包括两个输出端，所述升压模式控制电路和降压模式控制电路的四个输出端用于为变换器的四个主功率开关管提供控制信号；

所述信号发生器，通过一个时钟信号，产生由其第一输出端输出的升压时钟信号、由其第三输出端输出的降压时钟信号、由其第二输出端输出的升压基准信号和由其第四输出端输出的降压基准信号，任何时候升压时钟信号与升压基准信号同步，降压时钟信号与降压基准信号同步；升压时钟信号与降压时钟信号可以是同步，也可以是异步，可以是同频率，也可以是不同频率；

所述模式选择电路，包括输出电压采样单元和误差放大单元；输出电压采样单元的输入端即为模式选择电路的输入端，误差放大单元的输出端即为模式选择电路的输出端；输出电压采样单元用于接收变换器的输出电压产生采样信号，并送入误差放大单元，与误差放大单元内部基准比较产生模式选择控制信号并输出；

所述降压模式控制电路，包括降压开关信号单元和降压比较单元；降压开关信号单元包括第一RS触发器，由降压模式控制电路第二输入端输入的降压时钟信号产生第一RS触发器置位信号，第一RS触发器的输出端为降压模式控制电路的第一输出端，输出高电平，第一 RS触发器的反向输出端为降压模式控制电路的第二输出端，输出低电平，降压模式控制电路的第一输入端接收模式选择控制信号，并通过降压比较单元与降压模式控制电路第三输入端输入的降压基准信号进行比较，产生第一RS触发器复位信号，第一RS触发器的输出端输出低电平，第一RS触发器的反向输出端输出高电平；

所述升压模式控制电路，包括升压开关信号单元和升压比较单元；升压开关信号单元包括第二RS触发器，由升压模式控制电路第二输入端输入的升压时钟信号产生第二RS触发器置位信号，第二RS触发器的输出端为升压模式控制电路的第二输出端，输出高电平，第二 RS触发器的反向输出端为升压模式控制电路的第一输出端，输出低电平，升压模式控制电路的第一输入端接收模式选择控制信号，并通过升压比较单元与升压模式控制电路第三输入端输入的升压基准信号进行比较，产生第二RS触发器复位信号，第二RS触发器的输出端输出低电平，第二RS触发器的反向输出端输出高电平。

作为上述技术方案的改进，其特征在于：模式选择电路还包括环路补偿单元，环路补偿单元用以产生零极点补偿，稳定升压降压变换器电路，从而实现输出电压的稳定。

作为模式选择电路的一种具体的实施方式，除包括输出电压采样单元220和误差放大单元230之外，还包括环路补偿单元210；所述输出电压采样单元220，由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一电容器C1连接而成，第一电阻器R1的一端为模式选择电路的输入端，第一电阻器R1的一端还同时与第一电容器C1的一端相连，第一电阻器R1的另一端与第二电阻器R2的一端相连，同时与第一电容器C1的一端相连，第二电阻器R2的另一端与负输出电压端GND相连，第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接处为输出电压采样单元220的输出；所述误差放大单元230，由误差放大器233和参考基准电压232组成，其中输出电压采样单元220的输出连接至误差放大器233的反相输入端，参考基准电压232连接至误差放大器233的同相输入端，误差放大器233的输出即误差放大单元230的输出，也同时为模式选择电路的输出端，即误差放大单元230的输出为模式选择控制信号；所述环路补偿单元210 由第二电容器C2、第三电容器C3和第三电阻器R3连接而成，第二电容器C2的一端连接至第三电容器C3的一端，同时连接至输出电压采样单元220的输出，第三电容器C3的另一端连接至第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端连接至第二电容器C2的另一端，同时连接至误差放大单元230的输出。

作为升压模式控制电路300和降压模式控制电路400的一种具体的实施方式，升压模式控制电路300由升压比较器302和第二RS触发器303组成，升压比较器302的输出端连接至第二RS触发器303的复位信号输入端，升压比较器302的反相输入端为升压模式控制电路300的第一输入端，第二RS触发器的置位信号输入端为升压模式控制电路300的第二输入端，升压比较器302的同相输入端为升压模式控制电路300的第三输入端，第二RS触发器303的反向输出端为升压模式控制电路300的第一输出端，第二RS触发器303的输出端为升压模式控制电路300的第二输出端；降压模式控制电路400由降压比较器402和第一RS 触发器403组成，降压比较器402的输出端连接至第一RS触发器403的复位信号输入端，降压比较器402的反相输入端为降压模式控制电路400的第一输入端，第一RS触发器的置位信号输入端为降压模式控制电路400的第二输入端，降压比较器402的同相输入端为降压模式控制电路400的第三输入端，第一RS触发器403的输出端为降压模式控制电路400的第一输出端，第一RS触发器403的反向输出端为降压模式控制电路400的第二输出端。

优选地，升压模式控制电路300的第三输入端和降压模式控制电路400的第三输入端连接在一起。

作为信号发生器的一种具体的实施方式，由波形发生器组成；波形发生器通过基准时钟信号501产生升压时钟信号503和降压时钟信号504；然后通过升压时钟信号503产生升压基准信号505，通过降压时钟信号504产生降压基准信号506；升压基准信号505为锯齿波，与升压时钟信号503同步且同频率；降压基准信号506为锯齿波，与降压时钟信号504同步且同频率。

本实用新型上述变换器控制电路应用于升压降压变换器的技术方案如下：

所述升压降压变换器包括降压变换器和升压变换器，降压变换器和升压变换器共用一个功率电感器；所述降压变换器包括第一功率管和第二功率管，第一功率管的漏极连接至正输入电压端口，第一功率管的源极连接至第二功率管的漏极，第二功率管的源极连接至负输入电压端口；所述升压变换器包括第三功率管和第四功率管，第三功率管的漏极连接至正输出电压端口，第三功率管的源极连接至第四功率管的漏极，第四功率管的源极连接至负输出电压端口；所述功率电感器一端连接至第一功率管和第二功率管的连接处，另一端连接至第三功率管和第四功率管的连接处；所述升压模式控制电路第一输出端连接第三功率管的栅极，所述升压模式控制电路第二输出端用于连接第四功率管的栅极，所述降压模式控制电路第一输出端用于连接第一功率管的栅极，所述降压模式控制电路第二输出端用于连接第二功率管的栅极。

本实用新型应用上述变换器控制电路的升压降压变换器控制方法如下：

根据模式选择控制信号确定升压降压变换器的工作模式：

若模式选择控制信号小于升压基准信号，则升压降压变换器工作在降压模式下，保持第三功率管持续导通，第四功率管持续关断，第一功率管和第二功率管互补交替导通，具体的，当降压时钟信号触发第一RS触发器置位，开通第一功率管，并关断第二功率管，当降压基准信号上升到大于模式选择控制信号时，降压比较器触发第一RS触发器复位，关断第一功率管，并开通第二功率管，当降压时钟信号再次触发第一RS触发器置位，重新开始下一个周期，如此重复；

若模式选择控制信号大于降压基准信号，则升压降压变换器工作在升压模式下，保持第一功率管持续导通，第二功率管持续关断，第三功率管和第四功率管交替导通，具体的，当升压时钟信号触发第二RS触发器置位，开通第四功率管，并关断第三功率管，当升压基准信号上升到大于模式选择控制信号时，升压比较器触发第二RS触发器复位，关断第三功率管，并开通第四功率管，当升压时钟信号再次触发第二RS触发器置位，重新开始下一个周期，如此重复；

若模式选择控制信号大于降压基准信号且小于升压基准信号，则升压降压变换器工作在升降压模式下，保持第一功率管和第三功率管持续导通，第二功率管和第四功率管持续关断，此时输出电压约等于输入电压；如果输出电压高于输出电压高限限值，模式选择控制信号会降低，从而触发降压模式控制电路，关断第一功率管，并开通第二功率管，第三功率管和第四功率管保持原状态不变，降压模式控制电路控制一段时间后，输出电压降低，当降低到期望的输出电压时，模式选择控制信号恢复到介于降压基准信号和升压基准信号之间，重新保持第一功率管和第三功率管持续导通；如果输出电压低于输出电压低限限值，模式选择控制信号会升高，从而触发升压模式控制电路，关断第三功率管，并开通第四功率管，第一功率管和第二功率管保持原状态不变，升压模式控制电路控制一段时间后，输出电压升高，当升高到期望的输出电压时，模式选择控制信号恢复到介于降压基准信号和升压基准信号之间，重新保持第一功率管和第三功率管持续导通。

本实用新型的工作原理将在具体实施方式进行详细分析，本实用新型对比现有技术具有如下有益效果：

1)在任意一个周期内，变换器仅工作在一种模式下，意味着只有两个功率管有开关动作，提高了模式切换时的效率；

2)升压模式控制电路和降压模式控制电路交替工作在输入电压和输出电压比较接近的情况，没有占空比从零跳变到最小占空比或者从1跳变到最大占空比的突变现象，不会导致输出电压过冲，模式切换更加平滑；

3)单电压环控制，控制技术成熟，实现简单，不需要电流采样，减小了采样电阻的损耗，进一步提高了整体的效率；

4)同步控制与异步控制，可以优化电感电流波形，减小峰值电流，从而减小磁芯铁损；

5)同频控制与非同频控制，可以优化升压电路与降压电路的参数，简化了功率电感的设计。

附图说明

图1是现有技术升压降压变换器功率级电路示意图；

图2是本实用新型变换器控制电路的结构示意图；

图3是本实用新型一种升压降压变换器的模式选择电路逻辑示意图；

图4是本实用新型优选的一种升压降压变换器的电路控制逻辑示意图；

图5是本实用新型优选的另一种升压降压变换器的电路控制逻辑示意图；

图6是本实用新型一种升压降压变换器的信号发生器示意图；

图7是本实用新型一种升压降压变换器的同频同步控制时序图；

图8是本实用新型一种升压降压变换器的同频异步控制时序图；

图9是本实用新型一种升压降压变换器的非同频同步控制时序图；

图10是本实用新型一种升压降压变换器的非同频异步控制时序图；

图11是本实用新型一种升压降压变换器的第一至第四功率管驱动信号示意图；

图12是本实用新型一种升压降压变换器同频同步控制时序及相关波形示意图；

图13是本实用新型一种升压降压变换器升降压模式下的工作波形示意图；

图14是本实用新型一种升压降压变换器升降压模式下输入电压略低于输出电压时工作波形示意图；

图15是本实用新型一种升压降压变换器升降压模式下输入电压约等于输出电压时工作波形示意图；

图16是本实用新型一种升压降压变换器升降压模式下输入电压略高于输出电压时工作波形示意图；

图17是本实用新型一种升压降压变换器同频异步控制时序及相关波形示意图；

图18是本实用新型一种升压降压变换器非同频同步控制时序及相关波形示意图；

图19是本实用新型一种升压降压变换器非同频异步控制时序及相关波形示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的控制电路设计构想，现结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

参考图2，是本实用新型升压降压变换器控制电路结构示意图，升压降压变换器包括功率级电路100，其控制电路包括模式选择电路200、升压模式控制电路300、降压模式控制电路400和信号发生器500。

功率级电路100用以将输入电压Vin变换为期望的电压值并输出，模式选择电路200，用以根据输出电压来选择升压降压变换器所需要的工作模式，升压模式控制电路300工作在输入电压低于输出电压的情况，用以将输入电压升高，降压模式控制电路400工作在输入电压高于输出电压的情况，用以将输入电压降低，升压模式控制电路300和降压模式控制电路 400交替工作在输入电压和输出电压比较接近的情况，信号发生器500，用以产生升压模式控制电路300和降压模式控制电路400所需要的时钟信号和基准信号。基本原理为：模式选择电路200根据输出电压Vo生成模式选择控制信号，升压模式控制电路300和降压模式控制电路400同时接收模式选择电路200生成的模式选择控制信号，并与各自内部的基准信号进行比较，如果模式选择控制信号低于升压模式控制电路300内部的基准信号，则功率级电路100 工作在降压模式下，如果模式选择控制信号高于降压模式控制电路400内部的基准信号，则功率级电路100工作在升压模式下，如果模式选择控制信号介于升压模式控制电路300和降压模式控制电路400的基准信号之间，则功率级电路100工作在升降压模式下。

参考图3，是本实用新型优选的模式选择电路200，包括输出电压采样单元220、环路补偿单元210和误差放大单元230；所述输出电压采样单元220，由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一电容器C1连接而成，第一电阻器R1的一端与输出电压Vo相连，同时与第一电容器C1的一端相连，第一电阻器R1的另一端与第二电阻器R2的一端相连，同时与第一电容器C1的一端相连，第二电阻器R2的另一端与负输出电压端GND相连，第一电阻器R1 和第二电阻器R2的连接处为输出电压采样单元220的输出；所述误差放大单元230，由误差放大器233和参考基准电压232以及输出电压采样单元220的输出连接而成，其中输出电压采样单元220的输出连接至误差放大器233的反相输入端，参考基准电压232连接至误差放大器233的同相输入端，误差放大器233的输出即误差放大单元230的输出，为模式选择控制信号Comp；所述环路补偿单元210由第二电容器C2、第三电容器C3和第三电阻器R3连接而成，第二电容器C2的一端连接至第三电容器C3的一端，同时连接至输出电压采样单元 220的输出，第三电容器C3的另一端连接至第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端连接至第二电容器C2的另一端，同时连接至误差放大单元230的输出，即模式选择控制信号Comp上。输出电压采样单元220接收输出电压采样信号，并送入误差放大单元230，与内部基准比较产生模式选择控制信号Comp，环路补偿单元210跨接在误差放大单元230 的输入端与输出端，用以产生零极点补偿，稳定电路。

参考图4，为本实用新型优选的电路控制逻辑示意图，包括模式选择电路200中的误差放大单元230，该部分在上文已经详述，这里不再赘述。图4还包括以下两个功能模块：

(1)升压模式控制电路300，由升压基准信号301、升压比较器302、RS触发器303和时钟信号CLK连接而成；其中，升压基准信号301连接至升压比较器302的同相输入端，模式选择电路200输出的模式选择信号连接至升压比较器302的反相输入端，升压比较器302 的输出端连接至RS触发器303的复位信号输入端，时钟信号CLK连接至RS触发器的置位信号输入端，RS触发器303的输出端为升压模式控制电路300的第二输出端，产生升压模式控制信号Boost_PWM，控制第四功率管S4的开通和关断，RS触发器303的反向输出端为升压模式控制电路300的第一输出端，产生与升压模式控制信号Boost_PWM相反的控制信号，控制第三功率管S3的开通和关断。

(2)降压模式控制电路400，由降压基准信号401、降压比较器402、RS触发器403和时钟信号CLK连接而成；其中，降压基准信号401连接至降压比较器402的同相输入端，模式选择电路200输出的模式选择信号连接至降压比较器402的反相输入端，降压比较器402 的输出端连接至RS触发器403的复位信号输入端，时钟信号CLK连接至RS触发器的置位信号输入端，RS触发器403的输出端为降压模式控制电路400的第一输出端，产生降压模式控制信号Buck_PWM，控制第一功率管S1的开通和关断，RS触发器403的反向输出端为降压模式控制电路400的第二输出端，产生与降压模式控制信号Buck_PWM相反的控制信号，控制第二功率管S2的开通和关断。

图4中升压模式控制电路300和降压模式控制电路400共用同一个时钟信号CLK。

参考图5，为本实用新型优选的另一种电路控制逻辑示意图，图4与图5不同之处在图4 中的升压模式控制电路300和降压模式控制电路400共用同一个时钟信号，故对升压模式和降压模式的控制只能是同步且同频率的，而图5中的升压模式控制电路300和降压模式控制电路400分别采用独立的时钟信号，故对升压模式和降压模式的控制可以是同步同频、异步同频、同步异频和异步异频四种控制方式。所述同步、异步、同频和异频，对于本行内的技术人员来说是显而易见的，同步即表示两个信号的相位相同，初始起点相同；异步表示两个信号的相位有差异，初始起点不同；同频表示两个信号的频率相同；异频即表示两个信号的频率不相同。

参考图6，为本实用新型优选的信号发生器500，包括基准时钟信号501，所述基准时钟信号501，可以是以任意形式产生的一个脉冲信号；还包括升压时钟信号503和降压时钟信号504，所述升压时钟信号503和降压时钟信号504由基准时钟信号501所产生，可以是与基准时钟信号501同步亦可以非同步，可以同频率亦可以非同频率，同样的升压时钟信号503 与降压时钟信号504可以同步亦可以非同步，可以同频率亦可以非同频率；还包括升压基准信号505，所述升压基准信号505由升压时钟信号503产生，为锯齿波，与升压时钟信号503 同步且同频率；还包括降压基准信号506，所述降压基准信号506由降压时钟信号504产生，为锯齿波，与降压时钟信号504同步且同频率。

如图7所示，为升压时钟信号503(即CLK_A)和降压时钟信号504(即CLK_B)同步且同频率时的时序图，升压时钟信号503和降压时钟信号504与基准时钟信号501同步，同频率，升压基准信号505(即Ramp_A)与降压基准信号506(即Ramp_B)均为锯齿波，且升压基准信号505整体比降压基准信号506高，但不重合。

如图8所示，为升压时钟信号503和降压时钟信号504非同步但同频率时的时序图，升压时钟信号503与基准时钟信号501相位相差90度，频率相同，降压时钟信号504与基准时钟信号501相位相同，频率相同，升压基准信号505与降压基准信号506均为锯齿波，且升压基准信号505整体比降压基准信号506高，但不重合。

如图9所示，为升压时钟信号503和降压时钟信号504同步但非同频率时的时序图，升压时钟信号503与基准时钟信号501相位相同且频率相同，降压时钟信号504与基准时钟信号501相位相同，频率不同，升压基准信号505与降压基准信号506均为锯齿波，且升压基准信号505整体比降压基准信号506高，但不重合。

如图10所示，为升压时钟信号503和降压时钟信号504非同步且非同频率时的时序图，升压时钟信号503与基准时钟信号501相位相差90度，频率相同，降压时钟信号504与基准时钟信号501相位相同，频率不同，升压基准信号505与降压基准信号506均为锯齿波，且升压基准信号505整体比降压基准信号506高，但不重合。

为了更好的理解本实用新型的控制方法设计构想，现结合附图对本实用新型的具体控制方式进行详细的说明。

参考图11，为本实用新型优选的功率管控制驱动波形示意图，包括第一功率管S1、第二功率管S2，第三功率管S3和第四功率管S4的驱动信号波形。第一功率管S1和第二功率管 S2组成了功率级电路100的降压变换器，第一功率管S1关断后延迟死区时间Tdead时间后开通第二功率管S2，第一功率管S1和第二功率管S2不能同时开通；第三功率管S3和第四功率管S4组成了功率级电路100的升压变换器，第三功率管S3关断后延迟死区时间Tdead时间后开通第四功率管S4，第三功率管S3和第四功率管S4不能同时开通。

参考图12，为本实用新型优选的一种模式控制方法，包括基准时钟信号CLK、升压时钟信号CLK_A、降压时钟信号CLK_B、升压复位信号RST_A、降压复位信号RST_B、升压基准信号Ramp_A、降压基准信号Ramp_B和模式选择信号Comp。根据功率级控制的需要设计基准时钟信号CLK，同时升压时钟信号CLK_A和降压时钟信号CLK_B的工作频率与基准时钟信号CLK保持一致，且相位相同，升压基准信号Ramp_A和降压基准信号Ramp_B亦与基准时钟信号CLK保持一致，且相位相同。在输出电压不变的情况下，模式选择信号Comp 随着输入电压的升高为降低，随着输入电压的降低而升高。

当输入电压高于输出电压，模式选择信号Comp处于较低位置，低于升压基准信号Ramp_A，故升压模式控制电路300接收模式选择控制信号Comp，使得升压复位信号RST_A 一直为高电平，置位信号即升压时钟信号CLK_A无效，保持第四功率管S4一直处于关断状态，第三功率管S3一直处于导通状态，降压模式控制电路400接收模式选择控制信号Comp，在降压时钟信号CLK_B到来时，输出高电平，使得第一功率管S1开通，第二功率管S2关断，同时降压基准信号Ramp_B开始上升，当降压基准信号Ramp_B高于模式选择信号Comp 时，降压复位信号RST_B变为高电平，此时降压模式控制电路400在降压复位信号RST_B 变为高电平时，立即关断第一功率管S1，并开通第二功率管S2，待降压时钟信号CLK_B到来时，重复开通第一功率管S1，关断第二功率管S2，如此循环，使得输出电压为所期望的值。

当输入电压低于输出电压时，模式选择信号Comp处于较高位置，高于降压基准信号 Ramp_B，故降压模式控制电路400接收模式选择控制信号Comp，使得降压复位信号RST_B一直为高电平，置位信号即升压时钟信号CLK_B无效，保持第一功率管S1一直处于导通状态，第二功率管S2一直处于关断状态，升压模式控制电路300接收模式选择控制信号Comp，在升压时钟信号CLK_A到来时，输出高电平，使得第四功率管S4开通，第三功率管S3关断，同时升压基准信号Ramp_A开始上升，当升压基准信号Ramp_A高于模式选择信号Comp 时，升压复位信号RST_A变为高电平，此时升压模式控制电路300在降压复位信号RST_A 变为高电平时，立即关断第四功率管S4，并开通第三功率管S3如此循环，使得输出电压为所期望的值。

参考图13，为当输入电压与输出电压接近时本实用新型优选的控制方法，包括期望的输出电压Vo、输出电压上限值Vo_H、输出电压下限值Vo_L和实际输出电压150。期望的输出电压Vo表示升压降压变换器所设定的输出电压值，输出电压上限值Vo_H表示比期望的输出电压略高的任意一个值，输出电压下限值Vo_L表示比期望的输出电压略低的任意一个值。在输入电压与输出电压接近时，模式选择信号Comp处于升压基准信号Ramp_A和降压基准信号Ramp_B之间，此时第一功率管S1和第三功率管S3保持导通，输入电压减去两个功率管压降就是输出电压，当实际输出电压150被输入电压拉高至输出电压上限值Vo_H时，模式选择控制信号Comp选择降压模式控制电路400开始工作，第四功率管S4继续保持关断状态，第三功率管S3继续保持导通状态，第一功率管S1和第二功率管S2交替导通，当实际输出电压150降低至期望的输出电压Vo时，模式选择信号Comp恢复至升压基准信号Ramp_A 和降压基准信号Ramp_B之间，此时第一功率管S1和第三功率管S3重新保持导通；当实际输出电压150被输入电压拉低至输出电压下限值Vo_L时，模式选择控制信号Comp选择升压模式控制电路300开始工作，第二功率管S2继续保持关断状态，第一功率管S1继续保持导通状态，第三功率管S3和第四功率管S4交替导通，当实际输出电压150升高至期望的输出电压Vo时，模式选择信号Comp恢复至升压基准信号Ramp_A和降压基准信号Ramp_B之间，此时第一功率管S1和第三功率管S3重新保持导通。

参考图14，为当输入电压与输出电压接近且输入电压低于输出电压时模式控制波形图，实际输出电压150被输入电压拉低，模式选择信号Comp同步升高，当实际输出电压150被输入电压拉低至输出电压下限值Vo_L时，模式选择信号Comp刚好触发到升压基准信号Ramp_A，升压模式控制电路300开始以最小占空比工作，经过几个周期之后，实际输出电压150会升高，相反的，模式选择信号Comp会降低，当实际输出电压150升高至期望的输出电压Vo时，模式选择信号Comp刚好恢复到升压基准信号Ramp_A和降压基准信号Ramp_B 之间，此时升压模式控制器300停止工作，由于系统环路的调节，实际输出电压150可能会出现过冲，即实际输出电压150经升压调节后，其值已经超过了输出电压上限值Vo_H，此时模式选择信号Comp刚好触发到降压基准信号Ramp_B，降压模式控制电路400开始以最大占空比工作，使得输出电压在短短几个周期内迅速下降，呈现出来的控制效果为，升压模式控制电路300的作用占主导，降压模式控制电路400的作用为辅助，升压模式控制电路300 作用时间长而降压模式控制电路400的作用时间短。

参考图15，为当输入电压等于输出电压时模式控制波形图，实际输出电压150等于输入电压，在负载及环路的作用下，实际输出电压150会有波动，当实际输出电压150降低至输出电压下限值Vo_L时，模式选择信号Comp刚好触发到升压基准信号Ramp_A，此时升压模式控制电路300开始以最小占空比工作，经过几个周期之后，实际输出电压150会升高，相反的，模式选择信号Comp会降低，当实际输出电压150升高至期望的输出电压Vo时，模式选择信号Comp刚好恢复到升压基准信号Ramp_A和降压基准信号Ramp_B之间，此时升压模式控制器300停止工作，由于系统环路的调节，实际输出电压150会出现过冲，即实际输出电压150经升压调节后，其值已经超过了输出电压上限值Vo_H，此时模式选择信号Comp 刚好触发到降压基准信号Ramp_B，此时降压模式控制电路400开始以最大占空比工作，使得输出电压下降，呈现出来的控制效果为，升压模式控制电路300和降压模式控制电路400 的作用均占主导，其控制作用时间基本相等。

参考图16，为当输入电压与输出电压接近且输入电压高于输出电压时模式控制波形图，实际输出电压150被输入电压拉高，模式选择信号Comp同步降低，当实际输出电压150被输入电压拉高至输出电压上限值Vo_H时，模式选择信号Comp刚好触发到降压基准信号Ramp_B，此时降压模式控制电路400开始以最大占空比工作，经过几个周期之后，实际输出电压150会降低，相反的，模式选择信号Comp会升高，当实际输出电压150降低至期望的输出电压Vo时，模式选择信号Comp刚好恢复到升压基准信号Ramp_A和降压基准信号 Ramp_B之间，此时降压模式控制器400停止工作，由于系统环路的调节，实际输出电压150 可能会出现欠冲，即实际输出电压150经升压调节后，其值已经超过了输出电压下限值Vo_L，此时模式选择信号Comp刚好触发到升压基准信号Ramp_A，升压模式控制电路300开始以最小占空比工作，使得输出电压在短短几个周期内迅速上升，呈现出来的控制效果为，降压模式控制电路400的作用占主导，升压模式控制电路300的作用为辅助，降压模式控制电路 400作用时间长而升压模式控制电路300的作用时间短。

参考图13、图14、图15和图16，及以上分析可知，在从升压模式到降压模式切换或者从降压模式到升压模式切换时，由升压模式控制电路300和降压模式控制电路400交替控制，使得电路不会出现占空比从零跳变到最小占空比或者从1跳变到最大占空比的突变现象，整个切换过程十分平滑。

参考图17，为本实用新型优选的另一种模式控制方法，包括基准时钟信号CLK、升压时钟信号CLK_A、降压时钟信号CLK_B、升压复位信号RST_A、降压复位信号RST_B、升压基准信号Ramp_A、降压基准信号Ramp_B和模式选择信号Comp。根据功率级控制的需要设计基准时钟信号CLK，同时升压时钟信号CLK_A与基准时钟信号CLK频率保持一致但相位不同，降压时钟信号CLK_B与基准时钟信号CLK频率和相位均保持一致，升压基准信号 Ramp_A与升压时钟信号CLK_A保持频率和相位均一致，降压基准信号Ramp_B与降压时钟信号CLK_B保持频率和相位均一致，在输出电压不变的情况下，模式选择信号Comp随着输入电压的升高为降低，随着输入电压的降低而升高。

参考图18，为本实用新型优选的另一种模式控制方法，包括基准时钟信号CLK、升压时钟信号CLK_A、降压时钟信号CLK_B、升压复位信号RST_A、降压复位信号RST_B、升压基准信号Ramp_A、降压基准信号Ramp_B和模式选择信号Comp。根据功率级控制的需要设计基准时钟信号CLK，同时升压时钟信号CLK_A与基准时钟信号CLK频率相位保持一致，降压时钟信号CLK_B与基准时钟信号CLK相位均保持一致，但频率不同，升压基准信号 Ramp_A与升压时钟信号CLK_A保持频率和相位均一致，降压基准信号Ramp_B与降压时钟信号CLK_B保持频率和相位均一致，在输出电压不变的情况下，模式选择信号Comp随着输入电压的升高为降低，随着输入电压的降低而升高。

参考图19，为本实用新型优选的另一种模式控制方法，包括基准时钟信号CLK、升压时钟信号CLK_A、降压时钟信号CLK_B、升压复位信号RST_A、降压复位信号RST_B、升压基准信号Ramp_A、降压基准信号Ramp_B和模式选择信号Comp。根据功率级控制的需要设计基准时钟信号CLK，同时升压时钟信号CLK_A与基准时钟信号CLK频率保持一致但相位不同，降压时钟信号CLK_B与基准时钟信号CLK相位保持一致但频率不同，升压基准信号 Ramp_A与升压时钟信号CLK_A保持频率和相位均一致，降压基准信号Ramp_B与降压时钟信号CLK_B保持频率和相位均一致，在输出电压不变的情况下，模式选择信号Comp随着输入电压的升高为降低，随着输入电压的降低而升高。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，对变压器结构进行改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种变换器控制电路，其特征在于：包括信号发生器、模式选择电路、降压模式控制电路和升压模式控制电路；信号发生器用以产生升压模式控制电路内部所需的升压基准信号和降压模式控制电路内部所需的降压基准信号；模式选择电路根据变换器的输出电压生成模式选择控制信号，升压模式控制电路和降压模式控制电路同时接收模式选择控制信号，并与各自内部的基准信号进行比较，如果模式选择控制信号低于升压基准信号，则通过降压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路工作在降压模式下，如果模式选择控制信号高于降压基准信号，则通过升压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路工作在升压模式下，如果模式选择控制信号介于升压基准信号和降压基准信号之间，则通过升压模式控制电路输出信号和降压模式控制电路输出信号控制变换器的功率级电路交替工作在升压模式和降压模式下。

2.根据权利要求1所述的变换器控制电路，其特征在于：模式选择电路的输入端用于连接变换器的输出端，所述模式选择电路的输出端同时连接升压模式控制电路的第一输入端和降压模式控制电路的第一输入端，所述信号发生器的第一输出端连接升压模式控制电路的第二输入端，信号发生器的第二输出端连接升压模式控制电路的第三输入端，所述信号发生器的第三输出端连接降压模式控制电路的第二输入端，信号发生器的第四输出端连接降压模式控制电路的第三输入端，所述升压模式控制电路包括两个输出端，所述降压模式控制电路包括两个输出端，所述升压模式控制电路和降压模式控制电路的四个输出端用于为变换器的四个主功率开关管提供控制信号；

所述信号发生器，通过一个时钟信号，产生由其第一输出端输出的升压时钟信号、由其第三输出端输出的降压时钟信号、由其第二输出端输出的升压基准信号和由其第四输出端输出的降压基准信号，任何时候升压时钟信号与升压基准信号同步，降压时钟信号与降压基准信号同步；

所述模式选择电路，包括输出电压采样单元和误差放大单元；输出电压采样单元的输入端即为模式选择电路的输入端，误差放大单元的输出端即为模式选择电路的输出端；输出电压采样单元用于接收变换器的输出电压产生采样信号，并送入误差放大单元，与误差放大单元内部基准比较产生模式选择控制信号并输出；

所述降压模式控制电路，包括降压开关信号单元和降压比较单元；降压开关信号单元包括第一RS触发器，由降压模式控制电路第二输入端输入的降压时钟信号产生第一RS触发器置位信号，第一RS触发器的输出端为降压模式控制电路的第一输出端，输出高电平，第一RS触发器的反向输出端为降压模式控制电路的第二输出端，输出低电平，降压模式控制电路的第一输入端接收模式选择控制信号，并通过降压比较单元与降压模式控制电路第三输入端输入的降压基准信号进行比较，产生第一RS触发器复位信号，第一RS触发器的输出端输出低电平，第一RS触发器的反向输出端输出高电平；

所述升压模式控制电路，包括升压开关信号单元和升压比较单元；升压开关信号单元包括第二RS触发器，由升压模式控制电路第二输入端输入的升压时钟信号产生第二RS触发器置位信号，第二RS触发器的输出端为升压模式控制电路的第二输出端，输出高电平，第二RS触发器的反向输出端为升压模式控制电路的第一输出端，输出低电平，升压模式控制电路的第一输入端接收模式选择控制信号，并通过升压比较单元与升压模式控制电路第三输入端输入的升压基准信号进行比较，产生第二RS触发器复位信号，第二RS触发器的输出端输出低电平，第二RS触发器的反向输出端输出高电平。

3.根据权利要求2所述的变换器控制电路，其特征在于：升压时钟信号与降压时钟信号为同步、异步、同频率或者不同频率。

4.根据权利要求2所述的变换器控制电路，其特征在于：模式选择电路还包括环路补偿单元，环路补偿单元用以产生零极点补偿，稳定升压降压变换器电路，从而实现输出电压的稳定。

5.根据权利要求2所述的变换器控制电路，其特征在于：模式选择电路除包括输出电压采样单元(220)和误差放大单元(230)之外，还包括环路补偿单元(210)；所述输出电压采样单元(220)，由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一电容器C1连接而成，第一电阻器R1的一端为模式选择电路的输入端，第一电阻器R1的一端还同时与第一电容器C1的一端相连，第一电阻器R1的另一端与第二电阻器R2的一端相连，同时与第一电容器C1的一端相连，第二电阻器R2的另一端与负输出电压端GND相连，第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接处为输出电压采样单元(220)的输出；所述误差放大单元(230)，由误差放大器(233)和参考基准电压(232)组成，其中输出电压采样单元(220)的输出连接至误差放大器(233)的反相输入端，参考基准电压(232)连接至误差放大器(233)的同相输入端，误差放大器(233)的输出即误差放大单元(230)的输出，也同时为模式选择电路的输出端，即误差放大单元(230)的输出为模式选择控制信号；所述环路补偿单元(210)由第二电容器C2、第三电容器C3和第三电阻器R3连接而成，第二电容器C2的一端连接至第三电容器C3的一端，同时连接至输出电压采样单元(220)的输出，第三电容器C3的另一端连接至第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端连接至第二电容器C2的另一端，同时连接至误差放大单元(230)的输出。

6.根据权利要求2所述的变换器控制电路，其特征在于：升压模式控制电路(300)由升压比较器(302)和第二RS触发器(303)组成，升压比较器(302)的输出端连接至第二RS触发器(303)的复位信号输入端，升压比较器(302)的反相输入端为升压模式控制电路(300)的第一输入端，第二RS触发器的置位信号输入端为升压模式控制电路(300)的第二输入端，升压比较器(302)的同相输入端为升压模式控制电路(300)的第三输入端，第二RS触发器(303)的反向输出端为升压模式控制电路(300)的第一输出端，第二RS触发器(303)的输出端为升压模式控制电路(300)的第二输出端；降压模式控制电路(400)由降压比较器(402)和第一RS触发器(403)组成，降压比较器(402)的输出端连接至第一RS触发器(403)的复位信号输入端，降压比较器(402)的反相输入端为降压模式控制电路(400)的第一输入端，第一RS触发器的置位信号输入端为降压模式控制电路(400)的第二输入端，降压比较器(402)的同相输入端为降压模式控制电路(400)的第三输入端，第一RS触发器(403)的输出端为降压模式控制电路(400)的第一输出端，第一RS触发器(403)的反向输出端为降压模式控制电路(400)的第二输出端。

7.根据权利要求6所述的变换器控制电路，其特征在于：升压模式控制电路(300)的第三输入端和降压模式控制电路(400)的第三输入端连接在一起。

8.根据权利要求2所述的变换器控制电路，其特征在于：信号发生器由波形发生器组成；波形发生器通过基准时钟信号(501)产生升压时钟信号(503)和降压时钟信号(504)；然后通过升压时钟信号(503)产生升压基准信号(505)，通过降压时钟信号(504)产生降压基准信号(506)；升压基准信号(505)为锯齿波，与升压时钟信号(503)同步且同频率；降压基准信号(506)为锯齿波，与降压时钟信号(504)同步且同频率。

9.一种应用权利要求2至8任一项变换器控制电路的升压降压变换器，所述升压降压变换器包括降压变换器和升压变换器，降压变换器和升压变换器共用一个功率电感器；所述降压变换器包括第一功率管和第二功率管，第一功率管的漏极连接至正输入电压端口，第一功率管的源极连接至第二功率管的漏极，第二功率管的源极连接至负输入电压端口；所述升压变换器包括第三功率管和第四功率管，第三功率管的漏极连接至正输出电压端口，第三功率管的源极连接至第四功率管的漏极，第四功率管的源极连接至负输出电压端口；所述功率电感器一端连接至第一功率管和第二功率管的连接处，另一端连接至第三功率管和第四功率管的连接处；其特征在于：所述升压模式控制电路第一输出端连接第三功率管的栅极，所述升压模式控制电路第二输出端用于连接第四功率管的栅极，所述降压模式控制电路第一输出端用于连接第一功率管的栅极，所述降压模式控制电路第二输出端用于连接第二功率管的栅极。