降压转换器的控制电路和降压转换器

本发明涉及电子电路，具体涉及一种降压转换器的控制电路和降压转换器。

背景技术：

1、近年来，我国各大行业迅速发展，对电力供应的需求越来越高。升降压(buck-boost)变换器作为一种dc/dc电路拓扑，因其具有开关器件电压/电流应力低、宽输入输出范围、无源元件少、效率高、可靠灵活等优点，被广泛应用于航空航天、通讯和军工武器等电源领域。

2、在开关变换器的电路中，控制电路通过反馈环路来控制开关变换器中主开关管，通过主开关管的开关操作将输入电压转换为期望的输出电压。较常用的反馈控制方式有峰值控制模式，其首先通过输出反馈信号和参考信号获得补偿信号，根据补偿信号获得电感电流的上限值，然后将采样的信号与电感电流的上限值进行比较以产生主开关管的关断控制信号，主开关管的导通通过时钟信号进行控制。这种方式在正常工作状态时可以进行开关变换以提供稳定的输出电压或稳定的输出电流。

3、但是在一些瞬态下，如负载由重载变为轻载或负载由轻载变为重载时，由于其控制的局限性，不能及时地调整主开关管的开关频率，从而使得系统的瞬态响应较慢，不能迅速地调整输出电压或电流，可能会导致一些过冲现象。因此，提出了电容电流检测技术。

4、目前被广泛应用的电流检测方式有串联采样电阻、mosfet自身导通电阻采样和mosfet电流检测等。其中，串联采样电阻的功耗较大；mosfet自身导通电阻采样易受温度、工艺、电压等因素的影响，精度较低。与串联采样电阻和mosfet自身导通电阻采样相比，mosfet电流检测的功耗较小，对工艺、电压、温度(pvt)的变化不敏感。

5、电容电流检测技术实现了降压转换器理论最优的瞬态响应，但是它的设计成本高，并且实现难度大。从校准逻辑的角度，该技术需要分别校准三个片外参数，校准的步骤和过程复杂，并且校准时需要改变开关频率甚至将系统环路断开，或者采用更加复杂且高成本的辅助电路。从电路实现的角度，该技术的校准需要高精度的电感电流检测电路和高速运放的辅助，否则将影响检测精度，同时，为了校准等效电感，需要在片上通过复杂电路设计来实现电感特性，并且精度受限。

技术实现思路

1、本申请提出一种降压转换器，能够解决现有降压转换器在实现最优的瞬态响应时采用的电容电流检测电路存在设计、校准复杂，检测精度受限的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了降压转换器的控制电路，所述降压转换器包括用于接收输入电压的输入端、连接到负载的输出端、连接在所述输入端和输出端之间的功率开关电路以及与所述功率开关电路连接的控制电路；所述功率开关电路包括至少一个开关元件和连接到开关节点的电感；所述控制电路用于根据所述输入电压和输出电压控制所述功率开关电路的导通或关断，实现对所述负载电流的调节；

3、所述控制电路包括：

4、模拟曲线产生与校准单元，与所述输入端和输出端连接；所述模拟曲线产生与校准单元用于根据所述输入电压、预设的基准电压和负载电流跳变信息，确定第一设定电压，产生表征所述功率开关电路的输出电压的峰值模拟曲线或谷值模拟曲线；以及在所述负载电流发生跳变之后，根据所述输出电压和基准电压，校准所述峰值模拟曲线或谷值模拟曲线；其中，所述负载电流跳变信息包括跳变类型、跳变发生时刻、峰值或谷值发生时刻、所述开关元件翻转时刻和跳变结束时刻；

5、迟滞逻辑控制单元，与所述模拟曲线产生与校准单元和所述功率开关电路连接；所述迟滞逻辑控制单元用于根据所述输出电压、所述开关节点处的节点电压、所述基准电压以及所述峰值模拟曲线或谷值模拟曲线，进行逻辑运算处理，产生非重叠控制信号，以控制所述功率开关电路中开关元件的导通或关断。

6、第二方面，本申请实施例提供了一种降压转换器，包括：输入端，用于接收输入电压；

7、输出端，与负载连接，用于提供输出电压；

8、功率开关电路，与所述输入端和输出端连接；所述功率开关电路包括至少一个开关元件和连接到开关节点的电感；

9、如本文中任意实施例所述的控制电路，用于根据所述输入电压和输出电压，产生非重叠控制信号，控制所述功率开关电路的导通或关断，实现对所述负载电流的调节。

10、本申请实施例提供的降压转换器包括功率开关电路和控制电路，在控制电路中设计了模拟曲线产生与校准单元，通过在负载上电流发生跳变时，基于输入电压和预设的基准电压的关系，产生表征功率开关电路的输出电压峰值的峰值模拟曲线和谷值模拟曲线，同时，在瞬态发生之后，再根据输出电压对峰值模拟曲线或谷值模拟曲线进行校准，为控制电路中的其他单元提供准确的峰值/谷值电流及其发生时刻，为控制电路控制功率开关电路的导通或关断提供精确的依据。相较于现有技术，本申请以较低的成本和复杂度，实现了降压转换器瞬态过程中精确的峰/谷值时刻检测，能够更加快速地调节功率电路中的开关元件的关断时间，加快电感电流的上升或下降，从而减小输出电压的过冲或下冲，提高负载的动态响应速度。

技术特征：

1.一种降压转换器的控制电路，所述降压转换器包括用于接收输入电压的输入端、连接到负载的输出端、连接在所述输入端和输出端之间的功率开关电路以及与所述功率开关电路连接的控制电路；所述功率开关电路包括至少一个开关元件和连接到开关节点的电感；所述控制电路用于根据所述输入电压和输出电压控制所述功率开关电路的导通或关断，实现对所述负载电流的调节；

2.根据权利要求1所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述模拟曲线产生与校准单元包括产生逻辑电路、校准逻辑电路和模拟曲线产生电路；

3.根据权利要求2所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述峰值模拟曲线ve,os(t)为：

4.根据权利要求1所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述迟滞逻辑控制单元包括双边界迟滞控制电路、模拟计时器电路、瞬态开关逻辑控制电路、信号选择电路和死区时间控制电路；

5.根据权利要求4所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述双边界迟滞控制电路包括振荡器osc、type-ⅲ补偿电路、比较器cmp1、电阻rw1、电容cw1、比较器cmp2、开关sw1、开关sw2、电阻rw2、电容cw2、比较器cmp3、延迟器dly2、电阻rw3和电容cw3；

6.根据权利要求4所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述模拟计时器电路包括计时电压生成电路、计时控制电路、计时电路和计时输出电路；

7.根据权利要求6所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述计时电路包括开关s11-开关s20、电流源gm11-电流源gm16、充电电容c3和充电电容c4；

8.根据权利要求7所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的降压转换器的控制电路，其特征在于，所述第一计时电压vr1、第二计时电压vr2、第三计时电压vr3满足：

10.一种降压转换器，其特征在于，包括：

技术总结本申请提供一种降压转换器的控制电路和降压转换器。该控制电路包括模拟曲线产生与校准单元和迟滞逻辑控制单元，其中模拟曲线产生与校准单元用于根据输入电压、预设的基准电压和负载电流跳变信息，确定第一设定电压，产生表征所述功率开关电路的输出电压的峰值模拟曲线或谷值模拟曲线；以及在负载电流发生跳变之后，根据输出电压和基准电压，校准峰值模拟曲线或谷值模拟曲线；迟滞逻辑控制单元用于根据输出电压、开关节点处的节点电压、基准电压以及峰值模拟曲线或谷值模拟曲线，进行逻辑运算处理，产生非重叠控制信号，以控制功率开关电路中开关元件的导通或关断。技术研发人员：汤梓豪,黄沫,马许愿,路延,徐乐谊受保护的技术使用者：澳门大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25