升降压式电源转换器的控制电路及方法
【专利摘要】一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括：回授电路，检测所述输出电压产生回授信号；误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号和一参考电压之间的差值产生误差信号；动态工作周期产生器，在被启动后根据检测信号产生第一信号；以及驱动电路连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述误差信号和第一信号决定所述控制信号。本发明的升降压式电源转换器的控制电路及方法具有最佳化开关切换顺序、减少切换损失、改善效能和减少输出涟波的优点。
【专利说明】升降压式电源转换器的控制电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种升降压式电源转换器，具体地说，是一种升降压式电源转换器的控制电路及方法。
【背景技术】
[0002]图1显示已知的同步式升降压式电源转换器10，其包括升降压式功率级12以及控制电路22提供信号VA、VB、VC及VD分别切换升降压式功率级12中的开关SWA、SffB, SffC及SWD以将输入电压Vin转换为输出电压Vo。在控制电路14中，电阻Rl及R2分压输出电压Vo产生回授信号VFB，误差放大器24放大回授信号VFB及参考电压Vref之间的差值产生信号VCL至信号产生器22，信号产生器22提供信号VU、VX及VY，其中信号VU与信号VCL相关，信号VX及VY为锯齿波信号，比较器18比较信号VU及VX产生信号VZl，比较器20比较信号VU及VY产生信号VZ2，逻辑电路16根据信号VZl及VZ2产生信号VA、VB、VC及VD。
[0003]图2显示图1中信号的波形图，其中波形26为信号VY，波形28为信号VU，波形30为信号VX，波形32为信号VZl，波形34为信号VZ2，波形36为信号VA，波形38为信号VB，波形40为信号VC，波形42为信号VD。参照图1及图2，当信号VX大于信号VU时，如时间tl至t2，信号VZl为低准位，如波形28、30及32所示，当信号VX小于信号VU时，如时间t2至t5，信号VZl为高准位。当信号VY大于信号VU时，如时间t0至t3，信号VZ2为低准位，如波形26、28及34所示，当信号VY小于信号VU时，如时间t3至t4，信号VZ2为高准位。假设以时间tl至t5表示输出电压Vo的一个周期，在时间tl至t2期间，升降压式功率级12处于第一状态，此时开关SWA及SWC关闭(turn off)而开关SWB及SWD打开(turn on),如波形36至42所示。在时间t2至t3期间，升降压式功率级12处于第二状态，此时开关SffA及SWD打开而开关SWB及SWC关闭。在时间t3至t4期间，升降压式功率级12处于第三状态，此时开关SWA及SWC打开而开关SWB及SWD关闭。在时间t4至t5期间，升降压式功率级12回到第二状态。其中第二状态在一个周期中出现二次，如果能改变切换顺序将两次的第二状态排在一起，将可以减少切换损失提高效能。此外，当信号VU上升或下降而接近信号VX的峰值或信号VY的谷值时，信号VB或VC的工作周期(duty)将非常短，因此开关SWB或SWC可能还没完全打开(turn on)便又关上，这除了增加切换损失之外没有任何意义。
[0004]美国专利号7，176，667也提出一种升降压式电源转换器的控制电路，其在升降压模式时利用一随输出电压Vo调节脉宽的脉宽调变信号以及一固定脉宽的信号决定开关SWA,SffB,SffC及SWD的切换，然而，这种插入固定脉宽信号的方式在模式转换时可能造成不连续的工作周期，进而导致大输出涟波。
[0005]因此已知的升降压式电源转换器的控制电路存在着上述种种不便和问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的，在于提出一种升降压式电源转换器的控制电路及方法。
[0007]本发明的另一目的，在于提出一种最佳化开关切换顺序以改善效能的控制电路及方法。
[0008]本发明的又一目的，在于提出一种减少输出链波的控制电路及方法。
[0009]本发明的再一目的，在于提出一种加速由省电模式回到正常操作的瞬时响应的控制电路及方法。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术解决方案是:
[0011]一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括:
[0012]回授电路，检测所述输出电压产生回授信号；
[0013]误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号和一参考电压之间的差值产生
误差号；
[0014]动态工作周期产生器，在被启动后根据检测信号产生第一信号；以及
[0015]驱动电路连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述误差信号和第一信号决定所述控制信号。
[0016]本发明的升降压式电源转换器的控制电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
[0017]前述的控制电路，其中检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0018]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器根据所述检测信号提供补偿信号。
[0019]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器包括:
[0020]模拟数字转换器，将所述检测信号转换为补偿信号；以及
[0021]数字模拟转换器连接所述模拟数字转换器，将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0022]前述的控制电路，其中更包括工作周期补偿器连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述补偿信号补偿所述误差信号。
[0023]前述的控制电路，其中所述工作周期补偿器包括:
[0024]分压电路，根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压；
[0025]电压电流转换器连接所述分压电路，将所述第一电压转换为电流；
[0026]电阻连接在所述误差放大器及电压电流转换器之间，因应所述电流产生一第二电压供调整所述误差信号。
[0027]前述的控制电路，其中所述驱动电路包括:
[0028]第一比较器连接所述误差放大器，比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0029]第二比较器连接所述动态工作周期产生器，比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0030]逻辑电路连接所述第一比较器及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0031]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述检测信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
[0032]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述误差信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
[0033]前述的控制电路，其中更包括箝制检测器连接所述误差放大器，根据第二检测信号箝制所述误差信号的准位，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压及电感电流其中至少一个相关。
[0034]一种升降压式电源转换器的控制方法，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制方法包括下列步骤:
[0035](A)检测所述输出电压产生回授信号；
[0036](B)放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生误差信号；
[0037](C)根据检测信号决定第一信号；
[0038](D)根据致能信号触发所述第一信号；以及
[0039](E)根据所述误差信号及第一信号决定所述控制信号。
[0040]前述的控制方法，其中所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0041]前述的控制方法，其中更包括
[0042]根据检测信号提供补偿信号；以及
[0043]根据所述补偿信号补偿所述误差信号。
[0044]前述的控制方法，其中所述步骤C包括:
[0045]将所述检测信号转换为所述补偿信号；以及
[0046]将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0047]前述的控制方法，其中所述根据所述补偿信号补偿所述误差信号的步骤包括:
[0048]根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压；
[0049]将所述第一电压转换为电流给一电阻以产生一第二电压；以及
[0050]藉由所述第二电压调整所述误差信号。
[0051]前述的控制方法，其中所述步骤E包括:
[0052]比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0053]比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0054]根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0055]前述的控制方法，其中更包括根据所述检测信号产生所述致能信号。
[0056]前述的控制方法，其中更包括根据所述误差信号产生所述致能信号。
[0057]前述的控制方法，其中更包括根据第二检测信号箝制所述误差信号的准位，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压及电感电流其中至少一个相关。
[0058]一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括:[0059]回授电路，检测所述输出电压产生回授信号；
[0060]误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生
第一误差信号；
[0061]工作周期补偿器连接所述误差放大器，根据补偿信号补偿所述第一误差信号产生
第二误差信号；
[0062]工作周期产生器连接所述工作周期补偿器，在被启动后产生一第一信号；以及
[0063]驱动电路连接所述工作周期补偿器及工作周期产生器，根据所述第二误差信号及第一信号决定所述控制信号。
[0064]前述的控制电路，其中所述工作周期补偿器包括:
[0065]分压电路，根据所述补偿信号分压所述第一误差信号产生第一电压；
[0066]电压电流转换器连接所述分压电路，将所述第一电压转换为电流；以及
[0067]电阻连接在所述误差放大器及电压电流转换器之间，因应所述电流产生一第二电压与所述第一误差信号相减产生所述第二误差信号。
[0068]前述的控制电路，其中所述工作周期产生器根据检测信号提供动态的所述第一信号，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0069]前述的控制电路，其中所述工作周期产生器根据所述检测信号产生所述补偿信号。
[0070]前述的控制电路，其中所述工作周期产生器包括:
[0071]模拟数字转换器，将所述检测信号转换为所述补偿信号；以及
[0072]数字模拟转换器连接所述模拟数字转换器，将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0073]前述的控制电路，其中所述工作周期产生器提供固定的所述第一信号。
[0074]前述的控制电路，其中所述驱动电路包括:
[0075]第一比较器连接所述工作周期补偿器，比较所述第二误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0076]第二比较器连接所述工作周期产生器，比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0077]逻辑电路连接所述第一比较器及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0078]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述工作周期产生器，根据检测信号产生致能信号以启动所述工作周期产生器，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0079]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述工作周期产生器，根据所述误差信号产生致能信号以启动所述工作周期产生器。
[0080]前述的控制电路，其中更包括箝制检测器连接所述误差放大器，根据检测信号箝制所述第一误差信号的准位，所述检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0081]一种升降压式电源转换器的控制方法，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制方法包括下列步骤:
[0082](A)检测所述输出电压产生回授信号；
[0083](B)放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生第一误差信号；
[0084](C)补偿所述第一误差信号产生第二误差信号；
[0085](D)根据致能信号触发第一信号；以及
[0086](E)根据所述第二误差信号及第一信号决定所述控制信号。
[0087]前述的控制方法，其中所述步骤C包括根据检测信号决定补偿信号供补偿所述第一误差信号，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0088]前述的控制方法，其中所述步骤C包括:
[0089]根据所述补偿信号分压所述第一误差信号产生第一电压；
[0090]将所述第一电压转换为电流给一电阻以产生一第二电压；以及[0091 ] 将所述第一误差信号减去第二电压产生所述第二误差信号。
[0092]前述的控制方法，其中更包括根据所述检测信号提供动态的所述第一信号。
[0093]前述的控制方法，其中所述根据检测信号提供动态的所述第一信号的步骤包括:
[0094]将检测信号转换为所述补偿信号；以及
[0095]将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0096]前述的控制方法，其中更包括提供固定的所述第一信号。
[0097]前述的控制方法，其中所述步骤E包括:
[0098]比较所述第二误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0099]比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0100]根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0101]前述的控制方法，其中更包括根据检测信号产生所述致能信号，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压之变化量其中至少一个相关。
[0102]前述的控制方法，其中更包括根据所述误差信号产生所述致能信号。
[0103]前述的控制方法，其中更包括根据检测信号箝制所述第一误差信号的准位，所述检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0104]一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括:
[0105]回授电路，检测所述输出电压产生回授信号；
[0106]误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生
误差号；
[0107]箝制检测器连接所述误差放大器，根据检测信号箝制所述误差信号的准位；以及
[0108]驱动电路连接所述误差放大器，根据所述误差信号及一第一信号决定所述控制信号。
[0109]前述的控制电路，其中所述检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0110]前述的控制电路，其中更包括动态工作周期产生器根据第二检测信号产生所述第一信号，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压、电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0111]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器更包括根据所述第二检测信号提供补偿信号。
[0112]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器包括:
[0113]模拟数字转换器，将所述第二检测信号转换为补偿信号；以及
[0114]数字模拟转换器连接所述模拟数字转换器，将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0115]前述的控制电路，其中更包括工作周期补偿器连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述补偿信号补偿所述误差信号。
[0116]前述的控制电路，其中所述工作周期补偿器包括:
[0117]分压电路，根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压；
[0118]电压电流转换器连接所述分压电路，将所述第一电压转换为电流；以及
[0119]电阻连接在所述误差放大器及电压电流转换器之间，因应所述电流产生一第二电压调整所述误差信号。
[0120]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述第二检测信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
[0121]前述的控制电路，其中更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述误差信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
[0122]前述的控制电路，其中所述驱动电路包括:
[0123]第一比较器连接所述误差放大器，比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0124]第二比较器，比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0125]逻辑电路连接所述第一比较器及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0126]一种升降压式电源转换器的控制方法，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制方法包括下列步骤:
[0127](A)检测所述输出电压产生回授信号；
[0128](B)放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生误差信号；
[0129](C)根据检测信号箝制所述误差信号的准位；以及
[0130](D)根据所述误差信号及一第一信号决定所述控制信号。
[0131]前述的控制方法，其中所述检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0132]前述的控制方法，其中更包括根据第二检测信号决定所述第一信号，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压、电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0133]前述的控制方法，其中更包括根据所述第二检测信号提供补偿信号以补偿所述误差信号。
[0134]前述的控制方法，其中所述决定所述第一信号的步骤包括:
[0135]将所述第二检测信号转换为补偿信号；以及
[0136]将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0137]前述的控制方法，其中所述补偿所述误差信号的步骤包括:
[0138]根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压；
[0139]将所述第一电压转换为电流给一电阻产生一第二电压；以及
[0140]根据所述第二电压调整所述误差信号。
[0141]前述的控制方法，其中更包括根据所述第二检测信号产生致能信号以触发所述第
一信号。
[0142]前述的控制方法，其中更包括根据所述误差信号产生致能信号以触发所述第一信号。
[0143]前述的控制方法，其中所述步骤D包括:
[0144]比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0145]比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0146]根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0147]一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括:
[0148]回授电路，检测所述输出电压产生回授信号；
[0149]误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生
第一误差信号；
[0150]箝制检测器连接所述误差放大器，根据第一检测信号箝制所述第一误差信号的准位；
[0151]工作周期补偿器连接所述误差放大器，根据补偿信号补偿所述第一误差信号产生
第二误差信号；
[0152]动态工作周期产生器连接所述工作周期补偿器，在被启动后根据第二检测信号产
生一第一信号;
[0153]模式选择器连接所述动态工作周期产生器，提供致能信号以启动所述动态工作周期产生器；以及
[0154]驱动电路连接所述工作周期补偿器及动态工作周期产生器，根据所述第二误差信号及第一信号决定所述控制信号。
[0155]前述的控制电路，其中所述第一检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0156]前述的控制电路，其中所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压、电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0157]前述的控制电路，其中所述工作周期补偿器包括:
[0158]分压电路，根据所述补偿信号分压所述第一误差信号产生第一电压；
[0159]电压电流转换器，连接所述分压电路，将所述第一电压转换为电流；[0160]电阻，连接在所述误差放大器及电压电流转换器之间，因应所述电流产生一第二电压与所述第一误差信号相减产生所述第二误差信号。
[0161]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器根据所述第二检测信号提供所述补偿信号给所述工作周期补偿器。
[0162]前述的控制电路，其中所述动态工作周期产生器包括:
[0163]模拟数字转换器，将所述第二检测信号转换为所述补偿信号；以及
[0164]数字模拟转换器连接所述模拟数字转换器，将所述补偿信号转换为所述第一信号。
[0165]前述的控制电路，其中所述模式选择器根据所述第二检测信号产生所述致能信号。
[0166]前述的控制电路，其中所述模式选择器根据所述第一误差信号产生所述致能信号器。
[0167]前述的控制电路，其中所述驱动电路包括:
[0168]第一比较器连接所述工作周期补偿器，比较所述第二误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0169]第二比较器连接所述动态工作周期产生器，比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0170]逻辑电路连接所述第一比较器及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0171]一种升降压式电源转换器的控制方法，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制方法包括下列步骤:
[0172](A)检测所述输出电压产生回授信号；
[0173](B)放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生第一误差信号；
[0174](C)根据第一检测信号箝制所述第一误差信号的准位；
[0175](D)根据致能信号触发一第一信号；
[0176](E)根据第二检测信号决定所述第一信号；
[0177](F)补偿所述第一误差信号产生第二误差信号；以及
[0178](G)根据所述第二误差信号及第一信号决定所述控制信号。
[0179]前述的控制方法，其中所述第一检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
[0180]前述的控制方法，其中所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压、电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
[0181]前述的控制方法，其中所述步骤D包括根据所述第二检测信号产生所述致能信号。
[0182]前述的控制方法，其中所述步骤D包括根据所述第一误差信号产生所述致能信号。
[0183]前述的控制方法，其中所述步骤F包括根据所述第二检测信号决定补偿信号以补
偿所述第一误差信号。[0184]前述的控制方法，其中所述步骤E包括:
[0185]将所述第二检测信号转换为所述补偿信号；以及
[0186]将所述补偿信号转换为模拟的第一信号。
[0187]前述的控制方法，其中所述步骤F更包括:
[0188]根据所述补偿信号分压所述第一误差信号产生第一电压；
[0189]将所述第一电压转换为电流给一电阻以产生一第二电压；以及
[0190]将所述第一误差信号减去第二电压产生所述第二误差信号。
[0191]前述的控制方法，其中所述步骤G包括:
[0192]比较所述第二误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号；
[0193]比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及
[0194]根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
[0195]采用上述技术方案后，本发明的升降压式电源转换器的控制电路及方法具有以下优点:
[0196]1.最佳化开关切换顺序，减少切换损失、改善效能。
[0197]2.减少输出涟波。
【专利附图】
【附图说明】
[0198]图1为已知的同步式升降压式电源转换器示意图；
[0199]图2为图1中信号的波形图；
[0200]图3为本发明的实施例示意图；
[0201]图4为图3中升降压式功率级在降压模式下的电流路径示意图；
[0202]图5为图3中升降压式功率级在升降压模式下的电流路径示意图；
[0203]图6为图3中升降压式功率级在升压模式下的电流路径示意图；
[0204]图7为图3中信号的波形图；
[0205]图8为图3中信号的波形图；
[0206]图9为图3中信号的波形图；
[0207]图10为图3中工作周期补偿器的实施例示意图；以及
[0208]图11为图3中逻辑电路、动态工作周期产生器及模式选择器的实施例示意图。
[0209]图中，10、升降压式电源转换器12、升降压式功率级14、控制电路16、逻辑电路18、比较器20、比较器22、信号产生器24、误差放大器26、信号VY的波形28、信号VU的波形30、信号VX的波形32、信号VZl的波形34、信号VZ2的波形36、信号VA的波形38、信号VB的波形40、信号VC的波形42、信号VD的波形50、升降压式电源转换器52、升降压式功率级54、控制电路55、驱动电路56、逻辑电路58、比较器60、比较器62、工作周期补偿器64、动态工作周期产生器66、脉冲省略模式箝制检测器68、模式选择器70、误差放大器72、回授电路74、降压充电路径76、降压放电路径78、升压充电路径80、降压充电或升压放电路径82、降压放电路径84、升压放电路径86、升压充电路径90、信号Vcomp’的波形92、锯齿波信号Vramp的波形94、第一信号Di的波形96、电感电流IL的波形100、信号Vcomp’的波形102、锯齿波信号Vramp的波形104、第一信号Di的波形106、电感电流IL的波形110、信号Vcomp’的波形112、锯齿波信号Vramp的波形114、第一信号Di的波形116、电感电流IL的波形118、电感电流IL的平均电流120、缓冲器122、分压电路124、缓冲器126、电压电流转换器130、锯齿波产生器132、模拟数字转换器134、数字模拟转换器138、比较器140、反相器142、与非门144、反相器。
【具体实施方式】
[0210]以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
[0211]现请参阅图3，图3显示本发明实施例的示意图。如图所示，所述升降压式电源转换器50中，控制电路54提供控制信号VA、VB、VC及VD分别切换升降压式功率级52中与电感L连接的开关Sm、SffB, SffC及SWD，以将输入电压Vin转换为输出电压Vo。在控制电路54中，回授电路72检测所述输出电压Vo产生回授信号VFB，误差放大器70放大回授信号VFB及参考电压VREF之间的差值产生误差信号Vcomp，脉冲省略模式箝制检测器66根据检测信号SI箝制(clamp)误差信号Vcomp的准位,其中检测信号SI与输入电压Vin、输出电压Vo及电感电流IL其中至少一个有关，模式选择器68根据检测信号S2产生信号S3给逻辑电路56以及产生致能信号EN致能动态工作周期产生器64，其中检测信号S2与输入电压Vin、输出电压No、电感电流IL及输出电压变化量其中至少一个有关，在其它实施例中，模式选择器68也可以利用误差信号Vcomp来产生信号S3及EN,动态工作周期产生器64根据检测信号S2决定动态的第一信号Di及补偿信号DDC，工作周期补偿器62根据补偿信号DDC补偿误差信号Vcomp产生误差信号Vcomp’，驱动电路55根据锯齿波信号Vramp、误差信号Vcomp’、第一信号Di及信号S3产生控制信号VA、VB、VC及VD。驱动电路55包括比较器58比较信号Vcomp’及锯齿波信号Vramp产生比较信号S4，比较器60比较锯齿波信号Vramp及第一信号Di产生比较信号S5，以及逻辑电路56根据信号S3、S4及S5决定控制信号 VA、VB、VC 及 VD。
[0212]图4显示升降压式功率级52在降压模式下的电流路径，在降压模式下，开关SWC维持关闭(turn off)而开关SWD维持打开(tunr on),当开关SWA打开而开关SWB关闭时形成降压充电路径74，当开关SWA关闭而开关SWB打开时形成降压放电路径76。图5显示升降压式功率级52在升降压模式下的电流路径，在升降压模式下，当开关SWA及SWC打开而开关SWB及SWD关闭时形成升压充电路径78，当开关SWA及SWD打开而开关SWB及SWC关闭时形成降压充电或升压放电路径80，当开关SWB及SWD打开而开关SWA及SWC关闭时形成降压放电路径82。图6显示升降压式功率级52在升压模式下的电流路径，在升压模式下，开关SWA维持打开而开关SWB维持关闭，当开关SWC打开而开关SWD关闭时形成升压充电路径86，当开关SWC关闭而开关SWD打开时形成升压放电路径84。
[0213]图7显示图3中信号的波形图，其中波形90为误差信号Vcomp’，波形92为锯齿波信号Vramp，波形94为第一信号Di，波形96为通过电感L的电感电流IL。参照图3及图7，在降压模式时，动态工作周期产生器64关闭，因此第一信号Di为零，故开关SWC维持关闭而开关SWD维持打开，误差信号Vcomp’及锯齿波信号Vramp则控制开关SWA及SWB的切换以控制电感电流IL的上升及下降，如波形90、92及96所示，在降压充电周期D2’期间，如时间t6至t7，开关SWA打开而开关SWB关闭故电感电流IL上升，在降压放电周期D3’期间，如时间t7至t8，开关SWA关闭而开关SWB打开故电感电流IL下降。在由降压模式进入升降压模式时，如时间t8所示，模式选择器68送出致能信号EN致能动态工作周期产生器64，因此第一信号Di不为零，如波形94所示，故产生升压充电周期D1，如时间t8至t9，由于第一信号Di随检测信号S2改变，故升压充电周期Dl也随信号S2变化，为了避免因插入升压充电周期Dl而导致大输出涟波，动态工作周期产生器64送出补偿信号DDC至工作周期补偿器62以使误差信号Vcomp’随第一信号Di的上升而下降，如波形90及94所示，因此降压充电周期由D2’减少为D2而降压放电周期由D3’增加为D3，如此电感电流IL在每一周期的起始准位与结束准位相同，如时间t8及til所示，故能避免大输出涟波。由图7的波形96可知，时间t8至til可视为一个周期，其中时间t8至t9为升压充电状态，时间t9至tlO为降压充电状态，时间tlO至til为降压放电状态，在每一个周期中没有重复出现相同的状态，换言之，本发明的控制电路54最佳化开关SWA、SffB, SffC及SWD的切换顺序，因而减少切换损失。在本实施例中虽然仅说明由降压模式进入升降压模式时的操作，但本领域的技术人员可以很轻易的由本实施例推得由升压模式进入升降压模式时的操作，故于此不再赘述。
[0214]图8显示图3中信号的波形图，其中波形100为误差信号Vcomp’，波形102为锯齿波信号Vramp，波形104为第一信号Di，波形106为通过电感L的电感电流IL。在目前的电源转换器中都设有省电模式以节约能源，例如脉冲省略模式(Pulse Skipping Mode;PSM),当传统的升降压式电源转换器要由省电模式回到升降压模式时，必须先进入降压模式，接着等待误差信号Vcomp由零上升至一临界值后才能进入升降压模式，而误差信号Vcomp要由零上升至所述临界值可能需要数个周期。参照图8，当应用本发明的升降压式电源转换器50要由省电模式回到升降压模式时，在第一个周期中由省电模式回到降压模式，由于脉冲省略模式箝制检测器66可以根据检测信号SI动态箝制误差信号Vcomp的准位，因此误差信号Vcomp不用从零慢慢上升，又在降压模式时动态工作周期产生器64关闭，故误差信号Vcomp’ =Vcomp,也就是说误差信号Vcomp’被箝制在接近所述临界值的准位,如波形100所示，因此在第二个周期时升降压式电源转换器50立即由降压模式进入升降压模式，并于第三个周期结束瞬时响应。换言之，控制电路54中的脉冲省略模式箝制检测器66可以加速由省电模式回到升降压模式的瞬时响应。
[0215]图9显示图3中信号的波形图，其中波形110为误差信号Vcomp’，波形112为锯齿波信号Vramp，波形114为第一信号Di，波形116为通过电感L的电感电流IL，波形118为电感电流IL的平均电流。在升降压模式中，当第一信号Di上升时，如波形114所示，升压充电周期Dl增加，故电感电流IL的平均电流跟着上升，如波形118所示，同时动态工作周期产生器64将输出补偿信号DDC至工作周期补偿器62以使误差信号Vcomp’下降，如波形110所示。当第一信号Di改变时，电感电流IL的平均电流将跟着变化，因此控制电路54无需藉由误差号Vcomp来调节电感电流IL。
[0216]图10显示图3中工作周期补偿器62的实施例，其中来自误差放大器70的误差信号Vcomp分别经缓冲器120及124传送至分压电路122及电阻R3，由多个电阻RDl?RDN及多个开关SWl?SWN组成的分压电路122分压误差信号Vcomp产生电压Vd，所述多个开关SWl?SWN受控于来自动态工作周期产生器64的补偿信号DDC，电压电流转换器126将电压Vd转换为电流Id，电流Id通过电阻R3产生电压VR3，误差信号Vcomp减去电压VR3后得到误差信号Vcomp’。
[0217]图11显示图3中逻辑电路56、动态工作周期产生器64及模式选择器68的实施例。在图11中由开关M2、电流源Ich及电容C组成的锯齿波产生器130提供锯齿波信号Vramp。逻辑电路56包括反相器140及144以及与非门142，在逻辑电路56中，以来自比较器58的信号S4作为控制信号VB，反相器140反相控制信号VB后产生控制信号VA，与非门142根据信号S3及S5产生信号VD，反相器144反相信号VD后产生信号VC。动态工作周期产生器64包括模拟数字转换器132及数位模拟转换器134，在动态工作周期产生器64中，信号S2经模拟数字转换器132转换为数字的补偿信号DDC后，数字模拟转换器134再将补偿信号DDC转换为模拟的第一信号Di。模式选择器68包括比较器138比较检测信号S2及临界值VTH产生信号S3，临界值VTH系供判断是否将电源转换器50切换至升降压模式，其中临界值VTH可以是定值或是由电感电流IL或输出电压Vo的变化量决定。动态的临界值VTH可以改善电源转换器50的效能以及输出电压Vo的涟波，此外还可以加速负载或电源瞬时响应。在临界值VTH随电感电流IL变化的情况下，当负载较重且电感电流较大时，临界值VTH加大使升降压式电源转换器50工作在升降压模式，此时充电放电较为快速，因而能避免有过大的涟波产生。在临界值VTH随输出电压No之变化量变化的情况下，当输出电压Vo之变化量增加时，临界值VTH增加，因此加大进入升降压模式的工作区，此时电感电流IL易充易放，故可减少输出电压Vo的涟波。
[0218]在其它实施例中也可以使用提供固定信号的固定工作周期产生器取代动态工作周期产生器64。
[0219]以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
【权利要求】
1.一种升降压式电源转换器的控制电路，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制电路包括: 回授电路，检测所述输出电压产生回授信号； 误差放大器连接所述回授电路，放大所述回授信号和一参考电压之间的差值产生误差信号; 动态工作周期产生器，在被启动后根据检测信号产生第一信号；以及 驱动电路连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述误差信号和第一信号决定所述控制信号。
2.如权利要求 1所述的控制电路，其特征在于，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
3.如权利要 求1所述的控制电路，其特征在于，所述动态工作周期产生器根据所述检测信号提供补偿信号。
4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述动态工作周期产生器包括: 模拟数字转换器，将所述检测信号转换为补偿信号；以及 数字模拟转换器连接所述模拟数字转换器，将所述补偿信号转换为所述第一信号。
5.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，更包括工作周期补偿器连接所述误差放大器及动态工作周期产生器，根据所述补偿信号补偿所述误差信号。
6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述工作周期补偿器包括: 分压电路，根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压； 电压电流转换器连接所述分压电路，将所述第一电压转换为电流； 电阻连接在所述误差放大器及电压电流转换器之间，因应所述电流产生一第二电压供调整所述误差信号。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括: 第一比较器连接所述误差放大器，比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号; 第二比较器连接所述动态工作周期产生器，比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及 逻辑电路连接所述第一比较器及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
8.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述检测信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
9.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包括模式选择器连接所述动态工作周期产生器根据所述误差信号产生致能信号以启动所述动态工作周期产生器。
10.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，更包括箝制检测器连接所述误差放大器，根据第二检测信号箝制所述误差信号的准位，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
11.一种升降压式电源转换器的控制方法，用以提供控制信号驱动升降压式功率级以将输入电压转换为输出电压，所述升降压式功率级包含电感及至少二开关连接所述电感，其特征在于所述控制方法包括下列步骤: (A)检测所述输出电压产生回授信号； (B)放大所述回授信号及一参考电压之间的差值产生误差信号； (O根据检测信号决定第一信号； (D)根据致能信号触发所述第一信号；以及 (E)根据所述误差信号及第一信号决定所述控制信号。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述检测信号与所述输入电压、输出电压、通过所述电感的电感电流及所述输出电压的变化量其中至少一个相关。
13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括根据检测信号提供补偿信号；以及 根据所述补偿信号补偿所述误差信号。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述步骤C包括: 将所述检测信号转换为所述补偿信号；以及 将所述补偿信号转换为所述第一信号。
15.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述补偿信号补偿所述误差信号的步骤包括: 根据所述补偿信号分压所述误差信号产生第一电压； 将所述第一电压转换为电流给一电阻以产生一第二电压；以及 藉由所述第二电压调整所述误差信号。
16.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述步骤E包括: 比较所述误差信号及一锯齿波信号产生第一比较信号； 比较所述第一信号及锯齿波信号产生第二比较信号；以及 根据所述第一及第二比较信号产生所述控制信号。
17.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括根据所述检测信号产生所述致能信号。
18.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括根据所述误差信号产生所述致能信号。
19.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括根据第二检测信号箝制所述误差信号的准位，所述第二检测信号与所述输入电压、输出电压及通过所述电感的电感电流其中至少一个相关。
【文档编号】H02M3/156GK103973113SQ201410147913
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2009年10月28日 优先权日:2009年10月28日
【发明者】林水木 申请人:立锜科技股份有限公司