TW202226723A - 升降壓變換器控制系統 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種升降壓變換器控制系統。根據本發明實施例，該系統包括：開關網路，包括多個開關、電感和電流取樣電阻，其中，電流取樣電阻上的電壓與流經電感的電流有關；電流取樣模組，用於基於電流取樣電阻上的電壓來生成電流取樣電壓；以及升降壓控制器，用於基於系統的輸入電壓和輸出電壓以及電流取樣電壓，生成多個控制訊號，分別用於控制多個開關的導通和關斷，以控制輸出電壓的上升和降低，使得輸出電壓能夠等於、小於和大於輸入電壓。通過上述技術方案，可以利用升降壓控制器基於電流取樣電壓VSNS、輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT來控制開關網路中各個開關的導通和關斷，進而控制輸出電壓VOUT的上升和降低，使得輸出電壓VOUT能夠等於、小於和大於輸入電壓VIN。

Description

升降壓變換器控制系統
本發明屬於積體電路領域，尤其涉及一種升降壓變換器控制系統。
當前，無線功率傳輸和USB功率傳輸(Power Delivery，PD)正在向大功率應用(例如，平板電腦、手提電腦等)延伸。
傳統的無線功率傳輸系統，在滿載充電時，發送器的母線電壓需要升至最高，以提供最大功率；在處於待機狀態時，發送器的母線電壓需要降至最低，以降低待機功耗。可見，如何滿足不同的功率要求以及不同的適配器輸入電壓VIN是至關重要的。例如，一款30W的無線充電器，其輸入電壓VIN可由12V電源適配器提供，母線電壓VBUS設計為在3V至20V寬範圍內調節，此時如何實現輸入電壓VIN與母線電壓VBUS之間的電壓匹配是至關重要的。
習知技術中，存在一些單純的降壓或者升壓變換器，然而，這些變換器無法滿足當前寬輸入/寬輸出電壓的要求。
本發明實施例提供一種升降壓變換器控制系統，能夠利用升降壓控制器基於電流取樣電壓VSNS、輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT來控制開關網路中各個開關的導通和關斷，進而控制輸出電壓VOUT的上升和降低，使得輸出電壓VOUT能夠等於、小於和大於輸入電壓VIN。
一方面，本發明實施例提供一種升降壓變換器控制系統，包括：開關網路，包括多個開關、電感和電流取樣電阻，其中，所述電流取樣電阻上的電壓與流經所述電感的電流有關；電流取樣模組，用於基於所述電流取樣電阻上的電壓來生成電流取樣電壓；以及升降壓控制器，用 於基於所述系統的輸入電壓和輸出電壓以及所述電流取樣電壓，生成多個控制訊號，分別用於控制所述多個開關的導通和關斷，以控制所述輸出電壓的上升和降低，使得所述輸出電壓能夠等於、小於和大於所述輸入電壓。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述多個開關包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關，其中，所述第一開關、所述電感和所述第四開關串聯連接在所述系統的輸入端和輸出端之間，所述第二開關和所述第三開關分別將所述第一開關中與所述系統的輸入端相反的一端、所述第四開關中與所述系統的輸出端相反的一端接地，所述多個控制訊號為分別控制所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關、所述第四開關導通或關斷的四個訊號。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述電流取樣電阻連接在所述電感與所述第四開關之間；或者，所述電流取樣電阻連接在所述第一開關與所述電感之間；或者，所述電流取樣電阻連接在所述第二開關中與所述第一開關相反的一端與地之間，以及所述第三開關中與所述第四開關相反的一端與地之間。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述升降壓控制器包括：開關電源，用於基於所述輸出電壓和所述電流取樣電壓來生成升壓訊號(PWM_BST)和降壓訊號(PWM_BUK)；工作模式判斷模組，用於基於所述輸入電壓、所述輸出電壓、所述升壓訊號(PWM_BST)和所述降壓訊號(PWM_BUK)來輸出指示所述系統所處工作模式的第一訊號(BST)、第二訊號(BUK)、第三訊號(BST_ON)和第四訊號(BUK_ON)；以及邏輯和驅動模組，用於基於所述第一訊號(BST)、所述第二訊號(BUK)、所述第三訊號(BST_ON)和所述第四訊號(BUK_ON)來輸出所述多個控制訊號。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述升壓訊號(PWM_BST)還與升壓模式下所述第三開關的最小導通時間(MINON_BST)、升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)、升壓模式時鐘訊號(CLK_BST)以及升壓模式斜坡 電壓(SLOPE_BST)有關，其中，所述升壓模式斜坡電壓(SLOPE_BST)用於防止所述系統在升壓模式下產生次諧波振盪；以及所述降壓訊號(PWVM_BUK)還與降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)、降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)、降壓模式時鐘訊號(CLK_BUK)以及降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)有關，其中，所述降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)用於防止所述系統在降壓模式下產生次諧波振盪。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述開關電源包括：分壓模組，用於對所述輸出電壓進行分壓，得到回饋電壓；誤差放大器，用於對所述回饋電壓和基準電壓的差值進行放大，以輸出放大電壓(VCOMP)；求和模組，用於對所述電流取樣電壓和所述升壓模式斜坡電壓(SLOPE_BST)求和，以輸出和電壓(VSUM_BST)；求差模組，用於對所述電流取樣電壓和所述降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)求差，以輸出差電壓(VSUM_BUK)；第一支路，用於基於所述放大電壓(VCOMP)和所述和電壓(VSUM_BST)來輸出所述升壓訊號(PWM_BST)；以及第二支路，用於基於所述放大電壓(VCOMP)和所述差電壓(VSUM_BUK)來輸出所述降壓訊號(PWM_BUK)。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述第一支路包括：第一比較器，用於對所述放大電壓(VCOMP)與所述和電壓(VSUM_BST)進行比較，以輸出第一比較訊號(PWM1)；第一邏輯單元，用於基於所述第一比較訊號(PWM1)、所述升壓模式下所述第三開關的最小導通時間(MINON_BST)以及所述升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)來生成第一邏輯訊號；以及第一觸發器，用於基於所述第一邏輯訊號和升壓模式時鐘訊號(CLK_BST)來產生所述升壓訊號(PWM_BST)。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述第一邏輯單元包括第一反及閘和第二反及閘，其中，所述第一反及閘用於基於所述第一比較訊號(PWM1)和所述升壓模式下所述第三開關的最小 導通時間(MINON_BST)來輸出第一中間訊號，所述第二反及閘用於基於所述第一中間訊號和所述升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)來生成所述第一邏輯訊號。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述第二支路包括：第二比較器，用於對所述放大電壓(VCOMP)與所述差電壓(VSUM_BUK)進行比較，以輸出第二比較訊號(PWM2)；第二邏輯單元，用於基於所述第二比較訊號(PWM2)、所述降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)以及所述降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)來生成第二邏輯訊號；以及第二觸發器，用於基於所述第二邏輯訊號和所述降壓模式時鐘訊號(CLK_BUK)來產生所述降壓訊號(PWM_BUK)。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述第二邏輯單元包括第三反及閘和第四反及閘，其中，所述第三反及閘用於基於所述第二比較訊號(PWM2)和所述降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)來輸出第二中間訊號，所述第四反及閘用於基於所述第二中間訊號和所述降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)來生成所述第二邏輯訊號。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述邏輯和驅動模組包括：第一反相器，用於對所述第一訊號(BST)進行反相；第一反或閘，用於接收經反相的第一訊號和所述第四訊號(BUK_ON)；第一或閘，用於接收所述經反相的第一訊號和所述第四訊號(BUK_ON)；第二反相器，用於對所述降壓訊號(PWM_BUK)進行反相；第二或閘，用於接收來自所述第一反或閘的輸出訊號和經反相的降壓訊號；第一及閘，用於接收來自所述第一或閘的輸出訊號和所述降壓訊號(PWM_BUK)；第三反相器，用於對所述第二訊號(BUK)進行反相；第三或閘，用於接收經反相的第二訊號和所述第三訊號(BST_ON)；第二反或閘，用於接收所述經反相的第二訊號和所述第三訊號(BST_ON)；第二及閘，用於接收來自所述第三或閘的輸出訊號和所述升壓訊號 (PWM_BST)；第四反相器，用於對所述升壓訊號(PWM_BST)進行反相；第四或閘，用於接收來自所述第二反或閘的輸出訊號和經反相的升壓訊號；以及第一驅動器，用於基於來自所述第二或閘的輸出訊號來產生第一控制訊號；第二驅動器，用於基於來自所述第一及閘的輸出訊號來產生第二控制訊號；第三驅動器，用於基於來自所述第二及閘的輸出訊號來產生第三控制訊號；和第四驅動器，用於基於來自所述第四或閘的輸出訊號來產生第四控制訊號，其中，所述第一控制訊號、所述第二控制訊號、所述第三控制訊號和所述第四控制訊號分別用於控制所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關和所述第四開關的導通或關斷。
根據本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，所述工作模式判斷模組具體用於在所述第一訊號(BST)處於高位準且所述第四訊號(BUK_ON)處於低位準時，確定所述系統處於所述升壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第一控制訊號使所述第一開關在整個開關週期內一直導通，基於所述第二控制訊號使所述第二開關在整個開關週期內一直關斷，並分別基於所述第三控制訊號和所述第四控制訊號使所述第三開關和所述第四開關交替導通；所述工作模式判斷模組具體用於在所述第一訊號(BST)和所述第四訊號(BUK_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第二控制訊號使所述第二開關以最小導通時間工作；所述工作模式判斷模組具體用於在所述第三訊號(BST_ON)和第四訊號(BUK_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於所述升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組分別基於所述第二控制訊號和所述第三控制訊號使所述第二開關和所述第三開關均以最小導通時間工作；所述工作模式判斷模組具體用於在所述第二訊號(BUK)和所述第三訊號(BST_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於所述升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第三控制訊號使所述第三開關以最小導通時間工作；以及所述工作模式判斷模組具體用於在所述第二訊號(BUK)處於高位準且所述第三訊號(BST_ON)處於低位準時，確定所述系統處於所述降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第四控 制訊號使所述第四開關在整個開關週期內一直導通，基於所述第三控制訊號使所述第三開關在整個開關週期內一直關斷，並分別基於所述第一控制訊號和所述第二控制訊號使所述第一開關和所述第二開關交替導通。
本發明實施例的升降壓變換器控制系統，能夠利用升降壓控制器基於電流取樣電壓VSNS、輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT來控制開關網路中各個開關的導通和關斷，進而控制輸出電壓VOUT的上升和降低，使得輸出電壓VOUT能夠等於、小於和大於輸入電壓VIN。
110,610:開關網路
120:電流取樣模組
130:升降壓控制器
210:開關電源
220:工作模式判斷模組
230:邏輯和驅動模組
1201:第一反相器
1202:第一反或閘
1203:第一或閘
1204:第二反相器
1205:第二或閘
1206:第一及閘
1207:第三反相器
1208:第三或閘
1209:第二反或閘
1210:第二及閘
1211:第四反相器
1212:第四或閘
2101:分壓模組
2102:求和模組
2103:求差模組
2104:第一支路
2105:第二支路
A,B,C,D:開關，控制訊號，驅動器
ACS:電感電流取樣放大器
BST:第一訊號，控制訊號
BUK:第二訊號，控制訊號
BST_ON:第三訊號，控制訊號
BUK_ON:第四訊號，控制訊號
CLK_BST:升壓模式時鐘訊號
CLK_BUK:降壓模式時鐘訊號
CMP1,CMP2:比較器
COMP:輸出訊號
CIN:輸入電容
COUT:輸出電容
EA:誤差放大器
IL:平均電感電流值
ILOAD:負載電流
L:電感
MINON_BUK:第二開關的最小導通時間
MAXON_BUK:第二開關的最大導通時間
MINON_BST:第三開關的最小導通時間
MAXON_BST:第三開關的最大導通時間
MID:閾值電壓
PWM1:第一比較訊號
PWM2:第二比較訊號
PWM_BST:升壓訊號，控制訊號
PWM_BUK:降壓訊號，控制訊號
RAMP1+ISNS,RAMP2+ISNS:斜坡訊號
RFB1,RFB2:分壓電阻
RS1:第一觸發器
RS2:第二觸發器
RSENSE:電流取樣電阻
RSENSE1:第一電流取樣電阻
RSENSE2:第二電流取樣電阻
S1,S2,S3,S4:開關
SA:第一開關
SB:第二開關
SC:第三開關
SD:第四開關
SLOPE_BST:升壓模式斜坡電壓
SLOPE_BUK:降壓模式斜坡電壓
SNSP,SNSN:電壓
SW1,SW2:系統節點
TSW:開關週期
t1~15:時刻
t AC ,t AD ,t BD :時間
tAC(min),tBD(min):最小導通時間
VBUS:母線電壓
VCOMP:放大電壓
VFB:回饋電壓
VIN:輸入電壓
VSNS,VSNS_BST,VSNS_BUK:電流取樣電壓
VOUT:輸出電壓
VREF:基準電壓
VSUM_BST:和電壓
VSUM_BUK:差電壓
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的圖式作簡單的介紹，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。
圖1是習知技術中提供的無線功率傳輸系統的結構示意圖；
圖2是習知技術中提供的第一種傳統的同相升降壓變換器的結構示意圖；
圖3是圖2所示的同相升降壓變換器在不同模式下的電感電流的曲線示意圖；
圖4是習知技術中提供的第二種傳統的同相升降壓變換器的結構示意圖；
圖5是圖4所示的同相升降壓變換器在不同模式下各個開關的對應狀態的曲線示意圖；
圖6是本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統的結構示意圖；
圖7是本發明實施例提供的開關網路的四種實現方式的電路結構圖；
圖8是本發明實施例提供的電流取樣模組的實現方式的電路結構圖；
圖9是本發明實施例提供的升降壓控制器的實現方式的電路結構圖；
圖10示出了圖9所示的電路中的訊號BST、BUK的高低與輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT的比例大小之間的關係的示意圖；
圖11示出了圖9所示的電路中的訊號BST_ON、BUK_ON的高低分別 與訊號PWM_BUK、PWM_BST的工作因數大小之間的關係的示意圖；
圖12示出了本發明實施例提供的邏輯和驅動模組的電路結構圖；
圖13示出了本發明實施例提供的升降壓控制器的工作波形示意圖；
圖14示出了本發明實施例提供的用於典型的功率傳輸協定應用的系統波形示意圖；以及
圖15示出了本發明實施例提供的用於典型的汽車電源應用的系統波形示意圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例，為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合圖式及具體實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應理解，此處所描述的具體實施例僅被配置為解釋本發明，並不被配置為限定本發明。對於本領域技術人員來說，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明更好的理解。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
如圖1所示，圖1是習知技術中提供的無線功率傳輸系統的結構示意圖，如圖所示，在輸入電壓VIN與母線電壓VBUS之間使用了DC/DC變換器來調節全橋LC諧振電路的母線電壓VBUS，以滿足輸入電壓VIN與母線電壓VBUS之間的電壓匹配。
作為一個示例，通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)埠通過適配器電源、汽車12V電源或者可擕式行動電源來傳輸能量，並且能夠產生一個可以高於、低於或者等於輸入電壓的電壓，其寬輸出電壓(5-20V)和高功率要求(高達100W)給電源系統設計帶來了巨大挑戰。例如，在汽車起停電源系統中，當汽車冷開機或者電源拋載時，汽車的12V電源可能會有4V-60V的電壓變化，為了產生穩定的負載點電壓(12V)，其電源系統能夠滿足輸入電壓低於、高於或者等於輸出電壓。
綜上，為了滿足寬輸入/寬輸出電壓的要求，需要供電系統設計從單純的降壓或者升壓變換器轉向同相的升降壓變換器。
如圖2所示，圖2是習知技術中提供的第一種傳統的同相升降壓變換器的結構示意圖，其中，在第一種模式下，開關A和開關C同時導通時，此時輸入電壓VIN給電感L儲能；在第二種模式下，開關B和開關D同時導通時，此時電感L給輸出電壓VOUT提供能量。
然而，這種傳統的同相升降壓變換器的缺點在於，由於在每個開關週期中，只有開關B和D同時導通(即，BD階段)的情況下，才有能量轉移到輸出端，沒有能量能夠直接從輸入端傳遞到輸出端(即，不存在AD階段)，所以在特定的負載下，這種傳統的同相升降壓變換器的平均電感電流值IL大於具有AD階段的升降壓變換器的平均電感電流值，這可能導致其具有較大的開關導通損耗和電感的DCR電阻(直流電阻)損耗。
如圖4和圖5所示，其中，圖4是習知技術中提供的第二種傳統的同相升降壓變換器的結構示意圖，並且圖5是圖4所示的同相升降壓變換器在不同模式下各個開關(例如，S1至S4)的對應狀態的曲線示意圖。在圖4提供的這種傳統的同相升降壓變換器中，其採用的是“雙沿電流模式控制”方式。
其中，兩個含有電感電流資訊的斜坡訊號“RAMP1+ISNS”和“RAMP2+ISNS”在閾值電壓(例如，MID)處交疊，其中，當誤差放大器EA的輸出訊號COMP大於閾值電壓MID時，系統工 作在升壓模式；以及當誤差放大器EA的輸出訊號COMP小於閾值電壓MID時，系統工作在降壓模式。
然而，這種傳統的同相升降壓變換器存在以下缺點：在輸入電壓接近輸出電壓的情況下，輸出訊號COMP在閾值電壓MID的附近，當輸入或者輸出電壓發生擾動時，會使得系統在降壓模式或升壓模式之間發生無規律的切換，這會導致系統節點SW1和SW2處的頻率變化範圍較大，從而導致較嚴重的電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)問題。
第三種傳統的同相升降壓變換器，其控制方式在從降壓模式過渡為升降壓模式或者從升壓模式過渡為升降壓模式時，系統節點SW1和SW2處的頻率會降低為原始頻率的二分之一，這會降低系統線瞬態回應(Line Transient Response)速度，從而導致模式切換點輸出電壓紋波較大。
然而，這種傳統的同相升降壓變換器存在以下缺點，由於頻率的降低，會導致在模式切換點處(例如，從降壓模式過渡為升降壓模式，從升降壓模式過渡為降壓模式，從升壓模式過渡為升降壓模式，或者從升降壓模式過渡為升壓模式)出現模式來回振盪，其解決模式振盪的方法可以加大模式轉換的判斷閾值遲滯，但這會導致模式切換時輸出電壓紋波變大。
第四種傳統的同相升降壓變換器，其控制方式在從降壓模式過渡為升降壓模式或者從升壓模式過渡為升降壓模式時，系統節點SW1和SW2處的頻率會降低為原始頻率的二分之一，這會降低系統線瞬態回應(Line Transient Response)速度，從而導致模式切換時輸出電壓紋波較大。
第五種傳統的同相升降壓變換器，由於其採用了電壓模式控制，其產生的用於與誤差放大器的輸出訊號進行比較的鋸齒波中沒有電感電流的資訊，所以系統的負載瞬態回應(Load Transient Response)和線瞬態回應都較差。
因此，為了解決習知技術問題，本發明實施例提供了一種升降壓變換器控制系統。參考圖6，圖6是本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統的結構示意圖。
作為一個示例，圖6所示的升降壓變換器控制系統可以包括：開關網路610，該開關網路610可以包括多個開關、電感和電流取樣電阻，其中，電流取樣電阻上的電壓與流經電感的電流有關；電流取樣模組120，該電流取樣模組120用於基於電流取樣電阻上的電壓來生成電流取樣電壓；以及升降壓控制器130，該升降壓控制器130用於基於系統的輸入電壓和輸出電壓以及電流取樣電壓，生成多個控制訊號，分別用於控制多個開關的導通和關斷，以控制輸出電壓的上升和降低，使得輸出電壓能夠等於、小於和大於輸入電壓。
此外，該升降壓變換器控制系統還可以包括輸入電容CIN，輸出電容COUT。
其中，應注意，圖6中所示的電感L即為開關網路610中所包含的電感，圖中所示電感的位置僅僅是為了清楚和便於描述，並不旨在對本發明進行限制。
在圖6所示的實施例中，系統的輸入端可以經由輸入電容CIN接地，並且該輸入端還可以連接至開關網路110的輸入端，開關網路110的輸出端可以連接至系統的輸出端，系統的輸出端可以經由輸出電容COUT接地，電流取樣模組120的輸入端可以連接至電感L的一端，電流取樣模組120的輸出端可以連接至升降壓控制器130的輸入端，以向升降壓控制器130提供電流取樣電壓VSNS，升降壓控制器130還連接至系統的輸入端和輸出端，以接收輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT，進而可以基於電流取樣電壓VSNS、輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT來輸出例如四個控制訊號(例如，控制訊號A、B、C和D)至開關網路110，以基於這四個控制訊號來控制開關網路110中四個開關的導通和關斷，進而可以控制輸出電壓VOUT的上升和降低，使得輸出電壓VOUT能夠等於、小於和大於輸入電壓VIN。
通過本發明實施例提供的上述升降壓變換器控制系統，可以利用升降壓控制器基於電流取樣電壓VSNS、輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT來控制開關網路中各個開關的導通和關斷，進而控制輸出電壓VOUT的上升和降低，使得輸出電壓VOUT能夠等於、小於和大於輸入電壓VIN。
以下通過具體示例的方式對本發明實施例提供的開關網路進行詳細介紹，參見圖7，圖7是本發明實施例提供的開關網路的四種實現方式的電路結構圖。
作為一個示例，開關網路110可以包括第一開關SA、第二開關SB、第三開關SC、第四開關SD，其中，第一開關SA、電感L和第四開關SD可以串聯連接在系統的輸入端和輸出端之間，第二開關SB和第三開關SC可以分別將第一開關SA中與系統的輸入端相反的一端、第四開關SD中與系統的輸出端相反的一端接地，多個控制訊號為分別控制第一開關SA、第二開關SB、第三開關SC、第四開關SD導通或關斷的四個訊號。
首先，參見圖7(a)，其中，示出了開關網路110的第一種實現方式，在圖7(a)所示的實施例中，第一開關SA的一端可以連接至系統的輸入端，第一開關SA的另一端可以經由第二開關SB接地，並且第一開關SA的另一端可以連接至電感L的一端，電感L的另一端可以連接至電流取樣電阻RSENSE的一端，電流取樣電阻RSENSE的另一端可以經由第三開關SC接地，並且電流取樣電阻RSENSE的另一端可以經由第四開關SD連接至系統的輸出端。
其次，參見圖7(b)，其中，示出了開關網路110的第二種實現方式，在圖7(b)所示的實施例中，第一開關SA的一端可以連接至系統的輸入端，第一開關SA的另一端可以經由第二開關SB接地，並且第一開關SA的另一端可以連接至電流取樣電阻RSENSE的一端，電流取樣電阻RSENSE的另一端可以連接至電感L的一端，電感L的另一端可以經由第三開關SC接地，並且電感L的另一端可以經由第四開關SD連接至系統的輸出端。
其次，參見圖7(c)，其中，示出了開關網路110的第三種實現方式，在圖7(c)所示的實施例中，第一開關SA的一端可以連接至系統的輸入端，第一開關SA的另一端可以連接至電感L的一端，電感L的另一端可以經由第四開關SD連接至系統的輸出端，第二開關SB的一端可以連接至第一開關SA與電感L的公共端，第二開關SB的另一端可以經由電流取樣電阻RSENSE接地，第三開關SC的一端可以連接至電感L和第四開關SD的公共端，並且第三開關SC的另一端可以經由電流取樣電阻RSENSE接地。
最後，參見圖7(d)，其中，示出了開關網路110的第四種實現方式，應該，圖7(d)所示的實施例與圖7(a)至圖7(c)所示的實施例的不同之處在於：圖7(d)所示的實施例中存在兩個電流取樣電阻RSENSE，即第一電流取樣電阻RSENSE1和第二電流取樣電阻RSENSE2。具體地，第一電流取樣電阻RSENSE1的一端連接至系統的輸入端，第一電流取樣電阻RSENSE1的另一端連接至第一開關SA的一端，第一開關SA的另一端可以經由第二開關SB接地，並且第一開關SA的另一端可以連接至電感L的一端，電感L的另一端可以經由第三開關SC接地，並且電感L的另一端可以經由第四開關SD連接至第二電流取樣電阻RSENSE2的一端，第二電流取樣電阻RSENSE2的另一端可以連接至系統的輸出端。
其中，本發明實施例提供的上述開關網路加入了AD階段，即輸入直接到輸出直通，可以在一定程度上降低平均電感電流，從而減小導通損耗，這將在下面詳細介紹。
作為一個示例，參考圖8，圖8是本發明實施例提供的電流取樣模組的實現方式的電路結構圖。
在圖8所示的實施例中，電流取樣模組120可以包括電流取樣電阻RSENSE和電感電流取樣放大器ACS。如圖所示，電感電流取樣放大器ACS的兩個輸入端可以連接至電流取樣電阻RSENSE的兩端，電感電流取樣放大器ACS的輸出端用於輸出電流取樣電壓VSNS。
具體地，電流取樣電阻RSENSE可以用於將流經電感L的 電流轉換為電壓，電感電流取樣放大器ACS可以用於放大電流取樣電阻RSENSE兩端電壓SNSP和SNSN之間的電壓差，以產生電流取樣電壓VSNS。應注意的是，電流取樣電壓VSNS可以是整個週期的電流取樣訊號，也可以分為兩個訊號，即第一開關SA和第三開關SC一起導通時的電流取樣電壓VSNS_BST以及第二開關SB和第四開關SD一起導通時的電流取樣電壓VSNS_BUK。本發明實施例是以整個週期的電流取樣電壓VSNS為例進行說明的，應注意的是，這僅僅是出於說明的目的，而不旨在對本發明進行限制。
應注意的是，圖8所示的電流取樣模組的實施例是以圖7(a)所示的開關網路為基礎進行介紹的，這並非旨在對本發明進行限制。類似地，針對圖7(b)和圖7(c)所示的開關網路，對應的電感電流取樣放大器ACS的兩個輸入端可以連接至的電流取樣電阻RSENSE兩端；以及針對圖7(d)所示的關關網路，可以存在兩個電感電流取樣放大器ACS，其中，一個電感電流取樣放大器ACS的兩個輸入端可以連接至第一電流取樣電阻RSENSE1的兩端，而另一電感電流取樣放大器ACS的兩個輸入端可以連接至第二電流取樣電阻RSENSE2的兩端。
作為一個示例，圖9是本發明實施例提供的升降壓控制器的實現方式的電路結構圖。
在圖9所示的實施例中，升降壓控制器130可以包括：開關電源210，可以用於基於輸出電壓VOUT和電流取樣電壓VSNS來生成升壓訊號PWM_BST和降壓訊號PWM_BUK；工作模式判斷模組220，可以用於基於輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、升壓訊號PWM_BST和降壓訊號PWM_BUK來輸出指示系統所處工作模式的第一訊號BST、第二訊號BUK、第三訊號BST_ON和第四訊號BUK_ON；以及邏輯和驅動模組230，可以用於基於第一訊號BST、第二訊號BUK、第三訊號BST_ON和第四訊號BUK_ON來輸出多個控制訊號(例如，控制訊號A、B、C和D)。
作為一個示例，升壓訊號還可以與升壓模式下第三開關SC的最小導通時間MINON_BST、升壓模式下第三開關SC的最大導通時間MAXON_BST、升壓模式時鐘訊號CLK_BST以及升壓模式斜坡電壓 SLOPE_BST有關，其中，升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST可以用於防止系統在升壓模式下產生次諧波振盪；以及降壓訊號還與降壓模式下第二開關的最小導通時間MINON_BUK、降壓模式下第二開關的最大導通時間MAXON_BUK、降壓模式時鐘訊號CLK_BUK以及降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK有關，其中，降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK可以用於防止系統在降壓模式下產生次諧波振盪，這將在下面進行詳細介紹。
作為一個示例，參見圖9，開關電源210可以包括：分壓模組2101，可以包括分壓電阻RFB1和RFB2，該分壓模組2101可以用於取樣輸出電壓VOUT，得到回饋電壓VFB；誤差放大器EA，可以用於對回饋電壓VFB和基準電壓VREF之間的差值進行放大，以輸出放大電壓VCOMP；求和模組2102，可以用於對電流取樣電壓VSNS和升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST進行求和，以輸出和電壓VSUM_BST，其中，該升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST用於防止系統在升壓模式中產生次諧波振盪；求差模組2103，可以用於使電流取樣電壓VSNS與降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK相減，以輸出差電壓VSUM_BUK，其中，該降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK用於防止系統在降壓模式中產生次諧波振盪；第一支路2104，可以用於基於放大電壓VCOMP和和電壓VSUM_BST來輸出升壓訊號PWM_BST；以及第二支路2105，可以用於基於放大電壓VCOMP和差電壓VSUM_BUK來輸出降壓訊號PWM_BUK。
作為一個示例，第一支路2104可以包括第一比較器CMP1、第一邏輯單元和第一觸發器RS1，其中，比較器CMP1可以用於對放大電壓VCOMP和和電壓VSUM_BST進行比較以產生第一比較訊號PWM1，然後可以利用第一邏輯單元對第一比較訊號PWM1和升壓模式下第三開關的最小導通時間MINON_BST以及升壓模式下第三開關的最大導通時間MAXON_BST進行邏輯運算，並將運算結果輸入到第一觸發器RS1，第一觸發器RS1還可以接收升壓模式時鐘訊號CLK_BST，使得第一觸發器RS1可以基於該運算結果和升壓模式時鐘訊號CLK_BST來產生升壓訊號PWM_BST。
作為一個示例，該第一邏輯單元可以包括第一反及閘和第二反及閘，其中，第一反及閘可以用於基於第一比較訊號PWM1和升壓模式下第三開關的最小導通時間MINON_BST來輸出第一中間訊號，第二反及閘可以用於基於第一中間訊號和升壓模式下第三開關的最大導通時間MAXON_BST來生成運算結果，並將該運算結果輸入到第一觸發器RS1。
作為一個示例，第二支路可以包括比較器CMP2、第二邏輯單元和第二觸發器RS2，其中，比較器CMP2、可以用於對放大電壓VCOMP和差電壓VSUM_BUK進行比較，以輸出第二比較訊號PWM2，然後可以利用第二邏輯單元對第二比較訊號PWM2、降壓模式下第二開關的最小導通時間MINON_BUK以及降壓模式下第二開關的最大導通時間MAXON_BUK進行邏輯運算，並將運算結果輸入到第二觸發器RS2，第二觸發器RS2還可以接收降壓模式時鐘訊號CLK_BUK，使得第二觸發器RS2可以基於該預算結果和降壓模式時鐘訊號CLK_BUK來產生降壓訊號PWM_BUK。
其中，MINON_BST可以用於確定升壓模式下第三開關SC的最小導通時間；MAXON_BST可以用於確定升壓模式下第三開關SC的最大導通時間；MINON_BUK可以用於確定降壓模式下第二開關SB的最小導通時間；MAXON_BUK可以用於確定降壓模式下第二開關SB的最大導通時間。
作為一個示例，第二邏輯單元可以包括第三反及閘和第四反及閘，其中，第三反及閘可以用於基於第二比較訊號PWM2和降壓模式下第二開關的最小導通時間MINON_BUK來輸出第二中間訊號，第四反及閘可以用於基於第二中間訊號和降壓模式下第二開關的最大導通時間MAXON_BUK來生成運算結果，並將該運算結果輸入到第二觸發器RS2。
作為一個示例，工作模式判斷模組220可以用於基於輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、控制訊號PWM_BUK以及控制訊號PWM_BST來輸出四個控制訊號BST、BUK、BST_ON以及BUK_ON，使得邏輯和驅動模組230可以基於這四個控制訊號BST、BUK、BST_ON以 及BUK_ON來輸出用於控制四個開關導通和關斷的控制訊號A、B、C和D。
其中，在一些實施例中，控制訊號BST、BUK的高低與輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的比例(例如，VIN/VOUT)大小有關，如圖10所示。
此外，控制訊號BST_ON的高低可以與控制訊號PWM_BUK的工作因數大小有關，而控制訊號BUK_ON的高低可以與控制訊號PWM_BST的工作因數大小有關，如圖11所示。作為一個示例，例如圖11(a)示出了控制訊號BST_ON的高低與控制訊號PWM_BUK的工作因數大小之間的關係圖，而圖11(b)示出了控制訊號BUK_ON的高低與控制訊號PWM_BST的工作因數大小之間的關係圖。
作為一個示例，控制訊號BST、BUK、BST_ON以及BUK_ON經過邏輯和驅動模組230的處理，可以得到四個控制訊號A、B、C和D。這四個控制訊號A、B、C和D可以分別用來控制四個開關SA、SB、SC和SD的導通和關斷。
作為一個示例，參考圖12，圖12示出了本發明實施例提供的邏輯和驅動模組的電路結構圖。
在圖12所示的實施例中，該邏輯和驅動模組230可以包括：第一反相器1201，可以用於對第一訊號BST進行反相；第一反或閘1202，可以用於接收經反相的第一訊號和第四訊號BUK_ON；第一或閘1203，可以用於接收經反相的第一訊號和第四訊號BUK_ON；第二反相器1204，可以用於對降壓訊號PWM_BUK進行反相；第二或閘1205，可以用於接收來自第一反或閘1202的輸出訊號和經反相的降壓訊號；第一驅動器(例如，閘極驅動A)，可以用於基於來自第二或閘1205的輸出訊號來產生第一控制訊號A，以控制開關SA；第一及閘1206，可以用於接收來自第一或閘1205的輸出訊號和降壓訊號PWM_BUK；第二驅動器(例如，閘極驅動B)，可以用於基於來自第一及閘1206的輸出訊號來產生第二控制訊號B，以控制開關SB；第三反相器1207，可以用於對第二訊號BUK 進行反相；第三或閘1208，可以用於接收經反相的第二訊號和第三訊號BST_ON；第二反或閘1209，可以用於接收經反相的第二訊號和第三訊號BST_ON；第二及閘1210，可以用於接收來自第三或閘1208的輸出訊號和升壓訊號PWM_BST；第三驅動器(例如，閘極驅動C)，可以用於基於來自第二及閘1210的輸出訊號來產生第三控制訊號C，以控制開關SC；第四反相器1211，可以用於對升壓訊號PWM_BST進行反相；第四或閘1212，可以用於接收來自第二反或閘1209的輸出訊號和經反相的升壓訊號；以及第四驅動器(例如，閘極驅動D)，可以用於基於來自第四或閘1212的輸出訊號來產生第四控制訊號D，以控制開關SD。
作為一個示例，參考圖6和圖12，輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、控制訊號PWM_BUK以及控制訊號PWM_BST經過工作模式判斷模組220的處理得到控制訊號BST、BUK、BST_ON以及BUK_ON，並且控制訊號BST、BUK、BST_ON以及BUK_ON經過邏輯和驅動模組230的處理，得到控制訊號A、B、C和D，控制訊號A、B、C和D可以分別用來控制第一開關至第四開關SA、SB、SC和SD的導通和關斷。
在一些實施例中，例如，四開關同相升降壓變換器控制系統的輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係，可以由伏秒平衡定律得出，如公式(1)：
Figure 110111410-A0101-12-0017-1
其中，t AC 為一個開關週期TSW內第一開關SA和第三開關SC同時導通的時間，t AD 為一個開關週期TSW內第一開關SA和第四開關SD同時導通的時間，以及t BD 為一個開關週期TSW內第二開關SB和第四開關SD同時導通的時間。
本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統，可以根據工作模式判斷模組220(參見圖9)來將系統分為不同的工作模式。作為一個示例，例如可以根據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係，即控制訊號BST和BUK的高低，以及控制訊號BST_ON和BUK_ON的高低，可 以將系統分為例如以下三種工作模式：
1.作為一個示例，當控制訊號BST處於高位準且控制訊號BUK_ON處於低位準(例如，BST=1&BUK_ON=0)時，可以由工作模式判斷模組220確定系統工作在升壓模式，以使邏輯和驅動模組230可以基於控制訊號A使得第一開關SA在整個開關週期內一直導通，可以基於控制訊號B使得第二開關SB在整個開關週期內一直關斷，並可以分別基於控制訊號C和D使得第三開關SC和第四開關SD交替導通(即，根據系統環路控制交替導通)，其輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係可以表示為：
Figure 110111410-A0101-12-0018-3
2.(1)作為一個示例，當控制訊號BST和控制訊號BUK_ON均處於高位準(例如，BST=1&BUK_ON=1)時，可以由工作模式判斷模組220確定系統工作在升降壓模式，以使邏輯和驅動模組230可以基於控制訊號B使得第二開關SB以最小導通時間工作，其輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係可以表示為：
Figure 110111410-A0101-12-0018-4
(2)作為一個示例，當控制訊號BST_ON和控制訊號BUK_ON均處於高位準(例如，BST_ON=1&BUK_ON=1)時，可以由工作模式判斷模組220確定系統處於升降壓模式，以使邏輯和驅動模組230可以分別基於控制訊號B和控制訊號C使第二開關SB和第三開關SC均以最小導通時間工作，其中在理想情況下，tAC(min)=tBD(min)，其輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係可以表示為：
Figure 110111410-A0101-12-0018-5
(3)作為一個示例，當控制訊號BUK和控制訊號BST_ON均處於高位準(例如，BUK=1&BST_ON=1)時，可以由工作模 式判斷模組220確定系統處於升降壓模式，以使邏輯和驅動模組230可以基於第三控制訊號C使第三開關SC以最小導通時間工作，其輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係可以表示為：
Figure 110111410-A0101-12-0019-6
3.作為一個示例，當控制訊號BUK處於高位準且控制訊號BST_ON處於低位準(例如，BUK=1&BST_ON=0)時，可以由工作模式判斷模組220確定系統處於降壓模式，以使邏輯和驅動模組230可以基於第四控制訊號D使第四開關SD在整個開關週期內一直導通，可以基於第三控制訊號C使第三開關SC在整個開關週期內一直關斷，並可以分別基於第一控制訊號A和第二控制訊號B使第一開關SA和第二開關SB交替導通，其輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係可以表示為：
Figure 110111410-A0101-12-0019-7
作為一個示例，圖13示出了本發明實施例提供的升降壓控制器的工作波形示意圖，參考圖13，升壓模式時鐘訊號CLK_BST和降壓模式時鐘訊號CLK_BUK二者頻率相等且存在一定的相移，典型值可以為120度到240度。
在一些實施例中，當控制訊號BST處於高位準且控制訊號BUK_ON處於低位準(例如，BST=1且BUK_ON=0)時，系統可以工作在升壓模式，在t1時刻，第三開關SC導通。在t2時刻，當電流取樣電壓VSNS加上升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST的值大於放大電壓VCOMP的值時，第三開關SC關斷，第四開關SD開始導通，直到t3時刻，第四開關SD關斷。
在t3時刻，系統判斷控制訊號PWM_BST的工作因數已經小於5%，所以控制訊號BUK_ON被置為高位準(例如，BUK_ON=1)，系統開始進入升降壓模式，在t3時刻，第三開關SC導通，當電流取樣電壓VSNS加上升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST的值大於放大電壓VCOMP的值 時，第三開關SC關斷(若電流取樣電壓VSNS加上升壓模式斜坡電壓SLOPE_BST的值大於放大電壓VCOMP的值所持續的時間小於最小導通時間tAC(min)時，則第三開關SC以最小導通時間tAC(min)導通)，在t4時刻，第三開關SC關斷，第四開關SD開始導通。在t5時刻，即降壓模式時鐘訊號CLK_BUK的上升沿，第二開關SB開始導通。由公式(3)可知，從t5時刻開始，經過最小導通時間tBD(min)，在t6時刻，第二開關SB關斷，第一開關SA開始導通。在t7時刻，即升壓模式時鐘訊號CLK_BST的上升沿，第三開關SC以最小導通時間tAC(min)導通，在t8時刻，第三開關SC關斷，第四開關SD開始導通。在t9時刻，即降壓模式時鐘訊號CLK_BUK的上升沿，第二開關SB開始導通。由式(3)可知，從t9時刻開始，經過最小導通時間tBD(min)，在t10時刻，第二開關SB關斷，第一開關SA開始導通。在t11時刻，即升壓模式時鐘訊號CLK_BST的上升沿，第三開關SC以最小導通時間tAC(min)導通。
在t8時刻開始，由於BST_ON=1且BUK_ON=1，第二開關SB和第三開關SC分別以最小的導通時間tBD(min)和tAC(min)工作，由式(4)可知，輸入電壓VIN繼續增大，則輸出電壓VOUT會略大於設定值，進而放大電壓VCOMP會逐漸減小。在t11時刻，即升壓模式時鐘訊號CLK_BST的上升沿，第三開關SC以最小導通時間tAC(min)導通，在t12時刻，第三開關SC關斷，SD開始導通。
在t13時刻，即降壓模式時鐘訊號CLK_BUK的上升沿，第二開關SB開始導通，在電流取樣電壓VSNS減去降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK的值還未小於放大電壓VCOMP的值的時間段內，系統判斷出控制訊號PWM_BUK的工作因數已經大於15%，此時控制訊號BST_ON被重置為0，系統進入降壓模式。在t14時刻，即電流取樣電壓VSNS減去降壓模式斜坡電壓SLOPE_BUK的值小於放大電壓VCOMP的值時，第二開關SB關斷，第一開關SA開始導通，直到t15時刻，即降壓模式時鐘訊號CLK_BUK的上升沿，第一開關SA關斷。
時刻t1-t15示出了系統從升壓模式到升降壓模式的轉換，再從升降壓模式到降壓模式的轉換。其逆過程為降壓模式到升降壓模式的轉換，再從升降壓模式到升壓模式的轉換，在本發明提供的實施例的基礎上，其系統工作原理對於本領域技術人員而言將變得顯而易見。應注意的是，模式切換過程(例如，從升壓模式切換到降壓模式，或從降壓模式切換到升壓模式)通常需要多個開關週期才能夠實現。
應注意的是，圖13為模式切換過程的簡化示意圖，且不應解釋為對本發明的限制，此外，為了進一步說明，參考圖14和圖15，圖14示出了本發明實施例提供的用於典型的功率傳輸協議(USB Power Delivery，USB PD)應用的系統波形示意圖，圖15示出了本發明實施例提供的用於典型的汽車電源應用的系統波形示意圖。
作為一個示例，參考圖14，其中，輸入電壓VIN=12V，輸出電壓VOUT=5V、9V、15V、20V，並且負載電流ILOAD=5A。
作為一個示例，參考圖15，其中，輸入電壓VIN=4V至36V，輸出電壓VOUT=12V，並且負載電流ILOAD=5A。
綜上，本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統可以有效地克服傳統技術的缺點，並且相比於習知技術，可以實現如下優點：
首先，可以提高效率，本發明實施例提供的升降壓變換器控制系統加入了AD階段(即，第一開關SA和第四開關SD同時導通，輸入到輸出直通)，所以減小了平均電感電流，從而減小了導通損耗。此外，由於AD階段為直通模式，即能量可以直接從輸入端傳遞到輸出端，所以減小了開關損耗，而習知技術中，只有第二開關和第四開關同時導通(BD階段)時，才有能量轉移到輸出端。
其次，可以實現良好的EMI特性，在輸入電壓接近輸出電壓的情況下，系統處於升壓模式和降壓模式交替運行，所以系統節點SW1和SW2(參見圖4)處的頻率恒定，從而不會產生EMI問題。
再次，良好的線瞬態回應。在系統向升降模式切換時，系統節點SW1和SW2處的頻率未降低，且仍保持原有開關頻率，使得能夠實現從升壓模式向降壓模式以及從降壓模式向升壓模式的無縫切換。
需要明確的是，本發明並不局限於上文所描述並在圖中示出的特定配置和處理。為了簡明起見，這裡省略了對已知方法的詳細描述。在上述實施例中，描述和示出了若干具體的步驟作為示例。但是，本發明的方法過程並不限於所描述和示出的具體步驟，本領域的技術人員可以在領會本發明的精神後，作出各種改變、修改和添加，或者改變步驟之間的順序。
以上所述的結構框圖中所示的功能塊可以實現為硬體、軟體、固件或者它們的組合。當以硬體方式實現時，其可以例如是電子電路、專用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、適當的固件、外掛程式、功能卡等等。當以軟體方式實現時，本發明的元素是被用於執行所需任務的程式或者程式碼片段。程式或者程式碼片段可以存儲在機器可讀介質中，或者通過載波中攜帶的資料訊號在傳輸介質或者通信鏈路上傳送。“機器可讀介質”可以包括能夠存儲或傳輸資訊的任何介質。機器可讀介質的例子包括電子電路、半導體記憶體設備、唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、快閃記憶體、可抹除可程式化唯讀記憶體(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、軟碟、光碟唯讀記憶體(Compact Disc Read Only Memory，CD-ROM)、光碟、硬碟、光纖介質、射頻(Radio Frequency，RF)鏈路，等等。程式碼片段可以經由諸如網際網路、內聯網等的電腦網路被下載。
還需要說明的是，本發明中提及的示例性實施例，基於一系列的步驟或者裝置描述一些方法或系統。但是，本發明不局限於上述步驟的順序，也就是說，可以按照實施例中提及的循序執行步驟，也可以不同於實施例中的順序，或者若干步驟同時執行。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，所屬領域的技術人員可以清楚地瞭解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的系統、模 組和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。應理解，本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
120:電流取樣模組
130:升降壓控制器
110:開關網路
A,B,C,D:控制訊號
CIN:輸入電容
COUT:輸出電容
L:電感
VIN:輸入電壓
VSNS:電流取樣電壓
VOUT:輸出電壓

Claims (12)

  1. 一種升降壓變換器控制系統，其特徵在於，包括：
    開關網路，包括多個開關、電感和電流取樣電阻，其中，所述電流取樣電阻上的電壓與流經所述電感的電流有關；
    電流取樣模組，用於基於所述電流取樣電阻上的電壓來生成電流取樣電壓；以及
    升降壓控制器，用於基於所述系統的輸入電壓和輸出電壓以及所述電流取樣電壓，生成多個控制訊號，分別用於控制所述多個開關的導通和關斷，以控制所述輸出電壓的上升和降低，使得所述輸出電壓能夠等於、小於和大於所述輸入電壓。
  2. 如請求項1所述的系統，其中，所述多個開關包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關，其中，
    所述第一開關、所述電感和所述第四開關串聯連接在所述系統的輸入端和輸出端之間，
    所述第二開關和所述第三開關分別將所述第一開關中與所述系統的輸入端相反的一端、所述第四開關中與所述系統的輸出端相反的一端接地，
    其中，所述多個控制訊號為分別控制所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關、所述第四開關導通或關斷的四個訊號。
  3. 如請求項2所述的系統，其中，
    所述電流取樣電阻連接在所述電感與所述第四開關之間；或者，
    所述電流取樣電阻連接在所述第一開關與所述電感之間；或者，
    所述電流取樣電阻連接在所述第二開關中與所述第一開關相反的一端與地之間，以及所述第三開關中與所述第四開關相反的一端與地之間。
  4. 如請求項2所述的系統，其中，所述升降壓控制器包括：
    開關電源，用於基於所述輸出電壓和所述電流取樣電壓來生成升壓訊號(PWM_BST)和降壓訊號(PWM_BUK)；
    工作模式判斷模組，用於基於所述輸入電壓、所述輸出電壓、所述升 壓訊號(PWM_BST)和所述降壓訊號(PWM_BUK)來輸出指示所述系統所處工作模式的第一訊號(BST)、第二訊號(BUK)、第三訊號(BST_ON)和第四訊號(BUK_ON)；以及
    邏輯和驅動模組，用於基於所述第一訊號(BST)、所述第二訊號(BUK)、所述第三訊號(BST_ON)和所述第四訊號(BUK_ON)來輸出所述多個控制訊號。
  5. 如請求項4所述的系統，其中，
    所述升壓訊號(PWM_BST)還與升壓模式下所述第三開關的最小導通時間(MINON_BST)、升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)、升壓模式時鐘訊號(CLK_BST)以及升壓模式斜坡電壓(SLOPE_BST)有關，其中，所述升壓模式斜坡電壓(SLOPE_BST)用於防止所述系統在升壓模式下產生次諧波振盪；以及
    所述降壓訊號(PWM_BUK)還與降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)、降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)、降壓模式時鐘訊號(CLK_BUK)以及降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)有關，其中，所述降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)用於防止所述系統在降壓模式下產生次諧波振盪。
  6. 如請求項5所述的系統，其中，所述開關電源包括：
    分壓模組，用於對所述輸出電壓進行分壓，得到回饋電壓；
    誤差放大器，用於對所述回饋電壓和基準電壓的差值進行放大，以輸出放大電壓(VCOMP)；
    求和模組，用於對所述電流取樣電壓和所述升壓模式斜坡電壓(SLOPE_BST)求和，以輸出和電壓(VSUM_BST)；
    求差模組，用於對所述電流取樣電壓和所述降壓模式斜坡電壓(SLOPE_BUK)求差，以輸出差電壓(VSUM_BUK)；
    第一支路，用於基於所述放大電壓(VCOMP)和所述和電壓(VSUM_BST)來輸出所述升壓訊號(PWM_BST)；以及
    第二支路，用於基於所述放大電壓(VCOMP)和所述差電壓(VSUM_BUK)來輸出所述降壓訊號(PWM_BUK)。
  7. 如請求項6所述的系統，其中，所述第一支路包括：
    第一比較器，用於對所述放大電壓(VCOMP)與所述和電壓(VSUM_BST)進行比較，以輸出第一比較訊號(PWM1)；
    第一邏輯單元，用於基於所述第一比較訊號(PWM1)、所述升壓模式下所述第三開關的最小導通時間(MINON_BST)以及所述升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)來生成第一邏輯訊號；以及
    第一觸發器，用於基於所述第一邏輯訊號和升壓模式時鐘訊號(CLK_BST)來產生所述升壓訊號(PWM_BST)。
  8. 如請求項7所述的系統，其中，所述第一邏輯單元包括第一反及閘和第二反及閘，其中，所述第一反及閘用於基於所述第一比較訊號(PWM1)和所述升壓模式下所述第三開關的最小導通時間(MINON_BST)來輸出第一中間訊號，所述第二反及閘用於基於所述第一中間訊號和所述升壓模式下所述第三開關的最大導通時間(MAXON_BST)來生成所述第一邏輯訊號。
  9. 如請求項6所述的系統，其中，所述第二支路包括：
    第二比較器，用於對所述放大電壓(VCOMP)與所述差電壓(VSUM_BUK)進行比較，以輸出第二比較訊號(PWM2)；
    第二邏輯單元，用於基於所述第二比較訊號(PWM2)、所述降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)以及所述降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)來生成第二邏輯訊號；以及
    第二觸發器，用於基於所述第二邏輯訊號和所述降壓模式時鐘訊號(CLK_BUK)來產生所述降壓訊號(PWM_BUK)。
  10. 如請求項9所述的系統，其中，所述第二邏輯單元包括第三反及閘 和第四反及閘，其中，所述第三反及閘用於基於所述第二比較訊號(PWM2)和所述降壓模式下所述第二開關的最小導通時間(MINON_BUK)來輸出第二中間訊號，所述第四反及閘用於基於所述第二中間訊號和所述降壓模式下所述第二開關的最大導通時間(MAXON_BUK)來生成所述第二邏輯訊號。
  11. 如請求項4所述的系統，其中，所述邏輯和驅動模組包括：
    第一反相器，用於對所述第一訊號(BST)進行反相；
    第一反或閘，用於接收經反相的第一訊號和所述第四訊號(BUK_ON)；
    第一或閘，用於接收所述經反相的第一訊號和所述第四訊號(BUK_ON)；
    第二反相器，用於對所述降壓訊號(PWM_BUK)進行反相；
    第二或閘，用於接收來自所述第一反或閘的輸出訊號和經反相的降壓訊號；
    第一及閘，用於接收來自所述第一或閘的輸出訊號和所述降壓訊號(PWM_BUK)；
    第三反相器，用於對所述第二訊號(BUK)進行反相；
    第三或閘，用於接收經反相的第二訊號和所述第三訊號(BST_ON)；
    第二反或閘，用於接收所述經反相的第二訊號和所述第三訊號(BST_ON)；
    第二及閘，用於接收來自所述第三或閘的輸出訊號和所述升壓訊號(PWM_BST)；
    第四反相器，用於對所述升壓訊號(PWM_BST)進行反相；
    第四或閘，用於接收來自所述第二反或閘的輸出訊號和經反相的升壓訊號；以及
    第一驅動器，用於基於來自所述第二或閘的輸出訊號來產生第一控制訊號；第二驅動器，用於基於來自所述第一及閘的輸出訊號來產生第二控 制訊號；第三驅動器，用於基於來自所述第二及閘的輸出訊號來產生第三控制訊號；和第四驅動器，用於基於來自所述第四或閘的輸出訊號來產生第四控制訊號，其中，所述第一控制訊號、所述第二控制訊號、所述第三控制訊號和所述第四控制訊號分別用於控制所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關和所述第四開關的導通或關斷。
  12. 如請求項11所述的系統，其中，
    所述工作模式判斷模組具體用於在所述第一訊號(BST)處於高位準且所述第四訊號(BUK_ON)處於低位準時，確定所述系統處於所述升壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第一控制訊號使所述第一開關在整個開關週期內一直導通，基於所述第二控制訊號使所述第二開關在整個開關週期內一直關斷，並分別基於所述第三控制訊號和所述第四控制訊號使所述第三開關和所述第四開關交替導通；
    所述工作模式判斷模組具體用於在所述第一訊號(BST)和所述第四訊號(BUK_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第二控制訊號使所述第二開關以最小導通時間工作；
    所述工作模式判斷模組具體用於在所述第三訊號(BST_ON)和第四訊號(BUK_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於所述升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組分別基於所述第二控制訊號和所述第三控制訊號使所述第二開關和所述第三開關均以最小導通時間工作；
    所述工作模式判斷模組具體用於在所述第二訊號(BUK)和所述第三訊號(BST_ON)均處於高位準時，確定所述系統處於所述升降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第三控制訊號使所述第三開關以最小導通時間工作；以及
    所述工作模式判斷模組具體用於在所述第二訊號(BUK)處於高位準且所述第三訊號(BST_ON)處於低位準時，確定所述系統處於所述降壓模式，從而所述邏輯和驅動模組基於所述第四控制訊號使所述第四開關在 整個開關週期內一直導通，基於所述第三控制訊號使所述第三開關在整個開關週期內一直關斷，並分別基於所述第一控制訊號和所述第二控制訊號使所述第一開關和所述第二開關交替導通。
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