升壓降壓型開關(guān)功率變換器及其控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實(shí)施例涉及功率變換器，尤其涉及升壓降壓型開關(guān)功率變換器及其控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]升壓降壓型開關(guān)功率變換器可以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為高于、等于或低于該輸入電壓的輸出電壓，可以工作在較寬的輸入電壓變化范圍內(nèi)。因此在電源領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]圖1示出了一種常見的升壓降壓型開關(guān)功率變換器中的功率開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)10。該功率開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)10包括四個(gè)功率開關(guān)SWA、SWB、SWC和SWD。第一功率開關(guān)SWA和第二功率開關(guān)SWB串聯(lián)耦接于輸入端IN和參考地GND之間，第一功率開關(guān)SWA和第二功率開關(guān)SWB的公共耦接端形成第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW1。第三功率開關(guān)SWC和第四功率開關(guān)SWD串聯(lián)耦接于輸出端OUT和參考地GND之間，第三功率開關(guān)SWC和第四功率開關(guān)SWD的公共耦接端形成第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW2。第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW1和第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW2之間耦接電感L。升壓降壓型開關(guān)功率變換器通常還包括控制電路，用于為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)10中的功率開關(guān)SWA、SWB、SWC和SWD的控制端GA、GB、GC和GD提供控制信號(hào)，以控制每個(gè)開關(guān)各自的導(dǎo)通和關(guān)斷切換，從而將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為合適的輸出電壓Vo。
[0004]對(duì)于采用圖1所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)10的升壓降壓型開關(guān)功率變換器，若輸入電壓Vin高于輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關(guān)功率變換器工作于降壓模式，若輸入電壓Vin接近或等于輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關(guān)功率變換器工作于升壓-降壓模式，若輸入電壓Vin低于輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關(guān)功率變換器工作于升壓模式。在降壓模式，第四功率開關(guān)SWD持續(xù)保持導(dǎo)通、第三功率開關(guān)SWC持續(xù)保持關(guān)斷，第一功率開關(guān)SWA和第二功率開關(guān)SWB進(jìn)行互補(bǔ)地導(dǎo)通和關(guān)斷切換，即:第一功率開關(guān)SWA導(dǎo)通時(shí)，第二功率開關(guān)SWB關(guān)斷，反之亦然。在升壓模式，第一功率開關(guān)SWA持續(xù)保持導(dǎo)通、第二功率開關(guān)SWB持續(xù)保持關(guān)斷，第三功率開關(guān)SWC和第四功率開關(guān)SWD進(jìn)行互補(bǔ)地導(dǎo)通和關(guān)斷切換，即:第三功率開關(guān)SWC導(dǎo)通時(shí)，第四功率開關(guān)SWD關(guān)斷，反之亦然。在升壓-降壓模式，第一功率開關(guān)SWA和第二功率開關(guān)SWB構(gòu)成第一組開關(guān)對(duì)，第三功率開關(guān)SWC和第四功率開關(guān)SWD構(gòu)成第二組開關(guān)對(duì)，該第一組開關(guān)對(duì)和第二組開關(guān)對(duì)相互獨(dú)立地進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷切換。
[0005]理論上，基于輸入電壓Vin和輸出電壓Vo的相對(duì)大小，可以調(diào)節(jié)升壓降壓型開關(guān)功率變換器選擇性地工作于降壓模式、升壓模式或升壓-降壓模式，從而達(dá)到將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為任何合適的輸出電壓Vo的目的。然而，事實(shí)上現(xiàn)有的降壓型開關(guān)功率變換器并不能實(shí)現(xiàn)以上三種工作模式間的平穩(wěn)切換，并且在從一種工作模式(例如降壓模式)切換至另一種工作模式(例如升壓-降壓模式)時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸出電壓Vo出現(xiàn)較大的波動(dòng)尖峰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，本公開的實(shí)施例提供一種升壓降壓型開關(guān)功率變換器及控制電路。
[0007]在本公開的一個(gè)方面，提出了一種控制電路，用于控制升壓降壓型開關(guān)功率變換器自動(dòng)在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩(wěn)切換。該升壓降壓型開關(guān)功率變換器可以包括開關(guān)單元，該開關(guān)單元包括可以第一功率開關(guān)對(duì)和第二功率開關(guān)對(duì)，并且第一功率開關(guān)對(duì)中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)串聯(lián)耦接于該升壓降壓型開關(guān)功率變換器的輸入端和參考地之間，第一功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷切換周期的比例為降壓占空比；第二功率開關(guān)對(duì)中的第三功率開關(guān)和第四功率開關(guān)串聯(lián)耦接于該升壓降壓型開關(guān)功率變換器的輸出端和參考地之間，第三功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)第三功率開關(guān)和第四功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷切換周期的比例為升壓占空比。
[0008]該控制電路可以包括:誤差放大單元、降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元和升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元。根據(jù)本公開的各實(shí)施例，該誤差放大單元用于接收表征升壓降壓型開關(guān)功率變換器的輸出電壓的第一反饋信號(hào)和表征該輸出電壓期望值的參考信號(hào)，并將該第一反饋信號(hào)和該參考信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以提供表征該第一反饋信號(hào)與該參考信號(hào)之差值的差值放大信號(hào)。該降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元，用于接收所述差值放大信號(hào)和表征在降壓周期中流經(jīng)所述開關(guān)單元的開關(guān)電流的第一電流檢測(cè)信號(hào)，并將該第一電流檢測(cè)信號(hào)與差值放大信號(hào)比較以輸出第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)至所述第一開關(guān)對(duì)。該升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元，用于接收所述差值放大信號(hào)和表征在降壓周期中流經(jīng)所述開關(guān)單元的開關(guān)電流的第二電流檢測(cè)信號(hào)，并將該第二電流檢測(cè)信號(hào)與差值放大信號(hào)比較以輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)至所述第二開關(guān)對(duì)。
[0009]根據(jù)本公開的各實(shí)施例，該降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元具有第一可控遲滯并具有第一遲滯控制端，該第一遲滯控制端用于接收第一模式切換控制信號(hào)，當(dāng)升壓降壓型開關(guān)功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時(shí)，降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元響應(yīng)于所述第一模式切換控制信號(hào)使所述第一可控遲滯有效，當(dāng)升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時(shí)，降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元響應(yīng)于所述第一模式切換控制信號(hào)使所述第一可控遲滯無效。該升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元具有第二可控遲滯并具有第二遲滯控制端，該第二遲滯控制端用于接收第二模式切換控制信號(hào)，當(dāng)升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時(shí)，升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元響應(yīng)于所述第二模式切換控制信號(hào)使所述第二可控遲滯有效，當(dāng)升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時(shí)，升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元響應(yīng)于所述第二模式切換控制信號(hào)使所述第二可控遲滯無效。
[0010]根據(jù)本公開的各實(shí)施例，所述第一可控遲滯有效時(shí)，所述降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元將該第一可控遲滯疊加于所述差值放大信號(hào)或所述第一電流檢測(cè)信號(hào)，使所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度減小，以控制所述第二功率開關(guān)和第四功率開關(guān)在降壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間增大；所述第一可控遲滯無效時(shí)，所述降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元使疊加于所述差值放大信號(hào)或所述第一電流檢測(cè)信號(hào)的第一可控遲滯消失，從而使所述第一脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度增大，以控制所述第二功率開關(guān)和第四功率開關(guān)在降壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間減??；并且通過設(shè)定所述第一可控遲滯可以設(shè)定所述第二功率開關(guān)和第四功率開關(guān)在降壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間增大或者減小的量。
[0011]根據(jù)本公開的各實(shí)施例，所述第二可控遲滯有效時(shí)，所述升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元將所述第二可控遲滯疊加于所述差值放大信號(hào)或所述第二電流檢測(cè)信號(hào)，使所述第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度減小以控制所述第一功率開關(guān)和第三功率開關(guān)在升壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間減?。凰龅诙煽剡t滯無效時(shí)，所述升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元使疊加于所述差值放大信號(hào)或所述第二電流檢測(cè)信號(hào)的第二可控遲滯消失，從而使所述第二脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度增大，以控制所述第一功率開關(guān)和第三功率開關(guān)在升壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間增大；并且通過設(shè)定所述第二可控遲滯可以設(shè)定所述第一功率開關(guān)和第三功率開關(guān)在升壓周期中的導(dǎo)通時(shí)間增大或者減小的量。
[0012]在本公開的又一方面，提出了一種升壓降壓型開關(guān)功率變換器，包括根據(jù)本公開各實(shí)施例的控制電路。
[0013]根據(jù)本公開實(shí)施例的升壓降壓型開關(guān)功率變換器可以自動(dòng)在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩(wěn)切換。在降壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關(guān)型功率變換器連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行降壓周期的工作，降壓周期指第一組開關(guān)對(duì)中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)地導(dǎo)通和關(guān)斷切換，第二組開關(guān)對(duì)中的第三功率開關(guān)持續(xù)保持關(guān)斷，第四功率開關(guān)持續(xù)保持導(dǎo)通。在升壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關(guān)型功率變換器連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行升壓周期的工作，升壓周期指第二組開關(guān)中的第三功率開關(guān)和第四功率開關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)地導(dǎo)通和關(guān)斷切換，第一組開關(guān)對(duì)中的第一功率開關(guān)持續(xù)保持導(dǎo)通、第二功率開關(guān)持續(xù)保持關(guān)斷。在升壓-降壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關(guān)型功率變換器連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行一個(gè)降壓周期和一個(gè)升壓周期交替的工作。
[0014]利用上述方案，根據(jù)本公開實(shí)施例的控制電路為升壓降壓型開關(guān)功率變換器的開關(guān)單元提供脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，以控制該開關(guān)單元中各功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷切換，使該升壓降壓型開關(guān)功率變換器在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩(wěn)無波動(dòng)地切換，避免在模式切換時(shí)引發(fā)輸出電壓的波動(dòng)尖峰，增強(qiáng)升壓降壓型開關(guān)功率變換器的工作安全性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0015]下面的附圖有助于更好地理解接下來對(duì)本公開不同實(shí)施例的描述。這些附圖并非按照實(shí)際的特征、尺寸及比例繪制，而是示意性地示出了本公開一些實(shí)施方式的主要特征。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本公開的一些實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見，不同附圖中具有相同功能的相同或類似的組件或結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記。
[0016]圖1示出了一種常見的升壓降壓型開關(guān)功率變換器中的功率開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)10 ;
[0017]圖2示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的升壓降壓型開關(guān)功率變換器100及其控制電路108的電路架構(gòu)不意圖；
[0018]圖3示意出了升壓降壓型開關(guān)功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時(shí)流過感性儲(chǔ)能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；；
[0019]圖4示意出了升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時(shí)流過感性儲(chǔ)能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；
[0020]圖5示意出了升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時(shí)流過感性儲(chǔ)能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；
[0021]圖6示意出了升壓降壓型開關(guān)功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時(shí)流過感性儲(chǔ)能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；
[0022]圖7示出了根據(jù)本公開一個(gè)示例性實(shí)施例的降壓周期脈沖寬度調(diào)制單元102的電路不意圖；
[0023]圖8示出了根據(jù)本公開一個(gè)示例性實(shí)施例的升壓周期脈沖寬度調(diào)制單元103的電路不意圖；
[0024]圖9示出了圖8中電流檢測(cè)與斜坡補(bǔ)償單元106接收的第一斜坡補(bǔ)償信號(hào)和第二斜坡補(bǔ)償信