CN102832810B

CN102832810B - 自举电压刷新控制电路、电压转换电路及相关控制方法

Info

Publication number: CN102832810B
Application number: CN201210315162.5A
Authority: CN
Inventors: 李伊珂
Original assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Current assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: US20150061611A1; CN102832810A; US9312773B2

Abstract

提出了一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法。自举电压刷新控制电路检测电压转换电路中的自举电压，基于该自举电压为该电压转换电路的高侧开关提供增强的导通与关断驱动信号，并基于该自举电压通过控制该电压转换电路的高侧开关和低侧开关的导通和关断切换来控制该自举电压的充电。该自举电压刷新控制电路可以在自举电压不足时通过调整高侧开关和低侧开关的导通与关断切换及时使该自举电压恢复，无需增加更多开关器件便可实现。包括该自举电压刷新控制电路的电压转换电路具有良好的工作稳定性，在其输入电压和输出电压比较接近时仍可以正常工作，且功耗较小。

Description

自举电压刷新控制电路、电压转换电路及相关控制方法

技术领域

本发明的实施例涉及功率变换器，尤其涉及功率变换器中的自举电压的刷新。

背景技术

功率变换器，例如开关型电压转换器，已经被广泛应用于各种工业电子设备及消费电子设备中。以降压型直流电压转换器为例，由于其具有较高的转换效率、较大的带宽并且易于实现稳定性补偿，而经常被应用于需要将相对较高的直流输入电压转换为相对较低的直流输出电压的场合。图1示出了一种典型的降压型直流电压转换电路50的简化示意图。简言之，降压型直流电压转换电路50通过输入端IN接收输入电压Vin，并通过控制电路51控制高侧开关M_HS(图1中示意为MOSFET)和低侧开关M_LS(图1中示意为MOSFET)的导通与关断，以实现将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo在其输出端OUT输出的目的。其中，高侧开关M_HS(图1中示意为MOSFET)和低侧开关M_LS串联耦接在输入端IN和参考地GND之间，并且高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的耦接点SW(即切换电压输出端SW)通过感性储能元件Lo耦接至输出端OUT，容性储能元件Co耦接在输出端OUT与参考地GND之间以平滑输出电压Vo。

高侧开关M_HS可以包括N沟道功率开关器件，例如N沟道FET、N沟道DMOS等以节约芯片面积、降低电压转换电路50的尺寸并改善电压转换电路50的工作性能。在这种情况下，为了使高侧开关M_HS能够很好地导通(意味着使M_HS工作在饱和区，这样M_HS的导通电阻很小)，高侧开关M_HS的控制端(例如FET/DMOS的栅端)与其耦接SW节点的一端(例如FET/DMOS的源端)之间的电压差应该足够大，至少大于高侧开关M_HS的导通阈值电压。然而，若高侧开关M_HS导通，SW节点的电压可以是输入电压Vin，这时，需要为高侧开关M_HS的控制端提供高于SW节点的电压，即高于输入电压Vin，的电压才能使高侧开关M_HS充分导通。

为了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压，通常降压型直流电压转换电路50还包括自举电路52，用于以SW节点的电压为参考电势产生自举电压V_BST，该自举电压V_BST可以用于提升/增强由控制电路51为高侧开关M_HS的控制端提供的控制信号DR_H的驱动能力，从而很好地控制高侧开关M_HS的导通和关断。图1中将自举电路52示意为包括二极管DB和自举电容CB，串联耦接于自举供电输入端VB和切换电压输出端SW之间，其中二极管DB的阴极耦接自举供电输入端VB，二极管DB的阳极耦接自举电容CB的第一端，自举电容CB的第二端耦接切换电压输出端SW，自举供电输入端VB接收自举供电电压，自举电容CB第一端和第二端之间的电压即为自举电压V_BST。自举电路52的工作原理是本领域的普通技术人员所熟知的，即，当高侧开关M_HS关断时，低侧开关M_LS导通，自举供电电压通过二极管DB为自举电容CB充电，使得自举电容CB第一端和第二端之间具有自举电压V_BST；当高侧开关M_HS导通时，低侧开关M_LS关断，电压转换电路50中的输入电压Vin被传输至切换电压输出端SW，即自举电容第二端的电压变为Vin，则此时自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压V_BST，从而实现了在降压型直流电压转换电路50中获得高于输入电压Vin的电压的目的。自举电容CB第一端的电压被抬升为输入电压Vin叠加上自举电压V_BST后，二极管DB反向偏置而被关断，从而可以保护提供自举供电电压的电源不受相对较高的输入电压Vin的损坏。

可见，自举电路52通过在低侧开关M_LS导通时将自举电容CB第二端的电压拉低至参考地，而获得为自举电容CB充电的机会，以提供自举电压V_BST。然而在某些工作状态下，可能由于自举电容CB上的电荷不足而又不能及时被充电到足够的水平，而导致自举电路52提供的自举电压V_BST下降，不足以使高侧开关M_HS正常导通和关断，那么电压转换电路50也因此不能正常工作。例如：若电压转换电路50工作在负载较轻或者空载的情况下，则控制电路51会降低高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通时间和/或者切换频率以提高转换效率，这样可能由于低侧开关M_LS的导通时间很短或者高侧开关M_HS和低侧开关M_LS在较长时间内没有进行导通和关断切换而无法使自举电容CB及时充电。另外，若电压转换电路50的输出电压Vo接近输入电压Vin，则可能需要高侧开关M_HS以很高、甚至100％的占空比工作(即，高侧开关M_HS的导通时间可能占整个切换周期的相当大的比例、甚至是满周期)，那么低侧开关M_LS的导通时间就非常短、甚至没有导通机会，而使自举电容CB无法及时充电。这样要等到输出电压Vo降低后，自举电容CB才有机会被充电以使自举电压V_BST恢复，这会引起输出电压Vo出现波动尖峰。例如，若输入电压Vin为6V，输出电压Vo为3.3V，而自举电压V_BST至少为3V才足够让高侧开关M_HS正常导通与关断。这种情况下，如果电压转换电路50的输出电流较小或者为零(即，电压转换电路50工作在负载较轻或者空载的情况下)，自举电压V_BST必然会降至低于2.7V，而使高侧开关M_HS无法正常导通。那么，电压转换电路50需要等到输出电压Vo降低至小于3V后，才有机会使自举电容CB充电以让自举电压V_BST恢复至3V。然后电压转换电路50正常工作使输出电压Vo回到3.3V的期望值。每次输出电压Vo由低于3V恢复至3.3V的过程中都会出现较大的波动尖峰，这不仅对电压转换电路50不利更有可能损害负载，因而是不希望出现的。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的实施例提供一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法。

在本发明的一个方面，提出了一种自举电压刷新控制电路，用于电压转换电路，该电压转换电路可以包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，该电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流。根据本发明的实施例，该自举电压刷新控制电路可以包括：第一比较模块，具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，该第一比较模块在其第一比较输入端接收所述自举电压，在其第二比较输入端接收自举电压刷新阈值，并将所述自举电压与所述自举电压刷新阈值进行比较，在其第一比较输出端提供自举电压刷新信号；以及控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。

在本发明的另一方面，提出了一种电压转换电路，包括：输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压及输出电流；高侧开关和低侧开关，串联耦接于所述输入端和参考地之间，并且所述高侧开关和所述低侧开关的耦接点形成切换电压输出端；输出滤波电路，耦接于所述切换电压输出端和所述输出端之间，用于将所述切换电压输出端处的切换电压转化为所述输出电压；自举电路，包括自举电容，耦接所述输入端和所述低侧开关，使得所述自举电容在所述低侧开关导通时充电以产生自举电压；以及控制电路，接收所述自举电压，基于该自举电压为所述高侧开关提供增强的导通与关断驱动信号，并基于该自举电压通过控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通和关断切换来控制所述自举电容的充电。

在本发明的再一方面，提出了一种控制电压转换电路的方法，其中该电压转换电路具有高侧开关和低侧开关以及用于为该高侧开关提供自举电压的自举电容，该电压转换电路基于该高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流，该控制电压转换电路的方法可以包括：检测所述自举电压；将所述自举电压与自举电压刷新阈值相比较，以提供自举电压刷新信号；基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。

利用上述方案，根据本发明实施例的自举电压刷新控制电路在自举电压不足时通过调整高侧开关和低侧开关的导通与关断切换及时使该自举电压恢复，无需增加更多开关器件便可实现。包括该自举电压刷新控制电路的电压转换电路具有良好的工作稳定性，在其输入电压和输出电压比较接近时仍可以正常工作，且功耗较小。

附图说明

下面的附图有助于更好地理解接下来对本发明不同实施例的描述。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发明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发明的一些实施例。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示出了一种典型的降压型直流电压转换电路50的简化示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路100的电路架构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路200的电路架构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的切换频率控制电路的架构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的如图3所示电压转换电路200的主要工作波形示意图。

图6示出了根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法的示意图。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的一些实施例。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，都用于对本发明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，本发明的实施例也可以被实现。

在本发明的说明书中，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发明的一个实施例中。因而，在本发明的说明书中，若采用了诸如“根据本发明的一个实施例”、“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”、“根据本发明的不同实施例”、“根据本发明另外的实施例”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，在本发明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，在本发明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，以上罗列的对本发明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示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路100的电路架构示意图。该电压转换电路100包括：输入端IN，用于接收输入电压Vin；输出端OUT，用于提供输出电压Vo和输出电流Io；高侧开关M_HS和低侧开关M_LS，串联耦接于输入端IN和参考地GND之间，并且高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的耦接点形成切换电压输出端SW；输出滤波电路101耦接于切换电压输出端SW和输出端OUT之间，用于将切换电压输出端SW处的切换电压V_SW转化为输出电压Vo；自举电路102，包括自举电容CB，耦接输入端IN和低侧开关M_LS，使得自举电容CB在低侧开关M_LS导通时被充电以产生自举电压V_BST；控制电路103，接收自举电压V_BST，基于该自举电压V_BST为高侧开关M_HS提供增强的导通与关断驱动信号DR_H，并基于该自举电压V_BST通过控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换来控制自举电容CB的充电。

根据本发明的一个实施例，控制电路103将自举电压V_BST与自举电压刷新阈值Vth1(第一阈值电压Vth1)相比较，输出自举电压刷新信号RFS。若自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1，则表明自举电压V_BST太低，以致控制电路103基于该自举电压V_BST提供的导通与关断驱动信号DR_H的驱动能力下降，不能驱动高侧开关M_HS正常导通。这时，控制电路103基于该自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，这样可以使低侧开关M_LS在每一个切换周期具有合适的导通时间，以为自举电容CB充电。如此，经过一定数量的切换周期后，自举电压V_BST逐渐增大，直到自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1。若自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1，则表明该自举电压V_BST已足够大，控制电路103能够基于该自举电压V_BST提供增强的导通与关断驱动信号DR_H，驱动高侧开关M_HS充分导通，这时，控制电路103基于该自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出端OUT的负载状态(例如重载、轻载以及空载等状态)进行导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，若自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1，则控制电路103基于该自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出电流Io进行导通和关断切换。这是因为输出电流Io事实上可以表征输出端OUT的负载状态，输出电流Io越大则表明输出端OUT的负载越重，输出电流Io越小则表明输出端OUT的负载越轻。例如，若输出电流Io较大，则表明输出端OUT的负载较重，若输出电流Io较小，则表明输出端OUT的负载较轻，若输出电流Io为零，则表明输出端OUT的负载为空载。

因而，根据本发明基于图2描述的各示例性实施例及其变型实施方式，控制电路103基于自举电压V_BST控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换，以控制自举电容CB的充电，从而保证自举电压V_BST足够大，使控制电路103能够基于该自举电压V_BST提供增强的导通与关断驱动信号DR_H，驱动高侧开关M_HS充分导通。由于控制电路103对高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换控制基于自举电压V_BST，因而可以根据自举电压V_BST的状态及时调整高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换(例如：调整高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通时间以及导通和关断切换频率)，从而在自举电压V_BST太低时，及时为自举电容CB充电，以使自举电压V_BST能够及时恢复。并且根据本发明的各实施例，无需增加更多开关器件及相应的控制电路，而是通过基于自举电压V_BST调整高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换，便可实现及时为自举电容CB充电，以保证自举电压V_BST能够用于增强高侧开关M_HS的导通与关断驱动。

根据本发明基于图2描述的各示例性实施例及其变型实施方式，控制电路103检测自举电压V_BST，并通过将自举电压V_BST与自举电压刷新阈值Vth1相比较判断自举电压V_BST是否太低；若自举电压V_BST太低(即低于自举电压刷新阈值Vth1)，不论电压转换电路100的负载状态如何，例如重载、轻载或者空载等，控制电路103均控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以使低侧开关M_LS在每一个切换周期具有合适的导通时间，从而为自举电容CB充电；若自举电压V_BST正常(即高于自举电压刷新阈值Vth1)，则控制电路103控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出端OUT的负载进行导通和关断切换。例如：根据本发明的一个实施例，若自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1，当输出端OUT的负载较重或者正常时，控制电路103控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出端OUT的负载进行脉冲宽度调制的大致恒定频率导通和关断切换；当输出端OUT的负载较轻或者为空载时，控制电路103控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出端OUT的负载状态进行脉冲频率调制的变频导通和关断切换，以降低高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的切换频率，从而降低电压转换电路100的功耗。

根据本发明的一个实施例，自举电压刷新阈值Vth1(第一阈值Vth1)可以包括第一刷新阈值Vth1_L和第二刷新阈值Vth1_H，其中所述第一刷新阈值Vth1_L小于所述第二刷新阈值Vth1_H。若自举电压V_BST低于第一刷新阈值Vth1_L，则控制电路103基于所述自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换。若自举电压V_BST高于第二刷新阈值Vth1_H，则控制电路103基于所述自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出端OUT的负载状态进行导通和关断切换。这样在第一刷新阈值Vth1_L和第二刷新阈值Vth1_H之间具有一定的迟滞，可以避免由于自举电压V_BST的微小波动而引起误触发，从而改善电压转换电路100的工作稳定性。

根据本发明的一个实施例，自举电容CB，耦接于输入端IN和切换电压输出端SW之间，用于以切换电压输出端SW处的切换电压V_SW为参考电势产生自举电压V_BST，当低侧开关M_LS导通时，自举电容CB被充电以刷新自举电压V_BST。

根据本发明的一个实施例，自举电路102还可以包括自举开关DB，耦接于输入端IN和自举电容CB之间，自举开关DB与低侧开关M_LS同步地导通与关断。当低侧开关M_LS导通时，自举开关DB导通，为自举电容CB提供从输入端IN到参考地GND的充电通路。当低侧开关M_LS关断时，自举开关DB关断，以保证自举电容CB充电通路的安全性。在如图2的示意性实施例中，自举开关DB被示意为包括二极管DB，然而本领域的普通技术人员应该理解自举开关DB的实现方式并不限于二极管，自举开关DB还可以包括MOSFET，JFET，BJT等可控开关器件。在这种情况下，可以由控制电路103为自举开关DB提供开关控制信号，以驱动其与低侧开关M_LS同步地导通与关断。

根据本发明的一个实施例，自举电路102还可以包括自举供电调节模块BSTREG，耦接输入端IN和自举电容CB，用于将输入电压Vin调整为合适的自举充电供电电压VB以为自举电容CB充电。这样，给自举电容CB充电获得的自举电压V_BST的最大值可以被限定在自举充电供电电压VB。例如：若输入电压Vin为12V，希望获得5V的自举电压V_BST，则可以通过自举供电调节模块BSTREG将12V的输入电压Vin调整为5V的自举充电供电电压以为自举电容CB充电。根据本发明的一个实施例，自举供电调节模块BSTREG包括低压差电压调节器。

根据本发明的一个实施例，控制电路103可以包括第一比较模块104，该第一比较模块104具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，并且在该第一比较输入端接收自举电压V_BST，在该第二比较输入端接收自举电压刷新阈值Vth1，并将自举电压V_BST与自举电压刷新阈值Vth1(第一阈值电压Vth1)相比较，从而在该第一比较输出端提供所述的自举电压刷新信号RFS。若自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1，则自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)。若自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1，则自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。

根据本发明的一个实施例，自举电压刷新阈值Vth1(第一阈值Vth1)可以包括第一刷新阈值Vth1_L和第二刷新阈值Vth1_H，其中所述第一刷新阈值Vth1_L小于所述第二刷新阈值Vth1_H。若自举电压V_BST低于第一刷新阈值Vth1_L，则自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)。若自举电压V_BST高于第二刷新阈值Vth1_H，则自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。这样在第一刷新阈值Vth1_L和第二刷新阈值Vth1_H之间具有一定的迟滞，可以避免由于自举电压V_BST的微小波动而引起误触发。

根据本发明的一个实施例，控制电路103还可以包括控制模块105，具有第一控制输入端，用于接收自举电压刷新信号RFS，该控制模块105基于自举电压刷新信号RFS控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通与关断切换，从而控制自举电容CB的充电。

根据本发明的一个实施例，该控制模块105还具有第二控制输入端和第三控制输入端，其中所述第二控制输入端用于检测输出电压Vo，所述第三控制输入端用于检测表征输出端OUT的负载状态的输出电流Io。该控制模块105基于自举电压刷新信号RFS、输出电压Vo和输出电流Io提供高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL。当自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态时，控制模块105提供的高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL用于控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，使低侧开关M_LS在每一个切换周期具有合适的导通时间，以为自举电容CB充电。当自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态时，控制模块105提供的高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL用于控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS根据输出电压Vo和输出电流Io进行导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，控制模块105可以通过检测流过输出电感Lo的电流I_LO或者流过高侧开关M_HS的电流I_H来检测输出电流Io，以提供表征输出端OUT的负载状态的信号，即负载信号V_load。

根据本发明的一个实施例，控制电路103还可以包括驱动模块106，接收自举电压V_BST、高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL，并基于自举电压V_BST和高侧开关控制信号SH提供增强的高侧开关驱动信号DR_H，用于驱动高侧开关M_HS的导通和关断，同时，基于低侧开关控制信号SL提供增强的低侧开关驱动信号DR_L，用于驱动低侧开关M_LS的导通和关断。

根据本发明的一个实施例，驱动模块106可以包括高侧开关驱动器106_H和低侧开关驱动器106_L。高侧开关驱动器106_H接收自举电压V_BST和高侧开关控制信号SH，并基于自举电压V_BST和高侧开关控制信号SH提供增强的高侧开关驱动信号DR_H，用于驱动高侧开关M_HS的导通和关断。低侧低侧开关驱动器106_L接收低侧开关控制信号SL，并基于低侧开关控制信号SL提供增强的低侧开关驱动信号DR_L，用于驱动低侧开关M_LS的导通和关断。根据本发明的一个实施例，所述高侧开关驱动器106_H可以包括一个或多个反相器，所述自举电压V_BST用作所述一个或多个反相器的供电电源。类似地，所述低侧开关驱动106_L也可以包括一个或多个反相器。

根据本发明的一个实施例，控制电路103还可以包括自举欠压阀锁电路107，具有第一阀锁输入端、第二阀锁输入端和阀锁输出端。该第一阀锁输入端用于接收自举电压V_BST，该第二阀锁输入端用于接收自举电压欠压阈值Vth2(第二阈值电压Vth2)。所述自举欠压阀锁电路用于将自举电压V_BST与自举电压欠压阈值Vth2相比较，并在所述阀锁输出端提供自举欠压信号LOCK。若自举电压V_BST低于自举电压欠压阈值Vth2，则自举欠压信号LOCK具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)。这时控制电路103控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS关断，停止导通与关断切换。若自举电压V_BST高于自举电压欠压阈值Vth2，则自举欠压信号LOCK具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)，这时控制电路103允许控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行导通和关断切换。根据本发明的一个实施例，所述自举电压欠压阈值Vth2小于所述自举电压刷新阈值Vth1。自举欠压阀锁电路107有助于在所述自举电压V_BST已经低于自举电压欠压阈值Vth2，而且未能及时被刷新(即，自举电容CB未能被及时充电使该自举电压V_BST恢复至高于该自举电压欠压阈值Vth2)时，将所述高侧开关M_HS和所述低侧开关M_LS均关断，以改善电压转换电路100的工作安全性能。

图3示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路200的电路架构示意图。为了简明且便于理解，电压转换电路200中的那些功能上与在电压转换电路100中相同的同样或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记。

如图3所示，根据本发明的一个实施例，控制模块105可以包括第二比较模块201，具有第三比较输入端、第四比较输入端和第二比较输出端。所述第三比较输入端用于接收表征所述输出电流Io(即表征输出端OUT的负载状态)的负载信号V_load，所述第四比较输入端用于接收轻载阈值Vth3(第三阈值电压Vth3)。所述第二比较模块用于将负载信号V_load与轻载阈值Vth3进行比较，并在所述第二比较输出端提供负载比较信号CMP。若负载信号V_load高于轻载阈值Vth3，则表明电压转换电路200工作在非轻载及非空载状态，这时负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(比如高电平逻辑状态)。若负载信号V_load低于轻载阈值Vth3，则表明电压转换电路200工作在轻载或者空载状态，这时负载比较信号CMP具有第二逻辑状态(比如低电平逻辑状态)。

根据本发明的一个实施例，若负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(即，负载信号V_load高于轻载阈值Vth3，输出端OUT的负载状态为非轻载及空载)，则控制电路103基于该负载比较信号CMP控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲宽度调制(PWM)的定频导通与关断切换模式。若负载比较信号CMP具有第二逻辑状态(即，负载信号V_load低于轻载阈值Vth3，输出端OUT的负载状态为轻载或空载)，则控制电路103基于该负载比较信号CMP控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制(PFM)的变频导通与关断切换模式。根据本发明的一个实施例，若负载比较信号CMP具有第一逻辑状态，高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲宽度调制(PWM)的定频切换模式时，所述高侧开关M_HS和所述低侧开关M_LS的导通与关断切换频率基本为恒定的第一切换频率F_C。若负载比较信号CMP具有第一逻辑状态，高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制(PFM)的变频切换模式时，所述高侧开关M_HS和所述低侧开关M_LS的导通与关断切换频率为变化的第二切换频率F_S，其根据输出端OUT的负载状态，即根据负载信号V_load的变化而变化，输出端OUT的负载越小(例如，负载信号V_load越小)，该第二切换频率F_S也越小，以降低电压转换电路200在轻载或空载情况下(即，负载信号V_load低于轻载阈值Vth3时)的功耗。

根据本发明的一个实施例，第二比较模块201还具有使能输入端用于接收所述的自举电压刷新信号RFS，该自举电压刷新信号RFS用于控制所述第二比较模块201的使能与不使能。当自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态(即，自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1)时，第二比较模块201不使能，其输出的负载比较信号CMP大致恒定地具有第一逻辑状态。当自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态(即，自举电压V_BST高于自举电压刷新阈值Vth1)时，第二比较模块201使能，其输出的负载比较信号CMP根据表征输出端OUT的负载状态的负载信号V_load与轻载阈值Vth3的比较结果具有第一逻辑状态或者第二逻辑状态。这样，若自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1，则自举电压刷新信号RFS使第二比较模块201不使能，即使负载信号V_load已经低于轻载阈值Vth3(即输出端OUT的负载状态为轻载或空载)，第二比较模块201输出的负载比较信号CMP仍具有第一逻辑状态，控制电路103将控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲宽度调制(PWM)的定频导通与关断切换模式，高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以大致恒定的频率(例如所述第一频率F_C)周期性地、互补地进行导通和关断切换，使低侧开关M_LS在每一个切换周期具有合适的导通时间，以为自举电容CB充电。直到自举电容CB上的电荷量被充到足够多，使得自举电压V_BST被刷新到高于自举电压刷新阈值Vth1，则自举电压刷新信号RFS使第二比较模块201使能，控制电路103根据负载信号V_load与轻载阈值Vth3的比较结果(即负载比较信号CMP)控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制(PFM)的变频切换模式或者脉冲宽度调制(PWM)的定频切换模式。

根据本发明的一个示例性实施例，当自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态时，其控制轻载阈值Vth3降低(例如，控制轻载阈值Vth3耦接至参考地GND)，以使第二比较模块201不使能，使第二比较模块201输出的负载比较信号CMP大致恒定地具有第一逻辑状态。当自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态时，其控制轻载阈值Vth3复原，以使第二比较模块201使能，使第二比较模块201输出的负载比较信号CMP根据负载信号V_load与轻载阈值Vth3的比较结果具有第一逻辑状态或者第二逻辑状态。

根据本发明的一个实施例，控制模块105还可以包括脉冲宽度调制模块202，具有第一调制输入端、第二调制输入端、第三调制输入端和调制输出端，其中所述第一调制输入端用于接收所述负载比较信号CMP，所述第二调制输入端用于检测输出电压Vo，所述第三调制输入端用于检测输出电流Io，所述调制输出端基于所述输出电压Vo和所述输出电流Io提供脉冲宽度调制的高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL。

根据本发明的一个实施例，脉冲宽度调制模块202还根据负载比较信号CMP调节所述脉冲宽度调制的高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL，当负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(即，负载信号V_load高于轻载阈值Vth3)时，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL保持脉冲宽度调制或者由脉冲频率调制转换为脉冲宽度调制，使得高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换。当负载比较信号CMP具有第二逻辑状态(即，负载信号V_load低于轻载阈值Vth3)时，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL由脉冲宽度调制转换为脉冲频率调制，使得高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

根据本发明的一个实施例，当负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(即，负载信号V_load高于轻载阈值Vth3)时，脉冲宽度调制模块202使高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS保持/恢复脉冲宽度调制的定频导通和关断切换。当负载比较信号CMP具有第二逻辑状态(即，负载信号V_load低于轻载阈值Vth3)时，脉冲宽度调制模块202使高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS关断，停止导通和关断切换。这样，脉冲宽度调制模块202便实现了根据负载比较信号CMP使高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL在脉冲宽度调制和脉冲频率调制之间的转换，进而实现了控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS在脉冲宽度调制的定频导通与关断切换和脉冲频率调制的变频导通与关断切换之间的转换。

根据本发明的一个实施例，脉冲宽度调制模块202可以包括脉冲宽度调制信号发生电路203、切换频率控制电路204和逻辑控制电路205。脉冲宽度调制信号发生电路203接收表征输出电压Vo的第一反馈信号V_FB和表征输出端OUT的负载电流的第二反馈信号Vcs1，并基于第一反馈信号V_FB和第二反馈信号Vcs1提供脉冲宽度调制信号C_PWM。切换频率控制电路204接收由第二比较模块201输出的负载比较信号CMP，并基于该负载比较信号CMP提供切换频率调制信号Clk，当负载比较信号CMP具有第一逻辑状态时，切换频率调制信号Clk具有大致恒定的第一切换频率F_C，当负载比较信号CMP具有第二逻辑状态时，切换频率调制信号Clk具有随表征输出端OUT的负载状态的负载信号V_load变化的第二切换频率F_S。逻辑控制电路205接收脉冲宽度调制信号C_PWM和切换频率调制信号Clk，并基于所述的脉冲宽度调制信号C_PWM和切换频率调制信号Clk提供高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL。当负载比较信号CMP具有第一逻辑状态时，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL为具有大致恒定的第一切换频率F_C的脉冲宽度调制信号，用于控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换。当负载比较信号CMP具有第二逻辑状态时，高侧开关控制信号SH和低侧开关控制信号SL为具有随输出端OUT的负载状态(即随负载信号V_load)变化的第二切换频率F_S的脉冲频率调制信号，用于控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

根据本发明的一个示例性实施例，脉冲宽度调制信号发生电路203可以包括误差放大器206和脉冲宽度调制比较器207，其中，误差放大器206的第一输入端(例如，图3中示意的“-”端)接收表征输出电压Vo的第一反馈信号V_FB，其第二输入端(例如，图3中示意的“+”端)接收表征输出电压Vo的期望值的基准电压Vref，其输出端用于提供表征输出电压Vo与其期望值间差值的差值放大信号Ve；脉冲宽度调制比较器207的第一输入端(例如，图3中示意的“-”端)接收所述的差值放大信号Ve，其第二输入端(例如，图3中示意的“+”端)接收表征输出端OUT的负载电流Io的第二反馈信号Vcs1，其输出端用于提供脉冲宽度调制信号C_PWM。

根据本发明的一个示例性实施例，控制电路103通过检测流过高侧开关M_HS的电流I_H获得表征输出端OUT的负载电流Io的第二反馈信号Vcs1。根据本发明的一个示例性实施例，控制电路103还可以包括高侧开关电流检测电路208，用于检测流过高侧开关M_HS的电流I_H并提供所述的第二反馈信号Vcs1。

根据本发明的一个示例性实施例，所述的表征输出端OUT的负载状态的负载信号V_load可以包括所述的差值放大信号Ve。

根据本发明的一个示例性实施例，切换频率控制电路204可以包括振荡器OSC和逻辑电路LOGIC，如图4所示。振荡器OSC用于产生频率大致恒定的时钟信号CLOCK，根据本发明的一个实施例，时钟信号CLOCK的频率即为所述的第二频率F_C。逻辑电路LOGIC具有第一逻辑输入端、第二逻辑输入端和逻辑输出端，该第一逻辑输入端用于接收所述时钟信号CLOCK，该第二逻辑输入端用于接收所述负载比较信号CMP，该逻辑电路基于所述时钟信号CLOCK和所述负载比较信号CMP提供所述的切换频率调制信号Clk。当所述负载比较信号具有第一逻辑状态(例如高电平逻辑状态)时，所述逻辑电路LOGIC将所述时钟信号CLOCK作为切换频率调制信号Clk输出，当所述负载比较信号具有第二逻辑状态(例如低电平逻辑状态)时，所述逻辑电路LOGIC输出的切换频率调制信号Clk为低电平逻辑状态，也就是说，这时所述时钟信号CLOCK被屏蔽(所述逻辑电路LOGIC跳过了所述时钟信号CLOCK的一部分脉冲)。图4示意的示例性实施例中，逻辑电路LOGIC包括与电路。

下面仍参照图3所示，根据本发明的一个实施例，控制电路103还可以包括过零检测模块209，其第一输入端(例如，图3中示意的“+”端)接收表征流过低侧开关M_LS的电流I_L的第三反馈信号Vcs2，其第二输入端(例如，图3中示意的“-”端)接收低侧开关限流阈值Vth4(第四阈值电压Vth4)，其输出端根据第三反馈信号Vcs2与低侧开关限流阈值Vth4的比较结果提供过零比较信号C_ZCD。当第三反馈信号Vcs2高于低侧开关限流阈值Vth4时，过零比较信号C_ZCD具有第一逻辑状态(例如：高电平逻辑状态)，控制电路103基于该过零比较信号C_ZCD允许低侧开关M_LS进行导通和关断切换。当第三反馈信号Vcs2低于低侧开关限流阈值Vth4时，过零比较信号C_ZCD具有第二逻辑状态(例如：低电平逻辑状态)，控制电路103基于该过零比较信号C_ZCD将低侧开关M_LS关断，使其停止导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，所述控制电路103通过将所述过零比较信号C_ZCD耦接至所述低侧开关驱动器106_L来实现根据所述过零比较信号C_ZCD对所述低侧开关M_LS的控制。例如，根据本发明的一个实施例，所述低侧开关驱动器106_L具有使能输入端，用于接收所述过零比较信号C_ZCD。当所述过零比较信号C_ZCD具有第一逻辑状态时，该低侧开关驱动器106_L使能并驱动低侧开关M_LS进行导通和关断切换。当所述过零比较信号C_ZCD具有第二逻辑状态时，该低侧开关驱动器106_L不使能，将低侧开关M_LS关断，使其停止导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，低侧开关限流阈值Vth4为零，以便在第三反馈信号Vcs2低于零时(即流过低侧开关M_LS的电流I_L低于零时)将低侧开关M_LS关断，从而降低低侧开关M_LS的导通损耗和切换损耗，提高电压转换电路200的转换效率。

根据本发明的一个实施例，低侧开关限流阈值Vth4可以具有设定的低于零并且接近于零的补偿值V_OS，该补偿值V_OS的幅值比较小，可以根据实际设计及应用需求选择合适的值。例如，补偿值V_OS可以参考在电压转换电路200工作在超轻载或空载时流过高侧开关的电流I_H需要保持的最小峰值来选择。将低侧开关限流阈值Vth4设定为低于零并且接近于零的补偿值V_OS，意味着允许流过低侧开关M_LS的电流I_L小于零但却接近于零。这样有助于在电压转换电路200工作在超轻载或空载时，仍能够保证流过高侧开关M_HS的电流I_H大于零，用于对流过低侧开关M_LS的电流I_L的小于零的部分进行补偿。在这种情况下，当自举电压刷新信号RFS具有第一逻辑状态(即，自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1)时，如果电压转换电路200工作在轻载或空载状态(即，负载比较信号CMP具有第一逻辑状态)，那么以第一频率F_C进行脉冲宽度调制的导通与关断互补切换的高侧开关M_HS和低侧开关M_LS都可以具有相对较大的导通时间，从而使自举电容CB在一个切换周期内具有合适的充电时间，以便尽快将自举电压V_BST刷新到至少高于自举电压刷新阈值Vth1，保证高侧开关M_HS的正常导通与关断切换，从而增强电压转换电路200的工作稳定性。同时，由于补偿值V_OS低于零并且接近于零，其幅值比较小，因而允许流过低侧开关M_LS的电流I_L低于零的部分很小，不会明显增大低侧开关M_LS的导通损耗和切换损耗，对电压转换电路200的转换效率也不会造成消极影响。

图5示出了根据本发明一个实施例的如图3所示电压转换电路200的主要工作波形示意图。接下来将结合图3和图5对电压转换电路200作进一步的解释。在图5的示例性示意中，控制电路103通过检测流过高侧开关M_HS的电流I_H以获得表征负载电流Io的所述第二反馈信号Vcs1，所述表征输出端OUT的负载状态的负载信号V_load包括所述的差值放大信号Ve。由于差值放大信号Ve限定了流过高侧开关M_HS的电流I_H的峰值，因而差值放大信号Ve可以被用作表征输出端负载状态的负载信号V_load。当然，选用差值放大信号Ve作为负载信号V_load只是根据本发明的一种示例性实施方式，本领域的普通技术人员应该理解，根据本发明的不同实施例，负载信号V_load还可以选用其它合适的信号，比如负载电流Io、输出电感电流I_L，高侧开关M_HS的电流I_H，或者它们的峰值、平均值，及其采样信号，等等。如图5所示，负载电流Io在t₀到t₃时间内较低，可以认为输出端OUT的负载较轻，在t₃时刻后负载电流Io突然增大，可以认为输出端OUT的负载变得较重。

在t₀至t₁时刻，自举电压V_BST高于第一刷新阈值Vth1_L，则第一比较模块104输出的自举电压刷新信号RFS具有第二逻辑状态(图5中示意为低电平逻辑状态)，此时第二比较模块201是使能的，其输出的负载比较信号CMP的逻辑状态取决于负载信号Ve和轻载阈值Vth3的比较结果，控制电路103根据负载比较信号CMP控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制的变频切换模式。具体地，结合本发明如图3和图4所示的示例性实施例，当负载信号Ve高于轻载阈值Vth3时，负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(图5中示意为高电平逻辑状态)，振荡器OSC产生的时钟信号CLOCK作为频率切换控制信号Clk(可以认为，此时频率切换控制信号Clk复制了时钟信号CLOCK的部分脉冲，具有大致恒定的第一切换频率F_C)。当负载信号Ve低于轻载阈值Vth3时，负载比较信号CMP具有第二逻辑状态(图5中示意为低电平逻辑状态)，频率切换控制信号Clk为低电平(可以认为，此时频率切换控制信号Clk跳过了时钟信号CLOCK的部分脉冲)。因此，切换频率调制信号Clk具有随负载信号Ve变化的第二切换频率F_S，从而控制模块105基于该切换频率控制信号Clk控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制的变频切换模式。在t₁时刻，自举电压V_BST下降到低于第一刷新阈值Vth1_L，第一比较模块104输出的自举电压刷新信号RFS跳变为具有第一逻辑状态(图5中是以为高电平逻辑状态)，此时自举电压刷新信号RFS控制第二比较模块201不使能(图5中示意为通过将轻载阈值Vth3降低至耦接至参考地GND来实现)，则负载比较信号CMP大致恒定地具有第一逻辑状态(图5中示意为高电平逻辑状态)，此时可以认为频率切换控制信号Clk又复制了时钟信号CLOCK的一部分脉冲，具有第一切换频率F_C；那么控制模块105控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以该第一切换频率F_C互补地进行导通和关断切换，在每一个切换周期的低侧开关M_LS的导通时间内为自举电容CB充电。经过几个切换周期，直到t₂时刻，自举电压V_BST被充电至高于第二刷新阈值Vth1_H，则自举电压刷新信号RFS恢复到具有第二逻辑状态(图5中示意为低电平逻辑状态)，使第二比较模块201恢复使能。在t₂至t₃时刻内，自举电压V_BST持续高于第一刷新阈值Vth1_L，电压转换电路200的工作过程与t₀至t₁时刻相同，控制电路103根据负载比较信号CMP控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制的变频切换模式。在t₃时刻，输出电流Io突然增大(输出端OUT的负载加重)，表征该输出电流Io的负载信号Ve持续高于轻载阈值Vth3，从而负载比较信号CMP具有第一逻辑状态(图5中示意为高电平逻辑状态)，频率切换控制信号Clk复制了时钟信号CLOCK的一部分脉冲，具有大致恒定的第一切换频率F_C；那么控制模块105控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS以该第一切换频率F_C进行脉冲频率调制的定频导通与关断切换，在每一个切换周期的低侧开关M_LS的导通时间，自举电容CB充电，自举电压V_BST逐渐增大，直到稳定在自举充电供电电压VB(通过自举供电调节模块BSTREG的调整实现)。

根据本发明基于图3至图5所描述的各示例性实施例及其变形实施方式，控制电路103基于自举电压V_BST通过控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS的导通和关断切换来控制自举电容CB的充电，以便在自举电压V_BST不足时(即，在自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1时)，将自举电压V_BST及时刷至足够大(即，使自举电压V_BST刷新至高于自举电压刷新阈值Vth1)，从而保证高侧开关M_HS的正常导通与关断驱动，使电压转换电路200正常工作。

根据本发明基于图3至图5所描述的各示例性实施例及其变形实施方式，第一比较模块104将自举电压V_BST与自举电压刷新阈值Vth1相比较提供自举电压刷新信号RFS，以控制第二比较模块201的使能与不使能；若第二比较模块201使能，则在负载电流Io较小时(即，表征输出电流Io的负载信号V_load低于轻载阈值Vth3时，输出端OUT的负载较轻)，控制电路103将控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲频率调制的变频切换模式，在负载电流Io较大时(即，表征输出电流Io的负载信号V_load高于轻载阈值Vth3时，输出端OUT的负载较重)，控制电路103将控制高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲宽度调制的定频切换模式；若第二比较模块201不使能，则无论负载电流Io的状态(输出端OUT的负载状态)如何，控制电路103都使高侧开关M_HS和低侧开关M_LS工作在脉冲宽度调制的定频切换模式，以为自举电容CB充电。因此，在自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1时(即，自举电压V_BST不足时)，控制电路103通过自举电压刷新信号RFS将第二比较模块不使能，以使高侧开关M_HS和低侧开关M_LS进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换，从而使自举电容CB在每个切换周期的低侧开关M_LS的导通时间内充电，以刷新自举电压V_BST。

根据本发明基于图3至图5所描述的各示例性实施例及其变形实施方式，即使输出端OUT的负载较轻(即，负载电流Io较小，表征输出电流Io的负载信号V_load已低于轻载阈值Vth3)、高侧开关M_HS和低侧开关M_LS本应工作在脉冲频率调制的变频切换模式时(例如图5所示的t₀至t₃时刻内)，一旦自举电压V_BST低于自举电压刷新阈值Vth1(例如图5所示的t₁时刻)，则控制电路103使高侧开关M_HS和低侧开关M_LS恢复脉冲宽度调制的定频导通与关断切换，以使自举电容CB充电(例如图5所示的t₁至t₂时刻内)，自举电压V_BST开始恢复。在t₁至t₂时刻内，由于高侧开关的电流I_H的峰值电流较小，输出电压Vo的电压纹波也相对较小，而且电压转换电路的转换效率仍然较高。高侧开关M_HS和低侧开关M_LS经过一定数量周期的小峰值电流脉冲宽度调制的定频导通与关断切换，直到自举电压V_BST恢复至高于自举电压刷新阈值Vth1(例如图5所示的t₂时刻)，控制电路103使高侧开关M_HS和低侧开关M_LS继续本应进行的脉冲频率调制的变频导通与关断切换。这样根据本发明各示例性实施例及其变形实施方式的电压转换电路可以工作在输出电压Vo与输出电压Vin较接近的情况下，控制电路103不仅可以使自举电压V_BST能够及时恢复至足够驱动高侧开关M_HS的水平，而且不会引起输出电压Vo的较大波动，还可以确保电压转换电路具有较高的转换效率。

根据本发明各实施例及其变形实施方式的自举电压刷新控制电路103其包括自举电压刷新控制电路103的电压转换电路的有益效果不应该被认为仅仅局限于以上所述的。根据本发明各实施例的这些及其它有益效果可以通过阅读本发明的详细说明及研究各实施例的附图被更好地理解。

图6示出了根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法示意图。所述电压转换电路可以包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，所述电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流。所述控制电压转换电路的方法包括：步骤601，检测所述自举电压；步骤602，将所述自举电压与自举电压刷新阈值相比较，以提供自举电压刷新信号；步骤603，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。

根据本发明的一个实施例，在步骤602，若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态；在步骤603，若所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以为所述自举电容充电；若所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关根据所述输出电压和所述输出电流进行导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，在步骤602，所述自举电压刷新阈值可以包括第一刷新阈值和第二刷新阈值，其中所述第一刷新阈值小于所述第二刷新阈值；若所述自举电压低于所述第一刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态；若所述自举电压高于所述第二刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态。

根据本发明的一个实施例，步骤603可以包括：步骤604，检测所述电压转换电路的输出电流并提供表征该输出电流的负载信号；步骤605，将所述负载信号与轻载阈值进行比较以提供负载比较信号，其中，所述负载信号具有第一逻辑状态和第二逻辑状态；步骤606，基于所述自举电压刷新信号调节所述负载比较信号，其中，若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，使所述负载比较信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，则使所述负载比较信号在所述负载信号高于所述轻载阈值时具有第一逻辑状态，在所述负载信号低于所述轻载阈值时具有第二逻辑状态；步骤607，基于所述负载比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换，其中，若所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；若所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

根据本发明的一个实施例，在步骤607，当负载比较信号具有所述的第一逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换频率为大致恒定的第一切换频率；当所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换频率为变化的第二切换频率；其中所述第二切换频率根据所述负载信号的变化而变化。根据本发明的一个实施例，所述负载信号越小则所述第二切换频率也越小。

根据本发明的一个实施例，在步骤607，若所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；若所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关关断，使其停止导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，步骤607可以包括：步骤608，检测所述输出电压并提供表征所述输出电压的第一反馈信号以及检测所述输出电流并提供表征所述输出电流的第二反馈信号；步骤609，基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号提供脉冲宽度调制信号；步骤610，基于所述负载比较信号产生切换频率调制信号，其中，若该负载比较信号具有第一逻辑状态，所述切换频率调制信号具有大致恒定的第一切换频率，若该负载比较信号具有第二逻辑状态，所述切换频率调制信号具有随所述负载信号变化的第二切换频率；步骤611，基于所述脉冲宽度调制信号和所述切换频率调制信号提供高侧开关控制信号和低侧开关控制信号；当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第一切换频率的脉冲宽度调制信号，用于控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第二切换频率的脉冲频率调制信号，用于控制高侧开关和低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法还可以包括：步骤612，检测流过所述低侧开关的电流，并产生表征流过该低侧开关的电流的第三反馈信号；步骤613，将所述第三反馈信号与低侧开关限流阈值比较产生过零比较信号，其中，当所述第三反馈信号高于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第一逻辑状态，当所述第三反馈信号低于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第二逻辑状态；步骤614，基于所述过零比较信号控制所述低侧开关的导通与关断，当所述过零比较信号具有第一逻辑状态时，使所述低侧开关可以进行导通和关断切换，当所述过零比较信号具有第二逻辑状态时，使所述低侧开关关断，使其停止导通和关断切换。

根据本发明的一个实施例，所述低侧开关限流阈值具有设定的低于零且接近于零的补偿值。

根据本发明一个实施例的控制电压转换电路的方法还可以包括：步骤615，检测所述自举电压，并将所述自举电压与自举电压欠压阈值相比较，以提供自举欠压信号，其中，所述自举电压欠压阈值小于所述自举电压刷新阈值，若所述自举电压低于所述自举电压欠压阈值，所述自举欠压信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压欠压阈值，所述自举欠压信号具有第二逻辑状态；步骤616，基于所述自举欠压信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断，当所述自举欠压信号具有第一逻辑状态时，将所述高侧开关和所述低侧开关关断，使其停止导通与关断切换，当所述自举欠压信号具有第二逻辑状态时，允许所述高侧开关和所述低侧开关进行导通和关断切换。

以上对根据本发明各实施例及其变形实施方式的控制电压转换电路的方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本发明进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本发明清楚、简明且便于理解。发明所属技术领域的技术人员应该理解，以上对根据本发明各实施例的控制电压转换电路的方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。

虽然本说明书中以降压型电压转换电路为例对根据本发明各实施例的自举电压刷新控制电路、包含该自举电压刷新控制电路的电压转换电路及其控制方法进行了示意与描述，但这并不意味着对本发明的限定，本领域的技术人员应该理解这里给出的结构及原理也可以适用于具有其它拓扑结构的电压转换电路，例如：升压型电压转换电路、降压-升压型电压转换电路等等。

因此，上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明实施例的自举电压刷新控制电路、包含该自举电压刷新控制电路的电压转换电路及其控制方法进行了说明，并不用于限定本发明的范围。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。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims

1.一种自举电压刷新控制电路，用于电压转换电路，其中所述电压转换电路包括高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，所述电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流，所述自举电压刷新控制电路包括：

第一比较模块，具有第一比较输入端、第二比较输入端和第一比较输出端，其中所述第一比较输入端用于接收所述自举电压，所述第二比较输入端用于接收自举电压刷新阈值，所述第一比较模块用于将所述自举电压与所述自举电压刷新阈值进行比较并在所述第一比较输出端提供自举电压刷新信号；以及

控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换，并且在所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值时，控制所述高侧开关和所述低侧开关以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以控制所述自举电容的充电。

2.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于：

所述控制模块还具有第二控制输入端和第三控制输入端，其中所述第二控制输入端用于检测所述电压转换电路的输出电压，所述第三控制输入端用于检测所述电压转换电路的输出电流；

若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态；

若所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，所述控制模块基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以为所述自举电容充电；若所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，所述控制模块基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关根据所述输出电压和所述输出电流进行导通和关断切换。

3.根据权利要求2所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于：

所述自举电压刷新阈值包括第一刷新阈值和第二刷新阈值，其中所述第一刷新阈值小于所述第二刷新阈值；

若所述自举电压低于所述第一刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态；

若所述自举电压高于所述第二刷新阈值，所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态。

4.根据权利要求1至3其中之一所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述控制模块包括：

第二比较模块，具有使能输入端、第三比较输入端、第四比较输入端和第二比较输出端，其中所述使能输入端用于接收所述自举电压刷新信号，所述第三比较输入端用于接收表征所述电压转换电路的输出电流的负载信号，所述第四比较输入端用于接收轻载阈值，所述第二比较模块用于将所述负载信号与所述轻载阈值进行比较并在所述第二比较输出端提供负载比较信号；

若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块不使能，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块使能；

若所述第二比较模块使能，当所述负载信号高于所述轻载阈值时，所述负载比较信号具有第一逻辑状态，当所述负载信号低于所述轻载阈值时，所述负载比较信号具有第二逻辑状态；

若所述第二比较模块不使能，所述负载比较信号大致恒定地具有所述的第一逻辑状态；

若所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态，所述控制模块基于该负载比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；

若所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态，所述控制模块基于该负载比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

5.根据权利要求4所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述负载比较信号具有所述的第一逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换频率为大致恒定的第一切换频率；所述负载比较信号具有所述的第二逻辑状态时，所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换频率为变化的第二切换频率；其中所述第二切换频率根据所述负载信号的变化而变化。

6.根据权利要求4所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于所述控制模块进一步包括：

脉冲宽度调制模块，具有第一调制输入端、第二调制输入端、第三调制输入端和调制输出端，其中所述第一调制输入端用于接收所述负载比较信号，所述第二调制输入端用于检测所述输出电压，所述第三调制输入端用于检测所述输出电流，所述调制输出端基于所述输出电压和所述输出电流提供高侧开关控制信号和低侧开关控制信号；并且

所述脉冲宽度调制模块根据所述负载比较信号调节所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号，当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号保持脉冲宽度调制或者由脉冲频率调制转换为脉冲宽度调制，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号由脉冲宽度调制转换为脉冲频率调制，使所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

7.根据权利要求6所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于：

当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述脉冲宽度调制模块控制高侧开关和低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通和关断切换；

当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述脉冲宽度调制模块控制所述高侧开关和所述低侧开关关断，停止导通和关断切换。

8.根据权利要求6所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块包括：

脉冲宽度调制信号发生电路，接收表征所述输出电压的第一反馈信号和表征所述输出电流的第二反馈信号，并基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号提供脉冲宽度调制信号；

切换频率控制电路，接收所述负载比较信号，并基于该负载比较信号提供切换频率调制信号，当该负载比较信号具有第一逻辑状态时，切换频率调制信号具有大致恒定的第一切换频率，当该负载比较信号具有第二逻辑状态时，切换频率调制信号具有随所述负载信号变化的第二切换频率；和

逻辑控制电路，接收所述脉冲宽度调制信号和所述切换频率调制信号，并基于所述脉冲宽度调制信号和所述切换频率调制信号提供所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号；当所述负载比较信号具有第一逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第一切换频率的脉冲宽度调制信号，用于控制所述高侧开关和所述低侧开关进行脉冲宽度调制的定频导通与关断切换；当所述负载比较信号具有第二逻辑状态时，所述高侧开关控制信号和所述低侧开关控制信号为具有所述第二切换频率的脉冲频率调制信号，用于控制高侧开关和低侧开关进行脉冲频率调制的变频导通与关断切换。

9.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于进一步包括：

过零检测模块，具有第一检测输入端、第二检测输入端和检测输出端，其中所述第一检测输入端用于接收表征流过所述低侧开关的电流的第三反馈信号，所述第二检测输入端用于接收低侧开关限流阈值，所述检测输出端用于根据所述第三反馈信号与所述低侧开关限流阈值的比较结果提供过零比较信号；

当所述第三反馈信号高于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第一逻辑状态，当所述第三反馈信号低于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第二逻辑状态；

当所述过零比较信号具有第一逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该过零比较信号允许所述低侧开关进行导通和关断切换，当所述过零比较信号具有第二逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该过零比较信号将所述低侧开关关断，使其停止导通和关断切换。

10.根据权利要求9所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于所述低侧开关限流阈值具有设定的低于零且接近于零的补偿值。

11.根据权利要求1所述的自举电压刷新控制电路，其特征在于进一步包括：

自举欠压阀锁电路，具有第一阀锁输入端、第二阀锁输入端和阀锁输出端，其中所述第一阀锁输入端用于接收所述自举电压，所述第二阀锁输入端用于接收自举电压欠压阈值，且所述自举电压欠压阈值小于所述自举电压刷新阈值，所述自举欠压阀锁电路用于将所述自举电压与所述自举电压欠压阈值相比较，并在所述阀锁输出端提供自举欠压信号；

若所述自举电压低于所述自举电压欠压阈值，所述自举欠压信号具有第一逻辑状态，若所述自举电压高于所述自举电压欠压阈值，所述自举欠压信号具有第二逻辑状态；

当所述自举欠压信号具有第一逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该自举欠压信号将所述高侧开关和所述低侧开关关断，停止导通与关断切换；当所述自举欠压信号具有第二逻辑状态时，所述自举电压刷新控制电路基于该自举欠压信号允许所述高侧开关和所述低侧开关进行导通和关断切换。

12.一种电压转换电路，包括：

输入端，用于接收输入电压；

输出端，用于提供输出电压及输出电流；

高侧开关和低侧开关，串联耦接于所述输入端和参考地之间，并且所述高侧开关和所述低侧开关的耦接点形成切换电压输出端；

输出滤波电路，耦接于所述切换电压输出端和所述输出端之间，用于将所述切换电压输出端处的切换电压转化为所述输出电压；

自举电路，包括自举电容，耦接所述输入端和所述低侧开关，使得所述自举电容在所述低侧开关导通时充电以产生自举电压；以及

控制电路，接收所述自举电压，基于该自举电压为所述高侧开关提供增强的导通与关断驱动信号，并基于该自举电压通过控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通和关断切换来控制所述自举电容的充电。

13.根据权利要求12所述的电压转换电路，其特征在于，所述控制电路包括：

控制模块，具有第一控制输入端用于接收所述自举电压刷新信号，基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换以控制所述自举电容的充电。

14.根据权利要求13所述的电压转换电路，其特征在于：

15.根据权利要求13所述的电压转换电路，其特征在于：

16.根据权利要求13至15其中之一所述的电压转换电路，其特征在于，所述控制模块包括：

第二比较模块，具有使能输入端、第三比较输入端、第四比较输入端和第二比较输出端，其中所述使能输入端用于接收所述自举电压刷新信号，所述第三比较输入端用于接收表征所述电压转换电路的输出电流的负载信号，所述第四比较输入端用于接收轻载阈值，所述第二比较模块用于将所述负载信号与所述轻载阈值进行比较并在所述第二比较输出端提供负载比较信号；其特征还在于，

若所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块不使能，若所述自举电压高于所述自举电压刷新阈值，所述自举电压刷新信号控制所述第二比较模块使能；其特征还在于，

若所述第二比较模块不使能，所述负载比较信号大致恒定地具有所述的第一逻辑状态；其特征还在于，

17.根据权利要求12所述的电压转换电路，其特征在于，进一步包括：

过零检测模块，具有第一检测输入端、第二检测输入端和检测输出端，其中所述第一检测输入端用于接收表征流过所述低侧开关的电流的第三反馈信号，所述第二检测输入端用于接收低侧开关限流阈值，所述检测输出端用于根据所述第三反馈信号与所述低侧开关限流阈值的比较结果提供过零比较信号；其特征还在于，

当所述第三反馈信号高于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第一逻辑状态，当所述第三反馈信号低于所述低侧开关限流阈值时，所述过零比较信号具有第二逻辑状态；其特征还在于

当所述过零比较信号具有第一逻辑状态时，所述控制电路基于该过零比较信号允许所述低侧开关进行导通和关断切换，当所述过零比较信号具有第二逻辑状态时，所述控制电路基于该过零比较信号将所述低侧开关关断，使其停止导通和关断切换。

18.根据权利要求17所述的电压转换电路，其特征在于，所述低侧开关限流阈值具有设定的低于零且接近于零的补偿值。

19.一种控制电压转换电路的方法，其中所述电压转换电路具有高侧开关和低侧开关以及用于为所述高侧开关提供自举电压的自举电容，所述电压转换电路基于所述高侧开关和低侧开关的导通和关断切换提供输出电压和输出电流，所述控制电压转换电路的方法包括：

检测所述自举电压；

将所述自举电压与自举电压刷新阈值相比较，以提供自举电压刷新信号；

基于所述自举电压刷新信号控制所述高侧开关和所述低侧开关的导通与关断切换，使所述高侧开关和所述低侧开关在所述自举电压低于所述自举电压刷新阈值时，以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以控制所述自举电容的充电。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：

若所述自举电压刷新信号具有第一逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关以大致恒定的频率互补地进行导通和关断切换，以为所述自举电容充电；若所述自举电压刷新信号具有第二逻辑状态，使所述高侧开关和所述低侧开关根据所述输出电压和所述输出电流进行导通和关断切换。