TW201703411A - 升壓降壓型開關功率變換器及其控制電路 - Google Patents

Abstract

提出了一種升壓降壓型開關功率變換器及適用於升壓降壓型開關功率變換器的控制電路。根據本發明各實施例的控制電路包括降壓週期脈衝寬度調變單元和升壓週期脈衝寬度調變單元，分別具有第一可控遲滯和第二可控遲滯。該降壓週期脈衝寬度調變單元透過調整節其第一可控遲滯有效或者無效使升壓降壓型開關功率變換器在降壓模式切換和升壓-降壓模式之間切換時不會引起輸出電壓出現波動尖峰。該升壓週期脈衝寬度調變單元則透過調整節其第二可控遲滯有效或者無效使升壓降壓型開關功率變換器在升壓-降壓模式切換和升壓模式之間切換時不會引起輸出電壓出現波動尖峰。

Description

升壓降壓型開關功率變換器及其控制電路

本發明的實施例係有關功率變換器，尤其有關升壓降壓型開關功率變換器及其控制電路。

升壓降壓型開關功率變換器可以將輸入電壓轉換為高於、等於或低於該輸入電壓的輸出電壓，可以操作於較寬的輸入電壓變化範圍之內。因此在電源領域得到了廣泛的應用。

圖1示出了一種常見的升壓降壓型開關功率變換器中的功率開關的拓撲結構10。該功率開關的拓撲結構10包括四個功率開關SWA、SWB、SWC和SWD。第一功率開關SWA和第二功率開關SWB係串聯耦接於輸入端IN和參考地GND之間，第一功率開關SWA和第二功率開關SWB的共同耦接端形成第一開關節點SW1。第三功率開關SWC和第四功率開關SWD係串聯耦接於輸出端OUT和參考地GND之間，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD的共同耦接端形成第二開關節點SW2。第一開關節 點SW1和第二開關節點SW2之間耦接電感器L。升壓降壓型開關功率變換器通常還包括控制電路，用以為拓撲結構10中的功率開關SWA、SWB、SWC和SWD的控制端GA、GB、GC和GD提供控制信號，以控制每個開關各自的導通和關斷切換，從而將輸入電壓Vin轉換為合適的輸出電壓Vo。

對於採用圖1所示拓撲結構10的升壓降壓型開關功率變換器，若輸入電壓Vin高於輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關功率變換器操作於降壓模式，若輸入電壓Vin接近或等於輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關功率變換器操作於升壓-降壓模式，若輸入電壓Vin低於輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關功率變換器操作於升壓模式。在降壓模式中，第四功率開關SWD持續保持導通、第三功率開關SWC持續保持關斷，第一功率開關SWA和第二功率開關SWB進行互補地導通和關斷切換，亦即：第一功率開關SWA導通時，第二功率開關SWB關斷，反之亦然。在升壓模式中，第一功率開關SWA持續保持導通、第二功率開關SWB持續保持關斷，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD進行互補地導通和關斷切換，亦即：第三功率開關SWC導通時，第四功率開關SWD關斷，反之亦然。在升壓-降壓模式中，第一功率開關SWA和第二功率開關SWB構成第一組開關對，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD構成第二組開關對，該第一組開關對和第二組開關對相互獨立地進行導通和關斷切換。

理論上，基於輸入電壓Vin和輸出電壓Vo的相對大小，可以調整節升壓降壓型開關功率變換器選擇性地操作於降壓模式、升壓模式或升壓-降壓模式中，從而達到將輸入電壓Vin轉換為任何合適的輸出電壓Vo的目的。然而，事實上，現有的降壓型開關功率變換器並不能實現以上三種操作模式間的平穩切換，並且在從一種操作模式(例如，降壓模式)切換至另一種操作模式(例如，升壓-降壓模式)時會導致輸出電壓Vo出現較大的波動尖峰。

針對現有技術中的一個或多個問題，本發明的實施例提供一種升壓降壓型開關功率變換器及其控制電路。

在本發明的一個態樣，提出了一種控制電路，用以控制升壓降壓型開關功率變換器自動在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩切換。該升壓降壓型開關功率變換器可以包括開關單元，該開關單元包括可以第一功率開關對和第二功率開關對，並且第一功率開關對中的第一功率開關和第二功率開關係串聯耦接於該升壓降壓型開關功率變換器的輸入端和參考地之間，第一功率開關的導通時間占整個第一功率開關和第二功率開關導通和關斷切換週期的比例為降壓占空比；第二功率開關對中的第三功率開關和第四功率開關係串聯耦接於該升壓降壓型開關功率變換器的輸出端和參考地之間，第三功率開關的導通時間占整個第三功率開關和第四 功率開關的導通和關斷切換週期的比例為升壓占空比。

該控制電路可以包括：誤差放大單元、降壓週期脈衝寬度調變單元和升壓週期脈衝寬度調變單元。根據本發明的各實施例，該誤差放大單元用以接收表示升壓降壓型開關功率變換器的輸出電壓的第一回饋信號和表示該輸出電壓期望值的參考信號，並將該第一回饋信號和該參考信號進行運算，以提供表示該第一回饋信號與該參考信號之差值的差值放大信號。該降壓週期脈衝寬度調變單元，用以接收所述差值放大信號和表示在降壓週期中流經所述開關單元的開關電流的第一電流檢測信號，並將該第一電流檢測信號與差值放大信號比較以輸出第一脈衝寬度調變信號至所述第一開關對。該升壓週期脈衝寬度調變單元，用以接收所述差值放大信號和表示在降壓週期中流經所述開關單元的開關電流的第二電流檢測信號，並將該第二電流檢測信號與差值放大信號比較以輸出第二脈衝寬度調變信號至所述第二開關對。

根據本發明的各實施例，該降壓週期脈衝寬度調變單元具有第一可控遲滯並具有第一遲滯控制端，該第一遲滯控制端用以接收第一模式切換控制信號，當升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元回應於所述第一模式切換控制信號而使所述第一可控遲滯有效，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元回應於所述第一模式切換控制信號而使所述第 一可控遲滯無效。該升壓週期脈衝寬度調變單元具有第二可控遲滯並具有第二遲滯控制端，該第二遲滯控制端用以接收第二模式切換控制信號，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元回應於所述第二模式切換控制信號使所述第二可控遲滯有效，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元回應於所述第二模式切換控制信號而使所述第二可控遲滯無效。

根據本發明的各實施例，所述第一可控遲滯有效時，所述降壓週期脈衝寬度調變單元將該第一可控遲滯疊加於所述差值放大信號或所述第一電流檢測信號，從而使所述第一脈衝寬度調變信號的脈衝寬度減小，以控制所述第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間增大；所述第一可控遲滯無效時，所述降壓週期脈衝寬度調變單元使疊加於所述差值放大信號或所述第一電流檢測信號的第一可控遲滯消失，從而使所述第一脈衝寬度調變信號的脈衝寬度增大，以控制所述第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間減小；並且透過設定所述第一可控遲滯可以設定所述第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間增大或者減小的量。

根據本發明的各實施例，所述第二可控遲滯有效時，所述升壓週期脈衝寬度調變單元將所述第二可控遲滯疊加於所述差值放大信號或所述第二電流檢測信號，從而使所 述第二脈衝寬度調變信號的脈衝寬度減小以控制所述第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間減小；所述第二可控遲滯無效時，所述升壓週期脈衝寬度調變單元使疊加於所述差值放大信號或所述第二電流檢測信號的第二可控遲滯消失，從而使所述第二脈衝寬度調變信號的脈衝寬度增大，以控制所述第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間增大；並且透過設定所述第二可控遲滯可以設定所述第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間增大或者減小的量。

在本發明的又一態樣，提出了一種升壓降壓型開關功率變換器，包括根據本發明之各實施例的控制電路。

根據本發明之實施例的升壓降壓型開關功率變換器可以自動在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩切換。在降壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關型功率變換器連續穩定地進行降壓週期的操作，降壓週期指第一組開關對中的第一功率開關和第二功率開關進行互補地導通和關斷切換，第二組開關對中的第三功率開關持續保持關斷，第四功率開關持續保持導通。在升壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關型功率變換器連續穩定地進行升壓週期的操作，升壓週期指第二組開關中的第三功率開關和第四功率開關進行互補地導通和關斷切換，第一組開關對中的第一功率開關持續保持導通、第二功率開關持續保持關斷。在升壓-降壓模式，該控制電路使該升壓降壓型開關型功率變換器連續穩定地 進行一個降壓週期和一個升壓週期交替的操作。

利用上述方案，根據本發明之實施例的控制電路為升壓降壓型開關功率變換器的開關單元提供脈衝寬度調變信號，以控制該開關單元中各功率開關的導通和關斷切換，使該升壓降壓型開關功率變換器在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式與升壓模式之間平穩無波動地切換，避免在模式切換時引發輸出電壓的波動尖峰，增強升壓降壓型開關功率變換器的操作安全性和穩定性。

100‧‧‧升壓降壓型開關功率變換器

101‧‧‧誤差放大單元

102‧‧‧降壓週期脈衝寬度調變單元

103‧‧‧升壓週期脈衝寬度調變單元

104‧‧‧邏輯控制單元

105‧‧‧模式切換控制單元

106‧‧‧電流檢測與斜坡補償單元

108‧‧‧控制電路

701‧‧‧第一電晶體

702‧‧‧第二電晶體

703‧‧‧第一電阻器

704‧‧‧第二電阻器

705‧‧‧第三電阻器

706‧‧‧第三電晶體

707‧‧‧第四電晶體

708‧‧‧第五電晶體

709‧‧‧第六電晶體

710‧‧‧第七電晶體

711‧‧‧第八電晶體

712‧‧‧第一電流源

713‧‧‧第二電流源

714‧‧‧第三電流源

801‧‧‧第九電晶體

802‧‧‧第十電晶體

803‧‧‧第四電阻器

804‧‧‧第五電阻器

805‧‧‧第六電阻器

806‧‧‧第十一電晶體

807‧‧‧第十二電晶體

808‧‧‧第十三電晶體

809‧‧‧第十四電晶體

810‧‧‧第十五電晶體

811‧‧‧第十六電晶體

812‧‧‧第四電流源

813‧‧‧第五電流源

814‧‧‧第六電流源

1021‧‧‧第一差分輸入級

1022‧‧‧第一差分放大級

1023‧‧‧第一輸出級

1031‧‧‧第二差分輸入級

1032‧‧‧第二差分放大級

1033‧‧‧第二輸出級

下面的附圖有助於更佳地理解接下來對本發明之不同實施例的描述。這些附圖並非按照實際的特徵、尺寸及比例而繪製，而是示意性地示出了本發明之一些實施例的主要特徵。這些附圖和實施例以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例。為了簡明起見，不同附圖中具有相同功能的相同或類似的元件或結構採用相同的附圖標記。

圖1示出了一種常見的升壓降壓型開關功率變換器中的功率開關的拓撲結構10；圖2示出了根據本發明之一個實施例的升壓降壓型開關功率變換器100及其控制電路108的電路架構示意圖；圖3示意出了升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；； 圖4示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；圖5示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；圖6示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖；圖7示出了根據本發明之一個示例性實施例的降壓週期脈衝寬度調變單元102的電路示意圖；圖8示出了根據本發明之一個示例性實施例的升壓週期脈衝寬度調變單元103的電路示意圖；圖9示出了圖8中電流檢測與斜坡補償單元106接收到的第一斜坡補償信號和第二斜坡補償信號，以及輸出的第一電流檢測信號和第二電流檢測信號的波形示意圖；圖10示出了根據本發明之一個變型實施例的模式切換控制單元105的電路架構示意圖。

下面將詳細說明本發明的一些實施例。在接下來的說明中，一些具體的細節，例如實施例中的具體電路結構和這些電路元件的具體參數，都用於對本發明的實施例提供更佳的理解。本技術領域的技術人員可以理解，即使在缺 少一些細節或者其他方法、元件、材料等結合的情況下，本發明的實施例也可以被實現。

在本發明的說明書中，提及“一個實施例”時均意指在該實施例中描述的具體特徵、結構或者參數、步驟等至少包含在根據本發明的一個實施例中。因而，在本發明的說明書中，若採用了諸如“根據本發明的一個實施例”、“在一個實施例中”等用語並不用於特指在同一個實施例中，若採用了諸如“在另外的實施例中”、“根據本發明的不同實施例”、“根據本發明之另外的實施例”等用語，也並不用於特指提及的特徵只能包含在特定的不同的實施例中。本領域的技術人員應該理解，在本發明之說明書的一個或者多個實施例中所揭示的各具體特徵、結構或者參數、步驟等可以以任何合適的方式來予以組合。另外，在本發明的說明書及申請專利範圍中，“耦接”一詞意指透過電氣或者非電氣的方式來實現直接或者間接的連接。“一個”並不用於特指單個，而是可以包括複數形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含義。除非特別明確指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含義，並不用於特指只能選擇幾個並列特徵中的一個，而是意指可以選擇其中的一個或幾個或其中某幾個特徵的組合。除非特別明確指出，“基於”一詞不具有排它性，而是意指除了基於明確描述的特徵之外，還可以基於其他未明確描述的特徵。“電路”意指至少將一個或者多個有源或無源的元件耦接在一起以提供特 定功能的結構。“信號”至少可以指包括電流、電壓、電荷、溫度、資料、壓力或者其他類型的信號。若“電晶體”的實施例可以包括“場效應電晶體”或者“雙極性接面電晶體”，則“閘極/閘極區”、“源極/源極區”、“汲極/汲極區”分別可以包括“基極/基極區”、“射極/射區”、“集極/集極區”，反之亦然。本領域的技術人員應該理解，以上羅列的對本發明中描述用語的解釋僅僅是示例性的，並不用於對各用語進行絕對的限定。

圖2示出了根據本發明之一個實施例的升壓降壓型開關功率變換器100的電路架構示意圖。該升壓降壓型開關功率變換器100可以包括：輸入端IN，用以接收輸入電壓Vin；輸出端OUT，用以提供合適的輸出電壓Vo，以為負載供電並提供輸出電流Io；開關單元，例如包括第一功率開關SWA、第二功率開關SWB、第三功率開關SWC和第四功率開關SWD，具有用以耦接所述輸入端IN的第一端、用以耦接所述輸出端OUT的第二端，以及用以接收控制信號(例如，圖2中的第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4)的控制端(例如，圖2中的第一控制端GA、第二控制端GB、第三控制端GC和第四控制端GD)，該開關單元被配置成基於控制信號(例如，圖2中的第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4)進行導通和關斷切換，以將輸入電壓Vin轉換為所述輸出電壓Vo；以及控制電路108，用以檢測/接收 表示輸出電壓Vo的第一回饋信號Vfb、反映輸出電流Io的第二回饋信號Vcs和表示輸出電壓Vo的期望值的參考信號Vref。該控制電路108被建構成至少基於所述第一回饋信號Vfb、第二回饋信號Vcs和參考信號Vref而提供前述控制信號(例如，圖2中的第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4)至開關單元。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100的開關單元可以具有如下拓撲結構：第一功率開關SWA和第二功率開關SWB係串聯耦接於輸入端IN和參考地GND之間，第一功率開關SWA和第二功率開關SWB的共同耦接端形成第一開關節點SW1；第三功率開關SWC和第四功率開關SWD係串聯耦接於輸出端OUT和參考地GND之間，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD的共同耦接端形成第二開關節點SW2。在一個示例性實施例中，第一開關節點SW1和第二開關節點SW2之間耦接電感性儲能元件Lo。在圖2的示例性實施例中，第一至第四功率開關SWA、SWB、SWC和SWD均可以包括可控開關元件，例如示意為MOSFET。該第一至第四功率開關SWA、SWB、SWC和SWD可以分別具有各自的控制端，例如所述第一控制端GA、第二控制端GB、第三控制端GC和第四控制端GD，分別用以接收控制電路108提供的第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100的控制電路108採用峰值電流控制脈衝寬度調變模式而對開關單元進行導通和關斷切換控制。在一個實施例中，控制電路108至少提供例如圖2中的第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4分別至開關單元中的第一功率開關SWA、第二功率開關SWB、第三功率開關SWC和第四功率開關SWD，以控制這些功率開關的導通和關斷切換。根據本發明的一個示例性實施例，第一功率開關SWA和第二功率開關SWB構成第一組開關對(通常被稱為降壓開關對)，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD構成第二組開關對(通常被稱為升壓開關對)。控制電路108被建構成控制該第一組開關對和第二組開關對相互獨立地進行導通和關斷切換。控制電路108可以根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vo的相對大小來調整該升壓降壓型開關功率變換器100至少操作於降壓模式、升壓-降壓模式和升壓模式。

根據本發明的一個示例性實施例，若輸入電壓Vin高於輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關功率變換器100操作於降壓模式。在降壓模式中，控制電路108使第一組開關對進行導通和關斷切換，並使第二組開關對中的第三功率開關SWC持續保持關斷，第四功率開關SWD持續保持導通。此時，升壓-降壓型開關功率變換器100事實上具有降壓型拓撲結構。在一個實施例中，在降壓模式中，控 制電路108控制該第一組開關對中的第一功率開關SWA和第二功率開關SWB進行互補地導通和關斷切換，即：第一功率開關SWA導通時，第二功率開關SWB關斷，反之亦然。一般可以將第一功率開關SWA的導通時間占整個第一功率開關SWA和第二功率開關SWB導通和關斷切換週期的比例稱為降壓占空比，在本發明中用D1來表示。為簡明起見，在本發明中，第一功率開關SWA和第四功率開關SWD同時導通時記為“AD”，並在下文中簡稱AD導通，第二功率開關SWB和第四功率開關SWD同時導通時記為“BD”，並在下文中簡稱BD導通。

根據本發明的一個示例性實施例，若輸入電壓Vin下降，降至接近或等於輸出電壓Vo時，則該升壓降壓型開關功率變換器100操作於升壓-降壓模式。在升壓-降壓模式中，控制電路108控制所述第一組開關對和第二組開關對相互獨立地進行導通和關斷切換，並且使第一組開關對操作一個切換週期與第二組開關對操作一個切換週期交替地進行，其中，第一組開關對操作一個切換週期稱為一個降壓週期，第二組開關對操作一個切換週期稱為一個升壓週期，因而一個升壓-降壓週期包括一個降壓週期和一個升壓週期。在一個實施例中，對於一個降壓週期，控制電路108使第二組開關對中的第三功率開關SWC持續保持關斷，第四功率開關SWD持續保持導通，並使第一組開關對中的第一功率開關SWA和第二功率開關SWB進行互補地導通和關斷切換。因而在第一組開關對的切換過程 中，若第一功率開關SWA導通且第二功率開關SWB關斷，則事實上四個功率開關中的第一功率開關SWA和第四功率開關SWD均導通(在本發明中用“AD”來表示)，若第一功率開關SWA關斷且第二功率開關SWB導通，則事實上四個功率開關中的第二功率開關SWB和第四功率開關SWD均導通(在本發明中用“BD”來表示)。對於一個升壓週期，控制電路108使第一組開關對中的第一功率開關SWA持續保持導通、第二功率開關SWB持續保持關斷，並使第二組開關對中的第三功率開關SWC和第四功率開關SWD進行互補地導通和關斷切換。因而在第二組開關對的切換過程中，若第三功率開關SWC導通且第四功率開關SWD關斷，則事實上四個功率開關中的第一功率開關SWA和第三功率開關SWC均導通(在本發明中用“AC”來表示)，若第三功率開關SWC關斷且第四功率開關SWD導通，則事實上四個功率開關中的第一功率開關SWA和第四功率開關SWD均導通(在本發明中用“AD”來表示)。

根據本發明的一個示例性實施例，若輸入電壓Vin被降至低於輸出電壓Vo，則該升壓降壓型開關功率變換器100操作於升壓模式。在升壓模式中，控制電路108使第二組開關對進行導通和關斷切換，並使第一組開關對中的第一功率開關SWA持續保持導通、第二功率開關SWB持續保持關斷。此時，升壓-降壓型開關功率變換器100事實上具有升壓型拓撲結構。在一個實施例中，在升壓模式 中，控制電路108控制該第二組開關對中的第三功率開關SWC和第四功率開關SWD進行互補地導通和關斷切換，亦即：第三功率開關SWC導通時，第四功率開關SWD關斷，反之亦然。一般可以將第三功率開關SWC的導通時間占整個第三功率開關SWC和第四功率開關SWD導通和關斷切換週期的比例稱為升壓占空比，本發明中用D2來表示。為簡明起見，本發明中，第一功率開關SWA和第三功率開關SWC同時導通時記為“AC”，並在下文中簡稱AC導通。

根據本發明的一個示例性實施例，控制電路108還可以調整節功率變換器100自動在降壓模式與升壓-降壓模式之間、以及升壓-降壓模式和升壓模式之間平穩切換。

控制電路108透過調整節占空比D1和占空比D2對輸出電壓Vo進行調整。在峰值電流控制脈衝寬度調變模式下，控制電路108採用的第二回饋信號Vcs可以透過檢測流過第一功率開關SWA的開關電流I_HS或者透過檢測流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL獲得，因而第二回饋信號Vcs正比於開關電流I_HS或者電感電流IL，並包含了開關電流I_S或者電感電流IL的峰值資訊。由於輸出電流Io通常可以看作開關電流I_HS或者電感電流IL的平均，因而開關電流I_HS或者電感電流IL事實上也反映了輸出電流Io的值。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100還可以包括電容性儲能元件Co，其一端係 耦接輸出端OUT，另一端係連接至參考地GND，用以對開關單元的輸出(例如，第一切換信號V_SW1或第二切換信號V_SW2)濾波(或者可以看作對輸出電壓Vo濾波)以使輸出端OUT提供平滑的輸出電壓Vo。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100還可以包括回饋電路，用以檢測輸出電壓Vo並提供表示輸出電壓Vo的第一回饋信號Vfb。例如，圖2中的回饋電路示意為包括串聯耦接在輸出端OUT與參考地GND之間的第一回饋電阻器Rf1與第一回饋電阻器Rf2，在該第一回饋電阻器Rf1與第一回饋電阻器Rf2的共同節點處提供第一回饋信號Vfb。在其他的實施例中，也可以採用其他合適的回饋電路，甚至也可以不包括回饋電路，而是可以透過直接回體輸出電壓Vo以提供第一回饋信號Vfb。

以下將參考圖2至圖13而對根據本發明實施例的升壓降壓型開關功率變換器100和控制電路108進行進一步說明。

根據本發明的一個示例性實施例，控制電路108可以包括誤差放大單元101，用以將第一回饋信號Vfb與參考信號Vref進行運算，以提供表示該第一回饋信號Vfb與該參考信號Vref之差值的差值放大信號Vcomp。

控制電路108還可以包括電流檢測與斜坡補償單元106，用以檢測流過開關單元例如流過第一功率開關SWA的開關電流I_HS或者流過電感性儲能元件Lo的電感電流 IL以產生第二回饋信號Vcs，並將該第二回饋信號Vcs進行斜坡補償，以提供第一電流檢測信號V_CS1和第二電流檢測信號V_CS2，其中，該第一電流檢測信號V_CS1表示了升壓-降壓型開關功率變換器100操作於降壓模式/降壓週期時的開關電流或者電感電流IL，該第二電流檢測信號表示了升壓-降壓型開關功率變換器100操作於升壓模式/升壓週期時的開關電流或者電感電流IL。圖9示意出了根據本發明之一個實施例的電流檢測與斜坡補償單元106的電路示意圖。在該示例中電流檢測單元106示意為透過檢測流過第一功率開關SWA的電流I_HS而產生第二回饋信號V_CS。可以採用電流檢測電阻器RS和檢測放大器CS來實現該功能，電流檢測電阻器RS與第一功率開關SWA係串聯耦接，檢測放大器CS的兩個輸入端分別耦接電流檢測電阻器RS的兩端，其輸出端提供所述第二回饋信號V_CS。本領域的技術人員應該理解實現電流檢測的電路有多種，其他實施例中也可採用現有的其他電流檢測電路。電流檢測與斜坡補償單元106可以接收第一斜坡補償信號RAMP1和第二斜坡補償信號RAMP2，用以分別對第二回饋信號V_CS進行補償。如圖10所示，在一個實施例中，第二斜坡補償信號RAMP2可以由第一斜坡補償信號RAMP1疊加設定的偏壓△V所得到，使第一斜坡補償信號RAMP1的峰值與第二斜坡補償信號RAMP2的谷值相等。也就是說，第一斜坡補償信號RAMP1的峰值剛好與第二斜坡補償信號RAMP2的谷值相碰，但第一斜坡補償信號 RAMP1與第二斜坡補償信號RAMP2不交疊。在這種情況下也可以認為所述設定的偏壓△V等於第一斜坡補償信號RAMP1的振幅值。本領域的技術人員應該理解圖10對於各信號的斜率及振幅值僅為示意性的，並不表示其實際大小，也非按實際比例而繪製。返回圖9，電流檢測與斜坡補償單元106採用第一斜坡補償信號RAMP1對所述第二回饋信號Vcs進行補償後得到所述第一電流檢測信號V_CS1，同時採用第二斜坡補償信號RAMP2對所述第二回饋信號Vcs進行補償後得到所述第二電流檢測信號V_CS2。在一個實施例中，如圖8所示意的，可以透過加法電路來實現補償功能，亦即，將所述第一斜坡補償信號RAMP1和第二斜坡補償信號RAMP2分別疊加在第二回饋信號Vcs上，從而分別得到所述第一電流檢測信號V_CS1和所述第二電流檢測信號V_CS2。因而，再參考圖10示意，所述第一電流檢測信號V_CS1和所述第二電流檢測信號V_CS2之間也具有所述設定的偏壓△V(亦即，第二電流檢測信號V_CS2也可看作由第一電流檢測信號V_CS1疊加所述設定的偏壓△V所得到)。

返回繼續參考圖2示意，控制電路108還可以包括降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103。降壓週期脈衝寬度調變單元102用以接收所述差值放大信號Vcomp和所述第一電流檢測信號V_CS1，並將該第一電流檢測信號V_CS1與差值放大信號Vcomp比較以輸出第一脈衝寬度調變信號PWM1。升壓週期脈衝寬度調 變單元103用以接收所述差值放大信號Vcomp和所述第二電流檢測信號V_CS2，並將該第二電流檢測信號V_CS2與差值放大信號Vcomp比較以輸出第二脈衝寬度調變信號PWM2。

根據本發明的一個示例性實施例，控制電路108還可以包括邏輯控制單元104。該邏輯控制單元104至少接收所述第一脈衝寬度調變信號PWM1、第二脈衝寬度調變信號PWM2和時鐘信號CLK，並至少基於該第一脈衝寬度調變信號PWM1、第二脈衝寬度調變信號PWM2和時鐘信號CLK而產生所述第一控制信號DR1、第二控制信號DR2、第三控制信號DR3和第四控制信號DR4。該時鐘信號CLK可以由例如振盪器所提供。在一個實施例中，所述第一控制信號DR1和第二控制信號DR2可以為邏輯互補的方波信號，亦即，若第一控制信號DR1具有邏輯高位準，則第二控制信號DR2具有邏輯低位準，反之亦然。該第一控制信號DR1和第二控制信號DR2分別用以控制所述第一組開關對中的第一功率開關SWA和第二功率開關SWB。所述第三控制信號DR3和第四控制信號DR4也可以為邏輯互補的方波信號，亦即，若第三控制信號DR3具有邏輯高位準，則第四控制信號DR4具有邏輯低位準，反之亦然。該第三控制信號DR3和第四控制信號DR4分別用以控制所述第二組開關對中的第三功率開關SWC和第四功率開關SWD。根據本發明的一個實施例，在降壓模式/降壓週期，所述第一脈衝寬度調變信號 PWM1用以觸發所述第一控制信號DR1而將所述第一功率開關SWA關斷，所述時鐘信號CLK用以觸發所述第一控制信號DR1而將所述第一功率開關SWA導通。在升壓模式/升壓週期，所述第二脈衝寬度調變信號PWM2用以觸發所述第三控制信號DR3而將所述第三功率開關SWC關斷，所述時鐘信號CLK用以觸發所述第三控制信號DR3而將所述第三功率開關SWC導通。

根據本發明的一個示例性實施例，控制電路108還可以包括模式切換控制單元105。模式切換控制單元105透過檢測降壓占空比D1和升壓占空比D2，並將降壓占空比D1和升壓占空比D2的檢測值分別與降壓占空比閾值D_TH1和升壓占空比閾值D_TH2比較，以分別提供第一模式切換控制信號TR1和第二模式切換控制信號TR2，從而控制升壓降壓型開關功率變換器100的操作模式切換。在一個示例性的實施例中，若降壓占空比D1大於降壓占空比閾值D_TH1，則第一模式切換控制信號TR1控制升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式切換至升壓-降壓模式，若降壓占空比D1小於降壓占空比閾值D_TH1，則第一模式切換控制信號TR1控制升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式。若升壓占空比D2大於升壓占空比閾值D_TH2，則第二模式切換控制信號TR2控制升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至升壓模式，若升壓占空比D2小於升壓占空比閾值D_TH2，則第二模式切換控制信號TR2控制升壓降壓型開關 功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，控制電路108將降壓週期中第二功率開關和第四功率開關的導通時間增大，亦即，增大BD導通時間。根據本發明的一個實施例，這可以透過降壓週期脈衝寬度調變單元102調整降壓占空比D1實現。仍參考圖2，降壓週期脈衝寬度調變單元102具有第一可控遲滯H1。降壓週期脈衝寬度調變單元102還具有遲滯控制端，用以接收所述第一模式切換控制信號TR1。當升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元102回應於所述第一模式切換控制信號TR1而使所述第一可控遲滯H1有效。這時，可以看作為降壓週期脈衝寬度調變單元102所接收到的差值放大信號Vcomp或所述第一電流檢測信號V_CS1疊加了所述第一可控遲滯H1。可以設計該第一可控遲滯H1等效疊加於所述差值放大信號Vcomp時為負，而等效疊加於所述第一電流檢測信號V_CS1時為正。這樣，在所述第一可控遲滯H1有效時，降壓週期脈衝寬度調變單元102將差值放大信號Vcomp與所述第一電流檢測信號V_CS1疊加該第一可控遲滯H1的值比較，因而使所述第一脈衝寬度調變信號PWM1的脈衝寬度減小。受該第一脈衝寬度調變信號PWM1的控制，在降壓週期中BD導通時間增大。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功 率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，控制電路108將降壓週期中第二功率開關和第四功率開關的導通時間減小，亦即，減小BD導通時間。根據本發明的一個實施例，這仍可以透過降壓週期脈衝寬度調變單元102來調整降壓占空比D1而實現。升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元102回應於所述第一模式切換控制信號TR1而使所述第一可控遲滯H1無效。這時，等效疊加於差值放大信號Vcomp或所述第一電流檢測信號V_CS1的第一可控遲滯H1消失。與所述第一可控遲滯H1有效時相比，降壓週期脈衝寬度調變單元102將差值放大信號Vcomp與所述第一電流檢測信號V_CS1的值比較，使所述第一脈衝寬度調變信號PWM1的脈衝寬度增大。受該第一脈衝寬度調變信號PWM1的控制，在降壓週期中BD導通時間減小。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，控制電路108將升壓週期中第一功率開關和第三功率開關的導通時間減小，亦即，減小AC導通時間。根據本發明的一個實施例，這可以透過升壓週期脈衝寬度調變單元103調整升壓占空比D2實現。繼續參考圖2示意，升壓週期脈衝寬度調變單元103具有第二可控遲滯H2。升壓週期脈衝寬度調變單元103還具有遲滯控制端，用以接收所述第二模式切換控制信號TR2。當升壓降壓型開關功率變換器 100從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元103回應於所述第二模式切換控制信號TR2而使所述第二可控遲滯H2有效。這時，可以看作為升壓週期脈衝寬度調變單元103所接收到的差值放大信號Vcomp或所述第二電流檢測信號V_CS2疊加了所述第二可控遲滯H2。可以設計該第二可控遲滯H2等效疊加於所述差值放大信號Vcomp時為負，而等效疊加於所述第二電流檢測信號V_CS2時為正。這樣，在所述第二可控遲滯H2有效時，升壓週期脈衝寬度調變單元103將差值放大信號Vcomp與所述第二電流檢測信號V_CS2疊加該第二可控遲滯H2的值比較，因而使所述第二脈衝寬度調變信號PWM2的脈衝寬度減小。受該第二脈衝寬度調變信號PWM2的控制，在升壓週期中AC導通時間減小。

根據本發明的一個示例性實施例，升壓降壓型開關功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，控制電路108將升壓週期中第一功率開關和第三功率開關的導通時間增大，亦即，增大AC導通時間。根據本發明的一個實施例，這仍可以透過升壓週期脈衝寬度調變單元103來調整升壓占空比D2而實現。升壓降壓型開關功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元103回應於所述第二模式切換控制信號TR2而使所述第二可控遲滯H2無效。這時，等效疊加於差值放大信號Vcomp或所述第二電流檢測信號V_CS2的第二可控遲滯H2消失。與所述第二可控遲滯H2有效時相 比，升壓週期脈衝寬度調變單元103將差值放大信號Vcomp與所述第二電流檢測信號V_CS2的值比較，使所述第二脈衝寬度調變信號PWM2的脈衝寬度增大。受該第二脈衝寬度調變信號PWM2的控制，在升壓週期中AC導通時間增大。

在升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，本操作於降壓模式時的BD導通時間不能滿足升壓-降壓模式下對BD導通時間的需求，因而需要調整BD導通時間增大。增大的量可以根據實際應用需求而提前設定。相反地，在升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，本操作於升壓-降壓模式時的BD導通時間超過了降壓模式下對BD導通時間的需求，因而需要調整BD導通時間減小。減小的量也可以根據實際應用需求而提前設定。以下將BD導通時間增大的量和減小的量統稱為BD導通時間變化量。根據本發明的實施例透過為降壓週期脈衝寬度調變單元102配置所述第一可控遲滯H1便實現了在降壓模式和升壓-降壓模式之間切換時對BD導通時間的控制。透過調整所述第一可控遲滯H1的值便可以調整BD導通時間變化量。本發明的實施例不僅實現方案簡單，電路結構簡單，而且有效防止/降低了升壓降壓型開關功率變換器100在降壓模式和升壓-降壓模式之間切換時因兩種模式下對BD導通時間需求的不同而引發輸出電壓尖峰這一問題的出現。

在升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式 切換至升壓模式時，本操作於升壓-降壓模式時的AC導通時間超過了升壓模式下對AC導通時間的需求，因而需要調整AC導通時間減小。減小的量可以根據實際應用需求而提前設定。相反地，在升壓降壓型開關功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，本操作於升壓模式時的AC導通時間不能滿足升壓-降壓模式下對AC導通時間的需求，因而需要調整AC導通時間增大。增大的量也可以根據實際應用需求而提前設定。以下將AC導通時間增大的量和減小的量統稱為AC導通時間變化量。根據本發明的實施例透過為升壓週期脈衝寬度調變單元103配置所述第二可控遲滯H2便實現了在升壓-降壓模式和升壓模式之間切換時對AC導通時間的控制。透過調整所述第二可控遲滯H2的值便可以調整AC導通時間變化量。本發明的實施例不僅實現方案簡單，電路結構簡單，而且有效防止/降低了升壓降壓型開關功率變換器100在升壓-降壓模式和升壓模式之間切換時因兩種模式下對AC導通時間需求的不同而引發輸出電壓尖峰這一問題的出現。

圖3示意出了升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖。第一組曲線301示出了現有技術的升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式轉換至升壓-降壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。第二組曲線302示出了根據本發明實施例的升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式轉換至升壓-降壓模式前後的電感電流IL 的波形示意圖。如圖所示，在降壓模式下，隨著輸入電壓Vin的下降，輸入電壓Vin將接近輸出電壓Vo，直至降壓占空比D1達到降壓占空比閾值D_TH1時，表明若升壓降壓型開關功率變換器100繼續操作於降壓模式將不足以為負載提供足夠的能量，因而升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式轉換至升壓-降壓模式以滿足負載需求。在剛轉換至升壓-降壓模式的那個降壓週期，第一功率開關SWA需要整週期導通(參見圖3中電感電流IL的波形的第二個“AD”段)以為負載供能。那麼在緊接著的升壓週期，第三功率開關SWC和第四功率開關SWD進行一次開關切換(參見圖3中電感電流IL的波形的“AC”段和第三個“AD”段)，然後需要進入降壓週期使第二功率開關SWB導通(參見圖3中電感電流IL的波形的第二個“BD”段)以使電感電流IL減小。然而若保持BD導通時間不變，如圖3中第一組曲線301示意為在降壓模式和升壓-降壓模式的BD導通時間均為第一設定時間t1，則會導致切換至升壓-降壓模式後因BD導通時間不足以讓電感電流IL恢復，不能滿足伏秒平衡。電感電流IL的這種累積會引發輸出電壓Vo出現過沖尖峰，不利於升壓-降壓型開關功率變換器的安全操作，更不利於帶載。相反，根據本發明的實施例，從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，將降壓週期的BD導通時間從降壓模式時的第一設定時間t1增大至升壓-降壓模式時的第二設定時間t2(t2>t1)，如圖3中第二組曲線302所示，以讓電感電 流IL有足夠時間恢復，滿足伏秒平衡。因此，升壓-降壓型開關功率變換器100可以平穩無波動的從降壓模式切換至升壓-降壓模式，不會引發輸出電壓Vo過沖，能夠保證操作的安全性和穩定性。

圖4示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖。第一組曲線401示出了現有技術的升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。第二組曲線402示出了根據本發明實施例的升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。如圖所示，在升壓-降壓模式下，隨著輸入電壓Vin的增大，輸入電壓Vin將大於輸出電壓Vo，直至降壓占空比D1低於降壓占空比閾值D_TH1時，表明若升壓降壓型開關功率變換器100繼續操作於升壓-降壓模式將為負載提供過多的能量，因而需要從升壓-降壓模式轉換至降壓模式以為負載提供合適的能量。在切換至降壓模式後，若BD導通時間不變，如圖4中第一組曲線401示意為在升壓-降壓模式和降壓模式的BD導通時間均為第三設定時間t3，則會導致BD導通時間大於降壓模式所需，使電感電流IL下降太多，不能滿足伏秒平衡。電感電流IL的這種過量下降會引發輸出電壓Vo出現俯衝尖峰，不利於升壓-降壓型開關功率變換器的安全操作，更不利於帶載。相反，根據本發明的實施例，從升壓-降 壓模式切換至降壓模式時，將降壓週期的BD導通時間從升壓-降壓模式時的第三設定時間t3減小至降壓模式時的第四設定時間t4(t3>t4)，如圖4中第二組曲線402所示，以讓電感電流IL滿足伏秒平衡。因此，升壓-降壓型開關功率變換器100可以平穩無波動的從升壓-降壓模式切換至降壓模式，不會引發輸出電壓Vo俯衝，能夠保證操作的安全性和穩定性。

圖5示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖。第一組曲線501示出了現有技術的升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式轉換至升壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。第二組曲線502示出了根據本發明之實施例的升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式轉換至升壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。如圖所示，在升壓-降壓模式下，隨著輸入電壓Vin的進一步下降，輸入電壓Vin將小於輸出電壓Vo，直至升壓占空比D2達到升壓占空比閾值D_TH2時，表明若升壓降壓型開關功率變換器100繼續操作於升壓-降壓模式將不足以為負載提供足夠的能量，因而需要從升壓-降壓模式轉換至升壓模式以滿足負載需求。模式切換後若保持AC導通時間不變，如圖5中第一組曲線501示意為在升壓-降壓模式和升壓模式的AC導通時間均為第五設定時間t5，則會導致切換至升壓模式後AC導通時間大於所需。這是因為相比升壓-降壓模式，剛進入升 壓模式時沒有了降壓週期，不再有BD導通讓電感電流IL下降，只有AD導通不足以讓電感電流IL恢復至升壓週期的初始值，不能滿足伏秒平衡。電感電流IL的這種累積會引發輸出電壓Vo出現過沖尖峰，不利於升壓-降壓型開關功率變換器的安全操作，更不利於帶載。與此不同，根據本發明的實施例，從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，將升壓週期的AC導通時間從升壓-降壓模式時的第五設定時間t5減小至升壓模式時的第六設定時間t6(t5>t6)，如圖5中第二組曲線502所示，以讓電感電流IL在AC導通時間內的上升幅度與AD導通時間內的下降幅度相匹配，滿足伏秒平衡。因此，升壓-降壓型開關功率變換器100可以平穩無波動的從升壓-降壓模式切換至升壓模式，不會引發輸出電壓Vo過沖，能夠保證操作的安全性和穩定性。

圖6示意出了升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時流過電感性儲能元件Lo的電感電流IL的波形示意圖。第一組曲線601示出了現有技術的升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。第二組曲線602示出了根據本發明之實施例的升壓降壓型開關功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式前後的電感電流IL的波形示意圖。如圖所示，在升壓模式下，隨著輸入電壓Vin的增大，輸入電壓Vin將接近輸出電壓Vo，直至升壓占空比D2小於升壓占空比閾值D_TH2時，表明若升壓降壓 型開關功率變換器繼續操作於升壓模式將為負載提供過多的能量。因而升壓降壓型開關功率變換器100需要從升壓模式轉換至升壓-降壓模式以為負載提供合適的能量。模式切換後若保持AC導通時間不變，如圖6中第一組曲線601示意為在升壓-降壓模式和升壓模式的AC導通時間均為第七設定時間t7，則會導致切換至升壓-降壓模式後AC導通時間小於所需。這是因為相比升壓模式，剛進入升壓-降壓模式時降壓週期開始介入，除了升壓週期AD導通讓電感電流IL下降外，降壓週期BD和AD導通也讓電感電流IL下降，導致電感電流IL的下降幅度超出AC導通時間內電感電流IL的上升幅度，不能滿足伏秒平衡。電感電流IL的這種過量下降會引發輸出電壓Vo出現俯衝尖峰，不利於升壓-降壓型開關功率變換器的安全操作，更不利於帶載。與此不同，根據本發明的實施例，從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，將升壓週期的AC導通時間從升壓模式時的第七設定時間t7增大至升壓-降壓模式時的第八設定時間t8(t8>t7)，如圖6中第二組曲線602所示，以讓電感電流IL在AC導通時間內的上升幅度與BD和AD導通時間內的下降幅度相匹配，滿足伏秒平衡。因此，升壓-降壓型開關功率變換器100可以平穩無波動的從升壓模式切換至升壓-降壓模式，不會引發輸出電壓Vo俯衝，能夠保證操作的安全性和穩定性。

圖7示出了根據本發明的一個示例性實施例的降壓週期脈衝寬度調變單元102的電路示意圖。該示例中，降壓 週期脈衝寬度調變單元102可以包括具有所述第一可控遲滯H1的第一遲滯比較器。該第一遲滯比較器示例性地示意為包括第一差分輸入級1021，第一差分放大級1022和第一輸出級1023，並可以由功率變換器內部經調整的供電電壓VDD來供電。第一差分輸入級1021包括第一電晶體701、第二電晶體702、第三電晶體706、第一電阻器703、第二電阻器704、第三電阻器705和第一電流源712。第一電晶體701、第二電晶體702和第三電晶體706均各自具有第一端、第二端和控制端。第一電晶體701和第二電晶體702構成差分輸入對管，它們的第一端均被耦接至第一電流源712用以接收第一電流I1，第一電晶體701的控制端接收所述差值放大信號Vcomp，第二電晶體702的控制端接收所述第一電流檢測信號V_CS1。第一電晶體701的第二端係耦接至第一電阻器703的第一端，第二電晶體702的第二端係耦接至第二電阻器704的第一端。第一電阻器703的第二端係連接至參考地GND，第三電阻器705的第一端係連接至第二電阻器704的第二端，第三電阻器705的第二端係連接至參考地GND。第三電晶體706的第一端係連接至第二電晶體702的第二端，其第二端係連接至參考地GND，其控制端用以接收所述第一模式切換控制信號TR1。在這一示例性的結構中，第三電晶體706和第三電阻器705係並聯耦接於第二電晶體702的第二端和參考地之間，可以控制所述第一可控遲滯H1的有效與無效切換。所述第一可控遲滯H1的大小可以透 過調整第三電阻器705來予以調整。當升壓降壓型開關功率變換器100從降壓模式切換至升壓-降壓模式，所述第一模式切換控制信號TR1控制所述第三電晶體706導通，使所述第三電阻器705短路，從而使所述第一可控遲滯H1有效，增大BD導通時間。當升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至降壓模式，所述第一模式切換控制信號TR1控制所述第三電晶體706關斷，使所述第三電阻器705與所述第二電阻器704串聯連接，從而使所述第一可控遲滯H1無效，減小BD導通時間。

第一差分放大級1022可以包括第四電晶體707、第五電晶體708、第六電晶體709和第七電晶體710，它們各自均具有第一端、第二端和控制端。第四電晶體707和第五電晶體708構成差分對管，它們的第一端均被耦接至第二電流源712用以接收第二電流I2。第四電晶體707的控制端係耦接至第一電晶體701的第二端，其第二端係耦接至第六電晶體709的第一端。第五電晶體708的控制端係耦接至第二電晶體702的第二端，其第二端係耦接至第七電晶體710的第一端。第六電晶體709的第一端還被耦接至其控制端和第七電晶體710的控制端，第六電晶體709和第七電晶體710的第二端均被連接至參考地GND，這樣第六電晶體709和第七電晶體710構成電流鏡結構。

第一輸出級1023可以包括第八電晶體711和第三電流源714。第八電晶體711具有第一端、第二端和控制端，其第一端係耦接至第三電流源714用以接收第三電流 I3，其控制端係耦接至第五電晶體708的第二端，其第二端係連接至參考地GND。第八電晶體711的第一端被引出作為所述降壓週期脈衝寬度調變單元102的輸出端，用以提供所述第一脈衝寬度調變信號PWM1。

圖8示出了根據本發明一個示例性實施例的升壓週期脈衝寬度調變單元103的電路示意圖。該示例中，升壓週期脈衝寬度調變單元103可以包括具有所述第二可控遲滯H2的第二遲滯比較器。該第二遲滯比較器示例性地示意為包括第二差分輸入級1031，第二差分放大級1032和第二輸出級1033，並可以由功率變換器內部經調整的供電電壓VDD所供電。第二差分輸入級1031包括第九電晶體801、第十電晶體802、第十一電晶體806、第四電阻器803、第五電阻器804、第六電阻器805和第四電流源812。第九電晶體801、第十電晶體802和第十一電晶體806均各自具有第一端、第二端和控制端。第九電晶體801和第十電晶體802構成差分輸入對管，它們的第一端均被耦接至第四電流源812用以接收第四電流I4，第九電晶體801的控制端接收所述差值放大信號Vcomp，第十電晶體802的控制端接收所述第二電流檢測信號V_CS2。第九電晶體801的第二端係耦接至第四電阻器803的第一端，第十電晶體802的第二端係耦接至第五電阻器804的第一端。第四電阻器803的第二端係連接至參考地GND，第六電阻器805的第一端係連接至第五電阻器804的第二端，第六電阻器805的第二端係連接至參考地GND。第 十一電晶體806的第一端係連接至第十電晶體802的第二端，其第二端係連接至參考地GND，其控制端用以接收所述第二模式切換控制信號TR2。在這一示例性的結構中，第十一電晶體806和第六電阻器805係並聯耦接於第十電晶體802的第二端和參考地GND之間，可以控制所述第二可控遲滯H2的有效與無效切換。所述第二可控遲滯H2的大小可以透過調整第六電阻器805來予以調整。當升壓降壓型開關功率變換器100從升壓-降壓模式切換至升壓模式，所述第二模式切換控制信號TR2控制所述第十一電晶體806導通，使所述第六電阻器805短路，從而使所述第二可控遲滯H2有效，減小AC導通時間。當升壓降壓型開關功率變換器100從升壓模式切換至升壓-降壓模式，所述第二模式切換控制信號TR2控制所述第十一電晶體806關斷，使所述第六電阻器805與所述第五電阻器804串聯連接，從而使所述第二可控遲滯H2無效，增大AC導通時間。

第二差分放大級1032可以包括第十二電晶體807、第十三電晶體808、第十四電晶體809和第十五電晶體810，它們各自均具有第一端、第二端和控制端。第十二電晶體807和第十三電晶體808構成差分對管，它們的第一端均被耦接至第五電流源812用以接收第五電流I5。第十二電晶體807的控制端係耦接至第九電晶體801的第二端，其第二端係耦接至第十四電晶體809的第一端。第十三電晶體808的控制端係耦接至第十電晶體802的第二 端，其第二端係耦接至第十五電晶體810的第一端。第十四電晶體809的第一端還被耦接至其控制端和第十五電晶體810的控制端，第十四電晶體809和第十五電晶體810的第二端均被連接至參考地GND，這樣第十四電晶體809和第十五電晶體810構成電流鏡結構。

第二輸出級1033可以包括第十六電晶體811和第六電流源814。第十六電晶體811具有第一端、第二端和控制端，其第一端係耦接至第六電流源814用以接收第六電流I6，其控制端係耦接至第十三電晶體808的第二端，其第二端係連接至參考地GND。第十六電晶體811的第一端被引出作為所述升壓週期脈衝寬度調變單元103的輸出端，用以提供所述第二脈衝寬度調變信號PWM2。

以上參考圖7和圖8描述的降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103僅僅為示例性的，不用來對降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103的具體結構進行限定。本領域的技術人員應該理解，降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103還可以具有其他結構，實現的裝置也不僅限於以上實施例所揭示的。例如，任何遲滯可控的遲滯比較器均可以用來實現降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103。

根據本發明之各實施例及其變形實施例的控制電路108、降壓週期脈衝寬度調變單元102和升壓週期脈衝寬度調變單元103及升壓降壓型開關功率變換器100的有益 效果不應該被認為僅僅局限於以上所述的。根據本發明之各實施例的這些及其它有益效果可以透過閱讀本發明的詳細說明及研究各實施例的附圖而被更好地理解。

上述本發明的說明書和實施例僅僅以示例性的方式而對本發明實施例的控制電路、降壓週期脈衝寬度調變單元和升壓週期脈衝寬度調變單元、包含該控制電路和/或降壓週期脈衝寬度調變單元和升壓週期脈衝寬度調變單元的功率變換器進行了說明，並不用來限定本發明的範圍。對於發明的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。本發明所揭示的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。

100‧‧‧升壓降壓型開關功率變換器

101‧‧‧誤差放大單元

102‧‧‧降壓週期脈衝寬度調變單元

103‧‧‧升壓週期脈衝寬度調變單元

104‧‧‧邏輯控制單元

105‧‧‧模式切換控制單元

106‧‧‧電流檢測與斜坡補償單元

108‧‧‧控制電路

Claims (10)

1. 一種用以控制升壓降壓型開關功率變換器的控制電路，其中，該升壓降壓型開關功率變換器包括開關單元，該開關單元包括第一功率開關對和第二功率開關對，並且第一功率開關對中的第一功率開關和第二功率開關係串聯耦接於該升壓降壓型開關功率變換器的輸入端和參考地之間，第一功率開關的導通時間占整個第一功率開關和第二功率開關導通和關斷切換週期的比例為降壓占空比；第二功率開關對中的第三功率開關和第四功率開關係串聯耦接於該升壓降壓型開關功率變換器的輸出端和參考地之間，第三功率開關的導通時間占整個第三功率開關和第四功率開關的導通和關斷切換週期的比例為升壓占空比；該控制電路包括：誤差放大單元，用以接收表示升壓降壓型開關功率變換器的輸出電壓的第一回饋信號和表示該輸出電壓期望值的參考信號，並將該第一回饋信號和該參考信號進行運算，以提供表示該第一回饋信號與該參考信號之差值的差值放大信號；降壓週期脈衝寬度調變單元，用以接收該差值放大信號和表示在降壓週期中流經該開關單元的開關電流的第一電流檢測信號，並將該第一電流檢測信號與差值放大信號比較以輸出第一脈衝寬度調變信號至該第一開關對；和升壓週期脈衝寬度調變單元，用以接收該差值放大信號和表示在降壓週期中流經該開關單元的開關電流的第二 電流檢測信號，並將該第二電流檢測信號與差值放大信號比較以輸出第二脈衝寬度調變信號至該第二開關對；其中降壓週期脈衝寬度調變單元具有第一可控遲滯並具有第一遲滯控制端，該第一遲滯控制端用以接收第一模式切換控制信號，當升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元回應於該第一模式切換控制信號而使該第一可控遲滯有效，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，降壓週期脈衝寬度調變單元回應於該第一模式切換控制信號而使該第一可控遲滯無效；升壓週期脈衝寬度調變單元具有第二可控遲滯並具有第二遲滯控制端，該第二遲滯控制端用以接收第二模式切換控制信號，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元回應於該第二模式切換控制信號而使該第二可控遲滯有效，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，升壓週期脈衝寬度調變單元回應於該第二模式切換控制信號而使該第二可控遲滯無效。
2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該第一可控遲滯有效時，該降壓週期脈衝寬度調變單元將該第一可控遲滯疊加於該差值放大信號或該第一電流檢測信號，從而使該第一脈衝寬度調變信號的脈衝寬度減小，以控制該第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間增大； 該第一可控遲滯無效時，該降壓週期脈衝寬度調變單元使疊加於該差值放大信號或該第一電流檢測信號的第一可控遲滯消失，從而使該第一脈衝寬度調變信號的脈衝寬度增大，以控制該第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間減小；並且透過設定該第一可控遲滯可以設定該第二功率開關和第四功率開關在降壓週期中的導通時間增大或者減小的量。
3. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該第二可控遲滯有效時，該升壓週期脈衝寬度調變單元將該第二可控遲滯疊加於該差值放大信號或該第二電流檢測信號，從而使該第二脈衝寬度調變信號的脈衝寬度減小以控制該第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間減小；該第二可控遲滯無效時，該升壓週期脈衝寬度調變單元使疊加於該差值放大信號或該第二電流檢測信號的第二可控遲滯消失，從而使該第二脈衝寬度調變信號的脈衝寬度增大，以控制該第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間增大；並且透過設定該第二可控遲滯可以設定該第一功率開關和第三功率開關在升壓週期中的導通時間增大或者減小的量。
4. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該降壓週期脈衝寬度調變單元包括具有該第一可控遲滯的第 一遲滯比較器，該升壓脈衝寬度調變單元包括具有該第二可控遲滯的第二遲滯比較器。
5. 如申請專利範圍第4項所述的控制電路，其中，該第一遲滯比較器包括第一差分輸入級、第一差分放大級和第一輸出級，其中：第一差分輸入級包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和第一電流源，其中第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體均各自具有第一端、第二端和控制端；第一電晶體的第一端係耦接至第一電流源用以接收第一電流，第一電晶體的控制端接收該差值放大信號，第一電晶體的第二端係耦接至第一電阻器的第一端；第二電晶體的第一端係耦接至第一電流源用以接收該第一電流，第二電晶體的控制端接收該第一電流檢測信號，第二電晶體的第二端係耦接至第二電阻器的第一端；第三電晶體的第一端係連接至第二電晶體的第二端，第三電晶體的第二端係連接至參考地，第三電晶體的控制端用以接收該第一模式切換控制信號，並且當升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式時，該第一模式切換控制信號控制該第三電晶體導通，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式時，該第一模式切換控制信號控制該第三電晶體關 斷；第一電阻器的第二端係連接至參考地；第二電阻器的第二端係連接至第三電阻器的第一端；第三電阻器的第二端係連接至參考地；第一差分放大級包括第四電晶體、第五電晶體、第六電晶體、第七電晶體和第二電流源，其中第四電晶體、第五電晶體、第六電晶體、第七電晶體各自均具有第一端、第二端和控制端；第四電晶體和第五電晶體的第一端均被耦接至第二電流源用以接收第二電流；第四電晶體的控制端係耦接至第一電晶體的第二端，其第二端係耦接至第六電晶體的第一端；第五電晶體的控制端係耦接至第二電晶體的第二端，其第二端係耦接至第七電晶體的第一端；第六電晶體的第一端還被耦接至其控制端和第七電晶體的控制端，第六電晶體和第七電晶體的第二端均被連接至參考地；第一輸出級包括第八電晶體和第三電流源，其中，第八電晶體具有第一端、第二端和控制端，其第一端係耦接至第三電流源用以接收第三電流，其控制端係耦接至第五電晶體的第二端，其第二端係連接至參考地，並且第八電晶體的第一端被引出作為該降壓週期脈衝寬度調變單元的輸出端，以提供該第一脈衝寬度調變信號。
6. 如申請專利範圍第4項所述的控制電路，其中，該第二遲滯比較器包括第二差分輸入級、第二差分放大級和第二輸出級，其中：第二差分輸入級包括第九電晶體、第十電晶體、第十一電晶體、第四電阻器、第五電阻器、第六電阻器和第四電流源，其中第九電晶體、第十電晶體和第十一電晶體均各自具有第一端、第二端和控制端；第九電晶體的第一端係耦接至第四電流源用以接收第四電流，第九電晶體的控制端接收該差值放大信號，第九電晶體的第二端係耦接至第四電阻器的第一端；第十電晶體的第一端係耦接至第四電流源用以接收該第四電流，第十電晶體的控制端接收該第二電流檢測信號，第十電晶體的第二端係耦接至第五電阻器的第一端；第十一電晶體的第一端係連接至第十電晶體的第二端，第十一電晶體的第二端係連接至參考地，第十一電晶體的控制端用以接收該第二模式切換控制信號，並且當升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式時，該第二模式切換控制信號控制該第十一電晶體導通，當升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式時，該第二模式切換控制信號控制該第十一電晶體關斷；第四電阻器的第二端係連接至參考地； 第五電阻器的第二端係連接至第六電阻器的第一端；第六電阻器的第二端係連接至參考地；第二差分放大級包括第十二電晶體、第十三電晶體、第十四電晶體、第十五電晶體和第五電流源，其中第十二電晶體、第十三電晶體、第十四電晶體、第十五電晶體各自均具有第一端、第二端和控制端；第十二電晶體和第十三電晶體的第一端均被耦接至第五電流源用以接收第五電流；第十二電晶體的控制端係耦接至第九電晶體的第二端，其第二端係耦接至第十四電晶體的第一端；第十三電晶體的控制端係耦接至第十電晶體的第二端，其第二端係耦接至第十五電晶體的第一端；第十四電晶體的第一端還被耦接至其控制端和第十五電晶體的控制端，第十四電晶體和第十五電晶體的第二端均被連接至參考地；第二輸出級包括第十六電晶體和第六電流源，其中，第十六電晶體具有第一端、第二端和控制端，其第一端係耦接至第六電流源用以接收第六電流，其控制端係耦接至第十三電晶體的第二端，其第二端係連接至參考地，並且第十六電晶體的第一端被引出作為該升壓週期脈衝寬度調變單元的輸出端，以提供該第二脈衝寬度調變信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，還包括：模式切換控制單元，用以檢測降壓占空比和升壓占空 比，並將降壓占空比和升壓占空比的檢測值分別與降壓占空比閾值和升壓占空比閾值比較，以分別提供該第一模式切換控制信號和該第二模式切換控制信號。
8. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中，當該降壓占空比大於該降壓占空比閾值時，該第一模式切換控制信號控制升壓降壓型開關功率變換器從降壓模式切換至升壓-降壓模式；當降壓占空比小於降壓占空比閾值時，該第一模式切換控制信號控制升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至降壓模式；當升壓占空比大於升壓占空比閾值時，該第二模式切換控制信號控制升壓降壓型開關功率變換器從升壓-降壓模式切換至升壓模式；以及當升壓占空比小於升壓占空比閾值時，該第二模式切換控制信號控制升壓降壓型開關功率變換器從升壓模式切換至升壓-降壓模式。
9. 如申請專利範圍第1項的控制電路，進一步包括：電流檢測與斜坡補償單元，用以檢測該開關電流以提供該第二回饋信號，並將該第二回饋信號分別疊加第一斜坡補償信號和第二斜坡補償信號以分別產生第一電流檢測信號和第二電流檢測信號，其中，第二斜坡補償信號由第一斜坡補償信號疊加設定的偏壓所得到，使第一斜坡補償信號的峰值與第二斜坡補償信號的谷值相等。
10. 一種升壓降壓型開關功率變換器，包括如申請專利範圍第1至9項中任一項所述的控制電路。