开关电源系统的控制方法、开关电源系统和装置与流程

本技术属于开关电源，尤其涉及一种开关电源系统的控制方法、开关电源系统和装置。

背景技术：

1、四开关管升降压开关电源电路因能实现升压、降压和升降压三种工作模式，在消费类电子产品中应用广泛。目前，为提升该电路效率，通常采用优化开关管交叠时序、引入直通模式或直接降低开关管导通电阻的方法。然而，在电压较高、电流较大的工况下，常规时序优化收效甚微；若通过增大芯片面积来降低导通电阻，又会极大地增加芯片成本和封装体积，成本与性能难以兼得。此外，大电流下并联开关管的突然开启极易引发电流震荡，导致系统稳定性下降。因此，如何在无需显著增加成本的前提下，使系统在高电压和大电流下保持高效、平稳工作，成为当前亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种开关电源系统的控制方法、开关电源系统和装置，实现了大电流下的高效率、低发热、高可靠性的功率转换效果，保证了系统在全负载范围内的综合效率表现。

2、第一方面，本技术提供了一种开关电源系统的控制方法，所述开关电源系统包括第一主开关管、第四主开关管、并联于所述第一主开关管两端的第一辅助开关管，以及并联于所述第四主开关管两端的第二辅助开关管；所述方法包括：

3、检测所述开关电源系统的输入电压、输出电压、流经所述第一主开关管的电流以及流经所述第四主开关管的电流；

4、响应于所述输入电压与所述输出电压之间的倍数关系，以及流经目标主开关管的电流满足预设开启条件，控制与所述目标主开关管并联连接的目标辅助开关管的栅极电压增大，使所述目标辅助开关管工作在线性区，以使流经所述目标辅助开关管的电流增大，且使流经所述目标主开关管的电流减小；

5、响应于流经所述目标主开关管的电流的减小斜率大于第一斜率阈值，控制所述目标辅助开关管的栅极电压的增大斜率减小，直至所述目标辅助开关管完全开启。

6、根据本技术实施例提供的开关电源系统的控制方法，通过线性区的受控开启和闭环的斜率反馈调节，将电流的突变过程转化为固定斜率的斜坡过渡，在不需要显著增加芯片面积和外围电路的前提下，有效解决了大电流工况下效率提升困难和并联开启易震荡的问题，实现了大电流下的高效率、低发热、高可靠性的功率转换效果；且由于并联辅助管仅在主管大电流工况下被触发开启，在轻载或中载时不参与工作，进一步保证了系统在全负载范围内的综合效率表现。

7、本技术一个实施例的开关电源系统的控制方法，在所述开关电源系统处于充电状态的情况下，所述预设开启条件包括：

8、所述输入电压大于第一倍数的所述输出电压，流经所述第四主开关管的电流大于第一电流阈值；所述目标主开关管为所述第四主开关管，所述目标辅助开关管为所述第二辅助开关管；

9、所述输入电压小于第二倍数的所述输出电压，流经所述第一主开关管的电流大于第二电流阈值；所述目标主开关管为所述第一主开关管，所述目标辅助开关管为所述第一辅助开关管，所述第二倍数小于所述第一倍数。

10、本技术一个实施例的开关电源系统的控制方法，在所述开关电源系统处于放电状态的情况下，所述预设开启条件包括：

11、所述输出电压大于第一倍数的所述输入电压，流经所述第一主开关管的电流大于第三电流阈值；所述目标主开关管为所述第一主开关管，所述目标辅助开关管为所述第一辅助开关管；

12、所述输出电压小于第二倍数的所述输入电压，流经所述第四主开关管的电流大于第四电流阈值；所述目标主开关管为所述第四主开关管，所述目标辅助开关管为所述第二辅助开关管，所述第二倍数小于所述第一倍数。

13、本技术一个实施例的开关电源系统的控制方法，确定流经所述目标主开关管的电流的减小斜率大于第一斜率阈值，包括：

14、将流经所述目标主开关管的电流转换为第一电压信号，并产生以固定斜率变化的斜坡电压信号；

15、在所述第一电压信号小于所述斜坡电压信号的情况下，确定流经所述目标主开关管的电流的减小斜率大于所述第一斜率阈值。

16、第二方面，本技术提供了一种开关电源系统，包括：

17、主开关管模块，包括第一主开关管、第二主开关管、第三主开关管和第四主开关管；

18、辅助开关管模块，包括并联于所述第一主开关管两端的第一辅助开关管，以及并联于所述第四主开关管两端的第二辅助开关管；

19、检流电路模块，包括第一检流电路和第二检流电路，分别用于检测所述第一主开关管的电流和所述第四主开关管的电流；

20、模式控制电路，与所述检流电路模块连接，用于根据输入电压、输出电压、所述第一主开关管的电流和所述第四主开关管的电流，产生第一使能信号和第二使能信号；

21、辅助驱动电路，与所述模式控制电路和所述检流电路模块连接，包括第三驱动电路和第四驱动电路，所述第三驱动电路用于响应于所述第一使能信号驱动所述第一辅助开关管，所述第四驱动电路用于响应于所述第二使能信号驱动所述第二辅助开关管；

22、其中，所述第三驱动电路和所述第四驱动电路分别包括电流斜率判断电路和电荷泵电路；

23、所述电流斜率判断电路用于检测对应的目标主开关管的电流减小斜率，并在所述电流减小斜率大于第一斜率阈值时输出反馈控制信号；所述电荷泵电路用于根据所述反馈控制信号，控制对应目标辅助开关管的栅极电压的上升速率。

24、根据本技术实施例提供的开关电源系统，通过集成的检流电路、模式控制电路以及包含电流斜率判断电路与电荷泵电路的辅助驱动电路，无需输入电压采样引脚即可实现对主管电流的动态检测与分流控制；电流斜率判断电路实时监控目标主管电流的减小斜率，并在超限时通过反馈信号精准调控电荷泵输出的栅极电压上升速率，从根本上避免了辅助管硬开启带来的电流震荡；配合模式控制电路在升降压及充放电工况下的精准匹配，系统能够准确触发主开关管和辅助开关管的并联稳态，以极简的外围电路实现导通损耗的大幅降低，从而在确保系统稳定性的同时，显著提升了大电流宽电压范围内的能量转换效率。

25、本技术一个实施例的开关电源系统，

26、所述第一辅助开关管的一端连接输入电压端，另一端连接第一开关节点；

27、所述第二辅助开关管的一端连接输出电压端，另一端连接第二开关节点；

28、所述检流电路模块包括：

29、第一采样开关管和第二采样开关管，所述第一采样开关管和所述第二采样开关管的漏极均连接至输入电压端，所述第一采样开关管和所述第二采样开关管的源极均连接至第一开关节点，所述第一采样开关管和所述第二采样开关管的栅极均用于接收驱动信号；

30、第一电阻，连接于所述输入电压端与误差放大器的一个输入端之间；

31、第二电阻，连接于所述输入电压端与所述误差放大器的另一个输入端之间；

32、调节开关管，所述调节开关管的栅极连接所述误差放大器的输出端，所述调节开关管的漏极连接所述第二电阻和所述误差放大器的另一个输入端的公共节点；

33、第一电容，一端通过第一开关连接所述调节开关管的源极，另一端接地；

34、所述第一开关与所述第一电容并联连接。

35、本技术一个实施例的开关电源系统，所述电流斜率判断电路包括：

36、电流源，所述电流源的供电端连接所述输入电压端；

37、第二电容，所述电流源通过第二开关向所述第二电容充电，以在所述第二电容上产生以固定斜率变化的第二电压信号；

38、所述第二开关与所述第一开关及所述目标辅助开关管同步动作；

39、比较器，所述比较器的一个输入端用于接收所述第二电压信号，所述比较器的另一个输入端用于接收所述第一电压信号，所述比较器的输出端连接所述电荷泵电路；在所述第一电压信号小于所述第二电压信号的情况下，所述比较器输出所述反馈控制信号。

40、第三方面，本技术提供了一种开关电源系统的控制装置，所述开关电源系统包括第一主开关管、第四主开关管、并联于所述第一主开关管两端的第一辅助开关管，以及并联于所述第四主开关管两端的第二辅助开关管；所述装置包括：

41、第一处理模块，用于检测所述开关电源系统的输入电压、输出电压、流经所述第一主开关管的电流以及流经所述第四主开关管的电流；

42、第二处理模块，用于响应于所述输入电压与所述输出电压之间的倍数关系，以及流经目标主开关管的电流满足预设开启条件，控制与所述目标主开关管并联连接的目标辅助开关管的栅极电压增大，使所述目标辅助开关管工作在线性区，以使流经所述目标辅助开关管的电流增大，且使流经所述目标主开关管的电流减小；

43、第三处理模块，用于响应于流经所述目标主开关管的电流的减小斜率大于第一斜率阈值，控制所述目标辅助开关管的栅极电压的增大斜率减小，直至所述目标辅助开关管完全开启。

44、根据本技术实施例提供的开关电源系统的控制装置，通过线性区的受控开启和闭环的斜率反馈调节，将电流的突变过程转化为固定斜率的斜坡过渡，在不需要显著增加芯片面积和外围电路的前提下，有效解决了大电流工况下效率提升困难和并联开启易震荡的问题，实现了大电流下的高效率、低发热、高可靠性的功率转换效果；且由于并联辅助管仅在主管大电流工况下被触发开启，在轻载或中载时不参与工作，进一步保证了系统在全负载范围内的综合效率表现。

45、第四方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的开关电源系统的控制方法。

46、第五方面，本技术提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现如第一方面所述的开关电源系统的控制方法。

47、本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

48、通过线性区的受控开启和闭环的斜率反馈调节，将电流的突变过程转化为固定斜率的斜坡过渡，在不需要显著增加芯片面积和外围电路的前提下，有效解决了大电流工况下效率提升困难和并联开启易震荡的问题，实现了大电流下的高效率、低发热、高可靠性的功率转换效果；且由于并联辅助管仅在主管大电流工况下被触发开启，在轻载或中载时不参与工作，进一步保证了系统在全负载范围内的综合效率表现。

49、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。