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TW201539954A - 用於交錯並聯式開關電源的控制電路 - Google Patents

用於交錯並聯式開關電源的控制電路 Download PDF

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TW201539954A
TW201539954A TW103136319A TW103136319A TW201539954A TW 201539954 A TW201539954 A TW 201539954A TW 103136319 A TW103136319 A TW 103136319A TW 103136319 A TW103136319 A TW 103136319A TW 201539954 A TW201539954 A TW 201539954A
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TW
Taiwan
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switch
signal
voltage
circuit
flip
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Application number
TW103136319A
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English (en)
Inventor
Feng Yu
Chen Zhao
Original Assignee
Silergy Semiconductor Technology Hangzhou Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

本發明提供一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，所述開關電源包括交錯並聯的兩路電壓調整電路，所述交錯並聯式開關電源的輸入端接有輸入電源，所述電壓調整電路用於提升或降低所述輸入電源的電壓，並透過所述交錯並聯式開關電源的輸出端輸出品質更高的直流電壓，所述控制電路包括回饋補償信號產生電路、第一路開關控制電路和第二路開關控制電路。本發明提供的用於交錯並聯式開關電源的控制電路能夠將兩路電壓調整電路中主開關管的相位差強制調製為180°，解決了將恆定導通時間控制方式運用於交錯並聯式開關電源時，難以做到兩路電壓調整電路之間的交錯並聯的問題。

Description

用於交錯並聯式開關電源的控制電路
本發明關於電路設計領域，尤其關於一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路。
在開關電源中，為了減小功率器件的負擔，提高電源的功率密度，減小輸出電壓紋波，使開關電源的輸出電壓具有更高的品質，常將主電路以交錯並聯的方式連接。
如圖1所示，以主電路為交錯並聯的兩路buck電路(降壓電路)為例，常規的交錯並聯式開關電源包括第一路電壓調整電路、第二路電壓調整電路和輸出電容Co，所述第一路電壓調整電路包括第一主開關管Q1、第一電感L1和第一續流二極體D11，所述第二路電壓調整電路包括第二主開關管Q2、第二電感L2和第二續流二極體D12，所述第一主開關管Q1和第二主開關管Q2的一端均與所述輸入電源的正極連接，所述第一電感L1和第二電感L2的一端分別與所述第一主開關管Q1和第二主開關管Q2的另一端連接，所述第一電感L1另一端和所述第二電感L2的另一端連接，所述第一續流二極體D11的一 端與所述第一主開關管Q1的另一端連接，所述第二續流二極體D12的一端與所述第二主開關管Q2的另一端連接，所述第一續流二極體D11和第二續流二極體D12的另一端均與所述輸入電源的負極連接，所述輸出電容C0的正極與所述第一電感L1和第二電感L2的另一端連接，其另一端與所述輸入電源的負極連接並接地，所述輸出電容C0的正、負極即為所述控制電路的輸出端正、負極。
根據交錯並聯的工作原理，第一主開關管Q1和第二主開關管Q2錯相180°導通，產生電流iL1和iL2。電流iL1和iL2的紋波相互抵消，使輸出電流io的電流紋波大大減小，頻率則增大為原來的2倍，同時，輸出電壓vo的電壓紋波也大大減小。因此，可以減小電感L1、L2和輸出電容Co的容量，同時提高動態回應速度。相比於傳統buck電路，採用交錯並聯的兩路buck電路中，各路buck電路只需承擔一半的輸出功率，電感L1、L2和開關管Q1、Q2上承受的電流也僅為傳統buck電路的一半。在高頻下，輸出電容Co可以採用等效電阻較小的陶瓷電容，使該開關電源的輸出更為穩定，開關電源系統的效率更高。
通常採用定頻控制方式易於實現上述交錯並聯式開關電源的錯相控制。而在一般開關電源的設計中，由於恆定導通時間控制方式通常可以獲得更好的動態回應，其補償設計也更為方便，因而得到了廣泛的應用。但如果將恆定導通時間控制方式運用於交錯並聯式開關電源，由於其工 作頻率是變化的，很難做到兩路電壓調整電路之間的交錯並聯。
本發明提供一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，以解決將恆定導通時間控制方式運用於交錯並聯式開關電源時，難以做到兩路電壓調整電路之間的交錯並聯的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，所述交錯並聯式開關電源包括交錯並聯的第一路電壓調整電路和第二路電壓調整電路，其特徵在於，所述控制電路包括：回饋補償信號產生電路，其用於取樣所述交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，並透過運算和補償以輸出一回饋補償信號；第一路開關控制電路，其用於接收表示所述第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，並將其與所述回饋補償信號進行比較，當兩者相等時，所述第一路開關控制電路控制所述第一路電壓調整電路中的第一主開關管導通一預設時間，之後控制所述第一主開關管關止；第二路開關控制電路，其用於在所述第一主開關管導通的半個開關週期後，控制所述第二路電壓調整電路中的第二主開關管導通，其中，所述第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期，同時還比較兩路電 壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所述電感電流平均值不相等時增加或縮短所述第二主開關管的導通時間，之後控制所述第二主開關管關止，在多次調節所述第二主開關管的導通時間後最終使所述電感電流平均值相等。
進一步的，所述第一路開關控制電路包括第一比較器、第一關止信號產生電路和第一RS觸發器，所述第一比較器的反相輸入端接收表示所述第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，同相輸入端接收所述回饋補償信號，透過比較所述電壓信號和所述回饋補償信號，輸出端產生第一路開關開通信號給所述第一RS觸發器的置位端；所述第一關止信號產生電路接收所述第一主開關管的控制信號，在所述第一主開關管的控制信號為有效時，所述第一關止信號產生電路開始工作，經過所述預設時間，產生第一路開關關止信號給所述第一RS觸發器的復位端，以控制所述第一主開關管的導通時間為所述預設時間；所述第一RS觸發器的輸出端用於產生所述第一主開關管的控制信號，當所述第一路開關開通信號為有效時，所述第一RS觸發器置位元，產生的所述第一主開關管的控制信號為有效，控制所述第一主開關管導通，當所述第一路開關關止信號為有效時，所述第一RS觸發器重定，產生的所述第一主開關管的控制信號為無效，控制所述第 一主開關管關止。
進一步的，所述第一關止信號產生電路包括第一開關、第一電流源、第一電容和第二比較器，所述第一開關、所述第一電流源和所述第一電容為並聯連接，其第一公共端連接至所述第二比較器的同相輸入端，第二公共端接地；其中，所述第一開關由所述第一主開關管的控制信號控制，當所述第一主開關管的控制信號為有效時，即所述第一開關關止時，所述第一電流源對所述第一電容充電，當所述第一主開關管的控制信號為無效時，即所述第一開關開通時，所述第一電容上的電壓被拉低至地；所述第二比較器的反相輸入端接收第二基準電壓，當所述第一電容上的電壓被充電至所述第二基準電壓時，所述第二比較器的輸出端產生所述第一路開關關止信號。
進一步的，所述第二路開關控制電路包括相差控制電路、第二關止信號產生電路和第二RS觸發器，所述相差控制電路接收所述第一路開關開通信號，當所述第一路開關開通信號為有效時，所述第一主開關管的控制信號為有效，所述第一主開關管導通，並在所述第一主開關管導通的半個開關週期後，產生第二路開關開通信號給所述第二RS觸發器的置位端，其中，所述第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期；所述第二關止信號產生電路比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所 述電感電流平均值不相等時，調整所述第二關止信號產生電路產生第二路開關關止信號給所述第二RS觸發器的復位端的時間，以在多次調節後最終使所述電感電流平均值相等； 所述第二RS觸發器的輸出端用於產生所述第二主開關管的控制信號，當所述第二路開關開通信號為有效時，所述第二RS觸發器置位元，產生的所述第二主開關管的控制信號為有效，控制所述第二主開關管導通，當所述第二路開關關止信號為有效時，所述第二RS觸發器重定，產生的所述第二主開關管的控制信號為無效，控制所述第二主開關管關止。
進一步的，所述相差控制電路包括第一緩衝器、第二緩衝器、第三緩衝器、第三RS觸發器、第四RS觸發器、第五RS觸發器、第一充電電路、第二充電電路、第二開關、取樣電容和第三比較器，所述第一緩衝器的輸入端與所述第一比較器的輸出端連接，其輸出端與所述第三RS觸發器的置位端連接，所述第二緩衝器的輸入端與所述第一緩衝器的輸出端連接，其輸出端與所述第三RS觸發器的復位端連接，所述第三RS觸發器的輸出端產生第一控制信號給所述第一充電電路；所述第三緩衝器的輸入端與所述第一比較器的輸出端連接，其輸出端與所述第四RS觸發器的復位端連接，所述第四RS觸發器的置位端與所述第一比較器的輸出端連 接，所述第四RS觸發器的輸出端產生開關控制信號給所述第二開關； 所述第五RS觸發器的置位端與所述第一比較器的輸出端連接，所述第五RS觸發器的復位端與所述第三比較器的輸出端連接，所述第五RS觸發器的互補輸出端產生第二控制信號給所述第二充電電路； 所述第一充電電路接收所述第一控制信號，當所述第一控制信號為無效時，所述第一充電電路中的第二電容開始充電，所述第一充電電路將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間即為所述第一主開關管的一個開關週期； 所述取樣電容的正極與所述第三比較器的反相輸入端連接，負極與地連接； 所述第二開關串聯連接在所述第一充電電路的輸出端與所述取樣電容的正極之間，所述開關控制信號控制所述第二開關的開通或斷開，當所述開關控制信號為有效時，所述第二開關開通，所述取樣電容的電壓值等於所述第一充電電路的輸出電壓最大值，當所述開關控制信號為無效時，所述第二開關止開通，保持所述取樣電容的電壓值等於所述第一充電電路的輸出電壓最大值； 所述第二充電電路接收所述第二控制信號，當所述第二控制信號為無效時，所述第二充電電路中的第三電容開始充電，所述第一充電電路與第二充電電路的輸出電壓最大值相同，所述第二充電電路將其輸出電壓充到輸出電壓 最大值所需的充電時間為所述第一充電電路的一半，所述第三電容的正極與所述第三比較器的同相輸入端連接； 當所述第三電容的電壓值與所述取樣電容的電壓值相等時，所述第三比較器的輸出端產生第二路開關開通信號給所述第二RS觸發器的置位端。
進一步的，所述第一充電電路包括第二電流源、第三開關和第二電容，所述第三開關接收所述第一控制信號，當所述第一控制信號為有效或無效時，所述第三開關分別閉合或斷開，所述第二電流源、第三開關和第二電容並聯，其一共同端接地，另一共同端接入所述第二開關。
進一步的，所述第二充電電路包括第三電流源、第四開關和第三電容，所述第四開關接收所述第二控制信號，當所述第二控制信號為有效或無效時，所述第四開關分別閉合或斷開，所述第三電流源、第四開關和第三電容並聯，其一共同端接地，另一共同端接入所述第三比較器的同相輸入端。
進一步的，所述第二關止信號產生電路包括均流電路、類比加法器和第四比較器，所述均流電路用於比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並輸出一表示所述差值大小的補償電壓信號；所述模擬加法器的兩個輸入端分別接入所述回饋補償信號與所述補償電壓信號，所述類比加法器的輸出端產生補償基準信號給所述第四比較器的反相輸入端； 所述第四比較器的同相輸入端與反相輸入端分別接入表示所述第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號與所述補償基準信號，所述第四比較器的輸出端產生第二路開關關止信號給所述第二RS觸發器的復位端。
進一步的，所述均流電路包括第二跨導運算放大器和第二補償電容，所述第二跨導放大器的同相輸入端與反相輸入端分別接收表示所述第一路電壓調整電路與第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，所述第二補償電容跨接在所述第二跨導運算放大器的輸出端和地之間，所述第二補償電容上的電壓為所述補償電壓信號。
進一步的，所述回饋補償信號產生電路包括取樣電路、第一跨導運算放大器和第一補償電容，所述取樣電路用於取樣所述交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，以得到電壓取樣信號；所述第一跨導運算放大器的同相輸入端接收第一基準電壓，反相輸入端接收所述電壓取樣信號；所述第一補償電容跨接在所述第一跨導運算放大器的輸出端和地之間，所述第一補償電容上的電壓為所述回饋補償信號。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明提供的用於交錯並聯式開關電源的控制電路透過回饋補償信號產生電路提取所述交錯並聯式開關電源輸 出端的輸出電壓，並加以運算和補償以輸出一回饋補償信號；透過第一路開關控制電路接收表示所述第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，並將其與所述回饋補償信號進行比較，當兩者相等時，所述第一路開關控制電路控制所述第一路電壓調整電路中的第一主開關管導通一預設時間，之後控制所述第一主開關管關止；透過第二路開關控制電路在所述第一主開關管導通的半個開關週期後，控制所述第二路電壓調整電路中的第二主開關管導通，其中，所述第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期，同時還比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所述電感電流平均值不相等時增加或縮短所述第二主開關管的導通時間，之後控制所述第二主開關管關止，在多次調節所述第二主開關管的導通時間後最終使所述電感電流平均值相等，即在使兩路電壓調整電路的導通時間相等的同時實現了錯相180°導通，解決了將恆定導通時間控制方式運用於交錯並聯式開關電源時，難以做到兩路電壓調整電路之間的交錯並聯的問題，獲得了更好的動態回應。
在圖1和圖2中，
301‧‧‧回饋補償信號產生電路
302‧‧‧第一路開關控制電路
3021‧‧‧第一關止信號產生電路
303‧‧‧第二路開關控制電路
3031‧‧‧相差控制電路
30311‧‧‧第一充電電路
30312‧‧‧第二充電電路
3032‧‧‧第二關止信號產生電路
30321‧‧‧均流電路
vi‧‧‧輸入電源
vo‧‧‧輸出電壓
Q1‧‧‧第一主開關管
Q2‧‧‧第二主開關管
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
D11‧‧‧第一續流二極體
D12‧‧‧第二續流二極體
Co‧‧‧輸出電容
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
V1‧‧‧第一電源
V2‧‧‧第二電源
V3‧‧‧第三電源
V4‧‧‧第四電源
C1‧‧‧第一補償電容
C2‧‧‧第一電容
C3‧‧‧第二電容
C4‧‧‧取樣電容
C5‧‧‧第三電容
C6‧‧‧第二補償電容
R1‧‧‧第一取樣電阻
R2‧‧‧第二取樣電阻
A1‧‧‧第一比較器
A2‧‧‧第二比較器
A3‧‧‧第三比較器
A4‧‧‧第四比較器
B1‧‧‧第一緩衝器
B2‧‧‧第二緩衝器
B3‧‧‧第三緩衝器
Gm1‧‧‧第一跨導運算放大器
Gm2‧‧‧第二跨導運算放大器
RS1‧‧‧第一RS觸發器
RS2‧‧‧第二RS觸發器
RS3‧‧‧第三RS觸發器
RS4‧‧‧第四RS觸發器
RS5‧‧‧第五RS觸發器
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
S3‧‧‧第三開關
S4‧‧‧第四開關
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
I3‧‧‧第三電流源
Vref1‧‧‧第一基準電壓
Vref2‧‧‧第二基準電壓
Vc1‧‧‧回饋補償信號
Vs‧‧‧電壓取樣信號
Vc6‧‧‧補償電壓信號
Va‧‧‧補償基準信號
ViL1‧‧‧第一路電壓調整電路支路電壓信號
ViL2‧‧‧第二路電壓調整電路支路電壓信號
下面結合附圖對本發明作進一步說明：圖1為現有技術中交錯並聯式開關電源的電路結構圖；圖2為本發明實施例提供的用於交錯並聯式開關電源 的控制電路的電路結構圖。
以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的用於交錯並聯式開關電源的控制電路作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
本發明的核心思想在於，提供一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其透過回饋補償信號產生電路提取所述交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，並加以運算和補償以輸出一回饋補償信號；透過第一路開關控制電路接收表示所述第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，並將其與所述回饋補償信號進行比較，當兩者相等時，所述第一路開關控制電路控制所述第一路電壓調整電路中的第一主開關管導通一預設時間，之後控制所述第一主開關管關止；透過第二路開關控制電路在所述第一主開關管導通的半個開關週期後，控制所述第二路電壓調整電路中的第二主開關管導通，其中，所述第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期，同時還比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所述電感電流平均值不相等時增加或縮短所述第二主開關管的導通時間，之後控制所述第二主開關管關 止，在多次調節所述第二主開關管的導通時間後最終使所述電感電流平均值相等，即在使兩路電壓調整電路的導通時間相等的同時實現了錯相180°導通，解決了將恆定導通時間控制方式運用於交錯並聯式開關電源時，難以做到兩路電壓調整電路之間的交錯並聯的問題，獲得了更好的動態回應。
請參考圖2，圖2為本發明實施例提供的用於交錯並聯式開關電源的控制電路的電路結構圖。
如圖2所示，本發明實施例提供一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，所述交錯並聯式開關電源包括交錯並聯的第一路電壓調整電路和第二路電壓調整電路，在本實施例中，所述兩路電壓調整電路均為buck電路，可以想到的是，所述兩路電壓調整電路也可以均為boost電路(升壓電路)或buck-boost電路等其他拓撲結構電路，其皆不影響所述控制電路的控制方案，所述交錯並聯式開關電源的輸入端接有輸入電源vi，所述電壓調整電路用於提升或降低所述輸入電源vi的電壓，並透過所述交錯並聯式開關電源的輸出端輸出品質更高的直流電壓，所述控制電路包括：回饋補償信號產生電路301，其用於取樣所述交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，並透過運算和補償以輸出一回饋補償信號Vc1；第一路開關控制電路302，其用於接收表示所述第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，即支路電壓信號 ViL1，並將其與所述回饋補償信號Vc1進行比較，當兩者相等時，所述第一路開關控制電路302控制所述第一路電壓調整電路中的第一主開關管Q1導通一預設時間，之後控制所述第一主開關管Q1關止；第二路開關控制電路303，其用於在所述第一主開關管Q1導通的半個開關週期後，控制所述第二路電壓調整電路中的第二主開關管Q2導通，其中，所述第一主開關管Q1一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期，同時還比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所述電感電流平均值不相等時增加或縮短所述第二主開關管Q2的導通時間，之後控制所述第二主開關管Q2關止，在多次調節所述第二主開關管Q2的導通時間後最終使所述電感電流平均值相等。
進一步的，所述第一路開關控制電路302包括第一比較器A1、第一RS觸發器RS1和第一關止信號產生電路3021，所述回饋補償信號Vc1及所述第一路電壓調整電路的支路電壓信號ViL1分別接入所述第一比較器A1的同相、反相輸入端，透過比較所述電壓信號ViL1和所述回饋補償信號Vc1，所述第一比較器A1的輸出端產生第一路開關開通信號給所述第一RS觸發器RS1的置位端(S端)；所述第一關止信號產生電路3021接收所述第一主開關管Q1的控制信號，在所述第一主開關管Q1的控制信號為有效時，所述第一關止信號產生電路3021開始工 作，經過所述預設時間，產生第一路開關關止信號給所述第一RS觸發器RS1的復位端(R端)，以控制所述第一主開關管Q1的導通時間為所述預設時間；所述第一RS觸發器RS1的輸出端(Q端)用於產生所述第一主開關管Q1的控制信號，當所述第一路開關開通信號為有效時，所述第一RS觸發器RS1置位元，產生的所述第一主開關管Q1的控制信號為有效，控制所述第一主開關管Q1導通，當所述第一路開關關止信號為有效時，所述第一RS觸發器RS1重定，產生的所述第一主開關管Q1的控制信號為無效，控制所述第一主開關管Q1關止。
進一步的，所述第一關止信號產生電路3021包括第二比較器A2、第一電容C2、第一電流源I1和第一開關S1，所述第一開關S1、所述第一電流源I1和所述第一電容C2為並聯連接，其第一公共端連接至所述第三比較器A3的同相輸入端，第二公共端接地；其中，所述第一開關S1由所述第一主開關管Q1的控制信號控制，當所述第一主開關管Q1的控制信號為有效時，即所述第一開關S1關止時，所述第一電流源I1對所述第一電容C2充電，當所述第一主開關管Q1的控制信號為無效時，即所述第一開關S1開通時，所述第一電容C2上的電壓被拉低至地；所述第二比較器A2的反相輸入端接收第二基準電壓 Vref2，當所述第一電容C2上的電壓被充電至所述第二基準電壓Vref2時，所述第二比較器A2的輸出端產生所述第一路開關關止信號。
進一步的，所述第二路開關控制電路303包括相差控制電路3031、第二關止信號產生電路3032和第二RS觸發器RS2，所述相差控制電路3031接收所述第一路開關開通信號，當所述第一路開關開通信號為有效時，所述第一主開關管Q1的控制信號為有效，所述第一主開關管Q1導通，並在所述第一主開關管Q1導通的半個開關週期後，產生第二路開關開通信號給所述第二RS觸發器RS2的置位端，其中，所述第一主開關管Q1一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期；所述第二關止信號產生電路3032比較兩路電壓調整電路中的電感電流iL1、iL2在一個開關週期內的電感電流平均值，並在所述電感電流平均值不相等時，調整所述第二關止信號產生電路3032產生第二路開關關止信號給所述第二RS觸發器RS2的復位端的時間，以在多次調節後最終使所述電感電流平均值相等；所述第二RS觸發器RS2的輸出端用於產生所述第二主開關管Q2的控制信號，當所述第二路開關開通信號為有效時，所述第二RS觸發器RS2置位元，產生的所述第二主開關管Q2的控制信號為有效，控制所述第二主開關管Q2導通，當所述第二路開關關止信號為有效時，所述 第二RS觸發器RS2重定，產生的所述第二主開關管Q2的控制信號為無效，控制所述第二主開關管Q2關止。
進一步的，所述相差控制電路3031包括第一緩衝器B1、第二緩衝器B2、第三緩衝器B3、第三RS觸發器RS3、第四RS觸發器RS4、第五RS觸發器RS5、第一充電電路30311、第二充電電路30312、第二開關S2、取樣電容C4和第三比較器A3，所述第一緩衝器B1的輸入端與所述第一比較器A1的輸出端連接，其輸出端與所述第三RS觸發器RS3的置位端連接，所述第二緩衝器B2的輸入端與所述第一緩衝器B1的輸出端連接，其輸出端與所述第三RS觸發器RS3的復位端連接，所述第三RS觸發器RS3的輸出端產生第一控制信號給所述第一充電電路30311；所述第三緩衝器B3的輸入端與所述第一比較器A1的輸出端連接，其輸出端與所述第四RS觸發器RS4的復位端連接，所述第四RS觸發器RS4的置位端與所述第一比較器A1的輸出端連接，所述第四RS觸發器RS4的輸出端產生開關控制信號給所述第二開關S2；所述第五RS觸發器RS5的置位端與所述第一比較器A1的輸出端連接，所述第五RS觸發器RS5的復位端與所述第三比較器A3的輸出端連接，所述第五RS觸發器RS5的互補輸出端產生第二控制信號給所述第二充電電路30312；所述第一充電電路30311接收所述第一控制信號，當 所述第一控制信號為無效時，所述第一充電電路30311中的第二電容C3開始充電，所述第一充電電路30311將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間即為所述第一主開關管的一個開關週期；所述取樣電容C4的正極與所述第三比較器A3的反相輸入端連接，負極與地連接；所述第二開關S2串聯連接在所述第一充電電路30311的輸出端與所述取樣電容C4的正極之間，所述開關控制信號控制所述第二開關S2的開通或斷開，當所述開關控制信號為有效時，所述第二開關S2開通，所述取樣電容C4的電壓值等於所述第一充電電路30311的輸出電壓最大值，當所述開關控制信號為無效時，所述第二開關S2斷開，保持所述取樣電容C4的電壓值等於所述第一充電電路30311的輸出電壓最大值；所述第二充電電路30312接收所述第二控制信號，當所述第二控制信號為無效時，所述第二充電電路30312中的第三電容C5開始充電，所述第一充電電路30311與第二充電電路30312的輸出電壓最大值相同，所述第二充電電路30312將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間為所述第一充電電路30311的一半，即C3=2C5，所述第三電容C5的正極與所述第三比較器A3的同相輸入端連接；當所述第三電容C5的電壓值與所述取樣電容C4的電壓值相等時，所述第三比較器A3的輸出端產生第二路 開關開通信號給所述第二RS觸發器RS2的置位端。
進一步的，所述第一充電電路30311包括第二電流源I2、第三開關S3和第二電容C3，所述第三開關S3接收所述第一控制信號，當所述第一控制信號為有效或無效時，所述第三開關S3分別閉合或斷開，所述第二電流源I2、第三開關S3和第二電容C3並聯，其一共同端接地，另一共同端接入所述第二開關S2。
進一步的，所述第二充電電路30312包括第三電流源I3、第四開關S4和第三電容C5，所述第四開關S4接收所述第二控制信號，當所述第二控制信號為有效或無效時，所述第四開關S4分別閉合或斷開，所述第三電流源I3、第四開關S4和第三電容C5並聯，其一共同端接地，另一共同端接入所述第三比較器A3的同相輸入端。
進一步的，所述第二關止信號產生電路3032包括均流電路30321、模擬加法器和第四比較器A4，所述均流電路30321用於比較兩路電壓調整電路中的電感電流iL1、iL2在一個開關週期內的電感電流平均值，並輸出一表示所述差值大小的補償電壓信號Vc6；所述模擬加法器的兩個輸入端分別接入所述回饋補償信號Vc1與所述補償電壓信號Vc6，所述模擬加法器的輸出端產生補償基準信號Va給所述第四比較器A4的反相輸入端；所述第四比較器A4的同相輸入端與反相輸入端分別接入表示所述第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號 (即支路電壓信號ViL2)與所述補償基準信號Va，所述第四比較器A4的輸出端產生第二路開關關止信號給所述第二RS觸發器RS2的復位端。
進一步的，所述均流電路30321包括第二跨導運算放大器Gm2和第二補償電容C6，所述第二跨導放大器Gm2的同相輸入端與反相輸入端分別接收表示所述第一路電壓調整電路與第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，即支路電壓信號ViL1、ViL2；所述第二補償電容C6跨接在所述第二跨導運算放大器Gm2的輸出端和地之間，所述第二補償電容C6上的電壓為所述補償電壓信號Vc6。
進一步的，所述均流電路30321還包括上箝電路和下箝電路，所述上箝電路和下箝電路均與第二跨導運算放大器Gm2的輸出端連接，以防止由於所述兩路電壓調整電路支路電壓信號ViL1、ViL2的幅值偏差過大的情況。
進一步的，所述下箝電路包括第三二極體D3和與之串聯的第三電源V3，所述第三二極體D3的正極與所述第二跨導運算放大器Gm2的輸出端連接，所述第三電源V3的正極與所述第三二極體D3的負極連接，所述第三電源V3的負極接地，所述下箝電路將電路中的電壓限制在UV3+UD3以下。
進一步的，所述上箝電路包括第四二極體D4和與之串聯的第四電源V4，所述第四二極體D4的負極與所述第 二跨導運算放大器Gm2的輸出端連接，所述第四電源V4的正極與所述第四二極體D4的正極連接，所述第四電源V4的負極接地，所述上箝電路將電路中的電壓限制在UV4-UD4以上。
進一步的，所述回饋補償信號產生電路301包括第一跨導運算放大器Gm1、第一補償電容C1、第一取樣電阻R1和第二取樣電阻R2，所述第一取樣電阻R1的一端與所述交錯並聯式開關電源輸出端的正極連接，其另一端與所述第一跨導運算放大器Gm1的反相輸入端連接，所述第二取樣電阻R2的一端與所述第一跨導運算放大器Gm1的反相輸入端連接，其另一端接地，所述第一跨導運算放大器Gm1的同相輸入端接入第一基準電壓Vref1，所述第一跨導運算放大器Gm1的輸出端輸出的電流給所述第一補償電容C1充電，從而輸出所述回饋補償信號Vc1。
進一步的，所述回饋補償信號產生電路301還包括上箝電路和下箝電路，所述上箝電路和下箝電路均與第一跨導運算放大器Gm1的輸出端連接，以控制所述回饋補償信號Vc1的波動範圍。
進一步的，所述下箝電路包括第一二極體D1和與之串聯的第一電源V1，所述第一二極體D1的正極與所述第一跨導運算放大器Gm1的輸出端連接，所述第一電源V1的正極與所述第一二極體D1的負極連接，所述第一電源V1的負極接地，所述下箝電路將電路中的電壓限制在UV1+UD1以下。
進一步的，所述上箝電路包括第二二極體D2和與之串聯的第二電源V2，所述第二二極體D2的負極與所述第一跨導運算放大器Gm1的輸出端連接，所述第二電源V2的正極與所述第二二極體D2的正極連接，所述第二電源V2的負極接地，所述上箝電路將電路中的電壓限制在UV2-UD2以上。
進一步的，所述交錯並聯式開關電源包括第一路電壓調整電路、第二路電壓調整電路和輸出電容Co，所述第一路電壓調整電路包括第一主開關管Q1、第一電感L1和第一續流二極體D11，所述第二路電壓調整電路包括第二主開關管Q2、第二電感L2和第二續流二極體D12，所述第一主開關管Q1和第二主開關管Q2的一端均與所述輸入電源vi的正極連接，所述第一電感L1和第二電感L2的一端分別與所述第一主開關管Q1和第二主開關管Q2的另一端連接，所述第一電感L1另一端和所述第二電感L2的另一端連接，所述第一續流二極體D11的一端與所述第一主開關管Q1的另一端連接，所述第二續流二極體D12的一端與所述第二主開關管Q2的另一端連接，所述第一續流二極體D11和第二續流二極體D12的另一端均與所述輸入電源vi的負極連接，所述輸出電容Co的正極與所述第一電感L1和第二電感L2的另一端連接，其另一端與所述輸入電源vi的負極連接並接地，所述輸出電容Co的正、負極即為所述交錯並聯式開關電源的輸出端正、負極。
下面結合圖2詳細闡述本發明實施例提供的用於交錯並聯式開關電源的控制電路的工作流程。
回饋補償信號產生電路301接收表示輸出電壓vo的回饋信號Vs，並經過第一跨導運算放大器Gm1和第一補償電容C1的運算補償後，產生回饋補償信號Vc1。第一路開關控制電路302中的第一比較器A1，用於接收表示第一路電壓調整電路中電感電流的支路電壓信號ViL1和回饋補償信號Vc1，當電壓信號ViL1的穀值達到回饋補償信號Vc1時，第一比較器A1的輸出為高電位，第一RS觸發器RS1的輸出VQ1為高電位，控制第一路電壓調整電路的第一主開關管Q1導通；同時，由於第一開關S1由控制，所以第一開關S1處於斷開狀態；第一電流源I1對第一電容C2充電，當第一電容C2上的電壓被充到第二基準電壓Vref2時，第二比較器A2輸出為高電位，第一RS觸發器RS1復位，輸出VQ1跳變為低電位，控制第一路電壓調整電路的第一主開關管Q1關止。由此可見，第一路電壓調整電路的第一主開關管Q1的導通時間是由第一電流源I1、第一電容C2和第二基準電壓Vref2的參數決定，當三者固定時，第一主開關管Q1的導通時間也為固定值。
第一緩衝器B1、第二緩衝器B2和第三緩衝器B3均為緩衝器，其是為了提供延時以保證RS觸發器依次觸發，以使第二路開關控制電路303正常工作。由於緩衝器B1、B2、B3的設置，因此第五RS觸發器RS5先工作， 第四RS觸發器RS4再工作，第三RS觸發器RS3最後工作；當第一主開關管Q1關止時，第一比較器A1輸出低電位，相差控制電路3031中的第五RS觸發器RS5先工作，第五RS觸發器RS5的互補輸出端輸出高電位，第四開關S4開通，第三電容C5上的電壓為0；然後第四RS觸發器RS4開始工作，第四RS觸發器RS4的輸出端輸出低電位，第二開關S2斷開；接著第三觸發器RS3開始工作，第三RS觸發器RS3的輸出端輸出低電位，第三開關S3斷開，第二電流源I2對第二電容C3充電，使得C3上的電壓達到輸出電壓最大值時，即充電完成，該最大值與開關週期成正比，所述第一充電電路30311將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間即為第一主開關管Q1的一個開關週期；當充電完成後，第一主開關管Q1開通，第一比較器A1輸出高電位，第四RS觸發器RS4工作，第四RS觸發器RS4的輸出端輸出高電位，第二開關S2開通，第二電容C3上的輸出電壓最大值被取樣電容C4取樣，然後第二開關S2關止，取樣電容C4上的電壓被保持，即取樣電容C4上的電壓等於第二電容C3的輸出電壓最大值；同時，第五RS觸發器RS5也在工作，第五RS觸發器RS5的互補輸出端輸出低電位，第四開關S4斷開，第三電流源I3對第三電容C5充電，由於C3=2C5或者I2=2I3，則第三電容C5上的電壓上升速度為第二電容C3 的兩倍(容值越小，充電時電壓上升速度越快；充電電流越大，充電時電壓上升速度越快；C3達到輸出電壓最大值的時間是C5達到輸出電壓最大值時間的2倍)，最終使得第三電容C5上的輸出電壓最大值等於第二電容C3上的輸出電壓最大值，即在第一主開關管Q1開通的半個開關週期後，第三電容C5上的輸出電壓最大值等於取樣電容C4上的電壓，此時第三比較器A3輸出高電位，第二RS觸發器RS2的輸出VQ2為高電位，第二路電壓調整電路的第二主開關管Q2開通。由此可知，第二主開關管Q2開通時間落後第一主開關管Q1開通時間半個週期，即兩者的相位差是180°，實現了兩路電壓調整電路的交錯並聯。
均流電路30321接收表示第一路電壓調整電路的電感電流的電壓信號和第二路電壓調整電路的電感電流的電壓信號，即支路電壓信號ViL1和支路電壓信號ViL2，透過第二跨導放大器Gm2作運算，得到表示iL1和iL2在一個開關週期內差值平均值大小的電流信號，該電流信號對第二補償電容C6充電得到補償電壓信號Vc6；在一個開關週期裡，當iL1的平均值>iL2的平均值時，經過Gm2得到的補償電壓信號VC6增大，則補償基準電壓Va增大，第四比較器A4持續輸出低電位，第二主開關管Q2保持開通，以補償基準電壓Va為基準的支路電壓信號ViL2的峰值也會增大，iL2的平均值增大，當ViL2增大至Va時，第四比較器A4輸出電位跳變為高 電位，第二主開關管Q2關止，經過閉環調節，達到穩態時，兩路電感電流iL1、iL2的平均值相等，使兩路電壓調整電路的導通時間相等。
類似的，在一個開關週期裡，當iL1的平均值<iL2的平均值時，經過Gm2得到的補償電壓信號VC6減小，則補償基準電壓Va減小，以補償基準電壓Va為基準的支路電壓信號ViL2的峰值會提早到達，iL2的平均值減小，當ViL2達到Va時，第四比較器A4輸出電位跳變為高電位，第二主開關管Q2關止，經過閉環調節，達到穩態時，兩路電感電流iL1、iL2的平均值相等，使兩路電壓調整電路的導通時間相等。
綜上所述，第一路電壓調整電路採用的是固定導通時間的穀值電流控制模式，第二路電壓調整電路採用的是峰值電流控制模式。第二路電壓調整電路的導通時間是由第一路電壓調整電路決定的，其主開關管導通時的相位落後於第一路電壓調整電路180°。而由於第二路電壓調整電路的第二主開關管Q2的開通時間並不固定，在暫態發生時，兩路電壓調整電路能夠共同作用以提高動態響應，實現了兩路電壓調整電路的均流，也因此可以得到比兩路電壓調整電路都是固定導通時間的更好的動態響應。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些改動和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
301‧‧‧回饋補償信號產生電路
302‧‧‧第一路開關控制電路
303‧‧‧第二路開關控制電路
3021‧‧‧第一關止信號產生電路
3031‧‧‧相差控制電路
3032‧‧‧第二關止信號產生電路
30311‧‧‧第一充電電路
30312‧‧‧第二充電電路
30321‧‧‧均流電路

Claims (10)

  1. 一種用於交錯並聯式開關電源的控制電路，該交錯並聯式開關電源包括交錯並聯的第一路電壓調整電路和第二路電壓調整電路，其特徵在於，該控制電路包括：回饋補償信號產生電路，其用於取樣該交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，並透過運算和補償以輸出一回饋補償信號；第一路開關控制電路，其用於接收表示該第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，並將其與該回饋補償信號進行比較，當兩者相等時，該第一路開關控制電路控制該第一路電壓調整電路中的第一主開關管導通一預設時間，之後控制該第一主開關管關止；第二路開關控制電路，其用於在該第一主開關管導通的半個開關週期後，控制該第二路電壓調整電路中的第二主開關管導通，其中，該第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期，同時還比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在該電感電流平均值不相等時增加或縮短該第二主開關管的導通時間，之後控制該第二主開關管關止，在多次調節該第二主開關管的導通時間後最終使該電感電流平均值相等。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第一路開關控制電路包括第一比較器、第一關止信號產生電路和第一RS觸發器， 該第一比較器的反相輸入端接收表示該第一路電壓調整電路中電感電流的電壓信號，同相輸入端接收該回饋補償信號，透過比較該電壓信號和該回饋補償信號，輸出端產生第一路開關開通信號給該第一RS觸發器的置位端；該第一關止信號產生電路接收該第一主開關管的控制信號，在該第一主開關管的控制信號為有效時，該第一關止信號產生電路開始工作，經過該預設時間，產生第一路開關關止信號給該第一RS觸發器的復位端，以控制該第一主開關管的導通時間為該預設時間；該第一RS觸發器的輸出端用於產生該第一主開關管的控制信號，當該第一路開關開通信號為有效時，該第一RS觸發器置位元，產生的該第一主開關管的控制信號為有效，控制該第一主開關管導通，當該第一路開關關止信號為有效時，該第一RS觸發器重定，產生的該第一主開關管的控制信號為無效，控制該第一主開關管關止。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第一關止信號產生電路包括第一開關、第一電流源、第一電容和第二比較器，該第一開關、該第一電流源和該第一電容為並聯連接，其第一公共端連接至該第二比較器的同相輸入端，第二公共端接地；其中，該第一開關由該第一主開關管的控制信號控制，當該第一主開關管的控制信號為有效時，即該第一開關關止時，該第一電流源對該第一電容充電，當該第一主開關管的控制信號為無效時，即該第一開關開通 時，該第一電容上的電壓被拉低至地；該第二比較器的反相輸入端接收第二基準電壓，當該第一電容上的電壓被充電至該第二基準電壓時，該第二比較器的輸出端產生該第一路開關關止信號。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第二路開關控制電路包括相差控制電路、第二關止信號產生電路和第二RS觸發器，該相差控制電路接收該第一路開關開通信號，當該第一路開關開通信號為有效時，該第一主開關管的控制信號為有效，該第一主開關管導通，並在該第一主開關管導通的半個開關週期後，產生第二路開關開通信號給該第二RS觸發器的置位端，其中，該第一主開關管一次完整的開關動作所需的時間為一個開關週期；該第二關止信號產生電路比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並在該電感電流平均值不相等時，調整該第二關止信號產生電路產生第二路開關關止信號給該第二RS觸發器的復位端的時間，以在多次調節後最終使該電感電流平均值相等；該第二RS觸發器的輸出端用於產生該第二主開關管的控制信號，當該第二路開關開通信號為有效時，該第二RS觸發器置位元，產生的該第二主開關管的控制信號為有效，控制該第二主開關管導通，當該第二路開關關止信號為有效時，該第二RS觸發器重定，產生的該第二主開關管的控制信號為無效，控制該第二主開關管關止。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該相差控制電路包括第一緩衝器、第二緩衝器、第三緩衝器、第三RS觸發器、第四RS觸發器、第五RS觸發器、第一充電電路、第二充電電路、第二開關、取樣電容和第三比較器，該第一緩衝器的輸入端與該第一比較器的輸出端連接，其輸出端與該第三RS觸發器的置位端連接，該第二緩衝器的輸入端與該第一緩衝器的輸出端連接，其輸出端與該第三RS觸發器的復位端連接，該第三RS觸發器的輸出端產生第一控制信號給該第一充電電路；該第三緩衝器的輸入端與該第一比較器的輸出端連接，其輸出端與該第四RS觸發器的復位端連接，該第四RS觸發器的置位端與該第一比較器的輸出端連接，該第四RS觸發器的輸出端產生開關控制信號給該第二開關；該第五RS觸發器的置位端與該第一比較器的輸出端連接，該第五RS觸發器的復位端與該第三比較器的輸出端連接，該第五RS觸發器的互補輸出端產生第二控制信號給該第二充電電路；該第一充電電路接收該第一控制信號，當該第一控制信號為無效時，該第一充電電路中的第二電容開始充電，該第一充電電路將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間即為該第一主開關管的一個開關週期；該取樣電容的正極與該第三比較器的反相輸入端連接，負極與地連接； 該第二開關串聯連接在該第一充電電路的輸出端與該取樣電容的正極之間，該開關控制信號控制該第二開關的開通或斷開，當該開關控制信號為有效時，該第二開關開通，該取樣電容的電壓值等於該第一充電電路的輸出電壓最大值，當該開關控制信號為無效時，該第二開關止開，保持該取樣電容的電壓值等於該第一充電電路的輸出電壓最大值；該第二充電電路接收該第二控制信號，當該第二控制信號為無效時，該第二充電電路中的第三電容開始充電，該第一充電電路與第二充電電路的輸出電壓最大值相同，該第二充電電路將其輸出電壓充到輸出電壓最大值所需的充電時間為該第一充電電路的一半，該第三電容的正極與該第三比較器的同相輸入端連接；當該第三電容的電壓值與該取樣電容的電壓值相等時，該第三比較器的輸出端產生第二路開關開通信號給該第二RS觸發器的置位端。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第一充電電路包括第二電流源、第三開關和第二電容，該第三開關接收該第一控制信號，當該第一控制信號為有效或無效時，該第三開關分別閉合或斷開，該第二電流源、第三開關和第二電容並聯，其一共同端接地，另一共同端接入該第二開關。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第二充電電路包括第三電流 源、第四開關和第三電容，該第四開關接收該第二控制信號，當該第二控制信號為有效或無效時，該第四開關分別閉合或斷開，該第三電流源、第四開關和第三電容並聯，其一共同端接地，另一共同端接入該第三比較器的同相輸入端。
  8. 根據申請專利範圍第4項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該第二關止信號產生電路包括均流電路、類比加法器和第四比較器，該均流電路用於比較兩路電壓調整電路中的電感電流在一個開關週期內的電感電流平均值，並輸出一表示該差值大小的補償電壓信號；該模擬加法器的兩個輸入端分別接入該回饋補償信號與該補償電壓信號，該類比加法器的輸出端產生補償基準信號給該第四比較器的反相輸入端；該第四比較器的同相輸入端與反相輸入端分別接入表示該第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號與該補償基準信號，該第四比較器的輸出端產生第二路開關關止信號給該第二RS觸發器的復位端。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該均流電路包括第二跨導運算放大器和第二補償電容，該第二跨導放大器的同相輸入端與反相輸入端分別接收表示該第一路電壓調整電路與第二路電壓調整電路中電感電流的電壓信號， 該第二補償電容跨接在該第二跨導運算放大器的輸出端和地之間，該第二補償電容上的電壓為該補償電壓信號。
  10. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項所述的用於交錯並聯式開關電源的控制電路，其中，該回饋補償信號產生電路包括取樣電路、第一跨導運算放大器和第一補償電容，該取樣電路用於取樣該交錯並聯式開關電源輸出端的輸出電壓，以得到電壓取樣信號；該第一跨導運算放大器的同相輸入端接收第一基準電壓，反相輸入端接收該電壓取樣信號；該第一補償電容跨接在該第一跨導運算放大器的輸出端和地之間，該第一補償電容上的電壓為該回饋補償信號。
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