一种BUCK-BOOST环路控制切换电路的制作方法

一种buck
‑
boost环路控制切换电路
技术领域
1.本实用新型涉及开关电源技术及其他功率变换的技术领域，更具体地说，是涉及一种buck
‑
boost环路控制切换电路。


背景技术：

2.随着电子技术的发展以及社会上电子设备的普及，人们在产品的电量、输入输出效率及体积上的要求不断提高，电量要求增大，效率要求提高，体积要求减小，在这种趋势下，输入输出范围宽的dc
‑
dc转换器能够更好地适应多种需求场景，减少产品种类，节省研发投入。
3.buck
‑
boostt功率变换电路广泛应用于各种转换器，现有的较为成熟的针对buck
‑
boost电路的控制芯片有ti lm5118和linear ltc3780两种类型，但由于这两种芯片受到器件供应的限制，产量无法满足日渐增加的需求，同时二者生产成本较高，不适用于广泛推广。
4.以上不足，有待改进。


技术实现要素：

5.为了克服现有的技术的不足，本实用新型提供一种buck
‑
boost环路控制切换电路。
6.本实用新型技术方案如下所述：
7.一种buck
‑
boost环路控制切换电路，
8.采样电压vout与第一基准电压vref1均连接第一比较器u1的输入端，所述第一比较器u1的输出端与采样自电感电流il1均连接第二比较器u2的输入端，
9.所述第二比较器u2的输出端第二电压v2均连接第五比较器u5的输入端，所述第五比较器u5的输出端连接buck电路，
10.所述第二比较器u2的输出端与第一电压v1均连接第六比较器u6的输入端，所述第六比较器u6的输出端连接boost电路。
11.上述的一种buck
‑
boost环路控制切换电路，当所述第二比较器u2输出的第二线性电平的工作电压在0
‑
4.5v时，buck电路工作；当所述第二线性电平的工作电压在4.5v以上时，第一端口s1常闭，第二端口s2常开，boost电路工作。
12.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，第一电阻r1与第二电阻r2均连接采样电压vout，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的公共端连接所述第一比较器u1的反相输入端。
13.进一步的，所述第一比较器u1的反相输入端经第十四电阻r14、第三电容c3连接所述第一比较器u1的输出端。
14.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第一基准电压vref1经第三电阻r3连接第一比较器u1的同相输入端。
15.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第一比较器u1的输出端经第五电阻r5连接第二比较器u2的同相输入端。
16.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第二比较器u2的同相输入端经第十五电阻r15、第四电容c4连接所述第二比较器u2的输出端。
17.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述采样自电感电流il1经第六电阻连接所述第二比较器u2的反相输入端。
18.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第二比较器u2的输出端连接第三比较器u3的同相输入端，所述第三比较器u3的反相输入端连接所述第三比较器u3的输出端，所述第三比较器u3的输出端连接所述第五比较器u5的同相输入端。
19.进一步的，所述第三比较器u3为跟随器。
20.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第二电压v2经第十二电阻r12连接所述第五比较器u5的反相输入端。
21.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第五比较器u5的输出端连接所述buck电路的第一端口s1并经反向器连接所述buck电路的第二端口s2。
22.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第二比较器u2的输出端经第八电阻r8、第九电阻r9接地。
23.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第二比较器u2的输出端连接第四比较器u4的同相输入端，所述第四比较器u4的反相输入端经第十电阻r10连接第二基准电压vref2，所述第四比较器u4的反相输入端经第十一电阻r11连接所述第四比较器u4的输出端，所述第四比较器u4的输出端连接所述第六比较器u6的同相输入端。
24.进一步的，所述第四比较器u4内置减法电路。
25.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第六比较器u6的反相输入端经第十三电阻r13连接所述第一电压v1。
26.上述的一种buck
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boost环路控制切换电路，所述第六比较器u6的输出端连接所述boost电路的第四端口s4并经反向器连接所述boost电路的第三端口s3。
27.根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型将采样电压vout经两个比较器后输出稳定的线性电平电压，再分别经过不同的比较器连接驱动buck与驱动boost的场效应管，当采样电压vout处于不同的电压状态时，导致线性电平电压的升高与降低，从而使得两端的场效应管发送不同的驱动脉冲，实现buck与boost两个工作模式之间的切换，在满足顾客需求的同时，能够兼顾器件供应与成本，使buck
‑
boost功率转换电路根据输出电压的高低进行自动切换，且有利于功率扩展。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为一个实施例中本实用新型的结构示意图。
30.图2为另一实施例中本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
31.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
32.需要说明的是，当部件被称为“连接”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。术语“第一”、“第二”等仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。
33.如图1所示，一种buck
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boost环路控制切换电路如下所示。
34.第一电阻r1与第二电阻r2串联后连接采样电压vout，第一电阻r1与第二电阻r2之间的公共端连接第一比较器u1的第二脚，第一基准电压vref1经第三电阻r3连接第一比较器u1的第三脚，第一比较器u1的第二脚经第十四电阻r14、第三电容c3连接第一比较器u1的第一脚。
35.第一比较器u1的第一脚经第五电阻r5连接第二比较器u2的第三脚，采样自电感电流il1经第六电阻连接第二比较器u2的第二脚，第二比较器u2的第三脚经第十五电阻r15、第四电容c4连接第二比较器u2的第一脚。
36.第二比较器u2的第一脚经第八电阻r8、第九电阻r9接地，第八电阻r8与第九电阻r9串联，第八电阻r8与第九电阻r9的公共端连接第四比较器u4的第三脚。
37.第四比较器u4的第二脚经第十电阻r10连接第二基准电压vref2，第四比较器u4的第二脚经第十一电阻r11连接第四比较器u4的第一脚，第四比较器u4的第一脚连接第六比较器u6的第三脚。
38.第六比较器u6的第二脚经第十三电阻r13连接第一电压v1，第六比较器u6的第一脚分别连接第三端口s3与第四端口s4。
39.第二比较器u2的第一脚连接第三比较器u3的第三脚，第三比较器u3的第二脚连接第三比较器u3的第一脚，第三比较器u3的第一脚连接第五比较器u5的第三脚。
40.第五比较器u5的第二脚经第十二电阻r12连接第二电压v2，第五比较器u5的第一脚连接buck电路的第一端口s1，并经过反向器连接第二端口s2。
41.在本实用新型正常工作时，通过电压采样电阻第一电阻r1、第二电阻r2完成对采样电压vout的采集，将采样电压信号输送至第一比较器u1的反相输入端，即第一比较器u1的第二脚，第一比较器u1的同相输入端连接第一基准电压vref1，采样电压信号与第一基准电压信号经过第一比较器u1内部的误差放大电路后，第一比较器u1输出稳定的电压信号——第一线性电平信号。
42.第一线性电平信号输入第二比较器u2的第三脚，第二比较器u2的第二脚输入采样自感应电流信号，第一线性电平信号与采样自感应电流信号经第二比较器u2内部的误差放大电路后，输出第二线性电平信号，第二线性电平信号同样是一个稳定的电压信号。
43.一方面，第二线性电平信号经过第三比较器u3输入第五比较器u5的第三脚，第五比较器u5的第三脚连接三角波电压，即第二电压信号，二者在第五比较器u5内进行比较，输出buck驱动信号，即，第五比较器u5连接buck电路的第一端口s1，并经过反向器反向驱动第二端口s2。
44.其中，第三比较器u3为跟随器，令第二线性电平信号不受后级电路阻抗的影响，不
会对前后电路产生影响。
45.另一方面，第二线性电平信号输入第四比较器u4的第三脚，第二基准电压信号输入第四比较器u4的第二脚，第二线性电平信号与第二基准电压信号经第四比较器u4内部的减法电路，在第四比较器u4的第一脚输出等比例信号。
46.等比例信号与第六比较器u6输入的三角波电压信号，即第一电压信号，二者经过第六比较器u6比较后输出boost驱动信号，即，第六比较器u6连接第四端口s4，通过第四端口s4反向驱动第三端口s3。
47.其中，第二端口s2与第三端口s3为续流管，第一电压v1与第二电压v2均为三角波电压。
48.通过上述电路，可利用第二线性电平的工作电压控制buck电路与boost电路的切换。当第二线性电平的工作电压在0
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4.5v时，第一端口s1进行调制，当第二线性电平的工作电压在4.5v以上时，第一端口s1常闭，第二端口s2常开，第三端口s3与第四端口s4进行占空比调试，控制boost电路工作。
49.具体的切换过程如下所示：
50.1.从buck工作模式切换到boost工作模式，即输入电压从高压切换到低压的状态。
51.当输入电压降低时，为维持输出电压的稳定，buck的驱动占空比变大。若buck的占空比调至直通状态仍无法满足输出电压要求，此时输出电压下降。第一电阻r1与第二电阻r2将输出电压信号分压后输送至第一比较器u1的反相端，即第一比较器u1的第二脚，经过与第一基准电压vref1的比较后，使得第一比较器u1的输出电压升高，即第一线性电平电压升高，直接使得第二比较器u2第三脚的输入电压升高，导致第二比较器u2的输出电压呈线性升高，即第二线性电平电压升高。第二线性电平电压信号经第三比较器u3（即跟随器）后与输入第五比较器u5的第二电压v2，及三角波电压进行比较，将输出buck电路的pwm波形调到最大状态。同时，第二线性电平电压的升高会使得第四比较器u4第三脚的输入电压高于第四比较器u4第二脚的输入电压，从而使得第四比较器u4第一脚的输出电压升高，导致第六比较器u6第一脚的输出电压升高，boost开始输出占空比，维持输出电压的稳定，工作方式也就从buck工作模式切换为boost工作模式。
52.由上可知，即，当第一比较器u1的反相输入端的电压降低时，第一线性电平电压升高，第二线性电平电压升高，第三比较器u3的输出电压升高，buck电路停止工作，同时，第四比较器u4第三脚的输入电压升高，第四比较器u4第一脚的电压升高，boost电路开始工作。
53.2.从boost工作模式切换到buck工作模式，即输入电压从低压切换到高压的状态。
54.当输入电压升高时，为维持输出电压的稳定，boost的驱动占空比变小。若boost占空比变为零，boost电路停止工作，其输入、输出均为直通状态，此时输入电压仍在升高的话，则引起输出电压的升高。输出电压经第一电阻r1与第二电阻r2分压后输送至第一比较器u1的反相端，即第一比较器u1的第二脚，经过第一基准电压vref1的比较后，第一比较器u1的输出电压变低，从而导致输入第二比较器u2的第一线性电平电压降低，第二比较器u2的输出电压（第二线性电平电压）降低，从而导致第三比较器u3第三脚的电压降低，第五比较器u5第一脚的输出电压降低，buck驱动占空比由直通状态开始减小。同时第二线性电平电压降低也会导致第四比较器u4第三脚的输入电压降低，使得第四比较器u4的输出电压降低，导致第六比较器u6的输出电压降低，boost驱动关闭，boost电路停止工作，工作方式也
就从boost工作模式切换至buck工作模式。
55.由上可知，即，当第一比较器u1的反相输入端的电压升高时，第一线性电平电压降低，第二线性电平电压降低，第三比较器u3的输出电压降低，buck电路开始工作，同时第四比较器u4第三脚的输入电压降低，第四比较器u4的输出电压降低，boost电路停止工作。
56.综上所述，如图1、图2所示，当第二线性电压降低时，第三比较器u3第一脚控制buck驱动脉冲占空比调节输出电压，第一端口s1与第二端口s2产生buck驱动脉冲，buck电路正常工作，此时第四比较器u4第一脚电压为低电平电压，第三端口s3与第四端口s4之间没有boost驱动脉冲，boost电路停止工作，电路处于buck工作模式；当第二线性电压升高时，第四比较器u4第一脚控制boost驱动脉冲占空比调节输出电压，第三端口s3与第四端口s4产生boost驱动脉冲，buck驱动为高电平直通状态，boost电路正常工作，电路处于boost工作模式。
57.在另一种实施例中，如图2所示，第六比较器u6的第一脚连接第三端口s3。第四比较器u4的第一脚还连接第七比较器u7的第三脚，第七比较器u7的第二脚经第十三电阻r13连接第三电压v3，第七比较器u7的第一脚连接第四端口s4。此时第三电压v3与第四比较器u4的输出电压在第七比较器u7内比较后再产生一路功率拓展驱动信号控制场效应管，以实现功率拓展功能。
58.本实用新型中的一种buck
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boost环路控制切换电路，
59.1.能够实现buck
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boost电路工作状态的切换与功率变换；
60.2.可通过调整第三电压v3与第七比较器u7实现buck
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boost电路的功率拓展功能；
61.3.可通过调整第二芯片u2输出的第二线性电平电压控制buck
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boost电路工作状态的切换与功率转换；
62.4.可取消原buck
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boost控制电路中的调制开关，并采用二极管替代。
63.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。