多模切换式升降压整流器的控制电路与控制方法

专利名称：多模切换式升降压整流器的控制电路与控制方法
技术领域：
本发明是关于一种多模切换式升降压整流器，且特别是关于一种多模 切换式升降压整流器的控制电路与方法。
背景技术：
请参照图1,图1绘示为传统的多模切换式升降压整流器与其控制电路 架构图。多模切换是指有三种操作包括升压模式、降压模式、以及升降压模式。顾名思义，升压模式代表在某一工作周期内，会将其输入电压Vw升压而得另一电压输出。降压模式代表的是在某一工作周期内，将其输入电压VtN降压而得另一电压输出。升降压模式代表的是在某一工作周期内，将其输入电压Vw先升压再降压，或则是先降压再升压而得另一电压输出。输入 电压V^输入多模切换式升降压整流器110,经其内部的升压或降压电路，产 生一个可供应至负载的输出电压V。UT，输出电V瞎并且耦接到控制电路120 的输入端，控制电路120根据输出电压V。uT的电压变化来输出4个开关控制 信号Va、 Vb、 Vc、以及Vd，控制多模切换式升降压整流器110内部的开关动 作，也就是各开关的导通或截止，借此控制多模切换式升降压整流器110的操作模式与整流功能。请参照图2,图2绘示为一个传统的多模切换式升降压整流器电路图，包 括电感器211与4个开关A、 B、 C、 D,输入电容器212，输出电容器213,元 件的耦接方式如图。多模切换式升降压整流器210的输出端可接一个负载 214，其中输入电容器212为输入稳压之用。美国专利第6166527号提出了如图3的多模切换式升降压整流器的控 制电路，其中电阻301与302形成分压电路,其共同耦接处提供一回馈电压 VFB。回馈电压Vfb是愉出电压V,成正比例的缩小，输入到比较器303的反向 端，与非反向端的参考电压V"故误差比较，得到一输出的控制信号Va。控制 信号Va输入到信号产生器310，信号产生器310会有4个输出信号产生，包 括2个是与控制信号Va成正比例，分别为准静态信号Vu与Vv;另外还有两 个控制用的三角波控制信号Vx与VY,用来决定操作模式以及各开关的责任 周期(duty cycle)。准静态信号l用在比较器304的非反向输入，准静态 信号Vv用在比较器305的非反向输入。三角波控制信号Vx用在比较器304 的反向输入，三角波控制信号Vy用在比较器305的反向输入。比较器304 与305的输出分别为状态信号Vn与VZ2。再将状态信号Vz,与Vz2输入到逻辑
电路320,产生四个开关控制信号，分别为开关A ~ D的开关控制信号VA、 VB、 Vc、以及V"上述美国专利第6166527号的多模切换式升降压整流器，利用图3的 控制电路与图2的多模切換式升降压整流器电路，根据负载214的电压变 化来控制开关动作，形成升压、降压或升降压。操作模式的决定是以控制 信号Va在两个三角波控制信号Vx、 VY的相对位置决定。若只有升压时，开 关A导通，开关B截止，只有开关C与D在做导通或截止的切换动作；若 只有降压时，开关C导通，开关D截止，只有开关A与B在做导通或截止 的切换动作。它的缺点是升降压模式时，单一工作周期内，也就是三角波 控制信号Vx、 Vy的羊一周期内，四个开关A、 B、 C、 D都会有导通/截止的切 换动作，故效率差。美国专利第6984967号提出了如图4的多模切换式升降压整流器的控 制电路，其中电阻401与402形成分压电路，其共同耦接处提供一回馈电压 VFB。回馈电压Vfb是与揄出电压V。uT成正比例的缩小值，输入到比较器403的 反向端，与非反向端的参考电压VR做比较，得到一输出的控制信号Va。控制 信号Va输入到类比数字转换电路404得到一数字控制信号405。参考信号 产生器406输出一组五个精准参考电压信号407。波形产生器408输出三角 波控制信号409。逻辑电路410接受各信号输入，包括控制信号Va、五个精 准参考电压信号407、数字控制信号405、以及三角波控制信号409等，然 后产生4个开关控制信号，分别为开关A~D的开关控制信号VA、 VB、 W以及Vd。图2的多模切换式升降压整流器210,当以图4为控制电路时，控制开 关动作只用一个三角波控制信号409做控制。操作模式的决定是由数字控 制讯号405在精准参考电压信号407内的所在区间决定。此控制电路优点 是在升压、降压或升降压的时候，单一工作周期内只有两个开关动作，其 他两个开关一直持续保持导通或截止，所以效率较高。缺点是电路变得复 杂，因为要产生很多参考电压，制程不易控制。另一缺点，开关切换的时 间点是4艮据三角波控制信号409和精准参考电压信号407的比较而决定，因 此开关的责任周期固定，不是用比较器403的控制信号Va决定开关切换的 时间点，因此无法随负载214的轻重作快速微调，只有几种固定操作模式，所 以不够灵敏。发明内容本发明的目的是在提供一种多模切换式升降压整流器的控制电路。其 优点是容易设计，而且在每一个工作周期最多只有两个开关需要驱动，不 用所有开关动作，可提高效率。
本发明的另一目的是提供一种多模切换式升降压整流器的控制方法。其 优点是只要输出电压有变化，开关的责任周期就会随之变化，可因应负载 变化而进行灵敏细微的调整。为达上述及其他目的，本发明提供一种多模切换式升降压整流器的控 制电路,多模切换式升降压整流器包括一第一开关、 一第二开关、 一第三开 关、 一第四开关、 一电感器、以及一电容器，而第一开关接收输入电压，第 二开关耦接于第一开关与接地端之间，电感器耦接于第一开关与第二开关，第 四开关耦接于电感器与接地端之间，第三开关耦接于电感器与第四开关，电 容器耦接于第三开关与接地端之间，电容器提供多模切换式升降压整流器 的输出电压。控制电路包括一比较器、 一三角波产生器、 一逻辑电路。比 较器根据回馈电压与参考电压之间的误差输出一控制信号，回馈电压为根 据输出电压而产生，而且回馈电压与输出电压成正比。三角波产生器提供 第一三角波与第二三角波，在第一时刻，第一三角波大于第二三角波，在 第二时刻，第一三角波小于第二三角波。逻辑电路根据控制信号、第一三 角波、以及第二三角波之间的比较结果控制第一开关、第二开关、第三开 关、以及第四开关的切换时序。上述的多模切换式升降压整流器的控制电路，在一实施例中更包括一 分压电路，用以接收输出电压，并提供输出电压的一预设比例的分压做为 回馈电压。比较器将回馈电压与参考电压之间的误差放大后输出为控制信上述的多模切换式升降压整流器的控制电路中的三角波产生器，在一 实施例中，其第一三角波与第二三角波的周期相同。其第一三角波的斜率 为正值，第二三角波的斜率为负值。其第一三角波的极大值大于第二三角波 的极大值，第二三角波的极大值大于第一三角波与第二三角波的平均值，平 均值大于第一三角波的极小值，第一三角波的极小值大于第二三角波的极 小值。上述的多模切换式升降压整流器的控制电路，在一实施例中，若控制 信号大于平均值，则逻辑电路使第一开关导通，第二开关截止，并使第三开 关及第四开关交替进行导通与截止之间的切换。若控制信号等于平均值，则 逻辑电路使第一开关及第三开关导通，并使第二开关及第四开关截止。若 控制信号小于平均值，则逻辑电路使第三开关导通，第四开关截止，并使 第一开关及第二开关交替进行导通与截止之间的切换。在控制信号大于第二三角波极大值的情况下，若控制信号大于第一三角波，则逻辑电路使第四开关导通，并使第三开关截止；若控制信号小于 第一三角波，则逻辑电路使第三开关导通，并使第四开关截止。在控制信号位于第二三角波的极大值与平均值之间的情况下，若控制
信号大于第一三角波与第二三角波，则逻辑电路使第四开关导通，并使第三开关截止；若控制信号小于第一三角波或第二三角波，则逻辑电路使第 三开关导通，并使第四开关截止。在控制信号位于平均值与第一三角波的极小值之间的情况下，若控制 信号小于第一三角波与第二三角波，则逻辑电路使第二开关导通，并使第 一开关截止；若控制信号大于第一三角波或第二三角波，则逻辑电路使第 一开关导通，并使第二开关截止。在控制信号小于第一三角波极小值的情况下，若控制信号小于第二三 角波，则逻辑电路使第二开关导通，并使第一开关截止；若控制信号大于 第二三角波，则逻辑电路使第一开关导通，并使第二开关截止。从另 一观点来看，本发明另提出 一种多模切换式升降压整流器的控制 方法，多模切换式升降压整流器包括一第一开关、 一第二开关、 一第三开 关、 一第四开关、 一电感器、以及一电容器，第一开关接收一输入电压，第二开关耦接于第一开关与一接地端之间，电感器耦接于第一开关与第二开 关，第四开关耦接于电感器与接地端之间，第三开关耦接于电感器与第四 开关，电容器耦接于第三开关与接地端之间，电容器提供多模切换式升降 压整流器的输出电压。此控制方法包括下列步骤。先根据回馈电压与参考 电压之间的误差产生控制信号，回馈电压为根据输出电压而产生，而且回 馈电压与输出电压成正比。提供第一三角波与第二三角波，在第一时刻，第 一三角波大于第二三角波，在第二时刻，第一三角波小于第二三角波。以 及根据控制信号、第一三角波、以及第二三角波之间的比较结杲控制第一 开关、第二开关、第三开关、以及第四开关的切换时序。上述的多模切换式升降压整流器的控制电路与控制方法，第一三角波 与第二三角波的单一周期内最多只有两个开关会动，因此效率较高，改进 了美国专利第6166527号的控制电路在升降压模式时， 一个工作周期内四 个开关都动作的缺点。同时在升降压模式时，根据控制信号的变化，开关切 换的责任周期也会随着变化，因此使多模切换式升降压整流器较为敏感，改 进了美国专利第6984967号的缺点。本发明结合两项先前技术的优点，也 改进两项先前技术的缺点，而且设计方法与逻辑规则简单，容易以简单数 字元件，例如比较器、逻辑闸等组成控制开关切换的逻辑电路，不需要像 美国专利第6984967号的复杂的类比电路。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本 发明的较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。


图1为传统的多模切换式升降压整流器与其控制电路架构图。
图2为传统的多模切换式升降压整流器电路图。图3为美国专利第6166527号的多模切换式升降压整流器的控制电路图。图4为美国专利第6984967号的多模切换式升降压整流器的控制电路图。图5为根据于本发明一实施例的多模切换式升降压整流器与其控制电路图。图6为才艮据于本发明一实施例所使用的两个三角波控制信号关系图。 图7~11绘示为根据于本发明的一实施例于不同情况的开关时序控制图。图12绘示本发明一实施例的逻辑电路图。 110、 210、 510:多模切换式升降压整流器 120、 520:控制电路 211、 515:电感器 212:输入电容器213、 516:输出电容器214、 517:负载301、 302、 401、 402、 531、 532:电阻303、 304、 305、 403、 521、 1201、 1202:比4交器310:信号产生器320、 410、 550:逻辑电路404:类比数字转换电路405:数字控制信号406:参考信号产生器407:精准参考电压信号408:波形产生器409、 VSD、 Vs 、 Vx、 VY:三角波控制信号 530:分压电路 540:三角波产生器712 — 718、 812~818、 912 — 918、 1012 — 1018、 1112 — 1118:开关时 序状况列1203、 1204:正反器 1205、 1206:多工器 1207:切换电路 1208、 1209:逻辑闸 A、 B、 C、 D:开关
tl t46:交越时间点VA、 VB、 V(:、 Vd、 Vtt:控制信号VAVE:平均值VFB:回馈电压VIN:输入电压V。m:输出电压VR:参考电压VSDX: VsD的极大值VSDY: VsD的极小值Vsra: Vsu的极大值VS Y: Vsu的极小值v 、 vv:准静态信号VZ1、 VZ2:状态信号 x、 y、 z:电路信号具体实施方式
图5绘示才艮据于本发明一实施例的多模切换式升降压整流器510与其 控制电路520。多才莫切换式升降压整流器510包括开关A、 B、 C、以及D、电 感器515、以及输出电容器516。开关A接收输入电压VIN，开关B耦接于开 关A与接地端之间，电感器515耦接于开关A与开关B,开关D耦接于电感 器515与接地端之间，开关C耦接于电感器515与开关D。输出电容器516 耦接于开关C与接地端之间，输出电容器516提供多模切换式升降压整流 器510的输出电压V。uT至负载517。控制电路520包括比较器521、三角波产生器540、逻辑电路550、以 及分压电路530。其中比较器521根据一回馈电压V冊与一参考电压l之间的误差输出一控制信号Va,回馈电压VpB为根据输出电压V。ut而产生，而且回馈电压VM与输出电压V鹏成正比。三角波产生器540提供三角波控制信 号Vsu与Vsd。这两个三角波有互相交错的关系，例如在某一时刻，三角波控制信号Vsu大于Vsd，在另一时刻，三角波控制信号Vsu小于Vsi,。逻辑电路550 根据控制信号Va、三角波控制信号Vsu与Vs。之间的比较结果控制开关A、 B、C、以及D的切换时序。在本发明一较佳实施例中，开关A、 B、 C、以及D是以金属氧化物半导 体场效应晶体管(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 简称MOSFET)来实现。分压电路530包括电阻531与532,电阻531耦接 到多模切换式升降压整流器510的输出电压V,端，再与电阻532串接后接 地，其两电阻531、 532耦接处的电压会与输出电压V,成正比例的分压，成
为回馈电压VFB。回馈电压VFB与参考电压Va之间的误差，经由比较器521的放大后输出为控制信号Vcl。图6绘示为根据于本发明的一实施例的两个三角波控制信号关系图。如 图6所示，三角波控制信号V训与Vsd周期相同。三角波控制信号Va的斜率为正值，三角波控制信号Vs。的斜率为负值。三角波控制信号Vsu的极大值V弧大于三角波控制信号Vs。的极大值VSDX,三角波控制信号V幼的极大值VSDX大于三角波控制信号V训与Vs。的平均值VAVE,平均值VAVE大于三角波控制信号 Vsu的极小值VSUY，三角波控制信号Vsu的极小值Vsuy大于三角波控制信号VS1,的极小值VSDY。逻辑电路550比较控制信号Va (未绘示)以及三角波控制信 号Vsu与VSD。当控制信号Va大于VsDx时，逻辑电路550使多模切换式升降压 整流器510操作在升压模式；当控制信号V"立在Vsdx与VsllY区间时，逻辑电 路550使多模切换式升降压整流器510操作在升降压模式。当控制信号Va 小于VSUY时，逻辑电路550使多模切换式升降压整流器510操作在降压模式。 在本发明一较佳实施例中，当控制信号Va大于平均值V肌时，则逻辑 电路550 (图5 )使多模切换式升降压整流器510进行升压动作，也就是使 开关A导通，开关B截止，并使开关C及D交替进行导通与截止之间的切 换。若控制信号l等于平均值VAVE，则逻辑电路550使输入电压V^直接输出 为输出电压V。uT，也就是使开关A及开关C导通，并使开关B及D截止。若 控制信号Va小于平均值VAVE，则逻辑电路550使多模切换式升降压整流器 510进行降压动作，也就是使开关C导通，开关D截止，并使开关A及B交替进行导通与截止之间的切换。更详细的说，开关切换时序可分五种状况来说明，接下来的图7~11 绘示为根据于本发明的一实施例于不同情况下的开关时序控制图，以图示 来说明控制电路如何控制各个开关的切换动作。图7绘示为根据于本发明的一实施例的升压模式的开关时序控制图。因 为控制信号Va大于平均值V,则逻辑电路550使图5的开关A导通，开关 B截止，并使开关C及D交替进行导通与截止之间的切换。当控制信号Va大于三角波控制信号Vs。的极大值VSDX，而且当控制信号Va大于三角波控制信号Vm,则逻辑电路550使开关D导通，并使开关C截止。当控制信号Vc, 大于三角波控制信号Vs。的极大值VSDX，而且当控制信号Va小于三角波控制 信号Vsu,则逻辑电路550使开关C导通，并使开关D截止。4个开关时序状况列712 ~ 718分别表示开关A ~ D的切换动作。使用字 母来表示开关导通，使用字母上面有一横杠表示开关截止(例如，"A"表 示开关A导通，"》，表示开关A截止)。图中控制信号Va与三角波701各越 时间点为ti ~ t8。在tl-t2之间，开关A导通以A表示，开关B截止以^表 示，开关C导通以C表示，开关D截止以5表示；在t2-t3之间，开关A
导通以A表示，开关B截止以B表示，开关C截止以C表示，开关D导通以 D表示。其他时间区^殳t3-14、 t4-15、 t5-16、 t6-17、 t7-18等的开关动作 状况，如图上所标示。以周期性变化的三角波控制信号V^在图上的任一个 周期区间为例，只有2个开关在做动作，换句话说以时间从t2到t4为例，只 有开关C与D做切换；以时间t4到t6为例，也是只有开关C与D做切换。 图8绘示为根据于本发明的一实施例的第一种升降压模式的开关时序 控制图。因为控制信号Va大于平均值Vm,则逻辑电路550使图5的开关A 导通，开关B截止，并使开关C及D交替进行导通与截止之间的切换。当 控制信号Va位于三角波控制信号Vs。的极大值VsM与平均值V柳之间，而且 当控制信号Vcl大于三角波控制信号Vsu与Vs ,则逻辑电路550使开关D导 通，并使开关C截止。当控制信号Va位于三角波控制信号Vs。的极大值VSDX与平均值V挑之间，而且当控制信号L小于三角波控制信号V训或VSD，则逻辑电路550使开关C导通，并使开关D截止。4个开关时序状况列812-818分别表示开关A~D的状况。控制信号 Va与周期性变化的三角波控制信号Vsu交越时间点为t9、 t10、 t12, U3、 U5、 U6、 U8、 U9;控制信号V^与另 一周期性变化的三角波控制信号Vs 交越时间点为t10、 tll、 t13、 t14、 t16、 U7。各时段开关动作状况如图 上所标示，从图上任取一个周期三角波，以控制信号Va交越时间点为UO 到U3的周期为例， 一个周期分为三个区段包括在UO-tll之间，开关A 导通以A表示，开关B截止以5表示，开关C导通以C表示，开关D截止以 万表示；在t一11-U2之间，开关A导通以A表示，开关B截止以^表示，开 关C截止以5表示，开关D导通以D表示；在tl2-tl3之间，开关状态与 UO-tll间相同。从图上的开关状态，只有开关C或D做切换，每一个工作 周期内，只有2个开关在做动作。图9绘示为根据于本发明的一实施例的第二种升降压模式的开关时序 控制图。图中的控制信号Va等于平均值VAVE，逻辑电路550使输入电压V1N 直接输出为输出电压V。UT,也就是使开关A及开关C导通，并使开关B及D 截止。4个开关时序状况列912-918分别表示开关A D的状况。图中的控 制信号L与两个周期性变化的三角波控制信号Vsu及Vs。共同交越时间点为 t20 t27。各时段开关动作状况如图上所标示，从图上任取一个周期三角 波，以控制信号Va交越时间点为t23到t25的周期为例， 一个周期分为2 个区段包括在t23-t24之间，开关A导通以A表示，开关B截止以^表示，开 关C导通以C表示，开关D截止以万表示；在t24-U5之间，开关A导通 以A表示，开关B截止以^表示，开关C导通以C表示，开关D截止以万表 示。图9的每一个工作周期并没有开关在做动作，输入电压V^与输出电压 V,相同。
图1 0绘示为根据于本发明的 一 实施例的第三种升降压模式的开关时序控制图。4个开关时序状况列1012-1018分别表示开关A-D的状况。因为 控制信号Va小于平均值V,则逻辑电路550使图5的开关C导通，开关D 截止，并使开关A及B交替进行导通与截止之间的切換。当控制信号Yd位于平均值Vave与三角波控制信号Vsu的极小值VsuY之间，而且当控制信号VCL小于三角波控制信号Vs^与VSD,则逻辑电路550使开关B导通，并使开关A截止。当控制信号Va位于平均值V训与三角波控制信号Vsu的极小值Vsuy之 间，而且当控制信号Vcl大于三角波控制信号Vsu或Vsd，则逻辑电路550使 开关A导通，并使开关B截止。控制信号Va与一周期性变化的三角波控制信号Vsu交越时间点为t29、 t30、 t32、 t33、 t35、 t36、 t38;控制信号Va 与另一周期性变化的三角波控制信号Vs。交越时间点为t28、 t29、 t31、 t32、 t34、 t35、 t37、 t38。各时段开关动作状况如图上所标示，从图上任取一 个周期三角波，以控制信号Va交越时间点为t29到t32的周期为例，一个, 期分为三个区段包括在t29-t30之间，开关A导通以A表示，开关B截止以^ 表示，开关C导通以C表示，开关D截止以万表示。在t30-131之间，开关A 截止以表示，开关B导通以B表示，开关C导通以C表示，开关D截止以 万表示。在t31-t32之间，开关状态与t29-t30间相同。从图上的开关状 态，只有开关A或B做切换，每一个工作周期内，只有2个开关在做动作。 图ll绘示为根据于本发明的一实施例的降压模式的开关时序控制图。因 为控制信号Va小于平均值V跳，则使图5的开关C导通，开关D截止，并使 开关A及B交替进行导通与截止之间的切换。当控制信号Va小于三角波控制信号Vsu的极小值VsuY,而且当控制信号L小于三角波控制信号VSD,则逻辑电路550使开关B导通，并使开关A截止。当控制信号Va小于三角波控制信号Vsu的极小值VsuY,而且当控制信号Va大于三角波控制信号VSD，则逻辑电路550使开关A导通，并使开关B截止。4个开关时序状况列1112 ~ 1118分别表示开关A ~ D的状况。图中控制 信号Va与三角波控制信号VsD交越时间点为t39 t46。从图上任取一个周 期三角波，以控制信号Va交越时间点为t40到t42—的周期为例。 一个周期 分为2个区段包括在t40-141之间，开关A截止以^表示，开关B导通以B 表示，开关C导通以C表示，开关D截止以万表示。在t41-t42之间，开 关A导，以A表示，开关B截止以^表示，开关C导通以C表示，开关D 截止以5表示。从图上的开关状态，只有开关A或B做切换，每一个工作 周期内，只有2个开关在做动作。值得一提的是，虽然上述实施例中已经对多模切换式升降压整流器的 控制电路描绘出了一个可能的型态，但所属技术领域中具有通常知识者应当知道如何由控制信号Vcl、三角波控制信号Vsu和Vs。三者之间的关系来设
计逻辑电路550,因此本发明的范围当不限制于此种可能的型态。请参考图12，图12绘示本发明一实施例的逻辑电路550,其是以两个 比较器1201、 1202，配合两个正反器1203、 1204、两个多工器1205、 1206、 两个逻辑间1208、 1209、以及一个切换电路1207来实现逻辑电路550的功 能。逻辑电路550利用比较器1201及1202来比较控制信号Va与三角波控 制信号Vsd、 Vsu的关系，以判断系统应该搡作在降压模式或升压模式、还是 操作在升降压模式。关于本实施例的逻辑电路550，除切换电路1207外，其 余构件皆为数字逻辑电路的标准构件，在本发明相关技术领域具有通常知 识者应当能自行推导切换电路1207以外各构件的输入与输出关系，因此不 予赘述。切换电路1207根据信号x、 y、 z的状态决定开关A、 B、 C、 D的 导通状态。以下说明各操作模式下的信号x、 y、 z与各开关导通情形。当图12的逻辑电路550操作在图7的升压模式，控制信号V^大于三角 波控制信号Vsd恒成立。当控制信号Va大于三角波控制信号Vs ，信号(x, y， z) = (0， 1, 1)，切换电路1207使得控制信号VA、 V。成为致能状态，使开 关A、D导通。另一方面，当控制信号Va小于三角波控制信号Vsu时，信号(x， y, z) = (1， 0, 1)，切换电路1207使得控制信号VA、 Vc成为致能状态，使开 关A、 C导通。当图12的逻辑电路550操作在图8的升降压模式，控制信号Va位于三 角波控制信号Vs。的极大值Vs。x与平均值V，之间。当控制信号L大于三角 波控制信号V训与VsD时，信号(x， y， z) = (0， 1， 1),切换电路1207使得控 制信号Va、 V。成为致能状态，使开关A、 D导通。当控制信号Va小于三角波 控制信号Vsu,而且控制信号Va大于三角波控制信号VsD时，信号(X, y， z)=(1, 0， l)，切换电路1207使得控制信号VA、 Ve成为致能状态，使开关A、 C 导通。当控制信号L小于三角波控制信号VSD,而且控制信号Va大于三角 波控制信号Vsu时，信号(x, y， z) = (0, 1, 0),切换电路1207使得控制 信号Va、 Ve成为致能状态，使开关A、 C导通。当图12的逻辑电路550操作在图IO的升降压模式，控制信号V"立于平均值Vw与三角波控制信号Vsu的极小值VsuY之间。当控制信号Va小于三角波控制信号Vsu与VsD时，信号(x， y, z) = (1, 1, 1),切换电路1207使 得控制信号Vb、 Vc成为致能状态，使开关B、 C导通。当控制信号Va大于三 角波控制信号Vsu时，信号(x, y， z) = (0, 1， 0),切换电路1207使得控 制信号V,、 Vc成为致能状态，使开关A、 C导通。当控制信号Va大于三角波 控制信号VsD时，信号(x， y, z) = (0， 0， 1)，切换电路1207使得控制信 号Va、 Ve成为致能状态，使开关A、 C导通。当图12的逻辑电路550操作在图ll的降压模式,控制信号Va小于三角 波控制信号V训的极小值VSUY。当控制信号V^小于三角波控制信号Vsn时，信
号(x, y， z) = (1, 1， 1)，切换电路1207使得控制信号VB、 Vc成为致能状 态，使开关B、 C导通。当控制信号Va大于三角波控制信号VsD时，信号(x, y, z) = (0, 0， 1)，切换电路1207使得控制信号VA、、成为致能状态，使 开关A、 C导通。除了上述的时序控制电路以外，本发明也包含一种对应的控制方法。对 于在本发明相关技术领域具有通常知识者而言，借由前面的电路实施例，应 当能轻易实施本发明的控制方法，因此不予赘述。由以上实施例的说明可知，上述的多模切换式升降压整流器的控制电 路与方法，使用2个控制用的三角波配合负载变动的控制电路，将输出电 压的分压与参考电压间的误差放大为控制信号，使用逻辑电路比较控制信 号和上述的控制用三角波，据以控制各个开关的导通与截止。由于控制信 号会跟随输出电压而改变，上述的控制电路与方法可以随负载轻重作快速 微调，尤其在输入电压和输出电压很接近时，灵敏地做升降压模式控制。譬 如说，由图7_11可知，本发明能在三角波的一个周期中改变各开关状态的 责任周期(duty cycle),故能快速响应V^与V,间的变化。另外，各操作 模式的每一个工作周期内最多只有2个开关动作，可减少开关切换的功率 消耗，增加效率(譬如说是将V[w转换为V,的功率转换效率)。上述的控制 电路的规则相对简单，只需要筒单数字元件，例如比较器、逻辑闸等即可 组成逻辑电路，不需要复杂的类比电路。而且，由图7-11可知，本发明会尽 量使用Vm直通至V,这条电力传输路径(也就是开关A、 C均导通时)，同 样也能减少不必要的功率损耗，增加效率。故本发明是结合传统控制电路 的优点并且避免传统技术的缺点。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任 何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当 可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界 定者为准。
权利要求
1. 一种多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征在于该多模切换式升降压整流器包括一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一电感器、以及一电容器，该第一开关接收一输入电压，该第二开关耦接于该第一开关与一接地端之间，该电感器耦接于该第一开关与该第二开关，该第四开关耦接于该电感器与该接地端之间，该第三开关耦接于该电感器与该第四开关，该电容器耦接于该第三开关与该接地端之间，该电容器提供该多模切换式升降压整流器的输出电压，该控制电路包括一比较器，根据一回馈电压与一参考电压之间的误差输出一控制信号，该回馈电压为根据该输出电压而产生，而且该回馈电压与该输出电压成正比；一三角波产生器，提供一第一三角波与一第二三角波，在一第一时刻，该第一三角波大于该第二三角波，在一第二时刻，该第一三角波小于该第二三角波；以及一逻辑电路，根据该控制信号、该第一三角波、以及该第二三角波之间的比较结果控制该第一开关、该第二开关、该第三开关、以及该第四开关的切换时序。
2. 如权利要求1所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中该第一三角波的斜率为正值，该第二三角波的斜率为负值。
3. 如权利要求1所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中该第一三角波的极大值大于该第二三角波的极大值，该第二三角 波的极大值大于该第一三角波与该第二三角波的平均值，该平均值大于该 第一三角波的极小值，该第一三角波的极小值大于该第二三角波的极小值。
4. 如权利要求3所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中若该控制信号大于该平均值，则该逻辑电路使该第一开关导通，该第 二开关截止，并使该第三开关及该第四开关交替进行导通与截止之间的切换；若该控制信号等于该平均值，则该逻辑电路使该第一开关及该第三开关导通，并使该第二开关及该第四开关截止；若该控制信号小于该平均值，则该逻辑电路使该第三开关导通，该第 四开关截止，并使该第一开关及该第二开关交替进行导通与截止之间的切 换。
5. 如权利要求4所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中若该控制信号大于该第二三角波的极大值，则若该控制信号大于该第一三角波，则该逻辑电路使该第四开关导通，并 使该第三开关截止；若该控制信号小于该第一三角波，则该逻辑电路使该第三开关导通，并 使该第四开关截止。
6. 如权利要求4所迷的多模切換式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中若该控制信号位于该第二三角波的极大值与该平均值之间，则若该控制信号大于该第 一三角波与该第二三角波，则该逻辑电路使该 第四开关导通，并使该第三开关截止；若该控制信号小于该第一三角波或该第二三角波，则该逻辑电路使该 第三开关导通，并使该第四开关截止。
7. 如权利要求4所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征 在于其中若该控制信号位于该平均值与该第一三角波的极小值之间，贝'j若该控制信号小于该第一三角波与该第二三角波，则该逻辑电路使该 第二开关导通，并使该第一开关截止；若该控制信号大于该第 一 三角波或该第二三角波，则该逻辑电路使该 第一开关导通，并使该第二开关截止。
8. 如权利要求4所述的多模切换式升降压整流器的控制电路，其特征在 于其中若该控制信号小于该第一三角波的极小值，贝'J若该控制信号小于该第二三角波，则该逻辑电路使该第二开关导通，并 使该第一开关截止；若该控制信号大于该第二三角波，则该逻辑电路使该第一开关导通，并 使该第二开关截止。
9. 一种多模切换式升降压整流器的控制方法，其特征在于该多模切换 式升P争压整流器包括一第一开关、 一第二开关、 一第三开关、 一第四开关、一 电感器、以及一电容器，该第一开关接收一输入电压，该第二开关耦接于 该第一开关与一接地端之间，该电感器耦接于该第一开关与该第二开关，该 第四开关耦接于该电感器与该接地端之间，该第三开关耦接于该电感器与 该第四开关，该电容器耦接于该第三开关与该接地端之间，该电容器提供该多模切换式升降压整流器的输出电压，该控制方法包括根据一回馈电压与一参考电压之间的误差产生一控制信号，该回馈电压为4艮据该输出电压而产生，而且该回馈电压与该输出电压成正比；提供一第一三角波与一第二三角波，在一第一时刻，该第一三角波大于该第二三角波，在一第二时刻，该第一三角波小于该第二三角波；以及 根据该控制信号、该第一三角波、以及该第二三角波之间的比较结果控制该第一开关、该第二开关、该第三开关、以及该第四开关的切换时序。
10. 如权利要求9所述的多模切换式升降压整流器的控制方法，其特征 在于其中该第一三角波的斜率为正值，该第二三角波的斜率为负值。
全文摘要
一种多模切换式升降压整流器的控制电路与其对应控制方法。使用2个控制用的三角波配合负载变动的控制电路，设计对各个开关的导通与截止控制的时序关系。各模式的每一个工作周期内最多只有2个开关动作。而且电路设计容易，只需要简单数字元件，例如比较器、逻辑闸等，不需要复杂的类比电路。
文档编号H02M3/04GK101212173SQ200610170500
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者林永欣, 游正达, 陈科宏 申请人:智原科技股份有限公司