一种升降压电路、装置及控制方法与流程

本发明属于电子，具体涉及一种升降压电路、装置及控制方法。

背景技术：

1、直流升降压电路是为了解决输入输出电压不匹配的问题，能在输出电压高于输入电压时工作在升压模式，在输出电压低于或等于输入电压时工作在降压模式，保持稳定的输出目标电压，广泛应用于各类需要电压适配的场景。

2、现有四开关升降压电路采用四个场效应管构成功率级拓扑，整体结构复杂。在升压工作模式下，同步整流降压侧的下管长期处于关断状态，不参与功率传输，器件利用率低，造成硬件资源的浪费；同时，四开关结构需要四路独立的驱动控制信号，控制逻辑较为复杂，增加了控制芯片的设计难度与系统成本；此外，四个场效应管占用的pcb布板面积较大，不利于电路的小型化与集成化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种升降压电路、装置及控制方法，通过开关管、续流二极管与电感构成的功率拓扑，配合输入、输出电流采样结构，实现降压与升压两种工作模式的直流电压变换，能够适应输入输出电压不匹配的多种应用场景。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种升降压电路，包括输入电流采样电阻rs1、开关管v1、续流二极管dx、电感l1、下管v3、上管v2、输出电流采样电阻rs2；

3、输入电压端、输入电流采样电阻rs1、开关管v1、电感l1、上管v2、输出电流采样电阻rs2、输出电压端依次串联形成主功率通路；

4、所述续流二极管dx的阴极连接于所述开关管v1与所述电感l1之间的节点，其阳极接公共接地端；所述下管v3连接于所述电感l1与所述上管v2之间的节点和所述公共接地端之间；所述开关管v1、上管v2、下管v3分别由各自栅极接入的控制信号tg1、控制信号tg2、控制信号bg控制各自的导通/关断状态；

5、该升降压电路包括降压模式和升压模式；

6、所述降压模式下，所述上管v2导通，所述下管v3关断，所述开关管v1周期性导通与关断；此时输出电压端电压小于输入电压端电压；

7、所述升压模式下，所述开关管v1导通，所述上管v2和下管v3轮流导通，所述上管v2和下管v3中其中一个导通时，另外一个关断；此时输出电压端电压大于输入电压端电压。

8、按上述方案，包括输出滤波电容cl，所述输出滤波电容cl连接于所述输出电压端与所述公共接地端之间。

9、本发明还提供一种升降压装置，包括控制芯片u1、输入电流采样滤波网络、输出电流采样滤波网络、第一自举网络、第二自举网络、输出电压反馈网络、环路补偿网络，以及上文所述的升降压电路；

10、所述输入电流采样滤波网络连接于所述输入电流采样电阻rs1的两端与所述控制芯片u1的第一电流采样引脚组之间，将滤波后的输入电流采样信号传输至所述控制芯片u1；

11、所述输出电流采样滤波网络连接于所述输出电流采样电阻rs2的两端与所述控制芯片u1的第二电流采样引脚组之间，将滤波后的输出电流采样信号传输至所述控制芯片u1；

12、所述第一自举网络连接于所述控制芯片u1的供电端、第一自举引脚与第一开关节点之间，为所述开关管v1提供高端驱动浮动供电；

13、所述第二自举网络连接于所述控制芯片u1的供电端、第二自举引脚与第二开关节点之间，为所述上管v2提供高端驱动浮动供电；

14、所述输出电压反馈网络连接于所述输出电压端与所述控制芯片u1的反馈引脚之间，对所述输出电压端进行分压采样；

15、所述环路补偿网络连接于所述控制芯片u1的反馈引脚与补偿引脚之间，配置所述控制芯片u1内部误差放大器的增益与相位特性；

16、所述控制芯片u1的三路驱动输出引脚分别对应连接开关管v1、上管v2、下管v3的栅极，输出各开关管的通断控制信号。

17、按上述方案，所述输入电流采样滤波网络包括电阻r1、电阻r2和电容c1，所述第一电流采样引脚组包括第一电流采样负引脚和第一电流采样正引脚；

18、所述电阻r1串联于所述输入电流采样电阻rs1的输入端与所述第一电流采样正引脚之间，所述电阻r2串联于所述输入电流采样电阻rs1的输出端与所述第一电流采样负引脚之间，所述电容c1跨接于所述第一电流采样正引脚与所述第一电流采样负引脚之间。

19、按上述方案，所述输出电流采样滤波网络包括电阻r3、电阻r4和电容c2，所述第二电流采样引脚组包括第二电流采样负引脚和第二电流采样正引脚；

20、所述电阻r3串联于所述输出电流采样电阻rs2的输入端与所述第二电流采样正引脚之间，所述电阻r4串联于所述输出电流采样电阻rs2的输出端与所述第二电流采样负引脚之间，所述电容c2跨接于所述第二电流采样正引脚与所述第二电流采样负引脚之间。

21、按上述方案，所述第一自举网络包括二极管d2和自举电容c4；

22、所述二极管d2的阳极接所述控制芯片u1的供电端vcc，其阴极接所述第一自举引脚；所述自举电容c4跨接于所述第一自举引脚与所述第一开关节点之间，所述第一开关节点为所述开关管v1与所述电感l1的公共连接节点；

23、所述第二自举网络包括二极管d1和自举电容c3；

24、所述二极管d1的阳极接所述控制芯片u1的供电端vcc，其阴极接所述第二自举引脚；所述自举电容c3跨接于所述第二自举引脚与所述第二开关节点之间，所述第二开关节点为所述电感l1与所述上管v2的公共连接节点。

25、按上述方案，所述输出电压反馈网络包括分压电阻r5和分压电阻r6；

26、所述分压电阻r5与所述分压电阻r6串联后跨接于所述输出电压端与所述公共接地端之间，二者的串联分压节点连接所述反馈引脚。

27、按上述方案，所述环路补偿网络包括补偿电阻r7、第一补偿电容c6和第二补偿电容c7；

28、所述补偿电阻r7与所述第一补偿电容c6串联形成串联支路，所述串联支路与所述第二补偿电容c7并联后，跨接于所述反馈引脚与所述补偿引脚之间。

29、按上述方案，包括频率设置电阻r8和供电滤波电容c5；

30、所述频率设置电阻r8连接于所述控制芯片u1的频率设置引脚与所述公共接地端之间，设定所述控制芯片u1的开关工作频率；所述供电滤波电容c5连接于所述控制芯片u1的供电端vcc与所述公共接地端之间，对所述控制芯片u1的供电电源滤波。

31、本发明还提供一种升降压控制方法，用于控制上文所述的升降压电路；

32、降压模式下，控制所述上管v2导通，所述下管v3关断，所述开关管v1周期性导通与关断；所述开关管v1的导通占空比决定降压幅度；

33、升压模式包括第一阶段和第二阶段；

34、所述第一阶段下，控制所述开关管v1的导通占空比由0逐渐增加至100%；

35、所述第二阶段下，控制所述开关管v1保持导通，上管v2和下管v3轮流导通，所述上管v2和下管v3中其中一个导通时，另外一个关断；所述下管v3的导通占空比决定升压幅度。

36、有益效果

37、与传统四开关升降压电路相比，本发明采用续流二极管替代其中一个开关管，仅需三个开关管配合电感即可实现降压与升压两种工作模式的直流电压变换，减少了一路开关管及其驱动电路，电路结构更为简洁，有利于缩小布板面积；输入与输出主通路分别串接电流采样电阻，可直接获取输入、输出电流信息，便于电流检测与系统控制。

38、进一步地，本发明通过在升降压电路的基础上增设控制芯片u1，并配套设置输入电流采样滤波网络、输出电流采样滤波网络、第一自举网络、第二自举网络、输出电压反馈网络及环路补偿网络，构成完整的升降压装置。该方案形成了从功率级到控制级的完整系统配置，两路自举网络分别为电感两侧的两个高端开关管提供独立的浮动驱动供电，双路电流采样滤波网络实现输入、输出电流的精确检测，配合电压反馈与环路补偿网络构成闭环控制系统，使三开关升降压拓扑能够稳定可靠地工作，兼具降压与升压模式下的良好电压调节性能。

39、进一步地，本发明的升降压控制方法通过控制开关管v1的导通占空比逐渐增加，实现了输出电压的缓启动，能够有效防止大容量容性负载引起的浪涌电流导致器件损坏。