[发明专利]多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路

说明书

本发明公开了一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，包括功率级传输电路、电流采样电路、振荡器和斜坡发生器、脉冲调制电路、误差放大器、时序控制逻辑电路、迟滞模式选择电路和直流失调电压电路。时序控制逻辑电路通过分模式设计时序来控制4管开关。迟滞模式选择电路通过迟滞比较器来减小输出电压纹波恶化。直流失调电压电路用于减小模式切换时产生的动态干扰。本发明提供的4管同步控制升降压变换电路，可以在提供可靠的输出电压的前提下，解决现有升降压变换电路工作模式频繁切换引起的输出电压纹波恶化、动态干扰大的问题。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，更进一步涉及集成电路技术领域中一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路。本发明可用于集成电路中对电子设备供电电源模块实现多工作模式切换的控制。

背景技术

近年来升降压变换器被广泛应用在电池供电的电子设备当中，在相同的电池容量下如何延长电池电源的工作时间成为电源管理领域的首要问题。升降压变换器通过增加输入电压范围，可以对电子设备供电时在更低的输入电压条件下继续工作，因此可以延长电池电源的使用时间。但由于传统的升降压变换器输入电压与输出电压反相的特点，通常需要在电路内部实现负参考电压，同时在输出端和待供电电子设备之间还需要加入反相电路，这无疑增加了电路设计的难度也限制了应用条件。为了使电子设备在灵活选择供电模式时又稳定输出电压，升降压变换器控制电路必须有根据输入输出电压自动切换模式、输出电压纹波不会因模式切换变杂乱而能平滑过渡的特点。

南京航空航天大学在其拥有的专利技术“一种级联型升降压变换器控制电路及其控制方法”(申请号200910026525.1，授权公告号CN104242286 B，授权公告日2011.02.16)，在基于同步4管升降压变换器的基础上提出了一种级联型控制的同步4管升降压变换器。该变换器的结构包括输出电压采样电路、两个误差放大器、三角波产生电路、比较器电路、驱动电路和电压置位电路。该变换器由升压变换器和降压变换器级联构成，电路简单，仅需一路三角波来控制两级电路，且变换效率高。该升降压变换器有效的解决了基本同步4管升降压变换器在效率上的缺陷，但是，该升降压变换器仍然存在的不足之处是，由于其占空比在模式切换时不能实现连续平稳的变化，使得输出电压在模式切换时产生大的动态效应，影响了变换器的稳定性和可靠性。

上海南芯半导体科技有限公司在其申请的专利文献“一种带有模式切换的升降压变换器控制电路”(申请号202110451038.0，申请公布号CN 112994452 A)提出了一种四模式的4管同步升降压变换器。该升降压变换器的结构包括差分处理模块、双轨电流采样模块、斜坡信号产生模块、逻辑控制模块，差分处理模块输出的信号和开关节点处信号的采样值的差值产生输出信号，并分别与降压斜坡信号和升压斜坡信号比较获得升压控制和降压控制的脉宽调制信号，其中斜坡信号产生模块用于产生有交叠区间的降压斜坡信号和升压斜坡信号，最后由逻辑控制模块产生升降压变换器中四个开关管的控制信号。通过斜坡信号产生模块获取降压斜坡信号和升压斜坡信号，缓解了升降压变换器在模式切换时的占空比不连续，但是，该升降压变换器仍然存在的不足之处是，为了产生四个开关管的控制驱动信号，电路控制逻辑的设计难度大，电路设计的成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，旨在为电子设备提供稳定供电电压的前提下，解决升降压变换器工作模式频繁切换引起的输出电压纹波恶化、动态干扰大的问题。

为实现上述目的，本发明的思路是，通过迟滞模式选择电路，根据输入电压值进行分段控制，输入电压与输出电压通过比较器输出比较信号，控制变换器在降压模式、升降压模式、升压模式之间频繁切换，并设计该比较器具有迟滞功能，避免各模式之间频繁切换引起的输出电压纹波恶化。通过直流失调电压电路，减小模式切换时产生的动态干扰，稳定输出电压。通过时序控制逻辑电路，减少变换器在高输入电压和低输入电压时开关管的动作次数，仅在变换器实现升降压功能时让4个功率开关管在一个开关周期内同时工作，提高变换器效率。