升压降压型开关功率变换器及其控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及功率变换器，尤其涉及升压降压型开关功率变换器及其控制电路。
【背景技术】
[0002]升压降压型开关功率变换器可以将输入电压转换为高于、等于或低于该输入电压的输出电压，可以工作在较宽的输入电压变化范围内。因此在电源领域得到了广泛应用。
[0003]图1示出了一种常见的升压降压型开关功率变换器中的功率开关的拓扑结构10。该功率开关的拓扑结构10包括四个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD。第一功率开关SWA和第二功率开关SWB串联耦接于输入端IN和参考地GND之间，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB的公共耦接端形成第一开关节点SW1。第三功率开关SWC和第四功率开关SWD串联耦接于输出端OUT和参考地GND之间，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD的公共耦接端形成第二开关节点SW2。第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间耦接电感L。升压降压型开关功率变换器通常还包括控制电路，用于为拓扑结构10中的功率开关SWA、SWB、SWC和SWD的控制端GA、GB、GC和GD提供控制信号，以控制每个开关各自的导通和关断切换，从而将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo。
[0004]对于采用图1所示拓扑结构10的升压降压型开关功率变换器，若输入电压Vin高于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于降压模式，若输入电压Vin接近或等于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于升压-降压模式，若输入电压Vin低于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于升压模式。在降压模式，第四功率开关SWD持续保持导通、第三功率开关SWC持续保持关断，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB进行互补地导通和关断切换，即:第一功率开关SWA导通时，第二功率开关SWB关断，反之亦然。在升压模式，第一功率开关SWA持续保持导通、第二功率开关SWB持续保持关断，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行互补地导通和关断切换，即:第三功率开关SWC导通时，第四功率开关SWD关断，反之亦然。在升压-降压模式，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB构成第一组开关对，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD构成第二组开关对，该第一组开关对和第二组开关对相互独立地进行导通和关断切换。
[0005]理论上，基于输入电压Vin和输出电压Vo的相对大小，可以调节升压降压型开关功率变换器选择性地工作于降压模式、升压模式或升压-降压模式，从而达到将输入电压Vin转换为任何合适的输出电压Vo的目的。然而，事实上现有的降压型开关功率变换器并不能实现以上三种工作模式间的平稳切换，并且在从一种工作模式(例如降压模式)切换至另一种工作模式(例如升压-降压模式)时会导致输出电压Vo出现较大的波动尖峰。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种升压降压型开关功率变换器及控制电路。
[0007]在本公开的一个方面，提出了一种控制电路，用于控制升压降压型开关功率变换器自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换。该升压降压型开关功率变换器可以包括开关单元，该开关单元包括可以第一功率开关对和第二功率开关对，并且第一功率开关对中的第一功率开关和第二功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间，第一功率开关的导通时间占整个第一功率开关和第二功率开关导通和关断切换周期的比例为降压占空比；第二功率开关对中的第三功率开关和第四功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间，第三功率开关的导通时间占整个第三功率开关和第四功率开关的导通和关断切换周期的比例为升压占空比。
[0008]该控制电路可以包括:误差放大单元、降压周期脉冲宽度调制单元和升压周期脉冲宽度调制单元。根据本公开的各实施例，该误差放大单元用于接收表征升压降压型开关功率变换器的输出电压的第一反馈信号和表征该输出电压期望值的参考信号，并将该第一反馈信号和该参考信号进行运算，以提供表征该第一反馈信号与该参考信号之差值的差值放大信号。该降压周期脉冲宽度调制单元，用于接收所述差值放大信号和表征在降压周期中流经所述开关单元的开关电流的第一电流检测信号，并将该第一电流检测信号与差值放大信号比较以输出第一脉冲宽度调制信号至所述第一开关对。该升压周期脉冲宽度调制单元，用于接收所述差值放大信号和表征在降压周期中流经所述开关单元的开关电流的第二电流检测信号，并将该第二电流检测信号与差值放大信号比较以输出第二脉冲宽度调制信号至所述第二开关对。
[0009]根据本公开的各实施例，该降压周期脉冲宽度调制单元具有第一可控迟滞并具有第一迟滞控制端，该第一迟滞控制端用于接收第一模式切换控制信号，当升压降压型开关功率变换器从降压模式切换至升压-降压模式时，降压周期脉冲宽度调制单元响应于所述第一模式切换控制信号使所述第一可控迟滞有效，当升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至降压模式时，降压周期脉冲宽度调制单元响应于所述第一模式切换控制信号使所述第一可控迟滞无效。该升压周期脉冲宽度调制单元具有第二可控迟滞并具有第二迟滞控制端，该第二迟滞控制端用于接收第二模式切换控制信号，当升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至升压模式时，升压周期脉冲宽度调制单元响应于所述第二模式切换控制信号使所述第二可控迟滞有效，当升压降压型开关功率变换器从升压模式切换至升压-降压模式时，升压周期脉冲宽度调制单元响应于所述第二模式切换控制信号使所述第二可控迟滞无效。
[0010]根据本公开的各实施例，所述第一可控迟滞有效时，所述降压周期脉冲宽度调制单元将该第一可控迟滞叠加于所述差值放大信号或所述第一电流检测信号，使所述第一脉冲宽度调制信号的脉冲宽度减小，以控制所述第二功率开关和第四功率开关在降压周期中的导通时间增大；所述第一可控迟滞无效时，所述降压周期脉冲宽度调制单元使叠加于所述差值放大信号或所述第一电流检测信号的第一可控迟滞消失，从而使所述第一脉冲宽度调制信号的脉冲宽度增大，以控制所述第二功率开关和第四功率开关在降压周期中的导通时间减小；并且通过设定所述第一可控迟滞可以设定所述第二功率开关和第四功率开关在降压周期中的导通时间增大或者减小的量。
[0011]根据本公开的各实施例，所述第二可控迟滞有效时，所述升压周期脉冲宽度调制单元将所述第二可控迟滞叠加于所述差值放大信号或所述第二电流检测信号，使所述第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度减小以控制所述第一功率开关和第三功率开关在升压周期中的导通时间减小；所述第二可控迟滞无效时，所述升压周期脉冲宽度调制单元使叠加于所述差值放大信号或所述第二电流检测信号的第二可控迟滞消失，从而使所述第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度增大，以控制所述第一功率开关和第三功率开关在升压周期中的导通时间增大；并且通过设定所述第二可控迟滞可以设定所述第一功率开关和第三功率开关在升压周期中的导通时间增大或者减小的量。
[0012]在本公开的又一方面，提出了一种升压降压型开关功率变换器，包括根据本公开各实施例的控制电路。
[0013]根据本公开实施例的升压降压型开关功率变换器可以自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换。在降压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行降压周期的工作，降压周期指第一组开关对中的第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第二组开关对中的第三功率开关持续保持关断，第四功率开关持续保持导通。在升压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行升压周期的工作，升压周期指第二组开关中的第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，第一组开关对中的第一功率开关持续保持导通、第二功率开关持续保持关断。在升压-降压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行一个降压周期和一个升压周期交替的工作。
[0014]利用上述方案，根据本公开实施例的控制电路为升压降压型开关功率变换器的开关单元提供脉冲宽度调制信号，以控制该开关单元中各功率开关的导通和关断切换，使该升压降压型开关功率变换器在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳无波动地切换，避免在模式切换时引发输出电压的波动尖峰，增强升压降压型开关功率变换器的工作安全性和稳定性。
【附图说明】
[0015]下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
[0016]图1示出了一种常见的升压降压型开关功率变换器中的功率开关的拓扑结构10 ;
[0017]图2示出了根据本公开一个实施例的升压降压型开关功率变换器100及其控制电路108的电路架构不意图；
[0018]图3示意出了升压降压型开关功率变换器从降压模式切换至升压-降压模式时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；；
[0019]图4示意出了升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至降压模式时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；
[0020]图5示意出了升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至升压模式时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；
[0021]图6示意出了升压降压型开关功率变换器从升压模式切换至升压-降压模式时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；
[0022]图7示出了根据本公开一个示例性实施例的降压周期脉冲宽度调制单元102的电路不意图；
[0023]图8示出了根据本公开一个示例性实施例的升压周期脉冲宽度调制单元103的电路不意图；
[0024]图9示出了图8中电流检测与斜坡补偿单元106接收的第一斜坡补偿信号和第二斜坡补偿信