TW202230953A - 升壓控制電路 - Google Patents

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TW202230953A TW110115942A TW110115942A TW202230953A TW 202230953 A TW202230953 A TW 202230953A TW 110115942 A TW110115942 A TW 110115942A TW 110115942 A TW110115942 A TW 110115942A TW 202230953 A TW202230953 A TW 202230953A
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Abstract

本發明公開了一種升壓控制電路。該升壓控制電路包括電感、與電感串聯連接在升壓控制電路的輸入端和輸出端之間的第一開關、以及與電感串聯連接在輸入端和地之間的第二開關，其特徵在於，還包括：開關控制器，被配置為基於表徵升壓控制電路的輸出電壓的電壓回饋訊號和表徵流過第二開關的電流的電流採樣訊號，生成分別用於控制第一開關和第二開關的導通和關斷的第一控制訊號和第二控制訊號。根據本發明實施例提供的升壓控制電路，通過開關控制器來生成開關控制訊號，以基於開關控制訊號來控制該升壓控制電路的相應開關的導通和斷開，進而對輸出電壓進行調變控制。

Description

升壓控制電路
本發明屬於積體電路領域，尤其涉及一種升壓控制電路。
通常，傳統的電壓調節系統都是含有電流回饋的電壓調變控制系統。這種傳統的系統的最大特點在於其需要進行電感電流的採樣，以產生電流回饋，參與到電壓調節系統的電壓電流環路控制中。
然而，為了進行電流採樣，往往需要引入複雜的電路結構來進行電流採樣，這大大增加了電路面積，並加大了電路設計的複雜度。
本發明實施例提供一種升壓控制電路，不再使用傳統的感測和採樣電感電流的方法，而是通過開關控制器來生成開關控制訊號，以基於開關控制訊號來控制該升壓控制電路的相應開關的導通和斷開，進而對輸出電壓進行調變控制。
本發明實施例提供一種升壓控制電路，包括電感、與電感串聯連接在升壓控制電路的輸入端和輸出端之間的第一開關、以及與電感串聯連接在輸入端和地之間的第二開關，其特徵在於，還包括：開關控制器，被配置為基於表徵升壓控制電路的輸出電壓的電壓回饋訊號和表徵流過第二開關的電流的電流採樣訊號，生成分別用於控制第一開關和第二開關的導通和關斷的第一控制訊號和第二控制訊號。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，開關控制器包括第三開關、第四開關、和電容器，開關控制器進一步被配置為：基於電壓回饋訊號和電流採樣訊號，生成用於控制第二開關和第三開關的導通和關斷的第二控制訊號；基於第二控制訊號和電容器上的電壓，生成用於控制第一開關和第四開關的導通和關斷的第一控制訊號；其中，電容器的充 電和放電與第三開關和第四開關的導通和關斷有關。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，開關控制器進一步被配置為：基於電壓回饋訊號與第一參考訊號之間的第一比較結果和電流採樣訊號，生成第二控制訊號。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，開關控制器進一步被配置為：基於第一比較結果和電流採樣訊號與第二參考訊號之間的第二比較結果，生成第二控制訊號。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，第三開關和第四開關串聯連接在電流源與地之間，電容器並行連接在第四開關的兩端，並且開關控制器還包括：第一比較器，被配置為基於電流採樣訊號與第二參考訊號，生成第二比較結果；觸發器，被配置為基於第一比較結果和第二比較結果，生成第二控制訊號；以及發生器，被配置為基於第二控制訊號和電容器上的電壓，生成第一控制訊號，其中，電容器上的電壓為放電狀態下電容器上的電壓。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，第二開關和第三開關的導通時間由下式決定：
Figure 110115942-A0101-12-0002-1
其中，T on 為第二開關和第三開關的導通時間，Vref2為第二參考訊號，Rsns為用於產生電流採樣訊號的電阻的阻值，I0為第二開關從關斷到導通時刻對應的電感電流，L為電感的電感值，並且Vin為升壓控制電路的輸入電壓。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，第一開關和第四開關的導通時間由下式決定：
Figure 110115942-A0101-12-0002-2
其中，Toff為第一開關和第四開關的導通時間，Vout為輸出電壓。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，第一開關、第二開關、第三開關、和第四開關均為金屬氧化物半導體場效應電晶體，並 且觸發器為RS觸發器。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，還包括：第二比較器，被配置為基於電壓回饋訊號與第一參考訊號，生成第一比較訊號；分壓電路，被配置為通過對輸出電壓進行分壓，生成電壓回饋訊號；第一二極體，第一二極體的兩極分別連接至第一開關的源極和汲極，第一開關的閘極接收第一控制訊號；以及第二二極體，第二二極體的兩極分別連接至第二開關的源極和汲極，第二開關的閘極接收第二控制訊號。
根據本發明實施例提供的升壓控制電路，升壓控制電路工作在連續傳導模式或不連續傳導模式。
本發明實施例的升壓控制電路，不再使用傳統的感測和採樣電感電流的方法，而是通過開關控制器來生成開關控制訊號，以基於開關控制訊號來控制該升壓控制電路的相應開關的導通和斷開，進而對輸出電壓進行調變控制。
100,200:升壓控制電路
210:開關控制器
220:比較器
230:分壓電路
2101:比較器
2102:觸發器
2103:Toff發生器
a:節點
C1,C2,C3:電容器
D1,D2,D3,D4:二極體
HG,LG:訊號
I1,I2:電流
L:電感
M1,M2,M3,M4,SW1,SW2:開關
R0,R1,R2,Rsns:電阻
T1,T2,T3:時刻
Ton,Toff:時間
V1:谷值
V2:峰值
Vc:輸出訊號
Vfb:電壓回饋訊號
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
Vramp:斜坡電壓(訊號)
V_ramp1:上升斜坡訊號
Vref:參考訊號
Vref2:參考電壓(訊號)
Vsns:電流採樣訊號
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示出了習知技術提供的升壓控制電路100的結構示意圖；
圖2是本發明實施例提供的升壓控制電路200的結構示意圖；
圖3是本發明實施例提供的升壓控制電路中的開關控制器的結構示意圖；
圖4是本發明實施例提供的處於連續傳導模式下的升壓控制電路中各個訊號的波形示意圖；以及
圖5是本發明實施例提供的處於非連續傳導模式下的升壓控制電路中各個訊號的波形示意圖。
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。
為了更好地理解本發明，首先，對習知技術進行介紹，參考圖1，圖1示出了習知技術提供的升壓控制電路100的結構示意圖。
在圖1中，該升壓控制電路100包括電感L、開關M1、開關M2、二極體D1、二極體D2以及電容器C1，如圖1所示，電感L的一端連接至該電路的輸入端，電感L的另一端連接至開關M1的一端，開關M1的另一端連接至該電路的輸出端，並且輸出端經由電容器C1接地，開關M2的一端連接至電感L和開關M1的公共端，開關M2的另一端接地，並且用於控制開關M1和M2的導通和關斷的開關控制訊號分別為HG和LG，二極體D1的兩極連接在開關M1中除用於接收HG訊號的端子之外的兩個端子之間，而二極體D2的兩極連接在開關M2中除用於接收LG訊號的端子之外的兩個端子之間。
其中，Vin為該升壓控制電路100的輸入電壓，Vout為該升壓控制電路100的輸出電壓，針對升壓控制電路100，輸出電壓Vout大 於輸入電壓Vin；M1和M2是用於控制升壓的開關，例如，M1是輸出控制開關，M2是電感儲能開啟開關；L是用於控制升壓的電感；Ton是控制開關M2導通的時間，而Toff是控制開關M1導通的時間。
在這種傳統的電路中，其是通過添加電流採樣電路，用於對電感電流進行採樣，以產生電流回饋訊號，並基於該電流回饋訊號來控制開關M1和M2的導通和關斷，進而調變輸出電壓Vout，使得輸出電壓Vout能夠大於輸入電壓Vin。
然而，這種傳統的通過電流採樣電路來進行電感電流的採樣，以產生電流回饋，進而基於電流回饋來調變輸出電壓的方法，大大增加了電路面積，並加大了電路設計的複雜度。
為了解決習知技術問題，本發明實施例提供了一種升壓控制電路。本發明實施例提供的升壓控制電路不再感測和採樣電感電流，而是通過伏秒平衡原理來建立對輸出電壓的調變控制。
應注意的是，本發明實施例提供的這種升壓控制電路僅僅是一種示例實現方式，本發明對此不作限制，例如，本發明實施例提供的這種原理實質上也可以應用於例如降壓控制電路等，其等同物和構造等均在本發明的範圍之內。
繼續參考圖1，基於伏秒平衡原理，在輸出開關M2導通時，流經電感的電流的變化可以表示為下式：
Figure 110115942-A0101-12-0005-3
可見，在公式(1)中，電感電流IL是Vin和T on 的函數，如上所述，在傳統的結構中，這個電感電流被感測和採樣，並在一個電阻(例如，電阻R0)上產生電壓(如公式(2)所示)，進而將該電壓輸入到升壓控制電路的環路控制中。
Figure 110115942-A0101-12-0005-4
其中，k是電感電流被感測和採樣後的係數，它是一個常數。電阻R0是用於將電流轉換為電壓的電阻，該電阻R0可以是與電感L 串聯連接的電阻，也可以是電流採樣電路中用於將電流轉換為電壓的電阻，Vin是該結構的輸入電壓，T on 是開關M2的導通時間。
作為一個示例，參考圖2，圖2是本發明實施例提供的升壓控制電路200的結構示意圖。
如圖2所示，該升壓控制電路200可以包括電感L、開關M3、開關M4、二極體D3、二極體D4、電容器C2、開關控制器210、比較器220以及分壓電路230。
作為一個示例，開關控制器210可以被配置為基於表徵升壓控制電路200的輸出電壓的電壓回饋訊號(例如，Vfb)和表徵流過開關M4的電流的電流採樣訊號(例如，Vsns)，生成分別用於控制開關M3的導通和關斷的訊號HG，以及用於控制開關M4的導通和關斷的訊號LG。
具體地，在某些實施例中，開關M3和M4可以是MOS電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)。
作為一個示例，電感L的一端可以連接至升壓控制電路200的輸入端，電感L的另一端可以連接至開關M3的一端，開關M3的另一端可以連接至升壓控制電路200的輸出端，二極體D3的兩極可以連接至開關M3的兩端(例如，源極和汲極)，開關M4的一端可以連接至電感L和開關M3的公共端(例如，節點a)，開關M4的另一端可以經由電阻Rsns接地，二極體D4的兩極可以連接至開關M4的兩端(例如，源極和汲極)，其中電阻Rsns用於對流經開關M4的電流進行採樣，生成電流採樣訊號(例如，Vsns)，其中，該電流採樣訊號Vsns是一個類似於V_ramp1的上升斜坡訊號，開關控制器210可以用於接收表徵升壓控制電路200的輸出電壓的電壓回饋訊號(例如，Vfb)和電流採樣訊號(例如，Vsns)，以生成兩個開關控制訊號(例如，LG和HG)，其中開關M3的閘極可以接收訊號HG，以基於訊號HG來導通和關斷，而開關M4的閘極可以接收訊號LG，以基於訊號LG來導通和關斷，進而對升壓控制電路200的輸出電壓Vout進行調變。
在一些實施例中，分壓電路230可以用於對升壓控制電 路200的輸出電壓Vout進行分壓，以生成電壓回饋訊號(例如，Vfb)，比較器220可以用於接收參考訊號Vref和電壓回饋訊號(例如，Vfb)，例如比較器220的負相輸入端可以用於接收參考訊號Vref，並且正相輸入端可以用於接收電壓回饋訊號Vfb，以對二者進行比較，並產生訊號Vc以輸出至開關控制器210，並且其中，分壓電路230可以包括兩個串聯連接的電阻(例如，R1和R2)，本發明對此不作限制。
通過本發明實施例提供的上述技術方案，不再需要對電感電流進行感測和採樣，而是通過開關控制器來生成開關控制訊號，以控制開關的導通和關斷，進而調變輸出電壓，在保證轉換效率的前提下實現了面積極小的升壓電路，利用較少的資源來實現電壓調變，以適用在有限資源的應用中。
作為一個示例，參考圖3，圖3是本發明實施例提供的升壓控制電路中的開關控制器的結構示意圖。
在圖3所示的實施例中，開關控制器210可以包括開關SW1和SW2以及電容器C3，該開關控制器210可以被配置為基於電壓回饋訊號Vfb和電流採樣訊號Vsns來生成用於控制開關SW1和M4(參見圖2)的導通和關斷的控制訊號LG，進而基於訊號LG和電容器C3上的電壓來生成用於控制開關SW2和M3(參見圖2)的導通和關斷的控制訊號HG，並且電容器C3在開關SW1導通、開關SW2關斷時進行充電，並在開關SW1關斷、開關SW2導通時進行放電。在某些實施例中，開關SW1和SW2可以為MOS電晶體。
以下通過示例的方式進行詳細介紹，具體地，如圖3所示，開關控制器210還可以包括比較器2101、觸發器2102以及Toff發生器等，在某些實施例中，觸發器2102可以為RS觸發器。
作為一個示例，比較器2101的兩個輸入端可以接收電流採樣訊號Vsns和參考電壓Vref2，例如比較器2101的負相輸入端可以用於接收參考電壓Vref2，並且正相輸入端可以用於接收電流採樣訊號Vsns，以對二者進行比較，比較器2101的輸出端可以連接至例如RS觸發器2102 的重定端(標記為R)，比較器220(參見圖2)的輸出端可以連接至RS觸發器2102的置位元端(標記為S)，RS觸發器2102的輸出端可以連接至開關SW1的一端(例如，閘極)，以控制開關SW1的導通和關斷，開關SW1和開關SW2串聯連接在電流源(標記為I1)和地之間，電容器C3並聯連接在開關SW2的兩端，RS觸發器的輸出端還可以連接至Toff發生器的一個輸入端，Toff發生器的另一輸入端可以連接至開關SW1和開關SW2的公共端，以接收放電狀態下電容器C3上的電壓，Toff發生器的輸出端可以連接至開關SW2的一端(例如，閘極)，以控制開關SW2的導通和關斷。
具體地，比較器2101可以被配置為接收電流採樣訊號Vsns和參考訊號Vref2(用於確定電流採樣訊號Vsns是否抬升到參考訊號Vref2)，以對二者進行比較，並將比較結果輸出到RS觸發器2102，RS觸發器2102還接收來自比較器220(參見圖2)的比較結果Vc，以基於這兩個比較結果來輸出控制訊號LG至開關SW1和M4，以控制開關SW1和M4的導通和關斷，即，Ton為SW1和M4的導通時間，當訊號LG控制開關SW1導通時，電流源(例如，I1，該電流源可提供的電流大小為Vin/R1)對電容器C3進行充電，在電容器C3上產生一個上升的斜坡電壓(這將在下面詳細介紹)，在SW1從導通切換至關斷的時刻使得開關SW2導通(或經過預定時間段導通，本發明對此不做限制)，此時電容器C3被放電，在電容器C3上產生一個下降的斜坡電壓(這將在下面詳細介紹)，該上升的和下降的斜坡電壓在圖3中標記為Vramp，Toff發生器2103可以被配置為基於訊號LG和放電狀態下電容器C3上的電壓(即，下降的斜坡電壓)來生成訊號HG，進而基於訊號HG來控制開關SW2的導通和關斷。
綜上，該Ton由流經開關M4的採樣電流達到參考電流的時間決定，Ton的公式如下：
Figure 110115942-A0101-12-0008-5
其中，T on 為開關SW1和M4的導通時間，Vref2為參考 訊號，Rsns為用於產生電流採樣訊號Vsns的電阻的阻值，I0為開關M4從關斷到導通時刻對應的電感電流，針對不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)，I0為0，L為電感的電感值，並且Vin為升壓控制電路的輸入電壓。
既然電感L、輸入電壓Vin和時間Ton都是已知的，在本發明實施例提供的電路中，產生一個類似的電流，並且具有公式(1)一樣的對輸入Vin和時間Ton的函數關係，就可以表徵這個電感電流。其中，當開關SW1導通，開關SW2關斷時，電容器C3處於充電狀態，電流I1在電容器C3上產生一個上升的斜坡電壓，該斜坡電壓的維持時間為Ton，並且充電狀態下電容器C3上的斜坡電壓可以表示為：
Figure 110115942-A0101-12-0009-6
這裡，
Figure 110115942-A0101-12-0009-7
。只要選擇
Figure 110115942-A0101-12-0009-8
，V ramp2就可以完全代表V ramp1。
同理，根據伏秒平衡原理，在圖1中，當開關M2關斷，開關M1開啟時，滿足下式：
Figure 110115942-A0101-12-0009-9
基於該原理，在圖3所示的實施例中，當開關SW1關斷，開關SW2開啟時，電流I2開始對電容器C3進行放電，放電時間為Toff，在放電階段期間，電容器C3上的電壓線性下降，在電容器C3上產生一個下降的斜坡電壓，開關SW2導通的脈衝寬度為Toff。應注意的是，其電路的實現方式不限於本發明提供的實施例，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本領域技術人員可以基於上面描述的伏秒平衡原理來設計該電路的其他實現方式。選擇I2為以下公式，可以滿足公式(5)所反應的伏秒平衡。
Figure 110115942-A0101-12-0009-10
參考圖3和圖4，圖4是本發明實施例提供的處於連續傳導模式下的升壓控制電路中各個訊號的波形示意圖。其中，圖4(a)示出 了圖3中所示的電容器上的電壓Vramp與時間之間的關係的曲線示意圖；圖4(b)示出了圖3中所示的訊號LG與時間之間的關係的曲線示意圖；以及圖4(c)示出了圖3中所示的訊號HG與時間之間的關係的曲線示意圖。
作為一個示例，當開關SW1開啟，開關SW2關斷時，電流I1開始對電容器C3進行充電，充電時間為Ton(對應於圖4中的時間段T0-T1)，在時間段T0-T1期間，電容器C3上的電壓Vramp線性上升(例如，在時間段T0-T1期間，電壓Vramp從V1(谷底)線性上升至V2(峰值)，參見公式(4))，並且訊號LG處於高位準，而訊號HG處於低位準；以及當開關SW1關斷，開關SW2開啟時，電流I2開始對電容器C3進行放電，放電時間為Toff(對應於時間段T1-T2)，在時間段T1-T2期間，電容器C3上的電壓(即，Vramp)線性下降(例如，在時間段T1-T2期間，訊號Vramp從V2(峰值)線性下降至V1(谷底)，參見公式(6))，並且訊號LG處於低位準，而訊號HG處於高位準。
參考圖3和圖4，在圖3中使用Toff發生器來表徵開關SW2的控制訊號HG的產生。其中，訊號HG的上升沿可以由訊號LG的下降沿產生(例如，在時刻T1，訊號LG從高位準切換為低位準，使得訊號HG從低位準切換為高位準，參見圖4)，而訊號HG的下降沿在訊號Vramp由峰值V2下降至谷值V1的時刻產生(例如，在時刻T2，當訊號Vramp下降至谷值V1時，訊號HG從高位準切換為低位準，參見圖4)。
根據公式(6)來選取電容C3的放電電流，訊號Vramp從峰值V2下降至谷值V1所經歷的時間就是實現伏秒平衡所需的時間Toff。
這樣，公式(5)所反應的電感電流在伏秒平衡下升壓的開關M3和M4工作時的電流關係，可以轉換為公式(7)所示的電壓關係：
Figure 110115942-A0101-12-0010-11
所以，
Figure 110115942-A0101-12-0010-12
因此，輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及開關SW1和M4的導通時間Ton(參見公式(3))都是已知的參數，基於公式(8)來設置開關SW2和M3的導通時間Toff，在Toff時段期間(例如，圖4中從T1時刻至T2時刻)，開關M3和SW2導通。
作為一個示例，結合圖2對本發明實施例提供的升壓控制電路的工作原理進行介紹，當電壓回饋訊號Vfb小於參考訊號Vref時，比較器220的輸出訊號Vc發生翻轉，其上升沿可以開啟開關控制器210中的開關SW1(參見圖3)。隨後，比較器220的輸出訊號Vc被重定。經過導通時間Ton之後，開關SW1被關斷，也就是說，開關SW1在導通時間Ton期間保持處於導通狀態。在某些實施例中，可以在開關SW1被關斷的時刻之後，間隔例如十幾奈秒(可以根據需求進行選擇)，接通開關SW2，使得開關SW2經過導通時間Toff之後被關斷，即開關SW2在導通時間Toff期間保持處於導通狀態。而在某些其他實施例中，間隔時間可以為零，即可以在開關SW1被斷開的時刻，立即接通開關SW2，使得開關SW2經過導通時間Toff之後被關斷，即開關SW2在導通時間Toff期間保持處於導通狀態。
在開關SW2關斷的時刻，使能比較器220的輸出，如果比較器220的輸出訊號Vc翻轉出一個上升沿，則立即開始一下個週期的上述操作，這時該升壓控制電路工作在連續傳導模式(Constant Current Mode，CCM)，如圖4所示。否則，一直等待直到比較器220的輸出訊號Vc翻轉出一個上升沿，再開始下一個週期的上述操作，這時該升壓控制電路工作在不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)，如圖5所示，圖5是本發明實施例提供的處於非連續傳導模式下的升壓控制電路中各個訊號的波形示意圖，其中，時間段(T3-T2)表示上述等待的時間。
綜上，通過本發明實施例提供的升壓控制電路，不再使用傳統的感測和採樣電感電流的方法，而是基於伏秒平衡原理來建立對輸出電壓的升壓調整控制。該電路的目的是在保證轉換效率的前提下實現面積較小的升壓電路，即用最小的資源來實現對輸出電壓的調變，進而使用 在資源有限的應用中。
本發明實施例提供的升壓控制電路使用通用的恒開啟時間(constant on time)結構，而輸出開關的調變控制是基於伏秒平衡原理來實現的，由RC轉化來替代電感電流的變化，可見，通過恒開啟時間和RC轉化替代來決定該升壓控制電路的輸出開關的導通時間。
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、可擦除ROM(Erasable Read Only Memory，EROM)、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。
200:升壓控制電路
210:開關控制器
220:比較器
230:分壓電路
a:節點
C2:電容器
D3,D4:二極體
HG,LG:訊號
L:電感
M3,M4:開關
R1,R2,Rsns:電阻
Vc:輸出訊號
Vfb:電壓回饋訊號
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
Vref:參考訊號
Vsns:電流採樣訊號

Claims (10)

  1. 一種升壓控制電路，包括電感、與所述電感串聯連接在所述升壓控制電路的輸入端和輸出端之間的第一開關、以及與所述電感串聯連接在所述輸入端和地之間的第二開關，其特徵在於，還包括：
    開關控制器，被配置為基於表徵所述升壓控制電路的輸出電壓的電壓回饋訊號和表徵流過所述第二開關的電流的電流採樣訊號，生成分別用於控制所述第一開關和所述第二開關的導通和關斷的第一控制訊號和第二控制訊號。
  2. 如請求項1所述的升壓控制電路，其中，所述開關控制器包括第三開關、第四開關、和電容器，所述開關控制器進一步被配置為：
    基於所述電壓回饋訊號和所述電流採樣訊號，生成用於控制所述第二開關和所述第三開關的導通和關斷的所述第二控制訊號；
    基於所述第二控制訊號和所述電容器上的電壓，生成用於控制所述第一開關和所述第四開關的導通和關斷的所述第一控制訊號；其中，
    所述電容器的充電和放電與所述第三開關和所述第四開關的導通和關斷有關。
  3. 如請求項2所述的升壓控制電路，其中，所述開關控制器進一步被配置為：
    基於所述電壓回饋訊號與第一參考訊號之間的第一比較結果和所述電流採樣訊號，生成所述第二控制訊號。
  4. 如請求項3所述的升壓控制電路，其中，所述開關控制器進一步被配置為：
    基於所述第一比較結果和所述電流採樣訊號與第二參考訊號之間的第二比較結果，生成所述第二控制訊號。
  5. 如請求項4所述的升壓控制電路，其中，所述第三開關和所述第四開關串聯連接在電流源與地之間，所述電容器並行連接在所述第四開關的兩端，並且所述開關控制器還包括：
    第一比較器，被配置為基於所述電流採樣訊號與所述第二參考訊號，生成所述第二比較結果；
    觸發器，被配置為基於所述第一比較結果和所述第二比較結果，生成所述第二控制訊號；以及
    發生器，被配置為基於所述第二控制訊號和所述電容器上的電壓，生成所述第一控制訊號，其中，所述電容器上的電壓為放電狀態下電容器上的電壓。
  6. 如請求項5所述的升壓控制電路，其中，所述第二開關和所述第三開關的導通時間由下式決定：
    Figure 110115942-A0101-13-0002-20
    其中，T on 為所述第二開關和所述第三開關的導通時間，Vref2為所述第二參考訊號，Rsns為用於產生所述電流採樣訊號的電阻的阻值，I0為所述第二開關從關斷到導通時刻對應的電感電流，L為所述電感的電感值，並且Vin為所述升壓控制電路的輸入電壓。
  7. 如請求項5所述的升壓控制電路，其中，所述第一開關和所述第四開關的導通時間由下式決定：
    Figure 110115942-A0101-13-0002-21
    其中，Toff為所述第一開關和所述第四開關的導通時間，Vout為所述輸出電壓。
  8. 如請求項5所述的升壓控制電路，其中，所述第一開關、所述第二開關、所述第三開關、和所述第四開關均為金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述觸發器為RS觸發器。
  9. 如請求項8所述的升壓控制電路，其中，還包括：
    第二比較器，被配置為基於所述電壓回饋訊號與所述第一參考訊號，生成所述第一比較訊號；
    分壓電路，被配置為通過對所述輸出電壓進行分壓，生成所述電壓回饋訊號；
    第一二極體，所述第一二極體的兩極分別連接至所述第一開關的源極和汲極，所述第一開關的閘極接收所述第一控制訊號；以及
    第二二極體，所述第二二極體的兩極分別連接至所述第二開關的源極和汲極，所述第二開關的閘極接收所述第二控制訊號。
  10. 如請求項1所述的升壓控制電路，其中，所述升壓控制電路工作在連續傳導模式或不連續傳導模式。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4213354A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-19 Goodix Technology (HK) Company Limited Current limit control circuit for a boost converter in ccm

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7378824B2 (en) * 2006-05-26 2008-05-27 Leadtrend Technology Corp. Voltage converter capable of avoiding voltage drop occurring in input signal
US7923973B2 (en) * 2008-09-15 2011-04-12 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to reduce line current harmonics from a power supply
KR20120079763A (ko) * 2011-01-05 2012-07-13 페어차일드코리아반도체 주식회사 스위치 제어 회로, 이를 이용하는 컨버터, 및 스위치 제어 방법
CN102594118B (zh) * 2012-02-29 2014-06-25 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种升压型pfc控制器
CN203206106U (zh) * 2013-03-21 2013-09-18 成都芯源系统有限公司 一种功率因数校正电路及其控制电路
EP3242385A1 (en) * 2016-05-06 2017-11-08 Merus Audio ApS A load adaptable boost dc-dc power converter
CN106788398B (zh) * 2016-12-06 2020-06-02 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 时钟分频电路、控制电路以及电源管理集成电路
CN108063554B (zh) * 2017-12-14 2023-07-18 杰华特微电子股份有限公司 一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路
KR20200010830A (ko) * 2018-07-23 2020-01-31 삼성전자주식회사 동적으로 출력 전압을 변경하는 스위칭 레귤레이터 및 이를 포함하는 전원 회로
TWI695572B (zh) * 2019-09-28 2020-06-01 立錡科技股份有限公司 電感電流仿擬電路及電感電流仿擬方法
CN212278120U (zh) * 2020-05-28 2021-01-01 上海灿瑞科技股份有限公司 一种升压dc-dc控制电路

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