CN104600983B - 升压降压开关功率变换器、控制电路及模式切换控制单元 - Google Patents
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Abstract
提出了一种升压降压型开关功率变换器、适用于升压降压型开关功率变换器的模式切换控制单元以及相关控制电路。根据本公开各实施例的模式切换控制单元包括降压占空比检测与比较电路和升压占空比检测与比较电路。该降压占空比检测与比较电路用于将表征降压占空比的信号与表征降压占空比阈值的信号比较以提供第一模式切换控制信号，从而控制该升压降压型开关功率变换器在降压模式切换与升压‑降压模式之间自动平稳地切换。该升压占空比检测与比较电路，用于将表征升压占空比的信号与表征升压占空比阈值的信号相比较以提供第二模式切换控制信号，从而控制所述升压降压型开关功率变换器在升压模式与升压‑降压模式之间自动平稳地切换。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及功率变换器，尤其涉及升压降压型开关功率变换器及其模式切换控制电路。
背景技术
升压降压型开关功率变换器可以将输入电压转换为高于、等于或低于该输入电压的输出电压，可以工作在较宽的输入电压变化范围内。因此在电源领域得到了广泛应用。
图1示出了一种常见的升压降压型开关功率变换器中的功率开关的拓扑结构10。该功率开关的拓扑结构10包括四个功率开关SWA、SWB、SWC和SWD。第一功率开关SWA和第二功率开关SWB串联耦接于输入端IN和参考地GND之间，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB的公共耦接端形成第一开关节点SW1。第三功率开关SWC和第四功率开关SWD串联耦接于输出端OUT和参考地GND之间，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD的公共耦接端形成第二开关节点SW2。第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间耦接电感L。升压降压型开关功率变换器通常还包括控制电路，用于为拓扑结构10中的功率开关SWA、SWB、SWC和SWD的控制端GA、GB、GC和GD提供控制信号，以控制每个开关各自的导通和关断切换，从而将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo。
对于采用图1所示拓扑结构10的升压降压型开关功率变换器，若输入电压Vin高于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于降压模式，若输入电压Vin接近或等于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于升压-降压模式，若输入电压Vin低于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器工作于升压模式。在降压模式，第四功率开关SWD持续保持导通、第三功率开关SWC持续保持关断，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB进行互补地导通和关断切换，即：第一功率开关SWA导通时，第二功率开关SWB关断，反之亦然。在升压模式，第一功率开关SWA持续保持导通、第二功率开关SWB持续保持关断，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行互补地导通和关断切换，即：第三功率开关SWC导通时，第四功率开关SWD关断，反之亦然。在升压-降压模式，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB构成第一组开关对，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD构成第二组开关对，该第一组开关对和第二组开关对相互独立地进行导通和关断切换。
理论上，基于输入电压Vin和输出电压Vo的相对大小，可以调节升压降压型开关功率变换器选择性地工作于降压模式、升压模式或升压-降压模式，从而达到将输入电压Vin转换为任何合适的输出电压Vo的目的。然而，事实上现有的降压型开关功率变换器并不能实现以上三种工作模式间的平稳切换，并且在从一种工作模式(例如降压模式)切换至另一种工作模式(例如升压-降压模式)时会导致输出电压Vo出现较大的波动尖峰。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种升压降压型开关功率变换器、用于升压降压型开关功率变换器的模式切换控制单元及控制电路。
在本公开的一个方面，提出了一种模式切换控制单元，用于控制升压降压型开关功率变换器自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换。该升压降压型开关功率变换器可以包括第一功率开关对和第二功率开关对，并且第一功率开关对中的第一功率开关和第二功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间，第一功率开关的导通时间占整个第一功率开关和第二功率开关导通和关断切换周期的比例为降压占空比；第二功率开关对中的第三功率开关和第四功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间，第三功率开关的导通时间占整个第三功率开关和第四功率开关的导通和关断切换周期的比例为升压占空比。
该模式切换控制单元可以包括：降压占空比检测与比较电路和升压占空比检测与比较电路。根据本公开的各实施例，该降压占空比检测与比较电路具有第一检测输入端和第一比较输出端，该第一检测输入端用于接收表征降压占空比的信号，该降压占空比检测与比较电路用于产生表征降压占空比阈值的信号，并将表征该降压占空比的信号与表征降压占空比阈值的信号相比较以在所述第一比较输出端提供第一模式切换控制信号，其中所述降压占空比阈值具有第一迟滞；若降压占空比大于降压占空比阈值，则第一模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从降压模式切换至升压-降压模式，同时使所述降压占空比阈值降低至第二降压占空比阈值，降低的量等于所述第一迟滞；若降压占空比小于所述第二降压占空比阈值，则第一模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至降压模式，同时使降压占空比阈值恢复原值。
根据本公开的各实施例，该升压占空比检测与比较电路具有第二检测输入端和第二比较输出端，该第二检测输入端用于接收表征升压占空比的信号，该升压占空比检测与比较电路用于产生表征升压占空比阈值的信号，并将表征该升压占空比的信号与表征升压占空比阈值的信号相比较以在所述第二比较输出端提供第二模式切换控制信号，其中所述升压占空比阈值具有第二迟滞；若升压占空比大于升压占空比阈值，则第二模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至升压模式，同时使所述升压占空比阈值降低至第二升压占空比阈值，并且降低的量等于所述第二迟滞；若升压占空比小于所述第二升压占空比阈值，则第二模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压模式切换回升压-降压模式，同时使升压占空比阈值恢复原值。
在本公开的另一方面，提出了一种控制电路，用于为上述升压降压型开关型功率变换器提供控制信号。该控制电路包括根据本公开各实施例的模式切换控制单元。该控制电路还可以接收***时钟信号、表征所述升压降压型开关功率变换器的输出电压的第一反馈信号、表征流经所述开关单元的开关电流的第二反馈信号以及表征所述输出电压的期望值的参考信号。该控制电路被构建以基于所述第一反馈信号、第二反馈信号、参考信号和***时钟信号提供第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号分别至所述第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第一功率开关和第二功率开关的导通和关断切换，所述第三控制信号和所述第四控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第三功率开关和所述第四功率开关的导通和关断切换。
在本公开的又一方面，提出了一种升压降压型开关功率变换器，包括根据本公开各实施例的模式切换控制单元。
在本公开的再一方面，提出了一种升压降压型开关功率变换器，包括根据本公开各实施例的控制电路。
根据本公开实施例的升压降压型开关功率变换器可以自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换。在降压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行降压周期的工作，降压周期指第一组开关对中的第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第二组开关对中的第三功率开关持续保持关断，第四功率开关持续保持导通。在升压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行升压周期的工作，升压周期指第二组开关中的第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，第一组开关对中的第一功率开关持续保持导通、第二功率开关持续保持关断。在升压-降压模式，该控制电路使该升压降压型开关型功率变换器连续稳定地进行一个降压周期和一个升压周期交替的工作。
利用上述方案，根据本公开实施例的模式切换控制单元为升压降压型开关功率变换器提供模式切换控制信号，以控制该升压降压型开关功率变换器自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换，避免在模式切换的临界区域，降压模式与升压-降压模式之间以及升压-降压模式和升压模式之间不必要的来回切换，降低模式切换时输出电压的波动尖峰，增强升压降压型开关功率变换器的稳定性
附图说明
下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
图1示出了一种常见的升压降压型开关功率变换器中的功率开关的拓扑结构10；
图2示出了根据本公开一个实施例的升压降压型开关功率变换器100及其控制电路108的电路架构示意图；
图3示意出了图2实施例中升压降压型开关功率变换器100在降压模式与升压-降压模式之间转换时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；
图4示意出了图2实施例中升压降压型开关功率变换器100在升压-降压模式与升压模式之间转换时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图；
图5示出了根据本公开一个示例性实施例的模式切换控制单元105的电路示意图；
图6示出了根据本公开一个实施例的降压占空比检测与比较电路1051的工作波形示意图；
图7示出了根据本公开一个实施例的升压占空比检测与比较电路1052的工作波形示意图；
图8示意出了根据本公开一个实施例的电流检测与斜坡补偿单元106的电路示意图；
图9示出了图8中电流检测与斜坡补偿单元106接收的第一斜坡补偿信号和第二斜坡补偿信号，以及输出的第一电流检测信号和第二电流检测信号的波形示意图；
图10示出了根据本公开一个变型实施例的模式切换控制单元105的电路架构示意图；
图11示出了根据本公开又一个变型实施例的模式切换控制单元105的电路架构示意图；
图12示出了根据图11示意实施例的降压占空比检测与比较电路1051的工作波形示意图；
图13示出了根据图11示意实施例的升压占空比检测与比较电路1052的工作波形示意图。
具体实施方式
下面将详细说明本公开的一些实施例。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本公开的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本公开的实施例也可以被实现。
在本公开的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征、结构或者参数、步骤等至少包含在根据本公开的一个实施例中。因而，在本公开的说明书中，若采用了诸如“根据本公开的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本公开的不同实施例”、“根据本公开另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。另外，在本公开的说明书及权利要求中，“耦接”一词意指通过电气或者非电气的方式实现直接或者间接的连接。“一个”并不用于特指单个，而是可以包括复数形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含义。除非特别明确指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含义，并不用于特指只能选择几个并列特征中的一个，而是意指可以选择其中的一个或几个或其中某几个特征的组合。除非特别明确指出，“基于”一词不具有排它性，而是意指除了基于明确描述的特征之外，还可以基于其它未明确描述的特征。“电路”意指至少将一个或者多个有源或无源的元件耦接在一起以提供特定功能的结构。“信号”至少可以指包括电流、电压、电荷、温度、数据、压力或者其它类型的信号。若“晶体管”的实施例可以包括“场效应晶体管”或者“双极结型晶体管”，则“栅极/栅区”、“源极/源区”、“漏极/漏区”分别可以包括“基极/基区”、“发射极/发射区”、“集电极/集电区”，反之亦然。本领域的技术人员应该理解，以上罗列的对本公开中描述用语的解释仅仅是示例性的，并不用于对各用语进行绝对的限定。
图2示出了根据本公开一个实施例的升压降压型开关功率变换器100的电路架构示意图。该升压降压型开关功率变换器100可以包括：输入端IN，用于接收输入电压Vin；输出端OUT，用于提供合适的输出电压Vo，以为负载供电并提供输出电流Io；开关单元，例如包括第一功率开关SWA、第二功率开关SWB、第三功率开关SWC和第四功率开关SWD，具有用于耦接所述输入端IN的第一端、用于耦接所述输出端OUT的第二端，以及用于接收控制信号(例如图2中的第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4)的控制端(例如图2中的第一控制端GA、第二控制端GB、第三控制端GC和第四控制端GD)，该开关单元被配置为基于控制信号(例如图2中的第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4)进行导通和关断切换，以将输入电压Vin转换为所述输出电压Vo；以及控制电路108，用于检测/接收表征输出电压Vo的第一反馈信号Vfb、反映输出电流Io的第二反馈信号Vcs和表征输出电压Vo的期望值的参考信号Vref。该控制电路108被构建用于至少基于所述第一反馈信号Vfb、第二反馈信号Vcs和参考信号Vref提供前述控制信号(例如图2中的第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4)至开关单元。
根据本公开的一个示例性实施例，升压降压型开关功率变换器100的开关单元可以具有如下拓扑结构：第一功率开关SWA和第二功率开关SWB串联耦接于输入端IN和参考地GND之间，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB的公共耦接端形成第一开关节点SW1；第三功率开关SWC和第四功率开关SWD串联耦接于输出端OUT和参考地GND之间，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD的公共耦接端形成第二开关节点SW2。在一个示例性实施例中，第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间耦接感性储能元件Lo。在图2的示例性实施例中，第一至第四功率开关SWA、SWB、SWC和SWD均可以包括可控开关元件，例如示意为MOSFET。该第一至第四功率开关SWA、SWB、SWC和SWD可以分别具有各自的控制端，例如所述第一控制端GA、第二控制端GB、第三控制端GC和第四控制端GD，分别用于接收控制电路108提供的第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4。
根据本公开的一个示例性实施例，升压降压型开关功率变换器100的控制电路108采用峰值电流控制脉冲宽度调制模式对开关单元进行导通和关断切换控制。在一个实施例中，控制电路108至少提供例如图2中的第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4分别至开关单元中的第一功率开关SWA、第二功率开关SWB、第三功率开关SWC和第四功率开关SWD，以控制这些功率开关的导通和关断切换。根据本公开的一个示例性实施例，第一功率开关SWA和第二功率开关SWB构成第一组开关对(通常称为降压开关对)，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD构成第二组开关对(通常称为升压开关对)。控制电路108被构建以控制该第一组开关对和第二组开关对相互独立地进行导通和关断切换。控制电路108可以根据输入电压Vin和输出电压Vo的相对大小调整该升压降压型开关功率变换器100至少工作于降压模式、升压-降压模式和升压模式。
根据本公开的一个示例性实施例，若输入电压Vin高于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器100工作于降压模式。在降压模式，控制电路108使第一组开关对进行导通和关断切换，并使第二组开关对中的第三功率开关SWC持续保持关断，第四功率开关SWD持续保持导通。此时，升压-降压型开关功率变换器100事实上具有降压型拓扑结构。在一个实施例中，在降压模式，控制电路108控制该第一组开关对中的第一功率开关SWA和第二功率开关SWB进行互补地导通和关断切换，即：第一功率开关SWA导通时，第二功率开关SWB关断，反之亦然。一般可以将第一功率开关SWA的导通时间占整个第一功率开关SWA和第二功率开关SWB导通和关断切换周期的比例称为降压占空比，本公开中用D1表示。
根据本公开的一个示例性实施例，若输入电压Vin下降，降至接近或等于输出电压Vo时，则该升压降压型开关功率变换器100工作于升压-降压模式。在升压-降压模式，控制电路108控制所述第一组开关对和第二组开关对相互独立地进行导通和关断切换，并且使第一组开关对工作一个切换周期与第二组开关对工作一个切换周期交替地进行，其中第一组开关对工作一个切换周期称为一个降压周期，第二组开关对工作一个切换周期称为一个升压周期，因而一个升压-降压周期包括一个降压周期和一个升压周期。在一个实施例中，对于一个降压周期，控制电路108使第二组开关对中的第三功率开关SWC持续保持关断，第四功率开关SWD持续保持导通，并使第一组开关对中的第一功率开关SWA和第二功率开关SWB进行互补地导通和关断切换。因而在第一组开关对的切换过程中，若第一功率开关SWA导通且第二功率开关SWB关断，则事实上四个功率开关中的第一功率开关SWA和第四功率开关SWD均导通(本公开中用“AD”表示)，若第一功率开关SWA关断且第二功率开关SWB导通，则事实上四个功率开关中的第二功率开关SWB和第四功率开关SWD均导通(本公开中用“BD”表示)。对于一个升压周期，控制电路108使第一组开关对中的第一功率开关SWA持续保持导通、第二功率开关SWB持续保持关断，并使第二组开关对中的第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行互补地导通和关断切换。因而在第二组开关对的切换过程中，若第三功率开关SWC导通且第四功率开关SWD关断，则事实上四个功率开关中的第一功率开关SWA和第三功率开关SWC均导通(本公开中用“AC”表示)，若第三功率开关SWC关断且第四功率开关SWD导通，则事实上四个功率开关中的第一功率开关SWA和第四功率开关SWD均导通(本公开中用“AD”表示)。
根据本公开的一个示例性实施例，若输入电压Vin降至低于输出电压Vo，则该升压降压型开关功率变换器100工作于升压模式。在升压模式，控制电路108使第二组开关对进行导通和关断切换，并使第一组开关对中的第一功率开关SWA持续保持导通、第二功率开关SWB持续保持关断。此时，升压-降压型开关功率变换器100事实上具有升压型拓扑结构。在一个实施例中，在升压模式，控制电路108控制该第二组开关对中的第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行互补地导通和关断切换，即：第三功率开关SWC导通时，第四功率开关SWD关断，反之亦然。一般可以将第三功率开关SWC的导通时间占整个第三功率开关SWC和第四功率开关SWD导通和关断切换周期的比例称为升压占空比，本公开中用D2表示。
根据本公开的一个示例性实施例，控制电路108还可以调节功率变换器100自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式和升压模式之间平稳切换。
控制电路108通过调节占空比D1和占空比D2对输出电压Vo进行调整。在峰值电流控制脉冲宽度调制模式下，控制电路108采用的第二反馈信号Vcs可以通过检测流过第一功率开关SWA的开关电流IHS或者通过检测流过感性储能元件Lo的电感电流IL获得，因而第二反馈信号Vcs正比于开关电流IHS或者电感电流IL，并包含了开关电流IS或者电感电流IL的峰值信息。由于输出电流Io通常可以看作开关电流IHS或者电感电流IL的平均，因而开关电流IHS或者电感电流IL事实上也反映了输出电流Io的值。
根据本公开的一个示例性实施例，升压降压型开关功率变换器100还可以包括容性储能元件Co，其一端耦接输出端OUT，另一端连接至参考地GND，用于对开关单元的输出(例如第一切换信号VSW1或第二切换信号VSW2)滤波(或者可以看作对输出电压Vo滤波)以使输出端OUT提供平滑的输出电压Vo。
根据本公开的一个示例性实施例，升压降压型开关功率变换器100还可以包括反馈电路，用于检测输出电压Vo并提供表征输出电压Vo的第一反馈信号Vfb。例如，图2中的反馈电路示意为包括串联耦接在输出端OUT与参考地GND之间的第一反馈电阻Rf1与第一反馈电阻Rf2，在该第一反馈电阻Rf1与第一反馈电阻Rf2的公共节点处提供第一反馈信号Vfb。在其它的实施例中，也可以采用其它合适的反馈电路，甚至也可以不包括反馈电路，而是可以通过直接反馈输出电压Vo以提供第一反馈信号Vfb。
以下将参考图2至图13对根据本公开实施例的升压降压型开关功率变换器100和控制电路108进行进一步说明。
根据本公开的一个示例性实施例，控制电路108可以包括误差放大单元101，用于将第一反馈信号Vfb与参考信号Vref进行运算，以提供表征该第一反馈信号Vfb与该参考信号Vref之差值的差值放大信号Vcomp。
控制电路108还可以包括电流检测与斜坡补偿单元106，用于检测流过第一功率开关SWA的开关电流IHS或者流过感性储能元件Lo的电感电流IL以产生第二反馈信号Vcs，并将该第二反馈信号Vcs进行斜坡补偿，以提供第一电流检测信号VCS1和第二电流检测信号VCS2，其中该第一电流检测信号VCS1表征了升压-降压型开关功率变换器100工作于降压模式/降压周期时的电感电流IL，该第二电流检测信号表征了升压-降压型开关功率变换器100工作于升压模式/升压周期时的电感电流IL。图8示意出了根据本公开一个实施例的电流检测与斜坡补偿单元106的电路示意图。在该示例中电流检测单元106示意为通过检测流过第一功率开关SWA的电流IHS产生第二反馈信号VCS。可以采用电流检测电阻RS和检测放大器CS实现该功能，电流检测电阻RS与第一功率开关SWA串联耦接，检测放大器CS的两个输入端分别耦接电流检测电阻RS的两端，其输出端提供所述第二反馈信号VCS。本领域的技术人员应该理解实现电流检测的电路有多种，其它实施例中也可采用现有的其它电流检测电路。电流检测与斜坡补偿单元106可以接收第一斜坡补偿信号RAMP1和第二斜坡补偿信号RAMP2，用于分别对第二反馈信号VCS进行补偿。如图9所示，在一个实施例中，第二斜坡补偿信号RAMP2可以由第一斜坡补偿信号RAMP1叠加设定的偏压ΔV得到，使第一斜坡补偿信号RAMP1的峰值与第二斜坡补偿信号RAMP2的谷值相等。也就是说第一斜坡补偿信号RAMP1的峰值刚好与第二斜坡补偿信号RAMP2的谷值相碰，但第一斜坡补偿信号RAMP1与第二斜坡补偿信号RAMP2不交叠。在这种情况下也可以认为所述设定的偏压ΔV等于第一斜坡补偿信号RAMP1的幅值。本领域的技术人员应该理解图9对于各信号的斜率及幅值仅为示意性的，并不表示其实际大小，也非按实际比例绘制。返回图8，电流检测与斜坡补偿单元106采用第一斜坡补偿信号RAMP1对所述第二反馈信号Vcs进行补偿后得到所述第一电流检测信号VCS1，同时采用第二斜坡补偿信号RAMP2对所述第二反馈信号Vcs进行补偿后得到所述第二电流检测信号VCS2。在一个实施例中，如图8所示意的，可以通过加法电路实现补偿功能，即，将所述第一斜坡补偿信号RAMP1和第二斜坡补偿信号RAMP2分别叠加在第二反馈信号Vcs上，从而分别得到所述第一电流检测信号VCS1和所述第二电流检测信号VCS2。因而，再参考图9示意，所述第一电流检测信号VCS1和所述第二电流检测信号VCS2之间也具有所述设定的偏压ΔV(即，第二电流检测信号VCS2也可看作由第一电流检测信号VCS1叠加所述设定的偏压ΔV得到)。
返回继续参考图2示意，控制电路108还可以包括降压周期脉冲宽度调制单元102和升压周期脉冲宽度调制单元103。降压周期脉冲宽度调制单元102用于接收所述差值放大信号Vcomp和所述第一电流检测信号VCS1，并将该第一电流检测信号VCS1与差值放大信号Vcomp比较以输出第一脉冲宽度调制信号PWM1。升压周期脉冲宽度调制单元103用于接收所述差值放大信号Vcomp和所述第二电流检测信号VCS2，并将该第二电流检测信号VCS2与差值放大信号Vcomp比较以输出第二脉冲宽度调制信号PWM2。
根据本公开的一个示例性实施例，控制电路108还可以包括逻辑控制单元104。该逻辑控制单元104至少接收所述第一脉冲宽度调制信号PWM1、第二脉冲宽度调制信号PWM2和时钟信号CLK，并至少基于该第一脉冲宽度调制信号PWM1、第二脉冲宽度调制信号PWM2和时钟信号CLK产生所述第一控制信号DR1、第二控制信号DR2、第三控制信号DR3和第四控制信号DR4。该时钟信号CLK可以由例如振荡器提供。在一个实施例中，所述第一控制信号DR1和第二控制信号DR2可以为逻辑互补的方波信号，即若第一控制信号DR1具有逻辑高电平，则第二控制信号DR2具有逻辑低电平，反之亦然。该第一控制信号DR1和第二控制信号DR2分别用于控制所述第一组开关对中的第一功率开关SWA和第二功率开关SWB。所述第三控制信号DR3和第四控制信号DR4也可以为逻辑互补的方波信号，即若第三控制信号DR3具有逻辑高电平，则第四控制信号DR4具有逻辑低电平，反之亦然。该第三控制信号DR3和第四控制信号DR4分别用于控制所述第二组开关对中的第三功率开关SWC和第四功率开关SWD。根据本公开的一个实施例，在降压模式/降压周期，所述第一脉冲宽度调制信号PWM1用于触发所述第一控制信号DR1将所述第一功率开关SWA关断，所述时钟信号CLK用于触发所述第一控制信号DR1将所述第一功率开关SWA导通。在升压模式/升压周期，所述第二脉冲宽度调制信号PWM2用于触发所述第三控制信号DR3将所述第三功率开关SWC关断，所述时钟信号CLK用于触发所述第三控制信号DR3将所述第三功率开关SWC导通。
根据本公开的一个示例性实施例，控制电路108还可以包括模式切换控制单元105。模式切换控制单元105通过检测降压占空比D1和升压占空比D2，并将降压占空比D1和升压占空比D2的检测值分别与降压占空比阈值DTH1和升压占空比阈值DTH2比较，基于比较结果控制升压降压型开关功率变换器100的工作模式切换。在一个示例性的实施例中，模式切换控制单元105可以包括降压占空比检测与比较电路1051和升压占空比检测与比较电路1052。降压占空比检测与比较电路1051用于检测降压占空比D1，并将表征降压占空比D1的信号与表征降压占空比阈值DTH1的信号相比较以产生第一模式切换控制信号TR1。若降压占空比D1大于降压占空比阈值DTH1，则第一模式切换控制信号TR1控制升压降压型开关功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式，若降压占空比D1小于降压占空比阈值DTH1，则第一模式切换控制信号TR1控制升压降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式。升压占空比检测与比较电路1052用于检测升压占空比D2，并将表征升压占空比D2的信号与表征升压占空比阈值DTH2的信号相比较以产生第二模式切换控制信号TR2。若升压占空比D2大于升压占空比阈值DTH2，则第二模式切换控制信号TR2控制升压降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式，若升压占空比D2小于升压占空比阈值DTH2，则第二模式切换控制信号TR2控制升压降压型开关功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式。
根据本公开的一个示例性实施例，所述降压占空比阈值DTH1可以具有第一迟滞H1。在这种情况下，若降压占空比D1大于降压占空比阈值DTH1，则第一模式切换控制信号TR1控制升压降压型开关功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式的同时，使该降压占空比阈值DTH1降低至第二降压占空比阈值，并且降低的量为该第一迟滞H1的值，即第二降压占空比阈值为(DTH1-H1)。这样若降压占空比D1小于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)时，第一模式切换控制信号TR1才控制升压降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换回降压模式，同时使降压占空比阈值DTH1从所述第二降压占空比阈值(DTH1-H1)恢复至原值DTH1，从而可以防止降压模式与升压-降压模式之间的不必要来回切换，增强升压降压型开关功率变换器100的稳定性。
图3示意出了根据本公开一个实施例的升压降压型开关功率变换器100在降压模式与升压-降压模式之间转换时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图。第一组曲线301示出了从降压模式转换至升压-降压模式前后的电感电流IL的波形示意图。如图所示，在降压模式下，随着输入电压Vin的下降，输入电压Vin将接近输出电压Vo，直至降压占空比D1达到降压占空比阈值DTH1时，表明若升压降压型开关功率变换器100继续工作于降压模式将不足以为负载提供足够的能量。例如，降压占空比阈值DTH1可以为降压模式下允许达到的最大降压占空比值，在一个示例性的实施例中为95％，在其它实施例中也可以具有其它百分比值。一旦降压占空比D1达到该降压占空比阈值DTH1，则表明升压降压型开关功率变换器100需要从降压模式转换至升压-降压模式以满足负载需求。因而在刚转换至升压-降压模式的那个降压周期，第一功率开关SWA需要整周期导通(参见图3第一组曲线301中电感电流IL的波形的第二个“AD”段)以为负载供能。那么在紧接着的升压周期，第三功率开关SWC和第四功率开关SWD进行一次开关切换(参见图3第一组曲线301中电感电流IL的波形的“AC”段和第三个“AD”段)，然后需要进入降压周期使第二功率开关SWB导通(参见图3第一组曲线301中电感电流IL的波形的第二个“BD”段)以使电感电流IL能够稳态平衡，从而满足伏秒平衡。此后，升压降压型开关功率变换器100将稳定地工作于升压-降压模式，即交替进行一个降压周期(包括一个“BD”和一个“AD”)和一个升压周期(包括一个“AC”和一个“AD”)的工作。
第二组曲线302示出了从升压-降压模式转换至降压模式前后的电感电流IL的波形示意图。如图所示，在升压-降压模式下，随着输入电压Vin的增大，输入电压Vin将大于输出电压Vo，直至降压占空比D1低于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)时，表明若升压降压型开关功率变换器100继续工作于升压-降压模式将为负载提供过盛的能量。例如，第二降压占空比阈值(DTH1-H1)为升压-降压模式下允许达到的最小降压占空比值，在一个示例性的实施例中为80％，在其它实施例中也可以具有其它百分比值。一旦降压占空比D1小于该第二降压占空比阈值(DTH1-H1)，则表明升压降压型开关功率变换器100需要从升压-降压模式转换至降压模式以为负载提供合适的能量。在模式转换后，功率变换器100可以稳定工作于降压模式，进行连续的降压周期(包括一个“AD”和一个“BD”)的工作。
根据本公开的一个示例性实施例，所述升压占空比阈值DTH2可以具有第二迟滞H2。在这种情况下，若升压占空比D2大于升压占空比阈值DTH2，则第二模式切换控制信号TR2控制升压降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式的同时，该升压占空比阈值DTH2降低至第二升压占空比阈值，并且降低的量为该第二迟滞H2的值，即第二升压占空比阈值为(DTH2-H2)。这样若升压占空比D2小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)时，第二模式切换控制信号TR2才控制升压降压型开关功率变换器100从升压模式切换回升压-降压模式，从而可以防止升压-降压模式与升压-模式之间的不必要来回切换，增强升压降压型开关功率变换器100的稳定性。
图4示意出了根据本公开一个实施例的升压降压型开关功率变换器100在升压-降压模式与升压模式之间转换时流过感性储能元件Lo的电感电流IL的波形示意图。第一组曲线401示出了从升压-降压模式转换至升压模式前后的电感电流IL的波形示意图。如图所示，在升压-降压模式下，随着输入电压Vin的进一步下降，输入电压Vin将小于输出电压Vo，直至升压占空比D2达到升压占空比阈值DTH2时，表明若升压降压型开关功率变换器100继续工作于升压-降压模式将不足以为负载提供足够的能量。例如，升压占空比阈值DTH2可以为升压-降压模式下允许达到的最大升压占空比值，在一个示例性的实施例中为30％，在其它实施例中也可以具有其它百分比值。一旦升压占空比D2达到该升压占空比阈值DTH2，则表明升压降压型开关功率变换器100需要从升压-降压模式转换至升压模式以满足负载需求。因而此后不再需要降压周期(例如图4第一组曲线401中电感电流IL的波形的“BD”段)以保持伏秒平衡，在转换至升压模式后，功率变换器100可以稳定进行连续的升压周期(包括一个“AC”和一个“AD”)的工作。
第二组曲线402示出了从升压模式转换至升压-降压模式前后的电感电流IL的波形示意图。如图所示，在升压模式下，随着输入电压Vin的增大，输入电压Vin将接近输出电压Vo，直至升压占空比D2小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)时，表明若升压降压型开关功率变换器100继续工作于升压模式将为负载提供过盛的能量。例如，第二升压占空比阈值(DTH2-H2)可以为升压模式下允许达到的最小升压占空比值，在一个示例性的实施例中为10％，在其它实施例中也可以具有其它百分比值。一旦升压占空比D2达到该第二升压占空比阈值(DTH2-H2)，则表明升压降压型开关功率变换器100需要从升压模式转换至升压-降压模式以为负载提供合适的能量。因而在刚转换至升压-降压模式后，功率变换器100进行一个升压周期(参见图4第二组曲线401中电感电流IL的波形的第二个“AC”段和第二个“AD”段)的工作后，需要进入降压周期使第二功率开关SWB导通(参见图4第二组曲线401中电感电流IL的波形的“BD”段)。此后，升压降压型开关功率变换器100将稳定地工作于升压-降压模式，即交替进行一个降压周期(包括一个“BD”和一个“AD”)和一个升压周期(包括一个“AC”和一个“AD”)的工作。
图5示出了根据本公开一个示例性实施例的模式切换控制单元105的电路示意图。降压占空比检测与比较电路1051示意为包括第一参考波发生电路501和第一D触发器502。第一参考波发生电路501具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号TR1，该第一参考波发生电路501用于在其输出端提供第一参考脉冲信号CR1，并基于第一模式切换控制信号TR1调整该第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比D1大于降压占空比阈值DTH1时等于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)，而在降压占空比D1小于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)时等于降压占空比阈值DTH1。第一D触发器502具有第一数据输入端DI1、第一时钟输入端C1、第一置位端S1、第一复位端R1、第一正相输出端Q1和第一反相输出端第一数据输入端DI1用于接收所述第一控制信号DR1，第一时钟输入端C1用于接收所述第一参考脉冲信号CR1，第一置位端S1和第一复位端R1均接收逻辑高信号“H”以使该第一D触发器502正常工作。
以下将结合图6对该降压占空比检测与比较电路1051进行简要说明。图6示出了根据本公开一个实施例的降压占空比检测与比较电路1051的工作波形图。由于第一控制信号DR1的脉冲宽度可以表征降压占空比D1，第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度可以表征降压占空比阈值，因而将第一控制信号DR1与第一参考脉冲信号CR1进行脉冲宽度比较即可实现降压占空比D1与降压占空比阈值DTH1(或第二降压占空比阈值(DTH1-H1))的比较。参考图6，第一D触发器502为时钟下降沿触发，第一参考脉冲信号CR1输入其时钟输入端作为该第一D触发器502的时钟信号，因而在第一参考脉冲信号CR1的每个下降沿，第一D触发器502将其数据输入端DI1接收的数据(即图6示例中第一控制信号DR1的状态)输送至第一正相输出端Q1输出并保持，直至第一参考脉冲信号CR1的下一个下降沿来临。在图6的示例中，第一控制信号DR1、第一参考脉冲信号CR1和第一模式切换控制信号TR1均可以具有第一逻辑状态(示意为高电平)和第二逻辑状态(示意为低电平)，其中第一控制信号DR1和第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度均指第一逻辑状态(即图6中高电平)脉冲的宽度，当第一模式切换控制信号TR1具有第一逻辑状态时控制功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式，当第一模式切换控制信号TR1具有第二逻辑状态时控制功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式。
假设升压-降压型开关功率变换器100当前工作于降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的601周期的示意)，则第一模式切换控制信号TR1具有第二逻辑状态(图6中示意为低电平)。若第一控制信号DR1的脉冲宽度大于第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度，则在第一参考脉冲信号CR1的下降沿来临时，第一控制信号DR1仍处于第一逻辑状态(即图6中示意的高电平)，因而此时第一D触发器502将第一控制信号DR1的该第一逻辑状态(图6中示意为高电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第二逻辑状态(图6中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图6中示意为高电平)。这时表明降压占空比D1已超过降压占空比阈值DTH1，则第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的602和603周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第一逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)。
假设升压-降压型开关功率变换器100当前工作于升压-降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的602～605周期的示意)，则第一模式切换控制信号TR1具有第一逻辑状态(图6中示意为高电平)。随着输入电压Vin的增大，在升压-降压模式的降压周期，若第一控制信号DR1的脉冲宽度小于第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度(参见图6中***时钟信号CLK的605周期的示意)，则在第一参考脉冲信号CR1的下降沿来临时，第一控制信号DR1仍具有第二逻辑状态(图6中示意为低电平)，因而此时第一D触发器502将该第一控制信号DR1的该第二逻辑状态(图6中示意为低电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第一逻辑状态(图6中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图6中示意为低电平)。这时表明降压占空比D1已小于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)，则第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的606和607周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第二逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于降压占空比阈值DTH1。如此，降压占空比检测与比较电路1051便可以通过将第一控制信号DR1与第一参考脉冲信号CR1进行比较以控制功率变换器100在降压模式和升压-降压模式之间切换。
升压占空比检测与比较电路1052示意为包括第二参考波发生电路503和第二D触发器504。第二参考波发生电路503具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号TR2，该第二参考波发生电路503用于在其输出端提供第二参考脉冲信号CR2，并基于第二模式切换控制信号TR2调整该第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比D2大于升压占空比阈值DTH2时等于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)，而在升压占空比D2小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)时等于升压占空比阈值DTH2。第二D触发器504具有第二数据输入端DI2、第二时钟输入端(也标记为C2)、第二置位端S2、第二复位端R2、第二正相输出端Q2和第二反相输出端第二数据输入端DI2用于接收所述第三控制信号DR3，第二时钟输入端C2用于接收所述第二参考脉冲信号CR2，第二置位端S2和第二复位端R2均接收逻辑高信号“H”以使该第二D触发器504正常工作。
以下将结合图7对该升压占空比检测与比较电路1052进行简要说明。图7示出了根据本公开一个实施例的升压占空比检测与比较电路1052的工作波形图。由于第三控制信号DR3的脉冲宽度可以表征升压占空比D2，第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度可以表征升压占空比阈值，因而将第三控制信号DR3与第二参考脉冲信号CR2进行脉冲宽度比较即可实现升压占空比D2与升压占空比阈值DTH2(或第二升压占空比阈值(DTH2-H2))的比较。参考图7，第二D触发器504为时钟下降沿触发，第二参考脉冲信号CR2输入其时钟输入端作为该第二D触发器504的时钟信号，因而在第二参考脉冲信号CR2的每个下降沿，第二D触发器504将其数据输入端DI2接收的数据(即图7示例中第三控制信号DR3的状态)输送至第二正相输出端Q2输出并保持，直至第二参考脉冲信号CR2的下一个下降沿来临。在图7的示例中，第三控制信号DR3、第二参考脉冲信号CR2和第二模式切换控制信号TR2均可以具有第一逻辑状态(示意为高电平)和第二逻辑状态(示意为低电平)，其中第三控制信号DR3和第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度均指第一逻辑状态(即图7中高电平)脉冲的宽度，当第二模式切换控制信号TR2具有第一逻辑状态时控制功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式，当第二模式切换控制信号TR2具有第二逻辑状态时控制功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式。
假设升压-降压型开关功率变换器100当前工作于升压-降压模式(参见图7中***时钟信号CLK的701和702周期的示意)，则第二模式切换控制信号TR2具有第二逻辑状态(图7中示意为低电平)。若第三控制信号DR3的脉冲宽度大于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图7中***时钟信号CLK的702周期的示意)，则在第二参考脉冲信号CR2的下降沿来临时，第三控制信号DR3仍处于第一逻辑状态(即图7中示意的高电平)，因而此时第二D触发器504将第三控制信号DR3的该第一逻辑状态(图7中示意为高电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第二逻辑状态(图7中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图7中示意为高电平)。这时表明升压占空比D2已超过升压占空比阈值DTH2，则第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式(参见图7中***时钟信号CLK的702到703周期的切换示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第一逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)。
假设升压-降压型开关功率变换器100当前工作于升压模式(参见图7中***时钟信号CLK的703～705周期的示意)，则第二模式切换控制信号TR2具有第一逻辑状态(图7中示意为高电平)。随着输入电压Vin的减小，若第三控制信号DR3的脉冲宽度小于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图7中***时钟信号CLK的705周期的示意)，则在第二参考脉冲信号CR2的下降沿来临时，第三控制信号DR3仍具有第二逻辑状态(图7中示意为低电平)，因而此时第二D触发器504将该第三控制信号DR3的该第二逻辑状态(图7中示意为低电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第一逻辑状态(图7中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图7中示意为低电平)。这时表明升压占空比D2已小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)，则第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式(参见图7中706和707周期的示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第二逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于升压占空比阈值DTH2。如此，升压占空比检测与比较电路1052便可以通过将第三控制信号DR3与第二参考脉冲信号CR2进行比较以控制功率变换器100在升压-降压模式和升压模式之间切换。
以上基于图5至图7对根据本公开一个实施例的模式切换控制单元105的描述仅为示例性的，并不用于对本公开进行限定。本领域的技术人员应该理解，模式切换控制单元105的实现方式可以有多种，对本公开各示例性实施例的模式切换控制单元105进行修改和变换是可能的。例如：在图5中也可以将第一D触发器502的第一数据输入端DI1和第一时钟输入端C1所接收的信号对调，即：第一数据输入端DI1接收所述第一参考脉冲信号CR1，而第一时钟输入端C1接收所述第一控制信号DR1。参考图10示意的降压占空比检测与比较电路1051，在这种情况下，所述第一控制信号DR1作为该第一D触发器502的时钟信号，因而在第一控制信号DR1的每个下降沿，第一D触发器502将其数据输入端DI1接收的数据(即图10示例中第一参考脉冲信号CR1的状态)输送至第一正相输出端Q1输出并保持，直至第一控制信号DR1的下一个下降沿来临。图10中的降压占空比检测与比较电路1051的工作原理与图5中的类似，不同的是图10中的第一D触发器502以第一控制信号DR1为时钟信号，在该第一控制信号DR1的每个下降沿通过判断所述第一参考脉冲信号CR1的状态(例如是处于第一逻辑状态还是第二逻辑状态)来判断第一控制信号DR1的脉冲宽度是大于还是小于该第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度。因而，图10实施例中的第一D触发器502输出的第一模式切换控制信号TR1在第一逻辑状态和第二逻辑状态的作用与图5中的刚好相反。即在图10实施例中：当第一模式切换控制信号TR1具有第二逻辑状态时控制功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式，当第一模式切换控制信号TR1具有第一逻辑状态时控制功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式。
参考图6的波形示意可以更好的理解，对于图10示意的实施例，若在第一控制信号DR1的下降沿，第一参考脉冲信号CR1仍处于第二逻辑状态(例如图6示意为低电平)，则表明第一控制信号DR1的脉冲宽度已大于该第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度，此时第一D触发器502将第一参考脉冲信号CR1的该第二逻辑状态(图6中示意为低电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第一逻辑状态(图6中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图6中示意为低电平)。这时表明降压占空比D1已超过降压占空比阈值DTH1，则第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的602和603周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第二逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)。在第一控制信号DR1的下降沿，若第一参考脉冲信号CR1仍具有第一逻辑状态(图6中示意为高电平)，则表明第一控制信号DR1的脉冲宽度已小于第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度(参见图6中***时钟信号CLK的605周期的示意)，因而此时第一D触发器502将该第一参考脉冲信号CR1的该第一逻辑状态(图6中示意为高电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第二逻辑状态(图6中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图6中示意为高电平)。这时表明降压占空比D1已小于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)，则第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的606和607周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第一逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于降压占空比阈值DTH1。如此，图10实施例的降压占空比检测与比较电路1051便可以通过将第一控制信号DR1与第一参考脉冲信号CR1进行比较以控制功率变换器100在降压模式和升压-降压模式之间切换。
类似地，在又一变型实施例中，也可以将图5中第二D触发器504的第二数据输入端DI2和第二时钟输入端C2所接收的信号对调，即：第二数据输入端DI2接收所述第二参考脉冲信号CR2，而第二时钟输入端C2接收所述第三控制信号DR3。参考图10示意的升压占空比检测与比较电路1052，在这种情况下，所述第三控制信号DR2作为该第二D触发器504的时钟信号，因而在第三控制信号DR3的每个下降沿，第二D触发器504将其数据输入端DI2接收的数据(即图10示例中第二参考脉冲信号CR2的状态)输送至第二正相输出端Q2输出并保持，直至第三控制信号DR3的下一个下降沿来临。图10中的升压占空比检测与比较电路1052的工作原理与图5中的类似，不同的是图10中的第二D触发器504以第三控制信号DR3为时钟信号，在该第三控制信号DR3的每个下降沿通过判断所述第二参考脉冲信号CR2的状态(例如是处于第一逻辑状态还是第二逻辑状态)来判断第三控制信号DR3的脉冲宽度是大于还是小于该第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度。因而，图10实施例中的第二D触发器504输出的第二模式切换控制信号TR2在第一逻辑状态和第二逻辑状态的作用与图5中的刚好相反。即在图10实施例中：当第二模式切换控制信号TR2具有第二逻辑状态时控制功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式，当第二模式切换控制信号TR2具有第一逻辑状态时控制功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式。
参考图7的波形示意可以更好的理解，对于图10示意的实施例，若第三控制信号DR3的脉冲宽度大于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图7中***时钟信号CLK的702周期的示意)，则在第三控制信号DR3的脉冲下降沿，第二参考脉冲信号CR2处于第二逻辑状态(即图7中示意的低电平)，因而此时第二D触发器504将第二参考脉冲信号CR2的该第二逻辑状态(图7中示意为低电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第一逻辑状态(图7中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图7中示意为低电平)。这时表明升压占空比D2已超过升压占空比阈值DTH2，则第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式(参见图7中***时钟信号CLK的702到703周期的切换示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第二逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)。若第三控制信号DR3的脉冲宽度小于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图7中***时钟信号CLK的705周期的示意)，则在第三控制信号DR3的下降沿，第二参考脉冲信号CR2具有第一逻辑状态(图7中示意为高电平)，因而此时第二D触发器504将该第二参考脉冲信号CR2的该第一逻辑状态(图7中示意为高电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第二逻辑状态(图7中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图7中示意高电平)。这时表明升压占空比D2已小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)，则第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式(参见图7中706和707周期的示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第一逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于升压占空比阈值DTH2。如此，升压占空比检测与比较电路1052便可以通过将第三控制信号DR3与第二参考脉冲信号CR2进行比较以控制功率变换器100在升压-降压模式和升压模式之间切换。
在其它实施例中，模式切换控制单元105也可以利用其它分别承载有降压占空比D1信息和升压占空比D2信息的信号实现对降压占空比D1和升压占空比D2的检测及与相应占空比阈值的比较。例如，在一个变型实施例中，可以利用第二控制信号DR2替换图5或图10实施例中的第一控制信号DR1。由于第二控制信号DR2与第一控制信号DR1逻辑状态互补，因而本领域的技术人员应该很容易根据以上对图5或图10实施例的描述理解这样的变型实施例的工作原理，此处不再赘述。在又一个变型实施例中，也可以利用第四控制信号DR4替换图5或图10实施例中的第三控制信号DR3。由于第四控制信号DR4与第三控制信号DR3逻辑状态互补，因而技术人员应该很容易根据以上对图5或图10实施例的描述理解这样的变型实施例的工作原理，此处不再赘述。本领域的技术人员还应该理解承载有占空比信息的信号不仅限于控制信号DR1、DR2、DR3和DR4。
接下来以利用第一脉冲宽度调制信号PWM1和第二脉冲宽度调制信号PWM2为例提供根据本公开又一示例性实施例的模式切换控制单元105。根据本公开的一个实施例，第一脉冲宽度调制信号PWM1和第二脉冲宽度调制信号PWM2均为窄脉冲信号。***时钟信号CLK的每个脉冲上升沿决定了第一组开关对中的第一功率开关SWA和第二组功率开关对中的第三功率开关SWC的导通时刻，并且第一脉冲宽度调制信号PWM1的每个脉冲上升沿决定了第一组开关对中的第一功率开关SWA的关断时刻，第二脉冲宽度调制信号PWM2的每个脉冲上升沿决定了的第二组开关对中的第三功率开关SWC的关断时刻。因而，第一脉冲宽度调制信号PWM1的每个脉冲上升沿事实上决定了第一控制信号DR1的每个脉冲下降沿时刻，第二脉冲宽度调制信号PWM2的每个脉冲上升沿事实上决定了第三控制信号DR3的每个脉冲下降沿时刻。所以可以对图10示意的实施例进行变换，在一个变换实施例中，采用第一脉冲宽度调制信号PWM1代替所述第一控制信号DR1，并选择第一D触发器502为上升沿触发器。在另一变换实施例中，也可以采用第二脉冲宽度调制信号PWM2代替所述第二控制信号DR2，并选用第二D触发器504为上升沿触发器。
图11示出了根据本公开又一示例性实施例的模式切换控制单元105的电路架构示意图。参考图11的示意，可以更好的理解以上提及的基于图10所示意实施例的变型实施例。在采用第一脉冲宽度调制信号PWM1代替所述第一控制信号DR1的变型实施例中，参考图11示意的降压占空比检测与比较电路1051，第一D触发器502为时钟输入端的信号上升沿触发，其时钟输入端C1接收所述第一脉冲宽度调制信号PWM1。图11中的降压占空比检测与比较电路1051的工作原理与图10中的类似，不同的是图11中的第一D触发器502以第一脉冲宽度调制信号PWM1为其时钟信号，在该第一脉冲宽度调制信号PWM1的每个上升沿通过判断所述第一参考脉冲信号CR1的状态(例如是处于第一逻辑状态还是第二逻辑状态)来判断第一控制信号DR1的脉冲宽度是大于还是小于第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度。进而实现降压占空比D1与降压占空比阈值DTH1和第二降压占空比阈值(DTH1-H1)的比较。图11实施例中的第一D触发器502输出的第一模式切换控制信号TR1在第一逻辑状态和第二逻辑状态的作用与图10中的相同。
参考图12的波形示意可以更好的理解，对于图11示意的降压占空比检测与控制电路1051，若在第一脉冲宽度调制信号PWM1的上升沿，第一参考脉冲信号CR1仍处于第二逻辑状态(例如图12示意为低电平)，则表明第一控制信号DR1的脉冲宽度已大于该第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度，这也意味着降压占空比D1已超过降压占空比阈值DTH1。此时第一D触发器502将第一控制信号DR1的该第二逻辑状态(图12中示意为低电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第一逻辑状态(图12中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图12中示意为低电平)。这时第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从降压模式切换至升压-降压模式(参见图12中***时钟信号CLK的1202和1203周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第二逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)。在第一脉冲宽度调制信号PWM1的上升沿，若第一参考脉冲信号CR1仍具有第一逻辑状态(图12中示意为高电平)，则表明第一控制信号DR1的脉冲宽度已小于第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度(参见图12中***时钟信号CLK的1205周期的示意)，这也意味着降压占空比D1已小于第二降压占空比阈值(DTH1-H1)。因而此时第一D触发器502将该第一参考脉冲信号CR1的该第一逻辑状态(图6中示意为高电平)输送至第一正相输出端Q1，使第一模式切换控制信号TR1由第二逻辑状态(图6中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图6中示意为高电平)。这时第一模式切换控制信号TR1控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至降压模式(参见图6中***时钟信号CLK的606和607周期的示意)。与此同时，第一参考波发生电路501响应于该第一模式切换控制信号TR1的第一逻辑状态调整第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于降压占空比阈值DTH1。如此，图11实施例的降压占空比检测与比较电路1051便实现了第一控制信号DR1的脉冲宽度(表征了降压占空比D1)与第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度(表征了降压占空比阈值DTH1和第二降压占空比阈值(DTH1-H1))的比较以控制功率变换器100在降压模式和升压-降压模式之间切换。
在采用第二脉冲宽度调制信号PWM2代替所述第三控制信号DR3的变型实施例中，参考图11示意的升压占空比检测与比较电路1052，第二D触发器504为时钟输入端的信号上升沿触发，其时钟输入端C2接收所述第二脉冲宽度调制信号PWM2。图11中的升压占空比检测与比较电路1052的工作原理与图10中的类似，不同的是图11中的第二D触发器504以第二脉冲宽度调制信号PWM2为其时钟信号，在该第二脉冲宽度调制信号PWM2的每个上升沿通过判断所述第二参考脉冲信号CR2的状态(例如是处于第一逻辑状态还是第二逻辑状态)来判断第三控制信号DR3的脉冲宽度是大于还是小于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度。进而实现升压占空比D2与升压占空比阈值DTH2和第二升压占空比阈值(DTH2-H2)的比较。图11实施例中的第二D触发器504输出的第二模式切换控制信号TR2在第一逻辑状态和第二逻辑状态的作用与图10中的相同。
参考图13的波形示意可以更好的理解，对于图11示意的升压占空比检测与比较电路1052，在第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿，若第二参考脉冲信号CR2处于第二逻辑状态(即图7中示意的低电平)，则表明第三控制信号DR3的脉冲宽度已大于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图13中***时钟信号CLK的1302周期的示意)，这也意味着升压占空比D2已超过升压占空比阈值DTH2。此时第二D触发器504将第二参考脉冲信号CR2的该第二逻辑状态(图13中示意为低电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第一逻辑状态(图13中示意为高电平)跳变至第二逻辑状态(图13中示意为低电平)。这时第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压-降压模式切换至升压模式(参见图13中***时钟信号CLK的1302到1303周期的切换示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第二逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度减小，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值降低至等于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)。在第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿，若第二参考脉冲信号CR2具有第一逻辑状态(图13中示意为高电平)，则表明第三控制信号DR3的脉冲宽度已小于第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(参见图13中***时钟信号CLK的1305周期的示意)，这也意味着升压占空比D2已小于第二升压占空比阈值(DTH2-H2)。此时第二D触发器504将该第二参考脉冲信号CR2的该第一逻辑状态(图13中示意为高电平)输送至第二正相输出端Q2，使第二模式切换控制信号TR2由第二逻辑状态(图13中示意为低电平)跳变至第一逻辑状态(图13中示意高电平)。这时第二模式切换控制信号TR2控制该升压-降压型开关功率变换器100从升压模式切换至升压-降压模式(参见图13中1306和1307周期的示意)。与此同时，第二参考波发生电路503响应于该第二模式切换控制信号TR2的第一逻辑状态调整第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度增大，使其脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值增大至等于升压占空比阈值DTH2。如此，图11实施例的升压占空比检测与比较电路1052便实现了第三控制信号DR3的脉冲宽度(表征了升压占空比D2)与第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度(表征了升压占空比阈值DTH2和第二升压占空比阈值(DTH2-H2))的比较以控制功率变换器100在升压-降压模式和升压模式之间切换。
根据本公开基于以上图1至图13描述的各示例性实施例及其变型实施方式，控制电路108可以调节升压降压型开关功率变换器100自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式和升压模式之间平稳切换。控制电路108包括模式切换控制单元105，该模式切换控制单元105可以检测降压占空比D1和升压占空比D2，并将降压占空比D1和升压占空比D2的检测值分别与降压占空比阈值DTH1和升压占空比阈值DTH2比较，基于比较结果控制升压降压型开关功率变换器100的工作模式自动切换。在一个实施例中，模式切换控制单元105通过利用分别携带有降压占空比D1和升压占空比D2信息的信号(例如开关单元的控制信号或者脉冲宽度调制信号)实现降压占空比D1和升压占空比D2的检测。因而无需附加的占空比检测电路，而是利用控制电路108中的已有信号，不仅实现简单而且节约成本并有益于提高集成度。在一个实施例中，模式切换控制单元105将开关单元的控制信号的脉冲宽度与参考脉冲信号的脉冲宽度比较以实现降压占空比D1和升压占空比D2分别与相应占空比阈值的比较。例如图5或图10或图11的示例性实施例中，将第一控制信号DR1(表征了降压占空比D1)与第一参考脉冲信号CR1的脉冲宽度比较实现了降压占空比D1与降压占空比阈值DTH1和第二降压占空比阈值(DTH1-H1)的比较，从而依据比较结果准确控制该升压降压型开关功率变换器100在降压模式和升压-降压模式之间平稳转换。不仅实现电路简单，而且可以避免在降压模式与升压-降压模式的临界处该两种模式之间的不稳定反复切换，输出电压Vo不会出现大的波动尖峰。图5或图10或图11的示例性实施例中，还将第三控制信号DR3和第二参考脉冲信号CR2的脉冲宽度比较实现了升压占空比D2与升压占空比阈值DTH2和第二升压占空比阈值(DTH2-H2)的比较，从而依据比较结果准确控制该升压降压型开关功率变换器100在升压-降压模式和升压模式之间平稳转换。不仅实现电路简单，而且可以避免在升压-降压模式和升压模式的临界处该两种模式之间的不稳定反复切换，输出电压Vo不会出现大的波动尖峰。
根据本公开各实施例及其变形实施方式的控制电路108、模式切换控制单元105及升压降压型开关功率变换器100的有益效果不应该被认为仅仅局限于以上所述的。根据本公开各实施例的这些及其它有益效果可以通过阅读本公开的详细说明及研究各实施例的附图被更好地理解。
上述本公开的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本公开实施例的控制电路、模式切换控制单元、包含该控制电路和/或模式切换控制单元单元的功率变换器及其控制方法进行了说明，并不用于限定本公开的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本公开所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本公开的精神和保护范围。
Claims (20)
1.一种模式切换控制单元，用于控制升压降压型开关功率变换器自动在降压模式与升压-降压模式之间、以及升压-降压模式与升压模式之间平稳切换，其中该升压降压型开关功率变换器包括开关单元，该开关单元包括第一组功率开关对和第二组功率开关对，并且第一组功率开关对中的第一功率开关和第二功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输入端和参考地之间，第一功率开关的导通时间占整个第一功率开关和第二功率开关导通和关断切换周期的比例为降压占空比；第二组功率开关对中的第三功率开关和第四功率开关串联耦接于该升压降压型开关功率变换器的输出端和参考地之间，第三功率开关的导通时间占整个第三功率开关和第四功率开关的导通和关断切换周期的比例为升压占空比；该模式切换控制单元包括：
降压占空比检测与比较电路，具有第一检测输入端和第一比较输出端，该第一检测输入端用于接收表征降压占空比的信号，该降压占空比检测与比较电路用于产生表征降压占空比阈值的信号，并将表征该降压占空比的信号与表征降压占空比阈值的信号相比较以在所述第一比较输出端提供第一模式切换控制信号，其中所述降压占空比阈值具有第一迟滞；若降压占空比大于降压占空比阈值，则第一模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从降压模式切换至升压-降压模式，同时使所述降压占空比阈值降低至第二降压占空比阈值，降低的量等于所述第一迟滞；若降压占空比小于所述第二降压占空比阈值，则第一模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至降压模式，同时使降压占空比阈值恢复原值；和
升压占空比检测与比较电路，具有第二检测输入端和第二比较输出端，该第二检测输入端用于接收表征升压占空比的信号，该升压占空比检测与比较电路用于产生表征升压占空比阈值的信号，并将表征该升压占空比的信号与表征升压占空比阈值的信号相比较以在所述第二比较输出端提供第二模式切换控制信号，其中所述升压占空比阈值具有第二迟滞；若升压占空比大于升压占空比阈值，则第二模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压-降压模式切换至升压模式，同时使所述升压占空比阈值降低至第二升压占空比阈值，并且降低的量等于所述第二迟滞；若升压占空比小于所述第二升压占空比阈值，则第二模式切换控制信号控制所述升压降压型开关功率变换器从升压模式切换回升压-降压模式，同时使升压占空比阈值恢复原值。
2.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中所述表征降压占空比的信号包括第一控制信号或第二控制信号，该第一控制信号用于控制所述第一功率开关的导通与关断切换，该第二控制信号用于控制所述第二功率开关进行与所述第一功率开关互补的导通与关断切换，所述表征降压占空比阈值的信号包括第一参考脉冲信号且该第一参考脉冲信号具有设定的脉冲宽度，所述降压占空比检测与比较电路用于将所述第一控制信号的脉冲宽度与所述参考脉冲信号的脉冲宽度进行比较以产生所述第一模式切换控制信号。
3.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中所述表征升压占空比的信号包括第三控制信号或第四控制信号，该第三控制信号用于控制所述第三功率开关的导通与关断切换，该第四控制信号用于控制所述第四功率开关进行与所述第三功率开关互补的导通与关断切换，所述表征升压占空比阈值的信号包括第二参考脉冲信号且该第二参考脉冲信号具有设定的脉冲宽度，所述降压占空比检测与比较电路用于将所述第三控制信号的脉冲宽度与所述第二参考脉冲信号的脉冲宽度进行比较以产生所述第二模式切换控制信号。
4.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述降压占空比检测与比较电路包括：
第一参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号，该第一参考波发生电路用于在其输出端提供第一参考脉冲信号，并基于第一模式切换控制信号调整该第一参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比大于降压占空比阈值时等于第二降压占空比阈值，而在降压占空比小于第二降压占空比阈值时等于降压占空比阈值；和
第一D触发器，具有第一数据输入端、第一时钟输入端和第一正相输出端，该第一数据输入端用于接收控制所述第一功率开关进行导通与关断切换的第一控制信号，第一时钟输入端用于接收所述第一参考脉冲信号，该第一D触发器在所述第一参考脉冲信号的每个脉冲下降沿将其第一数据输入端接收的第一控制信号输送至第一正相输出端输出并保持作为所述第一模式切换控制信号；其中
所述第一控制信号、第一参考脉冲信号和第一模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第一模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述降压占空比大于所述降压占空比阈值，当第一模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述降压占空比小于所述第二降压占空比阈值。
5.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述降压占空比检测与比较电路包括：
第一参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号，该第一参考波发生电路用于在其输出端提供第一参考脉冲信号，并基于第一模式切换控制信号调整该第一参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比大于降压占空比阈值时等于第二降压占空比阈值，而在降压占空比小于第二降压占空比阈值时等于降压占空比阈值；和
第一D触发器，具有第一数据输入端、第一时钟输入端和第一正相输出端，该第一数据输入端用于接收控制所述第二功率开关进行导通与关断切换的第二控制信号，第一时钟输入端用于接收所述第一参考脉冲信号，该第一D触发器在所述第一参考脉冲信号的每个脉冲下降沿将其第一数据输入端接收的第二控制信号输送至第一正相输出端输出并保持作为所述第一模式切换控制信号；其中
所述第二控制信号、第一参考脉冲信号和第一模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第一模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述降压占空比大于所述降压占空比阈值，当第一模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述降压占空比小于所述第二降压占空比阈值。
6.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述降压占空比检测与比较电路包括：
第一参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号，该第一参考波发生电路用于在其输出端提供第一参考脉冲信号，并基于第一模式切换控制信号调整该第一参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比大于降压占空比阈值时等于第二降压占空比阈值，而在降压占空比小于第二降压占空比阈值时等于降压占空比阈值；和
第一D触发器，具有第一数据输入端、第一时钟输入端和第一正相输出端，该第一数据输入端用于接收所述第一参考脉冲信号，第一时钟输入端用于接收控制所述第一功率开关进行导通与关断切换的第一控制信号，该第一D触发器在所述第一控制信号的每个脉冲下降沿将其第一数据输入端接收的第一参考脉冲信号输送至第一正相输出端输出并保持作为所述第一模式切换控制信号；其中
所述第一控制信号、第一参考脉冲信号和第一模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第一模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述降压占空比大于所述降压占空比阈值，当第一模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述降压占空比小于所述第二降压占空比阈值。
7.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述降压占空比检测与比较电路包括：
第一参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号，该第一参考波发生电路用于在其输出端提供第一参考脉冲信号，并基于第一模式切换控制信号调整该第一参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比大于降压占空比阈值时等于第二降压占空比阈值，而在降压占空比小于第二降压占空比阈值时等于降压占空比阈值；和
第一D触发器，具有第一数据输入端、第一时钟输入端和第一正相输出端，该第一数据输入端用于接收所述第一参考脉冲信号，第一时钟输入端用于接收控制所述第二功率开关进行导通与关断切换的第二控制信号，该第一D触发器在所述第二控制信号的每个脉冲上升沿将其第一数据输入端接收的第一参考脉冲信号输送至第一正相输出端输出并保持作为所述第一模式切换控制信号；其中
所述第二控制信号、第一参考脉冲信号和第一模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第一模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述降压占空比大于所述降压占空比阈值，当第一模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述降压占空比小于所述第二降压占空比阈值。
8.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述降压占空比检测与比较电路包括：
第一参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第一模式切换控制信号，该第一参考波发生电路用于在其输出端提供第一参考脉冲信号，并基于第一模式切换控制信号调整该第一参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第一参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在降压占空比大于降压占空比阈值时等于第二降压占空比阈值，而在降压占空比小于第二降压占空比阈值时等于降压占空比阈值；和
第一D触发器，具有第一数据输入端、第一时钟输入端和第一正相输出端，该第一数据输入端用于接收所述第一参考脉冲信号，第一时钟输入端用于接收第一脉冲宽度调制信号，其中该第一脉冲宽度调制信号的每个脉冲上升沿决定了所述第一功率开关的关断时刻，该第一D触发器在所述第一脉冲宽度调制信号的每个脉冲上升沿将其第一数据输入端接收的第一参考脉冲信号输送至第一正相输出端输出并保持作为所述第一模式切换控制信号；其中
所述第一参考脉冲信号和第一模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第一模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述降压占空比大于所述降压占空比阈值，当第一模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述降压占空比小于所述第二降压占空比阈值。
9.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述升压占空比检测与比较电路包括：
第二参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号，该第二参考波发生电路用于在其输出端提供第二参考脉冲信号，并基于第二模式切换控制信号调整该第二参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比大于升压占空比阈值时等于第二升压占空比阈值，而在升压占空比小于第二升压占空比阈值时等于升压占空比阈值；和
第二D触发器，具有第二数据输入端、第二时钟输入端和第二正相输出端，该第二数据输入端用于接收控制所述第三功率开关进行导通与关断切换的第三控制信号，第二时钟输入端用于接收所述第二参考脉冲信号，该第二D触发器在所述第二参考脉冲信号的每个脉冲下降沿将其第二数据输入端接收的第三控制信号输送至第二正相输出端输出并保持作为所述第二模式切换控制信号；其中
所述第三控制信号、第二参考脉冲信号和第二模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第二模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述升压占空比大于所述升压占空比阈值，当第二模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述升压占空比小于所述第二升压占空比阈值。
10.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述升压占空比检测与比较电路包括：
第二参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号，该第二参考波发生电路用于在其输出端提供第二参考脉冲信号，并基于第二模式切换控制信号调整该第二参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比大于升压占空比阈值时等于第二升压占空比阈值，而在升压占空比小于第二升压占空比阈值时等于升压占空比阈值；和
第二D触发器，具有第二数据输入端、第二时钟输入端和第二正相输出端，该第二数据输入端用于接收控制所述第四功率开关进行导通与关断切换的第四控制信号，第二时钟输入端用于接收所述第二参考脉冲信号，该第二D触发器在所述第二参考脉冲信号的每个脉冲下降沿将其第二数据输入端接收的第四控制信号输送至第二正相输出端输出并保持作为所述第二模式切换控制信号；其中
所述第四控制信号、第二参考脉冲信号和第二模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第二模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述升压占空比大于所述升压占空比阈值，当第二模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述升压占空比小于所述第二升压占空比阈值。
11.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述升压占空比检测与比较电路包括：
第二参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号，该第二参考波发生电路用于在其输出端提供第二参考脉冲信号，并基于第二模式切换控制信号调整该第二参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比大于升压占空比阈值时等于第二升压占空比阈值，而在升压占空比小于第二升压占空比阈值时等于升压占空比阈值；和
第二D触发器，具有第二数据输入端、第二时钟输入端和第二正相输出端，该第二数据输入端用于接收所述第二参考脉冲信号，第二时钟输入端用于接收控制所述第三功率开关进行导通与关断切换的第三控制信号，该第二D触发器在所述第三控制信号的每个脉冲下降沿将其第二数据输入端接收的第二参考脉冲信号输送至第二正相输出端输出并保持作为所述第二模式切换控制信号；其中
所述第三控制信号、第二参考脉冲信号和第二模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第二模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述升压占空比大于所述升压占空比阈值，当第二模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述升压占空比小于所述第二升压占空比阈值。
12.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述升压占空比检测与比较电路包括：
第二参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号，该第二参考波发生电路用于在其输出端提供第二参考脉冲信号，并基于第二模式切换控制信号调整该第二参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比大于升压占空比阈值时等于第二升压占空比阈值，而在升压占空比小于第二升压占空比阈值时等于升压占空比阈值；和
第二D触发器，具有第二数据输入端、第二时钟输入端和第二正相输出端，该第二数据输入端用于接收所述第二参考脉冲信号，第二时钟输入端用于接收控制所述第四功率开关进行导通与关断切换的第四控制信号，该第二D触发器在所述第四控制信号的每个脉冲上升沿将其第二数据输入端接收的第二参考脉冲信号输送至第二正相输出端输出并保持作为所述第二模式切换控制信号；其中
所述第四控制信号、第二参考脉冲信号和第二模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第二模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述升压占空比大于所述升压占空比阈值，当第二模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述升压占空比小于所述第二升压占空比阈值。
13.根据权利要求1的模式切换控制单元，其中，所述升压占空比检测与比较电路包括：
第二参考波发生电路，具有控制输入端和输出端，其中该控制输入端用于接收所述第二模式切换控制信号，该第二参考波发生电路用于在其输出端提供第二参考脉冲信号，并基于第二模式切换控制信号调整该第二参考脉冲信号的脉冲宽度，使该第二参考脉冲信号的脉冲宽度占每个脉冲信号周期的比值在升压占空比大于升压占空比阈值时等于第二升压占空比阈值，而在升压占空比小于第二升压占空比阈值时等于升压占空比阈值；和
第二D触发器，具有第二数据输入端、第二时钟输入端和第二正相输出端，该第二数据输入端用于接收所述第二参考脉冲信号，第二时钟输入端用于接收第二脉冲宽度调制信号，其中该第二脉冲宽度调制信号的每个脉冲上升沿决定了所述第二功率开关的关断时刻，该第二D触发器在所述第二脉冲宽度调制信号的每个脉冲上升沿将其第二数据输入端接收的第二参考脉冲信号输送至第二正相输出端输出并保持作为所述第二模式切换控制信号；其中
所述第二参考脉冲信号和第二模式切换控制信号均具有第一逻辑状态和第二逻辑状态，并且当第二模式切换控制信号从第一逻辑状态切换至第二逻辑状态时表明所述升压占空比大于所述升压占空比阈值，当第二模式切换控制信号从第二逻辑状态切换至第一逻辑状态时表明所述升压占空比小于所述第二升压占空比阈值。
14.一种升压降压型开关功率变换器，包括如权利要求1至13其中之一的模式切换控制单元。
15.一种升压降压型开关功率变换器，包括：
输入端，用于接收输入电压；
输出端，用于提供输出电压；
开关单元，包括第一组功率开关对和第二组功率开关对，其中第一组功率开关对中的第一功率开关和第二功率开关串联耦接于所述输入端和参考地之间，第二组功率开关对中的第三功率开关和第四功率开关串联耦接于输出端和参考地之间；以及
控制电路，用于接收***时钟信号、表征所述输出电压的第一反馈信号、表征流经所述开关单元的开关电流的第二反馈信号以及表征所述输出电压的期望值的参考信号；
所述控制电路被构建用于基于所述第一反馈信号、第二反馈信号、参考信号和***时钟信号提供第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号分别至所述第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第一功率开关和第二功率开关的导通和关断切换，其中第一功率开关的导通时间占整个第一功率开关和第二功率开关导通和关断切换周期的比例为降压占空比；所述第三控制信号和所述第四控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第三功率开关和所述第四功率开关的导通和关断切换，其中第三功率开关的导通时间占整个第三功率开关和第四功率开关的导通和关断切换周期的比例为升压占空比；其中
所述控制电路包括如权利要求1至13其中之一的模式切换控制单元。
16.根据权利要求15的升压降压型开关功率变换器，其中：
在降压模式，该控制电路使该升压降压型开关功率变换器连续稳定地进行降压周期的工作，降压周期指第一组功率开关对中的第一功率开关和第二功率开关进行互补地导通和关断切换，第二组功率开关对中的第三功率开关持续保持关断，第四功率开关持续保持导通；
在升压模式，该控制电路使该升压降压型开关功率变换器连续稳定地进行升压周期的工作，升压周期指第二组功率开关对中的第三功率开关和第四功率开关进行互补地导通和关断切换，第一组功率开关对中的第一功率开关持续保持导通、第二功率开关持续保持关断；
在升压-降压模式，该控制电路使该升压降压型开关功率变换器连续稳定地进行一个降压周期和一个升压周期交替的工作。
17.根据权利要求15的升压降压型开关功率变换器，其中所述第一功率开关和第二功率开关的公共耦接端形成第一开关节点，所述第三功率开关和第四功率开关的公共耦接端形成第二开关节点，该升压降压型开关功率变换器进一步包括感性储能元件，耦接于所述第一开关节点和所述第二开关节点之间。
18.根据权利要求15的升压降压型开关功率变换器，其中所述控制电路进一步包括：
误差放大单元，用于将所述第一反馈信号与所述参考信号进行运算，以提供表征该第一反馈信号与该参考信号之差值的差值放大信号；
电流检测与斜坡补偿单元，用于检测所述开关电流以提供所述第二反馈信号，并将所述第二反馈信号分别叠加第一斜坡补偿信号和第二斜坡补偿信号以分别产生第一电流检测信号和第二电流检测信号，其中第二斜坡补偿信号由第一斜坡补偿信号叠加设定的偏压得到，使第一斜坡补偿信号的峰值与第二斜坡补偿信号的谷值相等；
降压周期脉冲宽度调制单元，用于接收所述差值放大信号和所述第一电流检测信号，并将该第一电流检测信号与差值放大信号比较以输出第一脉冲宽度调制信号；
升压周期脉冲宽度调制单元，用于接收所述差值放大信号和所述第二电流检测信号，并将该第二电流检测信号与差值放大信号比较以输出第二脉冲宽度调制信号；以及
逻辑控制单元，接收所述第一脉冲宽度调制信号、第二脉冲宽度调制信号、***时钟信号、第一模式切换控制信号和第二模式切换控制信号，并至少基于该第一脉冲宽度调制信号、第二脉冲宽度调制信号、***时钟信号、第一模式切换控制信号和第二模式切换控制信号产生所述第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号。
19.一种控制电路，用于控制升压降压型开关功率变换器，该控制电路包括如权利要求1至13其中之一的模式切换控制单元。
20.如权利要求19的控制电路，其中
该控制电路用于接收***时钟信号、表征所述升压降压型开关功率变换器的输出电压的第一反馈信号、表征流经所述开关单元的开关电流的第二反馈信号以及表征所述输出电压的期望值的参考信号；
所述控制电路被构建用于基于所述第一反馈信号、第二反馈信号、参考信号和***时钟信号提供第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号分别至所述第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第一功率开关和第二功率开关的导通和关断切换，所述第三控制信号和所述第四控制信号逻辑状态互补，分别用于控制所述第三功率开关和所述第四功率开关的导通和关断切换。
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