TWI829015B - 用於升降壓變換器的電荷共用自舉充電控制系統 - Google Patents

用於升降壓變換器的電荷共用自舉充電控制系統 Download PDF

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Abstract

本申請提供了一種用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統。升降壓變換器包括輸入側自舉電容和輸出側自舉電容，電荷共享自舉充電控制系統包括：第一輸出側自舉電容充電支路，被連接在輸入側自舉電容的高電壓端與輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在降壓模式時基於輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓為輸出側自舉電容充電；以及第一輸入側自舉電容充電支路，被連接在輸入側自舉電容的高電壓端與輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在升壓模式時基於輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓為輸入側自舉電容充電。

Description

用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統
本申請總體上涉及升降壓變換器，並且更具體地涉及用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統。
大功率升降壓變換器通常使用四個NMOS管作為開關功率管，如圖1所示。如果要開啟輸入側的上方開關功率管MA和輸出側的上方開關功率管MD，則需要分別從輸入側自舉電容CBST1的低電壓端SW1和輸出側自舉電容CBST2的低電壓端SW2處進行自舉驅動。當該升降壓變換器工作在降壓模式時，開關功率管MD需要直通，由於輸出側自舉電容CBST2的低電壓端的電壓VSW2此時一直為升降壓變換器的輸出電壓VOUT，所以自舉電容CBST2無法被充電。同樣，當該升降壓變換器工作在升壓模式時，開關功率管MA需要直通，由於輸入側自舉電容CBST1的低電壓端的電壓VSW1此時一直為升降壓變換器的輸入電壓VIN，所以自舉電容CBST1無法被充電。
傳統的解決方案是當升降壓變換器工作在降壓模式時，需要適時地使輸出側的下方開關功率管MC導通來下拉VSW2，以給自舉電容CBST2充電，如圖2所示。同樣，當升降壓變換器工作在升壓模式時，需要適時地使輸入側的下方開關功率管MB導通來下拉VSW1，以給自舉電容CBST1充電，如圖3所示。這樣就可能會導致輸出電壓存在紋波並且可能會帶來電磁干擾(Electronical-Magnetic Interference,EMI)問題。
鑒於以上所述的問題，根據本申請的一方面，提供了一種用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統，其中，升降壓變換器包 括輸入側自舉電容和輸出側自舉電容，電荷共享自舉充電控制系統包括：第一輸出側自舉電容充電支路，被連接在輸入側自舉電容的高電壓端與輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在降壓模式時基於輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓為輸出側自舉電容充電；以及第一輸入側自舉電容充電支路，被連接在輸入側自舉電容的高電壓端與輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在升壓模式時基於輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓為輸入側自舉電容充電。
根據本申請的另一方面，提供了一種升降壓變換器，包括輸入側開關功率管、輸入側自舉電容、輸出側開關功率管、輸出側自舉電容、以及如上所述的電荷共享自舉充電控制系統。
利用根據本申請的實施例的電荷共享自舉充電控制系統，可以實現升降壓變換器的輸入側和輸出側的電荷共享，從而解決傳統升降壓變換器在自舉電容充電期間可能導致的輸出電壓紋波和電磁干擾的問題。
BST_ON:升壓模式指示信號
BUK-ON:降壓模式指示信號
CBST1:輸入側自舉電容
CBST2:輸出側自舉電容
IBST1:自舉電容充電電流
IBST2:自舉電容充電電流
MA:開關功率管
MB:開關功率管
MC:開關功率管
MD:開關功率管
M1:第一電力金氧半場效電晶體
M2:第二電力金氧半場效電晶體
M3:第三電力金氧半場效電晶體
M4:第四電力金氧半場效電晶體
M5:第五電力金氧半場效電晶體
M6:第六電力金氧半場效電晶體
M7:第七電力金氧半場效電晶體
M8:第八電力金氧半場效電晶體
M9:自舉電容充電控制MOSFET開關
M10:自舉電容充電控制MOSFET開關
SW1:輸入側自舉電容的低電壓端
SW2:輸出側自舉電容的低電壓端
V1:節點電壓
V2:節點電壓
VDD:電源電壓
VSW1:輸入側自舉電容的低電壓端的電壓
VSW2:輸出側自舉電容的低電壓端的電壓
VIN:升降壓變換器的輸入電壓
VOUT:升降壓變換器的輸出電壓
VBST1:輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓
VBST1_REF1:第一輸入側欠壓閾值
VBST1_REF2:第二輸入側欠壓閾值
VBST1_UV:信號
VBST1-VSW1:輸入側自舉電容兩端的電壓差
VREF1:欠壓閾值
VBST2:輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓
VBST2_REF1:第一輸出側欠壓閾值
VBST2_REF2:第二輸出側欠壓閾值
VBST2_UV:信號
VBST2-VSW2:輸出側自舉電容兩端的電壓差
VREF2:欠壓閾值
Z1:齊納管
Z2:齊納管
從下面結合附圖對本申請的具體實施方式的描述中可以更好地理解本申請，其中：圖1示出了示例性的傳統升降壓變換器；圖2示出了如圖1所示的傳統升降壓變換器工作在降壓模式時通過下拉輸出側自舉電容的低電壓端的電壓來給輸出側自舉電容充電的情況的示例性波形圖；圖3示出了如圖1所示的傳統升降壓變換器工作在升壓模式時通過下拉輸入側自舉電容的低電壓端的電壓來給輸入側自舉電容充電的情況的示例性波形圖；圖4示出了根據本申請的實施例的示例性的使用電荷共享自舉充電控制系統的升降壓變換器； 圖5示出了如圖4所示的升降壓變換器的自舉電容充電過程中的相關信號的示例性波形圖；圖6示出了根據本申請的實施例的用於對輸入側自舉電容兩端的電壓差進行鉗位的VBST1-VSW1鉗位模組的示例性電路圖；圖7示出了根據本申請的實施例的用於對輸出側自舉電容兩端的電壓差進行鉗位的VBST2-VSW2鉗位模組的示例性電路圖。
下面將詳細描述本申請的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本申請的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本申請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申請的示例來提供對本申請的更好的理解。本申請決不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本申請的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本申請造成不必要的模糊。
圖4示出了根據本申請的實施例的示例性的使用電荷共享自舉充電控制系統的升降壓變換器。與傳統的升降壓變換器類似，該升降壓變換器可以包括位於輸入側的兩個開關功率管MA和MB、輸入側自舉電容CBST1、輸出側自舉電容CBST2、以及位於輸出側的兩個開關功率管MD和MC。與傳統升降壓變換器的不同之處在於，本申請提出了一種電荷共享自舉充電控制系統，用於當升降壓變換器工作在降壓模式時基於輸入側自舉電容CBST1上的電荷給輸出側自舉電容CBST2充電，並且反過來，當升降壓變換器工作在升壓模式時基於輸出側自舉電容CBST2上的電荷給輸入側自舉電容CBST1充電，以實現升降壓變換器的輸入側和輸出側的電荷共享。
具體而言，根據本申請的實施例，如圖4所示，該電荷共享自舉充電控制系統可以包括第一輸出側自舉電容充電支路，該充電支路被連接在輸入側自舉電容CBST1的高電壓端與輸出側自舉電容CBST2的高電 壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在降壓模式時基於輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓VBST1為輸出側自舉電容CBST2充電。與第一輸出側自舉電容充電支路相對稱地，該電荷共享自舉充電控制系統還可以包括第一輸入側自舉電容充電支路，該充電支路也被連接在輸入側自舉電容CBST1的高電壓端與輸出側自舉電容CBST2的高電壓端之間，並且被配置為當升降壓變換器工作在升壓模式時基於輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓VBST2為輸入側自舉電容CBST1充電。
根據本申請的實施例，第一輸出側自舉電容充電支路可以包括第一電力金氧半場效電晶體M1，用於控制第一輸出側自舉電容充電支路接通或斷開。該充電控制系統還可以包括：輸出側自舉電容電壓檢測模組，被配置為：對輸出側自舉電容CBST2兩端的電壓差VBST2-VSW2進行檢測，當檢測到VBST2-VSW2小於第一輸出側欠壓閾值VBST2_REF1時輸出針對輸出側自舉電容CBST2的充電使能信號(例如，高位準的VBST2_UV信號)，並且當檢測到VBST2-VSW2大於第二輸出側欠壓閾值VBST2_REF2時輸出針對所述輸出側自舉電容的充電停止信號(例如，低位準的VBST2_UV信號)；以及自舉充電控制器，被配置為：當升降壓變換器工作在降壓模式時，基於針對輸出側自舉電容CBST2的充電使能信號輸出用於控制第一電力金氧半場效電晶體M1導通的第一電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對輸出側自舉電容CBST2的充電停止信號輸出用於控制第一電力金氧半場效電晶體M1斷開的第一電力金氧半場效電晶體控制信號。
類似地，第一輸入側自舉電容充電支路可以包括第二電力金氧半場效電晶體M2，用於控制第一輸入側自舉電容充電支路接通或斷開。該充電控制系統還可以包括：輸入側自舉電容電壓檢測模組，被配置為：對輸入側自舉電容CBST1兩端的電壓差VBST1-VSW1進行檢測，當檢測到VBST1-VSW1小於第一輸入側欠壓閾值VBST1_REF1時輸出針對輸入側自舉電容CBST1的充電使能信號(例如，高位準的VBST1_UV信號)，並且當檢測到VBST1-VSW1大於第二輸入側欠壓閾值VBST1_REF2時輸出針對所述輸入側自舉 電容的充電停止信號(例如，低位準的VBST1_UV信號)。此外，自舉充電控制器還被配置為：當升降壓變換器工作在降壓模式時，基於針對輸入側自舉電容CBST1的充電使能信號輸出用於控制第二電力金氧半場效電晶體M2導通的第二電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對輸入側自舉電容CBST1的充電停止信號輸出用於控制第二電力金氧半場效電晶體M2斷開的第二電力金氧半場效電晶體控制信號。
如上所述，根據本申請的一些實施例，電荷共享自舉充電控制系統可以包括用於基於輸入側自舉電容CBST1上的電荷給輸出側自舉電容CBST2充電的第一輸出側自舉電容充電支路、以及用於基於輸出側自舉電容CBST2上的電荷給輸入側自舉電容CBST1充電的第一輸入側自舉電容充電支路。
此外，根據本申請的一些實施例，該電荷共享自舉充電控制系統還可以包括被連接在升降壓變換器的輸入電壓端與輸出側自舉電容的高電壓端之間的第二輸出側自舉電容充電支路，該充電支路被配置為當升降壓變換器工作在降壓模式時基於升降壓變換器的輸入電壓VIN為輸出側自舉電容CBST2充電。該第二輸出側自舉電容充電支路可以包括第三電力金氧半場效電晶體M3，用於控制第二輸出側自舉電容充電支路接通或斷開。相應地，自舉充電控制器還被配置為：當升降壓變換器工作在降壓模式時，基於針對輸出側自舉電容CBST2的充電使能信號輸出用於控制第三電力金氧半場效電晶體M3導通的第三電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對輸出側自舉電容CBST2的充電停止信號輸出用於控制第三電力金氧半場效電晶體M3斷開的第三電力金氧半場效電晶體控制信號。
類似地，該電荷共享自舉充電控制系統還可以包括被連接在升降壓變換器的輸出電壓端與輸入側自舉電容的高電壓端之間的第二輸入側自舉電容充電支路，該充電支路被配置為當升降壓變換器工作在升壓模式時基於升降壓變換器的輸出電壓VOUT為輸入側自舉電容CBST1充電。該第二輸入側自舉電容充電支路可以包括第四電力金氧半場效電晶體M4， 用於控制第二輸入側自舉電容充電支路接通或斷開。相應地，自舉充電控制器還被配置為：當升降壓變換器工作在升壓模式時，基於針對輸入側自舉電容CBST1的充電使能信號輸出用於控制第四電力金氧半場效電晶體M4導通的第四電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對輸入側自舉電容CBST1的充電停止信號輸出用於控制第四電力金氧半場效電晶體M4斷開的第四電力金氧半場效電晶體控制信號。
此外，根據本申請的一些實施例，如圖4所示，電荷共享自舉充電控制系統可以包括升降壓操作模式檢測模組，用於基於升降壓變換器的輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT判斷升降壓變換器工作在升壓模式還是降壓模式。
此外，根據本申請的一些實施例，如圖4所示，第一輸出側自舉電容充電支路和第二輸出側自舉電容充電支路可以分別包括第五電力金氧半場效電晶體M5和第六電力金氧半場效電晶體M6，被配置用於對來自輸出側自舉電容CBST2的電流進行反向阻斷。類似地，第一輸入側自舉電容充電支路和第二輸入側自舉電容充電支路可以分別包括第七電力金氧半場效電晶體M7和第八電力金氧半場效電晶體M8，被配置用於對來自輸入側自舉電容CBST1的電流進行反向阻斷。
另外，根據本申請的一些實施例，如圖4所示，電荷共享自舉充電控制系統還可以包括第一電壓鉗位模組，該模組可以被包括在第一輸出側自舉電容充電支路和/或第二輸出側自舉電容充電支路中，被配置用於將輸出側自舉電容CBST2兩端的電壓差VBST2-VSW2鉗位到預定電壓(例如，5V)。
類似地，電荷共享自舉充電控制系統還可以包括第二電壓鉗位模組，該模組可以被包括在第一輸入側自舉電容充電支路和/或第二輸入側自舉電容充電支路中，被配置用於將輸入側自舉電容CBST1兩端的電壓差VBST1-VSW1鉗位到預定電壓(例如，5V)。
此外，根據本申請的一些實施例，如圖4所示，電荷自舉 充電控制系統還可以包括第一位準移位模組至第四位準移位模組，分別被配置用於對自舉充電控制器所輸出的第一電力金氧半場效電晶體控制信號至第四電力金氧半場效電晶體控制信號進行位準移位元以控制第一電力金氧半場效電晶體至第四電力金氧半場效電晶體導通或斷開。
以上詳細描述了如圖4所示的示例性升降壓變換器所使用的電荷自舉充電控制系統的各個模組或單元的配置功能。需要注意的是，圖4所示的電荷自舉充電控制系統是考慮了一些可能情況而提出的一種較優選的電荷自舉充電控制系統實施例，本領域技術人員可以在本申請所提出的電荷共享自舉充電的總體構思的基礎上根據實際需要(例如成本或具體性能要求)適當地減少或增加一些模組或單元。
下面將進一步參考圖4來具體描述根據本申請的實施例的電荷自舉充電控制系統的基本控制原理。
當升降壓操作模式檢測模組判斷升降壓變換器工作在降壓模式時，降壓模式指示信號BUK_ON變為高位準，升降壓變換器的輸出側的上方開關功率管MD需要直通。在這種情況下，當VBST2-VSW2檢測模組檢測到輸出側自舉電容CBST2的兩端之間的電壓差VBST2-VSW2小於第一輸出側欠壓閾值VBST2_REF1時，VBST2-VSW2檢測模組輸出高位準的VBST2_UV信號，系統開始為輸出側自舉電容CBST2充電。輸出側自舉電容CBST2的低電壓端處的電壓VSW2在此階段一直為輸出電壓VOUT，由於此階段在升降壓變換器的輸入側的上方開關功率管MA開啟時輸入側自舉電容CBST1的高壓端處的電壓VBST1大於輸出電壓VOUT，所以可以通過電壓VBST1給輸出側自舉電容CBST2充電。因此，自舉充電控制器可以基於高位準的VBST2_UV信號控制第一電力金氧半場效電晶體M1導通，以接通第一輸出側自舉電容充電支路來基於電壓VBST1給輸出側自舉電容CBST2充電。
這裡，由於輸入側自舉電容CBST1的高壓端處的電壓VBST1一般為輸入電壓VIN加上5V，輸入電壓VIN又大於輸出電壓VOUT，所以電壓VBST1會遠大於輸出電壓VOUT。為了保護開關功率管MD的前級驅動和控 制電路，需要對輸出側自舉電容CBST2的兩端之間的電壓差VBST2-VSW2進行鉗位。通常可以將此電壓差鉗位在5V附近。
另外，輸入側自舉電容CBST1的高壓端處的電壓VBST1可能會在輸出電壓VOUT過衝時由於系統停止功率管開關動作而出現電壓跌落的情況，所以，增加了通過輸入電壓VIN對輸出側自舉電容CBST2充電的第二輸出側自舉電容充電支路。自舉充電控制器可以基於高位準的VBST2_UV信號進一步控制第三電力金氧半場效電晶體M3導通，以接通第二輸出側自舉電容充電支路來基於輸入電壓VIN給輸出側自舉電容CBST2充電。利用VIN和VBST1同時給CBST2進行充電，可以更好地確保系統的可靠運行。
然後，當VBST2-VSW2檢測模組檢測到輸出側自舉電容CBST2的兩端之間的電壓差VBST2-VSW2大於第二輸出側欠壓閾值VBST2_REF2時，VBST2-VSW2檢測模組輸出低位準的VBST2_UV信號，自舉充電控制器可以基於低位準的VBST2_UV信號控制第一電力金氧半場效電晶體M1和第三電力金氧半場效電晶體M3斷開，以斷開第一和第二輸出側自舉電容充電支路，停止給CBST2充電。當VBST2-VSW2檢測模組再次檢測到VBST2-VSW2小於第一輸出側欠壓閾值VBST2_REF1時，系統開始為輸出側自舉電容CBST2充電，如此迴圈。
當升降壓操作模式感測模組判斷升降壓變換器工作在升壓模式時，升壓模式指示信號BST_ON信號變為高位準，升降壓變換器的輸入側的上方開關功率管MA需要直通。在這種情況下，當VBST1-VSW1檢測模組檢測到輸入側自舉電容CBST1的兩端之間的電壓差VBST1-VSW1小於第一輸入側欠壓閾值VBST1_REF1時，VBST1-VSW1檢測模組輸出高位準的VBST1_UV信號，系統開始為輸入側自舉電容CBST1充電。輸入側自舉電容CBST1的低電壓端處的電壓VSW1在此階段一直為輸入電壓VIN，由於此階段在升降壓變換器的輸出側的上方開關功率管MD開啟時輸出側自舉電容CBST2的高壓端處的電壓VBST2大於輸入電壓VIN，所以可以通過電壓VBST2給輸入側自舉電容CBST1充電。因此，自舉充電控制器可以基於高位準的VBST1_UV信號 控制第二電力金氧半場效電晶體M2導通，以接通第一輸入側自舉電容充電支路來基於電壓VBST2給輸入側自舉電容CBST1充電。
這裡，由於輸出側自舉電容CBST2的高壓端處的電壓VBST2一般為輸出電壓VOUT加上5V，輸出電壓VOUT又大於輸入電壓VIN，所以電壓VBST2會遠大於輸入電壓VIN。為了保護開關功率管MA的前級驅動和控制電路，需要對輸入側自舉電容CBST1的兩端之間的電壓差VBST1-VSW1進行鉗位。通常可以將此電壓差鉗位在5V附近。
另外，輸出側自舉電容CBST2的高壓端處的電壓VBST2可能會在輸出電壓VOUT過衝時由於系統停止功率管開關動作而出現電壓跌落的情況，所以，增加了通過輸出電壓VOUT對輸入側自舉電容CBST1充電的第二輸入側自舉電容充電支路。自舉充電控制器可以基於高位準的VBST1_UV信號進一步控制第四電力金氧半場效電晶體M4導通，以接通第二輸入側自舉電容充電支路來基於輸出電壓VOUT給輸入側自舉電容CBST1充電。利用VOUT和VBST2同時給CBST1進行充電，可以更好地確保系統的可靠運行。
然後，當VBST1-VSW1檢測模組檢測到輸入側自舉電容CBST1的兩端之間的電壓差VBST1-VSW1大於第二輸入側欠壓閾值VBST1_REF2時，VBST1-VSW1檢測模組輸出低電位準的VBST1_UV信號，自舉充電控制器可以基於低位準的VBST1_UV信號控制第二電力金氧半場效電晶體M2和第四電力金氧半場效電晶體M4斷開，以斷開第一和第二輸入側自舉電容充電支路，停止給CBST1充電。當VBST1-VSW1感測模組再次感測到VBST1-VSW1小於第一輸入側欠壓閾值VBST1_REF1時，系統開始為輸入側自舉電容CBST1充電，如此迴圈。
圖5示出了如圖4所示的升降壓變換器的自舉電容充電過程中的相關信號的示例性波形圖。如圖5所示，IBST1是輸入側自舉電容CBST1的充電電流，IBST2是輸出側自舉電容CBST2的充電電流。此外，圖5示出了輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、降壓模式指示信號BUK_ON、升壓模式指示信號BST_ON、輸入側自舉電容CBST1兩端之間的電壓差VBST1-VSW1、 輸出側自舉電容CBST2兩端之間的電壓差VBST2-VSW2、輸出側自舉電容CBST2的充電使能/停止信號VBST2_UV、輸入側自舉電容CBST1的充電使能/停止信號VBST1_UV的示例性波形圖。根據圖5所示的這些信號的波形圖，可以更清楚地理解如上所述的如圖4所示的升降壓變換器在電荷自舉充電控制系統的控制下的充電流程。另外，需要注意的是，在圖5所示的波形圖中，第一輸入側欠壓閾值VBST1_REF1和第一輸出側欠壓閾值VBST2_REF1被設定為同一欠壓閾值VREF1，第二輸入側欠壓閾值VBST1_REF2和第二輸出側欠壓閾值VBST2_REF2也被設定為同一欠壓閾值VREF2，但是在其它實施例中，根據實際需要，第一輸入側欠壓閾值VBST1_REF1和第一輸出側欠壓閾值VBST2_REF1也可以被設定為不同的欠壓閾值，第二輸入側欠壓閾值VBST1_REF2和第二輸出側欠壓閾值VBST2_REF2也可以被設定為不同的欠壓閾值。
圖6和圖7分別示出了根據本申請的實施例的用於對輸入側自舉電容兩端的電壓差進行鉗位的VBST1-VSW1鉗位模組和用於對輸出側自舉電容兩端的電壓差進行鉗位的VBST2-VSW2鉗位模組的示例性電路圖。如圖6和圖7所示，齊納管Z1和Z2的作用是分別定義輸入側自舉電容CBST1兩端的電壓差VBST1-VSW1和輸出側自舉電容CBST2兩端的電壓差VBST2-VSW2的最大值。需要注意的是，圖6和圖7所示出的鉗位模組的電路圖只是示例性的，本領域技術人員可以使用任何適當的鉗位電路來替代圖6和圖7所示出的鉗位電路，只要該鉗位電路可以實現對VBST1-VSW1和VBST2-VSW2的鉗位即可。
以上詳細描述了根據本申請的實施例的用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統。從結合圖4所描述的該電荷共享自舉充電控制系統的基本工作原理和圖5所示出的升降壓變換器的自舉電容充電過程中的相關信號的示例性波形圖可以看出，利用根據本申請的實施例的電荷共享自舉充電控制系統，可以解決傳統升降壓變換器在自舉電容充電期間可能導致的輸出電壓紋波和電磁干擾的問題。
上文中提到了“實施例”、“一些實施例”等，然而應理 解，在各個實施例中提及的特徵並不一定只能應用於該實施例，而是可能用於其他實施例。一個實施例中的特徵可以應用於另一實施例，或者可以被包括在另一實施例中。
上文中提到了“第一”、“第二”....等序數詞。然而應理解這些表述僅僅是為了敘述和引用的方便，所限定的物件並不存在次序上的先後關係。
本申請可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本申請的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本申請的範圍由所附權利要求而非上述描述定義，並且，落入權利要求的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本申請的範圍之中。
BST_ON:升壓模式指示信號
BUK-ON:降壓模式指示信號
CBST1:輸入側自舉電容
CBST2:輸出側自舉電容
IBST1:自舉電容充電電流
IBST2:自舉電容充電電流
V1:節點電壓
V2:節點電壓
VDD:電源電壓
VSW1:輸入側自舉電容的低電壓端的電壓
VSW2:輸出側自舉電容的低電壓端的電壓
VIN:升降壓變換器的輸入電壓
VOUT:升降壓變換器的輸出電壓
VBST1:輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓
VBST1-UV:信號
VBST1-VSW1:輸入側自舉電容兩端的電壓差
VBST2:輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓
VBST2-UV:信號
VBST2-VSW2:輸出側自舉電容兩端的電壓差
MA:開關功率管
MB:開關功率管
MC:開關功率管
MD:開關功率管
M1:第一電力金氧半場效電晶體
M2:第二電力金氧半場效電晶體
M3:第三電力金氧半場效電晶體
M4:第四電力金氧半場效電晶體
M5:第五電力金氧半場效電晶體
M6:第六電力金氧半場效電晶體
M7:第七電力金氧半場效電晶體
M8:第八電力金氧半場效電晶體
M9:自舉電容充電控制MOSFET開關
M10:自舉電容充電控制MOSFET開關

Claims (22)

  1. 一種用於升降壓變換器的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述升降壓變換器包括輸入側自舉電容和輸出側自舉電容，所述電荷共享自舉充電控制系統包括：第一輸出側自舉電容充電支路，被連接在所述輸入側自舉電容的高電壓端與所述輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在降壓模式時基於所述輸入側自舉電容的高電壓端處的電壓為所述輸出側自舉電容充電，所述第一輸出側自舉電容充電支路包括第一電力金氧半場效電晶體，用於控制所述第一輸出側自舉電容充電支路接通或斷開；輸出側自舉電容電壓檢測模組，被配置為：對所述輸出側自舉電容兩端的電壓差進行檢測，當檢測到所述輸出側自舉電容兩端的電壓差小於第一輸出側欠壓閾值時輸出針對所述輸出側自舉電容的充電使能信號，並且當檢測到所述輸出側自舉電容兩端的電壓差大於第二輸出側欠壓閾值時輸出針對所述輸出側自舉電容的充電停止信號；及自舉充電控制器，被配置為：當所述升降壓變換器工作在所述降壓模式時，基於針對所述輸出側自舉電容的所述充電使能信號輸出用於控制所述第一電力金氧半場效電晶體導通的第一電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對所述輸出側自舉電容的所述充電停止信號輸出用於控制所述第一電力金氧半場效電晶體斷開的所述第一電力金氧半場效電晶體控制信號；以及第一輸入側自舉電容充電支路，被連接在所述輸入側自舉電容的高電壓端與所述輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在升壓模式時基於所述輸出側自舉電容的高電壓端處的電壓為所述輸入側自舉電容充電。
  2. 如請求項1所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸入側自舉電容充電支路包括第二電力金氧半場效電晶體，用於 控制所述第一輸入側自舉電容充電支路接通或斷開，所述電荷共享自舉充電控制系統還包括：輸入側自舉電容電壓感測模組，被配置為：對所述輸入側自舉電容兩端的電壓差進行感測，當感測到所述輸入側自舉電容兩端的電壓差小於第一輸入側欠壓閾值時輸出針對所述輸入側自舉電容的充電使能信號，並且當感測到所述輸入側自舉電容兩端的電壓差大於第二輸入側欠壓閾值時輸出針對所述輸入側自舉電容的充電停止信號，其中，所述自舉充電控制器還被配置為：當所述升降壓變換器工作在所述升壓模式時，基於針對所述輸入側自舉電容的所述充電使能信號輸出用於控制所述第二電力金氧半場效電晶體導通的第二電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對所述輸入側自舉電容的所述充電停止信號輸出用於控制所述第二電力金氧半場效電晶體斷開的所述第二電力金氧半場效電晶體控制信號。
  3. 如請求項1所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第二輸出側自舉電容充電支路，被連接在所述升降壓變換器的輸入電壓端與所述輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在所述降壓模式時基於所述升降壓變換器的輸入電壓為所述輸出側自舉電容充電。
  4. 如請求項1所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第二輸出側自舉電容充電支路，被連接在所述升降壓變換器的輸入電壓端與所述輸出側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在所述降壓模式時基於所述升降壓變換器的輸入電壓為所述輸出側自舉電容充電。
  5. 如請求項4所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第二輸出側自舉電容充電支路包括第三電力金氧半場效電晶體，用於控制所述第二輸出側自舉電容充電支路接通或斷開，並且所述自舉充電控制器還被配置為：當所述升降壓變換器工作在所述降 壓模式時，基於針對所述輸出側自舉電容的所述充電使能信號輸出用於控制所述第三電力金氧半場效電晶體導通的第三電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對所述輸出側自舉電容的所述充電停止信號輸出用於控制所述第三電力金氧半場效電晶體斷開的所述第三電力金氧半場效電晶體控制信號。
  6. 如請求項1所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第二輸入側自舉電容充電支路，被連接在所述升降壓變換器的輸出電壓端與所述輸入側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在所述升壓模式時基於所述升降壓變換器的輸出電壓為所述輸入側自舉電容充電。
  7. 如請求項2所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第二輸入側自舉電容充電支路，被連接在所述升降壓變換器的輸出電壓端與所述輸入側自舉電容的高電壓端之間，並且被配置為當所述升降壓變換器工作在所述升壓模式時基於所述升降壓變換器的輸出電壓為所述輸入側自舉電容充電。
  8. 如請求項7所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第二輸入側自舉電容充電支路包括第四電力金氧半場效電晶體，用於控制所述第二輸入側自舉電容充電支路接通或斷開，並且所述自舉充電控制器還被配置為：當所述升降壓變換器工作在所述升壓模式時，基於針對所述輸入側自舉電容的所述充電使能信號輸出用於控制所述第四電力金氧半場效電晶體導通的第四電力金氧半場效電晶體控制信號，並且基於針對所述輸入側自舉電容的所述充電停止信號輸出用於控制所述第四電力金氧半場效電晶體斷開的所述第四電力金氧半場效電晶體控制信號。
  9. 如請求項1至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸出側自舉電容充電支路包括：第五電力金氧半場效電晶體，被配置用於對來自所述輸出側自舉電容的電流進行反向阻斷。
  10. 如請求項1至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸出側自舉電容充電支路包括：第一電壓鉗位模組，被配置用於將所述輸出側自舉電容兩端的電壓差鉗位到預定電壓。
  11. 如請求項3至5中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第二輸出側自舉電容充電支路包括：第六電力金氧半場效電晶體，被配置用於對來自所述輸出側自舉電容的電流進行反向阻斷。
  12. 如請求項3至5中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸出側自舉電容充電支路和所述第二輸出側自舉電容充電支路包括共用的第一電壓鉗位模組，被配置用於將所述輸出側自舉電容兩端的電壓差鉗位到預定電壓。
  13. 如請求項1至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸入側自舉電容充電支路包括：第七電力金氧半場效電晶體，被配置用於對來自所述輸入側自舉電容的電流進行反向阻斷。
  14. 如請求項1至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸入側自舉電容充電支路包括：第二電壓鉗位模組，被配置用於將所述輸入側自舉電容兩端的電壓差鉗位到預定電壓。
  15. 如請求項6至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第二輸入側自舉電容充電支路包括：第八電力金氧半場效電晶體，被配置用於對來自所述輸入側自舉電容的電流進行反向阻斷。
  16. 如請求項6至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，其中，所述第一輸出側自舉電容充電支路和所述第二輸出側自舉電容充電支路包括共用的第二電壓鉗位模組，被配置用於將所述輸入側自舉電容兩端的電壓差鉗位到預定電壓。
  17. 如請求項1至8中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：升降壓操作模式檢測模組，被配置為基於所述升降壓變換器的輸入電壓和輸出電壓判斷所述升降壓變換器工作在所述升壓模式還是所述降壓模式。
  18. 如請求項1所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第一位準移位模組，被連接在所述自舉充電控制器與所述第一電力金氧半場效電晶體之間，並且被配置用於對所述第一電力金氧半場效電晶體控制信號進行位準移位元以控制所述第一電力金氧半場效電晶體導通或斷開。
  19. 如請求項2所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第二位準移位模組，被連接在所述自舉充電控制器與所述第二電力金氧半場效電晶體之間，並且被配置用於對所述第二電力金氧半場效電晶體控制信號進行位準移位元以控制所述第二電力金氧半場效電晶體導通或斷開。
  20. 如請求項5所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第三位準移位模組，被連接在所述自舉充電控制器與所述第三電力金氧半場效電晶體之間，並且被配置用於對所述第三電力金氧半場效電晶體控制信號進行位準移位元以控制所述第三電力金氧半場效電晶體導通或斷開。
  21. 如請求項8所述的電荷共享自舉充電控制系統，還包括：第四位準移位模組，被連接在所述自舉充電控制器與所述第四電力金氧半場效電晶體之間，並且被配置用於對所述第四電力金氧半場效電晶體控制信號進行位準移位元以控制所述第四電力金氧半場效電晶體導通或斷開。
  22. 一種升降壓變換器，包括輸入側開關功率管、輸入側自舉電容、輸出側開關功率管、輸出側自舉電容、以及如請求項1至21中任一項所述的電荷共享自舉充電控制系統。
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