一種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制電路及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于四管Buck-Boost變換器的開關控制電路及其控制方法，通過對第一開關和第三開關的導通時刻或關斷時刻的控制，使得系統(tǒng)的開關周期為一恒定值，即實現(xiàn)了定頻控制，并且可以保證系統(tǒng)工作在恒定關斷時間或恒定導通時間，本發(fā)明的技術方案相對于現(xiàn)有技術來說，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
【專利說明】-種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制電路及控制 方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子領域，更具體地說，涉及一種用于四管Buck-Boost變換器的 開關控制電路及控制方法。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有技術中的四管Buck-Boost變換器的功率級電路如圖1所示，所述功率級電路 接收輸入電壓VIN，通過功率轉換后輸出穩(wěn)定的輸出電壓信號V0UT，所述四管Buck-Boost 變換器包括：電感L1，稱接于輸入電壓VIN與電感L1的第一端間的第一開關S1，藕接于電 感L1的第一端與接地端間的第二開關S2,藕接于電感L1的第二端與接地端間的第三開關 S3,以及耦接于電感L1的第二端與穩(wěn)定輸出電壓V0UT間的第四開關S4。
[0003] 其中，第一開關S1和第二開關S2組成Buck橋背，第三開關S3和第四開關S4組 成Boost橋背，在輸入電壓VIN低于輸出電壓V0UT時，Buck橋背開環(huán)工作在最大占空比， Boost橋背閉環(huán)升壓；在輸入電壓VIN高于輸出電壓V0UT時，正好相反。
[0004] 現(xiàn)有技術中的四管Buck-Boost變換器的開關控制電路根據(jù)輸入電壓和輸出電壓 的大小控制功率級電路的工作模式，然后控制各個開關的開關狀態(tài)?，F(xiàn)有技術中一般采用 的是變頻的恒定導通或恒定關斷時間的控制方法，然而，在變頻控制中，電源輸入電壓和輸 入電流間的相位角與頻率的關系很可能出現(xiàn)分歧現(xiàn)象，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且需實現(xiàn)跟蹤 的電路元件較多，控制復雜。


【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于四管Buck-Boost變換器中的開關控制電路及 控制方法，采用準定頻的恒定導通時間或恒定關斷時間的控制方案以消除電路工作不穩(wěn)定 的問題。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的一種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制電路，所述四管 Buck-Boost變換器包括一功率級電路，所述功率級電路包括串聯(lián)于其輸入端和輸出端之間 的第一開關、電感和第四開關，第二開關的第一端連接于第一開關和電感的公共連接點，第 二端接地，第三開關的第一端連接于第四開關和電感的公共連接端，第二端接地，所述開關 控制電路包括恒定時間控制電路和PWM控制電路，
[0007] 所述恒定時間控制電路根據(jù)所述第一開關和第三開關的開關信號來產(chǎn)生開關觸 發(fā)信號；
[0008] 所述PWM控制電路接收所述功率級電路的輸入電壓信號、輸出電壓信號和所述開 關觸發(fā)信號以產(chǎn)生四路開關信號來控制所述第一開關至第四開關的開關動作，
[0009] 并且，在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時刻，所述PWM控制電路控制所述第一 開關和第三開關導通，或者，
[0010] 在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時刻，所述PWM控制電路控制所述第一開關和 第三開關關斷。
[0011] 進一步的，所述恒定時間控制電路包括第一斬波電路、第二斬波電路、濾波電路和 比較電路，
[0012] 所述第一斬波電路接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，以產(chǎn)生第一斬波信 號，并且，所述第一斬波信號與所述第一開關的關斷時間成比例；
[0013] 所述第二斬波電路接收所述第一電壓信號和第三開關的開關信號，以產(chǎn)生第二斬 波信號，并且，所述第二斬波信號與所述第三開關的關斷時間成比例；
[0014] 所述濾波電路接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信 號；
[0015] 所述比較電路接收所述濾波信號和第一斜坡信號，以產(chǎn)生比較信號，所述比較信 號經(jīng)單脈沖發(fā)生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
[0016] 進一步的，所述第一斜坡信號由第一斜坡發(fā)生電路產(chǎn)生，所述第一斜坡發(fā)生電路 包括第一受控電流源、第二受控電流源、第一電容和第五開關，
[0017] 所述第一受控電流源接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關 為關斷狀態(tài)時，輸出第一電流信號；
[0018] 所述第二受控電流源接收所述第一電流源和第三開關的開關信號，并當所述第三 開關為關斷狀態(tài)時，輸出所述第一電流信號；
[0019] 所述第一電容的第一端連接在所述第一受控電流源和第二受控電流源的輸出端 的公共連接點，第二端接地；
[0020] 所述第五開關的兩個功率端并聯(lián)在所述第一電容的兩端，控制端接收所述開關觸 發(fā)信號。
[0021] 進一步的，所述恒定時間控制電路包括第一斬波電路、第二斬波電路、濾波電路和 比較電路，
[0022] 所述第一斬波電路接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，以產(chǎn)生第一斬波信 號，并且，所述第一斬波信號與所述第一開關的導通時間成比例；
[0023] 所述第二斬波電路接收所述第一電壓信號和第三開關的關斷信號，以產(chǎn)生第二斬 波信號，并且，所述第二斬波信號與所述第三開關的導通時間成比例；
[0024] 所述濾波電路接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信 號；
[0025] 所述比較電路接收所述濾波信號和第一斜坡信號，以產(chǎn)生比較信號，所述比較信 號經(jīng)單脈沖發(fā)生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
[0026] 進一步的，所述第一斜坡信號由第一斜坡發(fā)生電路產(chǎn)生，所述第一斜坡發(fā)生電路 包括第一受控電流源、第二受控電流源、第一電容和第五開關，
[0027] 所述第一受控電流源接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關 為導通狀態(tài)時，輸出第一電流信號；
[0028] 所述第二受控電流源接收所述第一電流源和第三開關的導通信號，并當所述第三 開關為導通狀態(tài)時，，輸出所述第一電流信號；
[0029] 所述第一電容的第一端連接在所述第一受控電流源和第二受控電流源的輸出端 的公共連接點，第二端接地；
[0030] 所述第五開關的兩個功率端并聯(lián)在所述第一電容的兩端，控制端接收所述開關觸 發(fā)信號。
[0031] 依據(jù)本發(fā)明的一種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制方法，所述四管 Buck-Boost變換器包括一功率級電路，所述功率級電路包括串聯(lián)于輸入端和輸出端之間的 第一開關、電感L和第四開關，第二開關的第一端連接于第一開關和電感的公共連接點，第 二端接地，第三開關的第一端連接于第四開關和電感的公共連接端，第二端接地，包括以下 步驟：
[0032] 根據(jù)所述第一開關和第三開關的開關信號來產(chǎn)生開關觸發(fā)信號；
[0033] 所述PWM控制電路接收所述功率級電路的輸入電壓信號、輸出電壓信號和所述開 關觸發(fā)信號以產(chǎn)生四路開關信號來控制所述第一開關至第四開關的開關動作，
[0034] 并且，當所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時，所述PWM控制電路控制所述第一開 關和第三開關導通，或者，
[0035] 當所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時，所述PWM控制電路控制所述第一開關和第 二開關關斷。
[0036] 優(yōu)選的，根據(jù)所述第一開關和第三開關的導通信號和關斷信號來產(chǎn)生所述開關觸 發(fā)信號具體步驟包括：
[0037] 接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，以產(chǎn)生第一斬波信號，并且，所述第一 斬波信號與所述第一開關的關斷時間成比例；
[0038] 接收所述第一電壓信號和第三開關的開關信號，以產(chǎn)生第二斬波信號，并且，所述 第二斬波信號與所述第三開關的關斷時間成比例；
[0039] 接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號；
[0040] 比較所述濾波信號和第一斜坡信號，以產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng)單脈沖發(fā) 生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
[0041] 進一步的，所述第一斜坡信號的產(chǎn)生步驟具體包括：
[0042] 接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為關斷狀態(tài)時，輸出 第一電流信號；
[0043] 接收所述第一電流源和第三開關的開關信號，并當所述第三開關為關斷狀態(tài)時， 輸出所述第一電流信號；
[0044] 通過給第一電容充放電以形成所述第一斜坡信號，其中，所述第一電流信號用以 給所述第一電容充電。
[0045] 優(yōu)選的，根據(jù)所述第一開關和第三開關的導通信號和關斷信號來產(chǎn)生所述開關觸 發(fā)信號具體步驟包括：
[0046] 接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，以產(chǎn)生第一斬波信號，并且，所述第一 斬波信號與所述第一開關的導通時間成比例；
[0047] 接收所述第一電壓信號和第三開關的開關信號，以產(chǎn)生第二斬波信號；并且，所述 第一斬波信號與所述第一開關的導通時間成比例；
[0048] 接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號；
[0049] 比較所述濾波信號和第一斜坡信號，以產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng)單脈沖發(fā) 生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
[0050] 進一步的，所述第一斜坡信號產(chǎn)生的步驟具體包括：
[0051] 接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為導通狀態(tài)時，輸出 所述第一電流信號；
[0052] 接收所述第一電流源和第三開關的開關信號，并當所述第三開關為導通狀態(tài)時， 輸出所述第一電流信號；
[0053] 通過給第一電容充放電以形成所述第一斜坡信號，其中，所述第一電流信號用以 給所述第一電容充電。
[0054] 由上可知，依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的開關控制電路通過對第一開 關和第三開關的導通時刻或關斷時刻的控制，使得系統(tǒng)的開關周期為一恒定值，即實現(xiàn)了 定頻控制。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的技術方案可實現(xiàn)準定頻控制的恒定導通時間或關斷 時間，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055] 圖1所示為現(xiàn)有技術中的四管Buck-Boost變換器的功率級電路圖；
[0056] 圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的電路框圖；
[0057] 圖3A所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的恒定時間控制電路的第一實 施例的具體電路圖；
[0058] 圖3B所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的第一實施例的工作波形圖；
[0059] 圖4A所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的恒定時間控制電路的第二實 施例的具體電路圖；
[0060] 圖4B所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的第二實施例的工作波形圖；

【具體實施方式】
[0061]以下結合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于 這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方 案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細 節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0062] 參考圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的四管Buck-Boost變換器的電路框圖，所述四管 Buck-Boost變換器包括一功率級電路，所述功率級電路包括串聯(lián)于輸入端和輸出端之間的 第一開關S1、電感L1和第四開關S4,第二開關S2的第一端連接于第一開關S1和電感L1 的公共連接點，第二端接地，第三開關S3的第一端連接于第四開關S4和電感L1的公共連 接端，第二端接地，這里，所述第一開關和第三開關為三極管或晶體管，所述第二開關和第 四開關為三極管或晶體管或二極管。所述開關控制電路具體包括恒定時間控制電路201和 PWM控制電路202,并且，所述恒定時間控制電路201根據(jù)所述第一開關S1和第三開關S3 的導通信號和關斷信號來產(chǎn)生一開關觸發(fā)信號CLOCK。
[0063] 所述PWM控制電路202接收所述功率級電路的輸入電壓信號VIN、輸出電壓信號 V0UT和所述開關觸發(fā)信號CLOCK以產(chǎn)生四路開關信號V gl、Vg2、Vg3、Vg4來控制所述第一開 關、第二開關、第三開關和第四開關的開關動作，并且，在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài) 時刻，這里，以高電平表征為有效狀態(tài)，所述PWM控制電路控制所述第一開關S1和第三開關 S3導通，或者，在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時刻，所述PWM控制電路控制所述第一開 關S1和第三開關S3關斷。
[0064] 在本發(fā)明中，通過控制第一開關S1和第三開關S3的導通或關斷時刻，可以獲得一 個準定頻的恒定關斷時間或恒定導通時間控制方式，以下結合附圖3A所示恒定時間控制 電路的第一實施例的具體電路圖來詳細闡述本發(fā)明準定頻的控制方式：
[0065] 如圖3A所示，所述恒定時間控制電路具體包括由第一晶體管Q1和第二晶體管 Q2組成的第一斬波電路、由第三晶體管Q3和第四晶體管Q4組成的第二斬波電路、由電阻 RFm、電阻R FW2和電容CFU組成的濾波電路、由第一受控電流源i 1、第二受控電流源i2、第一 電容0^和第五開關Q5組成的第一斜坡發(fā)生電路以及由比較器CMP組成的比較電路。 [0066] 具體地，所述第一斬波電路和所述第二斬波電路均由P型晶體管和N型晶體管構 成一推挽電路結構，其中，所述第一晶體管Q1為P型晶體管，第二晶體管Q2為N型晶體管， 第一晶體管Q1和第二晶體管Q2連接在第一電壓信號V〇sc；和地之間，第一晶體管Q1和第二 晶體管Q2的控制端接收所述第一開關的開關信號，當所述第一開關的開關信號為有效狀 態(tài)時，即第一開關導通，圖3A中以T S1_W表征第一開關的導通時間，表征第一開關的關 斷時間，下文中第二開關至第四開關的表征方式均相同，所述第二晶體管Q2導通，當所述 第一開關關斷時，所述第一晶體管Q1導通，因此，所述第一電壓信號經(jīng)過所述第一斬波 電路斬波后，獲得的第一斬波信號V A的平均值為：

【權利要求】
1. 一種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制電路，所述四管Buck-Boost變換器包 括一功率級電路，所述功率級電路包括串聯(lián)于其輸入端和輸出端之間的第一開關、電感和 第四開關，第二開關的第一端連接于第一開關和電感的公共連接點，第二端接地，第H開關 的第一端連接于第四開關和電感的公共連接端，第二端接地，其特征在于，所述開關控制電 路包括恒定時間控制電路和PWM控制電路， 所述恒定時間控制電路根據(jù)所述第一開關和第H開關的開關信號來產(chǎn)生開關觸發(fā)信 號； 所述PWM控制電路接收所述功率級電路的輸入電壓信號、輸出電壓信號和所述開關觸 發(fā)信號W產(chǎn)生四路開關信號來控制所述第一開關至第四開關的開關動作， 并且，在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時刻，所述PWM控制電路控制所述第一開關 和第H開關導通，或者， 在所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時刻，所述PWM控制電路控制所述第一開關和第H 開關關斷。
2. 根據(jù)權利要求1所述的開關控制電路，其特征在于，所述恒定時間控制電路包括第 一斬波電路、第二斬波電路、濾波電路和比較電路， 所述第一斬波電路接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，W產(chǎn)生第一斬波信號， 并且，所述第一斬波信號與所述第一開關的關斷時間成比例； 所述第二斬波電路接收所述第一電壓信號和第H開關的開關信號，W產(chǎn)生第二斬波信 號，并且，所述第二斬波信號與所述第H開關的關斷時間成比例； 所述濾波電路接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號； 所述比較電路接收所述濾波信號和第一斜坡信號，W產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng) 單脈沖發(fā)生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關控制電路，其特征在于，所述第一斜坡信號由第一斜坡 發(fā)生電路產(chǎn)生，所述第一斜坡發(fā)生電路包括第一受控電流源、第二受控電流源、第一電容和 第五開關， 所述第一受控電流源接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為關 斷狀態(tài)時，輸出第一電流信號； 所述第二受控電流源接收所述第一電流源和第H開關的開關信號，并當所述第H開關 為關斷狀態(tài)時，輸出所述第一電流信號； 所述第一電容的第一端連接在所述第一受控電流源和第二受控電流源的輸出端的公 共連接點，第二端接地； 所述第五開關的兩個功率端并聯(lián)在所述第一電容的兩端，控制端接收所述開關觸發(fā)信 號。
4.根據(jù)權利要求1所述的開關控制電路，其特征在于，所述恒定時間控制電路包括第 一斬波電路、第二斬波電路、濾波電路和比較電路， 所述第一斬波電路接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，W產(chǎn)生第一斬波信號， 并且，所述第一斬波信號與所述第一開關的導通時間成比例； 所述第二斬波電路接收所述第一電壓信號和第H開關的關斷信號，W產(chǎn)生第二斬波信 號，并且，所述第二斬波信號與所述第H開關的導通時間成比例； 所述濾波電路接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號； 所述比較電路接收所述濾波信號和第一斜坡信號，W產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng) 單脈沖發(fā)生電路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
5. 根據(jù)權利要求4所述的開關控制電路，其特征在于，所述第一斜坡信號由第一斜坡 發(fā)生電路產(chǎn)生，所述第一斜坡發(fā)生電路包括第一受控電流源、第二受控電流源、第一電容和 第五開關， 所述第一受控電流源接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為導 通狀態(tài)時，輸出第一電流信號； 所述第二受控電流源接收所述第一電流源和第H開關的導通信號，并當所述第H開關 為導通狀態(tài)時，，輸出所述第一電流信號； 所述第一電容的第一端連接在所述第一受控電流源和第二受控電流源的輸出端的公 共連接點，第二端接地； 所述第五開關的兩個功率端并聯(lián)在所述第一電容的兩端，控制端接收所述開關觸發(fā)信 號。
6. -種用于四管Buck-Boost變換器的開關控制方法，所述四管Buck-Boost變換器包 括一功率級電路，所述功率級電路包括串聯(lián)于輸入端和輸出端之間的第一開關、電感L和 第四開關，第二開關的第一端連接于第一開關和電感的公共連接點，第二端接地，第H開關 的第一端連接于第四開關和電感的公共連接端，第二端接地，其特征在于，包括W下步驟： 根據(jù)所述第一開關和第H開關的開關信號來產(chǎn)生開關觸發(fā)信號； 所述PWM控制電路接收所述功率級電路的輸入電壓信號、輸出電壓信號和所述開關觸 發(fā)信號W產(chǎn)生四路開關信號來控制所述第一開關至第四開關的開關動作， 并且，當所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時，所述PWM控制電路控制所述第一開關和 第H開關導通，或者， 當所述開關觸發(fā)信號變?yōu)橛行顟B(tài)時，所述PWM控制電路控制所述第一開關和第H開 關關斷。
7. 根據(jù)權利要求6所述的開關控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一開關和第H開關 的導通信號和關斷信號來產(chǎn)生所述開關觸發(fā)信號具體步驟包括： 接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，W產(chǎn)生第一斬波信號，并且，所述第一斬波 信號與所述第一開關的關斷時間成比例； 接收所述第一電壓信號和第H開關的開關信號，W產(chǎn)生第二斬波信號，并且，所述第二 斬波信號與所述第H開關的關斷時間成比例； 接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號； 比較所述濾波信號和第一斜坡信號，W產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng)單脈沖發(fā)生電 路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
8. 根據(jù)權利要求7所述的開關控制方法，其特征在于，所述第一斜坡信號的產(chǎn)生步驟 具體包括： 接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為關斷狀態(tài)時，輸出第一 電流f旨號； 接收所述第一電流源和第H開關的開關信號，并當所述第H開關為關斷狀態(tài)時，輸出 所述第一電流信號； 通過給第一電容充放電W形成所述第一斜坡信號，其中，所述第一電流信號用W給所 述第一電容充電。
9. 根據(jù)權利要求6所述的開關控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一開關和第H開關 的導通信號和關斷信號來產(chǎn)生所述開關觸發(fā)信號具體步驟包括： 接收第一電壓信號和第一開關的開關信號，W產(chǎn)生第一斬波信號，并且，所述第一斬波 信號與所述第一開關的導通時間成比例； 接收所述第一電壓信號和第H開關的開關信號，W產(chǎn)生第二斬波信號；并且，所述第一 斬波信號與所述第一開關的導通時間成比例； 接收所述第一斬波信號和第二斬波信號，經(jīng)濾波處理后產(chǎn)生濾波信號； 比較所述濾波信號和第一斜坡信號，W產(chǎn)生比較信號，所述比較信號經(jīng)單脈沖發(fā)生電 路處理后輸出所述開關觸發(fā)信號。
10. 根據(jù)權利要求9所述的開關控制電路，其特征在于，所述第一斜坡信號產(chǎn)生的步驟 具體包括： 接收第一電流源和第一開關的開關信號，并當所述第一開關為導通狀態(tài)時，輸出所述 第一電流信號； 接收所述第一電流源和第H開關的開關信號，并當所述第H開關為導通狀態(tài)時，輸出 所述第一電流信號； 通過給第一電容充放電W形成所述第一斜坡信號，其中，所述第一電流信號用W給所 述第一電容充電。
【文檔編號】H02M3/158GK104467427SQ201410670391
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】鄧甫華 申請人:南京矽力杰半導體技術有限公司