一种控制电路及方法与流程-j9九游会真人

1.本技术涉及控制电路的领域，尤其是涉及一种控制电路及方法。


背景技术：

2.目前，电路的控制和驱动通常都是由集成芯片完成的。例如，常用的四开关buck-boost控制电路通常采用集成芯片实现，例如lt3789、lt8390等芯片。
3.典型四开关buck-boost工作于以下的四种工作状态：第一状态为buck状态，相当于buck拓扑；第二状态为p-buck状态，每周期初始阶段的一段时间工作于boost状态，每周期后阶段工作于buck状态，通过调节buck开关管导通时间来稳定输出电压；第三状态为p-boost状态，每周期初始阶段工作于boost状态，每周期后阶段工作于buck状态，通过调节boost开关管导通时间来稳定输出电压；第四工作状态为boost状态，相当于boost拓扑。
4.四开关buck-boost电路拓扑能够在较宽的输入电压范围内表现出十分优异的电源效率特性。但是受到关于芯片的多种相关因素的影响，以成熟的控制芯片来驱动控制四开关buck-boost电路的方案成本高、不确定性大，越来越难以满足国内电源的设计需求。
5.针对上述情况，本技术提出了一种控制电路及方法，用以解决上述类似四开关buck-boost电路的电路控制问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述类似四开关buck-boost电路的电路控制问题，本技术提供一种控制电路及方法。
7.第一方面，本技术提供的一种控制电路，采用如下的技术方案：一种控制电路，所述控制电路包括状态配置模块和信号调制模块；所述状态配置模块用于获取受控电路的输入电压值和输出电压值，并基于所述输入电压值和所述输出电压值的大小关系生成状态配置信号；所述信号调制模块用于获取所述状态配置信号，并对所述状态配置信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路在不同状态下工作的驱动信号。
8.通过采用上述技术方案，以四开关buck-boost电路为例，其包括四种状态，并由其输入电压值和输出电压值的大小关系决定，通过对输入电压值与输出电压值的比较即可得出其开关管对应的配置方案，以简单的控制电路实现对四开关buck-boost电路不同工作状态的控制和驱动，在国际关系日趋复杂的背景下，采用本方案能够在满足超宽范围输入电源设计需求的基础之上，替代复杂的主控ic，例如lt8390等，从而控制四开关buck-boost电路这一类型的电路，更加容易的实现控制方案的全国产化。
9.可选的，所述信号调制模块包括信号发生单元和逻辑处理单元；所述信号发生单元用于生成调制信号，用以与所述状态配置信号共同作为所述逻辑处理单元的输入信号；所述逻辑处理单元用于对所述输入信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路
在不同状态下工作的驱动信号。
10.通过采用上述技术方案，采用调制信号以逻辑运算的方式对上述的状态配置信号进行信号调制，得到的驱动信号能够驱动受控电路在不同状态下工作，采用逻辑调制的方式使得控制电路更加简单，更易于实现控制方案的全国产化。
11.可选的，所述状态配置信号包括第一配置信号和第二配置信号，所述驱动信号包括第一驱动信号和第二驱动信号，所述逻辑处理单元包括：或逻辑处理器，用于获取所述第一配置信号和所述调制信号，并对所述第一配置信号和所述调制信号进行“或”逻辑处理，以输出所述第一驱动信号；与逻辑处理器，用于获取所述第二配置信号和所述调制信号，并对所述第二配置信号和所述调制信号进行“与”逻辑处理，以输出所述第二驱动信号。
12.通过采用上述技术方案，以四开关buck-boost电路为例，上述的第一驱动信号用于驱动连接于四开关buck-boost电路的输入端与电感元件正极之间的开关管；上述的第二驱动信号用于驱动连接于电感元件负极与四开关buck-boost电路输出端的开关管。
13.可选的，所述状态配置信号和所述调制信号均为pwm信号。
14.通过采用上述技术方案，单端主控pwm ic具备选型容易，厂家多，用量大的优势。因此，使用pwm信号作为状态配置信号和调制信号，不但能够有效降低物料成本，还能够实现较短的物料交期。
15.可选的，所述状态配置模块包括：状态判定单元，用于获取和比较受控电路的输入电压值和输出电压值，并输出比较结果信号；信号配置单元，用于获取所述比较结果信号，对所述比较结果信号进行逻辑判断，并生成所述状态配置信号。
16.可选的，所述状态判定单元包括电压采样电路和滞回比较电路；所述电压采样电路用于获取受控电路的输入电压值和输出电压值，并输出至所述滞回比较电路；所述滞回比较电路用于生成所述比较结果信号。
17.通过采用上述技术方案，对于比较结果信号的不同组合进行判断，可选的，所述滞回比较电路包括第一滞回比较器、第二滞回比较器和第三滞回比较器，所述第一滞回比较器、所述第二滞回比较器和所述第三滞回比较器的门限电压均不相同。
18.通过采用上述技术方案，以四开关buck-boost电路为例，四开关buck-boost电路在稳定状态下存在四种工作状态，因此采用三个滞回比较器判断其输入电压值与输出电压值的大小关系以及比值范围，以此根据三个滞回比较器的输出结果的组合即可确定其对应的具体工作状态。
19.可选的，所述控制电路用于控制四开关buck-boost电路。
20.第二方面，本技术提供的一种控制方法，采用如下的技术方案：一种控制方法，包括以下步骤：获取受控电路的输入电压值和输出电压值；基于所述输入电压值和所述输出电压值的大小关系生成状态配置信号；
对所述状态配置信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路在不同状态下工作的驱动信号。
21.可选的，所述控制方法用于控制四开关buck-boost电路。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.在国际关系日趋复杂的背景下，采用本方案能够在满足超宽范围输入电源设计需求的基础之上，替代复杂的主控ic，例如lt8390等，从而控制四开关buck-boost电路这一类型的电路，更加容易的实现控制方案的全国产化。
23.2.单端主控pwm ic具备选型容易，厂家多，用量大的优势。因此，使用pwm信号作为状态配置信号和调制信号，不但能够有效降低物料成本，还能够实现较短的物料交期。
附图说明
24.图1是本技术实施例中一种控制电路的逻辑连接图。
25.图2是本技术实施例中四开关buck-boost电路的电路图。
26.图3用于示出不同工作模式切换对应的输入输出电压比值的变换情况1。
27.图4用于示出不同工作模式切换对应的输入输出电压比值的变换情况2。
28.图5是本技术实施例中一种控制方法的流程示意图。
具体实施方式
29.以下结合附图，对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
30.在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。
31.除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。
32.本技术实施例公开一种控制电路。参照图1，一种控制电路包括状态配置模块和信号调制模块。其中，状态配置模块用于获取受控电路的输入电压值和输出电压值，并基于输入电压值和输出电压值的大小关系生成状态配置信号，信号调制模块用于获取状态配置信号，并对状态配置信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路在不同状态下工作的驱动信号。
33.在不同的实施例中，上述的控制电路能够驱动控制不同的电路，本实施例以四开关buck-boost电路举例：
四开关buck-boost电路的四种状态由其输入电压值和输出电压值的大小关系决定，如下所示：当其输入电压值大于其输出电压值，并且二者的比值大于一个预设值时，四开关buck-boost电路工作在buck状态，相当于传统buck电路的拓扑；当其输入电压值大于其输出电压值，并且二者的比值在预设范围内时，四开关buck-boost电路工作在p-buck状态，也即每周期初始阶段的一段时间内工作于boost状态，随后的阶段工作于buck状态，在此工作状态下能够通过调节buck开关管的导通时间来稳定输出电压；当其输入电压值小于其输出电压值，并且二者的比值在预设范围内时，四开关buck-boost电路工作在p-boost状态，也即每周期初始阶段的一段时间内工作于boost状态，每周期后阶段工作于buck状态，通过调节boost开关管导通时间来稳定输出电压；当其输入电压值小于其输出电压值，并且二者的比值小于一个预设值时，四开关buck-boost电路工作在boost状态，相当于boost拓扑。
34.通过对输入电压值与输出电压值的比较即可得出其开关管对应的配置方案，以简单的控制电路实现对四开关buck-boost电路不同工作状态的控制和驱动，能够在满足超宽范围输入电源设计需求的基础之上，替代复杂的主控ic，例如lt8390等，更加容易的实现控制方案的全国产化。
35.具体地，在不同的实施例中，对四开关buck-boost电路进行控制的过程中，上述预设值和预设范围的上下限可以设置为不同的数值，但凡在状态切换时能够使得输出电压保持稳定即可。作为示例地，在理论层面的可行方案如下：在p-buck状态和buck状态相互切换时，上述预设值为1；在p-boost状态和boost状态相互切换时，上述预设值为1；在p-boost状态和p-buck状态相互切换时，上述预设范围为0.5-1.5。在本实施例中，将根据具体的控制方法设定合适的预设值和预设范围，以达到更优的效果。
36.参照图2，具体地，本方案适用的四开关buck-boost电路至少包括两个开关管，也可以包括四个开关管，分别为两个连接于四开关buck-boost电路的输入端与电感元件正极之间的开关管，和两个连接于电感元件负极与四开关buck-boost电路输出端的开关管。其中，图2示出四开关buck-boost电路采用非同步整流方案，上述的驱动信号可以为两个分支，分别驱动一个连接于上述输入端正极与电感元件l1正极之间的开关管q1和一个连接于电感元件l1负极与上述输出端负极的开关管q2即可，另外的两个开关管可分别由二极管d1和d2替代。若采用同步整流方案，则上述的驱动也可以为四个分支，同步驱动上述的四个开关管（图中未示出）。也即上述的驱动信号可以为两个，在非同步整流的四开关buck-boost电路分别驱动上述的两个开关管；也可以为四个，在同步整流的四开关buck-boost电路分别驱动上述的四个开关管。
37.上述的状态配置信号包括第一配置信号和第二配置信号，上述的驱动信号包括第一驱动信号和第二驱动信号。
38.在不同的实施例中，上述的第一配置信号和第二配置信号可以为不同类型的信号，但凡能够通过逻辑调制生成用于驱动四开关buck-boost电路在不同状态下工作的驱动信号即可。作为示例地，由于目前的开关管控制多采用pwm信号，因此，在本实施例中，上述的第一配置信号和第二配置信号均为pwm信号。
39.进一步地，上述的第一配置信号和第二配置信号的占空比均可以为不同的数值，但凡能够通过逻辑调制生成用于驱动四开关buck-boost电路在不同状态下工作的驱动信号即可。
40.限定第一配置信号对应的第一驱动信号为buck开关管控制信号，限定第二配置信号对应的第二驱动信号为boost开关管控制信号。上述的第一配置信号在p-boost状态下的占空比可以于50%-100%之间，第二配置信号在p_buck状态下的占空比可以于0%-50%之间。值得注意的是，若第一配置信号接近50%，第二配置信号接近50%，则在p_buck状态和p_boost状态下，电路峰值电流会上升很多，其效率下降会十分严重。因此，第一配置信号的占空比在75%-90%之间较为合适；第二配置信号的占空比在10%-25%之间较为合适。
41.作为示例地，在本实施例中，占空比按照如下方案设置：在buck状态下第一配置信号的占空比为0%，第二配置信号的占空比为0%；在p_buck状态下第一配置信号的占空比为0%，第二配置信号的占空比为15%；在p_boost状态下第一配置信号的占空比为85%，第二配置信号的占空比为100%；在boost状态下第一配置信号的占空比为100%，第二配置信号的占空比为100%。
42.状态配置模块用于获取受控电路的输入电压值和输出电压值，并基于输入电压值和输出电压值的大小关系生成状态配置信号。具体地，上述的状态配置模块包括状态判定单元和信号配置单元。其中，状态判定单元用于获取和比较四开关buck-boost电路的输入电压值和输出电压值，并输出比较结果信号；信号配置单元用于获取比较结果信号，对比较结果信号进行逻辑判断，并生成状态配置信号。
43.进一步地，上述的状态判定单元包括电压采样电路和滞回比较电路。其中，电压采样电路用于获取四开关buck-boost电路的输入电压值和输出电压值，并输出至滞回比较电路；滞回比较电路用于生成比较结果信号。滞回比较电路可以是包括若干个滞回比较器的电路，也可以是同样具有滞回电压的电路。由于其具有滞回电压，在工作过程中能够形成至少两个交变沿，能够减少元件数量，并且其具有抗干扰性能，能够提高电路工作稳定性。
44.在不同的实施例中，上述的滞回比较电路可以由不同元件组成，其中滞回比较器的数量也可以不同。作为示例地，在本实施例中，滞回比较电路包括第一滞回比较器、第二滞回比较器和第三滞回比较器，其中，第一滞回比较器、第二滞回比较器和第三滞回比较器的门限电压均不相同。由于四开关buck-boost电路在稳定状态下存在四种工作状态，因此采用三个滞回比较器判断其输入电压值与输出电压值的大小关系以及比值范围，以此根据三个滞回比较器的输出结果的组合即可确定其对应的具体工作状态。
45.针对以上方案，作为示例地，将第一滞回比较器的输出信号记为op1；第二滞回比较器的输出信号记为op2；第三滞回比较器的输出信号记为op3。其中，op1、op2和op3均分别对应有上升沿和下降沿，并由上述的信号配置单元检测其交变沿状态。以“1”代表高电平状态，以“0”代表低电平状态，并由上述的信号配置单元判断上述op1、op2和op3的电平状态并做出四开关buck-boost电路的状态判断。作为补充的，上述的信号配置单元可以为常见的mcu，其在检测到op1、op2和op3的电平交变沿时触发中断，以将上述电平状态作为逻辑判断的依据。
46.在本实施例中，100、011、000、001四种状态分别对应于buck状态、p_buck状态、p_boost状态和boost状态。
47.参照图5和图3，为避免在滞回比较器高低门限的临界点时，出现两个不同模式的直接频繁切换问题，保证输出电压的稳定，同时兼顾调制信号的最大占空比以及电源效率，在本实施例中，上述各工作状态与示例中四开关buck-boost电路的输入电压值vin、输出电压值vo的关系如下：图3中（1）为buck工作状态；（2）为p_buck工作状态；（3）为p_boost工作状态；（4）为boost工作状态。
48.当vin/vo为1.18时，buck状态将切换为p-buck状态；当vin/vo为1.33时，p-buck状态将切换为buck状态；当vin/vo为0.98时，p-buck状态将切换为p_boost状态；当vin/vo为1.02时，p_boost状态将切换为p-buck状态；当vin/vo为0.75时，p_boost状态将切换为boost状态；当vin/vo为0.85时，boost将切换为p_boost。
49.通过上述的状态判断结果，上述的信号配置单元能够输出上述的第一配置信号和第二配置信号。
50.信号调制模块用于获取状态配置信号，并对状态配置信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路在不同状态下工作的驱动信号。具体地，上述的信号调制模块包括信号发生单元和逻辑处理单元。其中，信号发生单元用于生成调制信号，用以与状态配置信号共同作为逻辑处理单元的输入信号；逻辑处理单元用于对输入信号进行逻辑调制，以生成用于驱动四开关buck-boost电路在不同状态下工作的驱动信号。采用调制信号以逻辑运算的方式对上述的状态配置信号进行信号调制，得到的驱动信号能够驱动四开关buck-boost电路在不同状态下工作，采用逻辑调制的方式使得控制电路更加简单，更易于实现控制方案的全国产化。
51.继续参照图1，进一步地，在不同的实施例中，上述的调制信号均可以为不同的信号类型，但凡能够与上述的状态配置信号相互匹配，并且能够经过逻辑调制生成能够驱动四开关buck-boost电路的驱动信号即可。作为示例地，在本实施例中，上述的调制信号为pwm信号，采用单端主控ic作为信号发生单元。目前，单端主控pwm-ic具备选型容易，厂家多，用量大的优势。因此，使用pwm信号作为状态配置信号和调制信号，不但能够有效降低物料成本，还能够实现较短的物料交期。
52.具体地，上述调制信号的占空比由主控ic通过环路计算得来，其计算操作用于实现稳压输出，并且通过不断的计算实现占空比的动态调整，以实现输出电压稳定，在实际操作过程中，调制信号的占空比通常在0%~95%之间。
53.对应地，值得注意的是，上述的第一配置信号在p-boost状态下的占空比可以于50%-100%之间，第二配置信号在p_buck状态下的占空比可以于0%-50%之间。但是受限于调制信号的最大占空比限制，通常情况下，第一配置信号的占空比无法达到100%，第二配置信号的占空比无法达到0%。
54.对应地，在不同的实施例中，上述的逻辑处理单元可以由不同的元件组成，本技术具体但非限定地提供一种方案：上述的逻辑处理单元包括或逻辑处理器和与逻辑处理器。其中，或逻辑处理器用于获取第一配置信号和调制信号，并对第一配置信号和调制信号进行“或”逻辑处理，以输出第一驱动信号；与逻辑处理器用于获取第二配置信号和调制信号，
并对第二配置信号和调制信号进行“与”逻辑处理，以输出第二驱动信号。
55.在本实施例中，上述的第一驱动信号用于驱动连接于四开关buck-boost电路的输入端与电感元件正极之间的开关管；上述的第二驱动信号用于驱动连接于电感元件负极与四开关buck-boost电路输出端的开关管。
56.参照图5，本技术提供的一种控制方法，包括以下步骤：s1.获取受控电路的输入电压值和输出电压值；s2.基于输入电压值和输出电压值的大小关系生成状态配置信号；s3.对状态配置信号进行逻辑调制，以生成用于驱动受控电路在不同状态下工作的驱动信号。
57.本技术提供的控制方法适用于控制四开关buck-boost电路，其实施原理如上所述，此处不再赘述。
58.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。