用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路的製作方法

2023-05-08 22:39:56

用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電子【技術領域】，具體涉及一種升壓充電電路。用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，包括一減法單元，減法單元包括，一第一輸入端，連接一開關電源轉換器的開關節點端，一第二輸入端，連接開關電源轉換器的自舉升壓端作為反饋輸入端，減法單元用以對開關節點端和自舉升壓端的電壓進行減法運算後提供給自舉升壓端；一功率級，連接於減法單元與自舉升壓端之間，功率級的輸出端連接自舉升壓端。本實用新型結構簡單，可以對開關電源轉換器的第一驅動電路供電電壓端之間的差值進行實時檢測，以驅動開關管M1的導通，實現對開關電源有效控制和保護。
【專利說明】用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電子【技術領域】，具體涉及一種升壓充電電路。
【背景技術】
[0002]對於高壓或大電流的開關電源轉換晶片來說，由於N溝道MOS管的導通電阻較小，一般是P溝道MOS管的三分之一左右，採用N溝道MOS管的晶片可以比採用P溝道MOS管佔用更小的面積，具有更小的導通損耗，因而通常採用N溝道MOS管作為開關電源轉換器的開關器件。
[0003]N溝道MOS管需要在柵極和源極之間的電壓降Vgs大於一閾值電壓時，才會導通，閾值電壓的存在會產生較大的功耗；如圖1所示，對於上下管都是N管的拓撲來說，通常設置自舉升壓電路以便讓上管的閾值電壓，不會影響到電源端VDD到開關節點SW的壓降；具體通過在BS端和開關節點SW之間設置一電容C2，一 5V電源電壓通過二極體Dl給電容C2充電，BS端提供驅動電路所需的高端電壓。理想情況下，當下管M2導通時，開關節點SW處於零電壓，5V電源電壓通過二極體Dl給電容C2快速充電，使得電容C2兩端的電壓為+5V，此時BS端電壓為+5V ;當上管M2導通時，SW端電壓會由零電壓升高至輸入電壓VDD，由於電容兩端的電壓不能突變，這時BS電壓為5V+VDD，然而輕載模式下上管Ml和下管M2都關掉時，開關節點SW為懸浮狀態，此時開關節點SW近似等於輸出端電壓Vout，使得輕載時上管Ml的柵極和源極之間沒有壓降，升壓電路不起作用；或者當下管M2導通時，如果開關節點SW為負值，而BS端電壓則可能會偏高，上述的電路環境下會使得電路呈現不受控的狀態，影響電路的正常工作。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於，提供一種用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，解決以上技術問題。
[0005]本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現:
[0006]用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，包括，
[0007]一減法單元，所述減法單元包括，
[0008]—第一輸入端，連接一開關電源轉換器的開關節點端，
[0009]一第二輸入端，連接所述開關電源轉換器的自舉升壓端作為反饋輸入端，
[0010]所述減法單元用以對所述開關節點端和所述自舉升壓端的電壓進行減法運算後提供給所述自舉升壓端；
[0011]一功率級，連接於所述減法單元與所述自舉升壓端之間，所述功率級的輸出端連接所述自舉升壓端。
[0012]優選地，所述減法單元包括一運算放大器，所述第一輸入端通過一第四電阻連接所述運算放大器的反相輸入端。
[0013]優選地，所述運算放大器的反相輸入端通過一第三電阻連接一參考電壓。[0014]優選地，所述運算放大器的同相輸入端與所述第二輸入端之間的電路上串聯一第二電阻。
[0015]優選地，所述運算放大器的同相輸入端通過一第一電阻連接接地端。
[0016]優選地，所述第二輸入端與所述自舉升壓端之間串聯一第五電阻。
[0017]優選地，所述第一電阻與所述第三電阻的阻值相等，所述第二電阻與所述第四電阻的阻值相等。
[0018]優選地，所述第二電阻的阻值是所述第一電阻阻值的m倍，其中m的取值範圍為I至10倍。
[0019]優選地，所述功率級包括一場效應管，所述場效應管的源極連接一輸入電源電壓端，所述場效應管的漏極串聯一二極體的陽極，所述二極體的陰極連接所述第二輸入端。
[0020]優選地，所述參考電壓與所述開關電源轉換器的誤差放大器的輸入端提供的參考電壓相等。
[0021]有益效果:由於採用以上技術方案，本實用新型結構簡單，可以對開關電源轉換器的第一驅動電路供電電壓之間的差值進行實時檢測，以驅動開關管Ml的導通，實現對開關電源有效控制和保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術的電路示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的電路結構示意圖；
[0024]圖3為本實用新型的運算放大電路的一種實現電路圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0026]需要說明的是，在不衝突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但不作為本實用新型的限定。
[0028]參照圖2、圖3，用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其中，包括，
[0029]一減法單元21，減法單元21包括，
[0030]一第一輸入端，連接開關電源轉換器的開關節點端，開關節點端通常用SW端表示；
[0031]一第二輸入端，連接開關電源轉換器的自舉升壓端作為反饋輸入端，自舉升壓端通常用BOOT端或BS端表示；
[0032]減法單元21用以對SW端和BOOT端的電壓進行減法運算後提供給BOOT端；
[0033]一功率級22 ;連接於減法單元21與BOOT端之間，功率級22的輸出端連接BOOT端。[0034]作為本實用新型的一種優選地實施例，減法單元21包括一運算放大器211，第一輸入端通過一第四電阻R4連接運算放大器211的反相輸入端(-)。。
[0035]作為本實用新型的一種優選地實施例，運算放大器211的反相輸入端(_)通過一第三電阻R3連接一參考電壓Vref。
[0036]作為本實用新型的一種優選地實施例，運算放大器211的同相輸入端(+ )與第二輸入端之間的電路上串聯第二電阻R2。
[0037]作為本實用新型的一種優選地實施例，運算放大器的同相輸入端(+ )通過一第一電阻Rl連接接地端PGND。
[0038]作為本實用新型的一種優選地實施例，第二輸入端與BOOT端之間串聯一第五電阻R5。
[0039]作為本實用新型的一種優選地實施例，第一電阻Rl與第三電阻R3的阻值相等，第二電阻R2與第四電阻R4的阻值相等。
[0040]作為本實用新型的一種優選地實施例，第二電阻R2的阻值是第一電阻Rl阻值的m倍，其中m的取值範圍為I至10倍。參考電壓的取值為0.923V時，m的取值為5至6倍。
[0041]作為本實用新型的一種優選的實施例，功率級22包括一場效應管221，場效應管221的源極連接輸入電壓端IN，場效應管221的漏極串聯一二極體222的陽極，二極體222的陰極連接第二輸入端。
[0042]作為本實用新型的一種優選地實施例，參考電壓Vref與開關電源轉換器的誤差放大器的輸入端提供的參考電壓相等。
[0043]一種具體實施例，開關電源轉換器為BUCK晶片，如圖2所示，
[0044]包括，
[0045]一輸入電壓端IN,
[0046]一 SW 端，
[0047]一接地端 GND，
[0048]—第一開關器件Ml,設置於輸入電壓端IN與SW端之間的電路上；
[0049]一第二開關器件M2，設置於SW端與接地端GND之間的電路上；
[0050]一第一驅動電路1，連接BOOT端和SW端，在一脈寬調製信號的作用下提供BOOT端的電壓至第一開關器件Ml的控制端或SW端電壓至第一開關器件Ml的控制端；
[0051]一減法單元21和功率級22組成的單元電路2，對BOOT端、SW端的電壓進行運算後提供給BOOT端，在開關電源轉換器的晶片外部，自舉升壓端SW與SW端之間連接一充電電容。
[0052]本實用新型結構簡單，可以對第一驅動電路供電電壓之間的差值進行實時檢測，以驅動開關管Ml的導通，實現對開關電源有效控制和保護。
[0053]作為本實用新型的一種優選的實施例，第一開關器件Ml和第二開關器件M2都採用N溝通MOS管，第一開關器件Ml的漏極連接輸入電壓端IN，第一開關器件Ml的源極連接SW端，第一開關器件Ml的柵極連接第一驅動電路I的信號輸出端；第二開關器件M2的漏極連接SW端，第二開關器件M2的源極連接接地端GND。
[0054]作為本實用新型的一種優選的實施例，脈寬調製信號通過一控制電路產生，控制電路包括，[0055]一誤差放大器3，用以對一電壓反饋信號FB與參考電壓進行比較，得到一誤差放大信號；
[0056]一比較器4，用以對一電流檢測信號及誤差放大信號進行比較，產生一比較信號；
[0057]—振蕩器5,用於產生時鐘信號；
[0058]一 RS觸發器6，用於依據比較信號和時鐘信號產生脈寬調製信號。RS觸發器6的Q端連接第一驅動電路1，RS觸發器6的Q負端連接一緩衝器7，緩衝器7的信號輸出端連接第二開關器件M2的控制端。
[0059]由於最終控制信號要控制的是大功率開關管，而功率管一般W/L比較大，其寄生電容也相對較大，在開關頻率較高的情況下，需要較大的驅動電流來驅動功率管，因此，開關控制信號需要一定的驅動電路來加強信號的驅動能力。
[0060]作為本實用新型的一種優選的實施例，振蕩器5還用於輸出一斜坡補償信號，用於對電流檢測信號進行斜坡補償。具體地，設置累加器11將斜坡補償信號與電流檢測信號進行累加。累加後的信號輸入比較器4以和誤差放大信號進行比較產生比較信號。
[0061]作為本實用新型的一種優選的實施例，電壓反饋信號FB通過一輸出端引出的反饋網絡實現。反饋網絡連接於SW端與接地端GND之間。
[0062]作為本實用新型的一種優選的實施例，電流檢測信號通過一電流檢測支路實現，電流檢測支路包括一檢測電阻，串聯與輸入電壓端和第一開關器件Ml之間的電路上，檢測電阻的兩端分別連接一差分放大器8，用於產生電流檢測信號。
[0063]作為本實用新型的一種優選的實施例，控制電路還包括一振蕩器5，用於產生脈衝信號，並依據電壓反饋信號可選擇地工作於高頻率輸出模式或低頻率輸出模式。具體通過將電壓反饋信號FB與一 0.3V的參考電壓進行比較，當電壓反饋信號FB低於0.3V時，振蕩器5工作於低頻率輸出模式，當電壓反饋信號FB高於0.3V時，振蕩器5工作於高頻率輸出模式。
[0064]作為本實用新型的一種優選的實施例，本實用新型還包括軟啟動電路9，軟啟動電路9的輸出端連接誤差放大器3，用於在電路的輸入端上電時，使誤差放大器3的輸出電壓緩慢抬升，讓系統逐漸進入穩定的工作狀態，一旦系統啟動，軟啟動電路將不再發生作用。
[0065]以上所述僅為本實用新型較佳的實施例，並非因此限制本實用新型的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本實用新型說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，包括， 一減法單元，所述減法單元包括， 一第一輸入端，連接一開關電源轉換器的開關節點端， 一第二輸入端，連接所述開關電源轉換器的自舉升壓端作為反饋輸入端， 所述減法單元用以對所述開關節點端和所述自舉升壓端的電壓進行減法運算後提供給所述自舉升壓端； 一功率級，連接於所述減法單元與所述自舉升壓端之間，所述功率級的輸出端連接所述自舉升壓端。
2.根據權利要求1所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述減法單元包括一運算放大器，所述第一輸入端通過一第四電阻連接所述運算放大器的反相輸入端。
3.根據權利要求2所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述運算放大器的反相輸入端通過一第三電阻連接一參考電壓。
4.根據權利要求3所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述運算放大器的同相輸入端與所述第二輸入端之間的電路上串聯一第二電阻。
5.根據權利要求4所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述運算放大器的同相輸入端通過一第一電阻連接接地端。
6.根據權利要求2所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述第二輸入端與所述自舉升壓端之間串聯一第五電阻。
7.根據權利要求5所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述第一電阻與所述第三電阻的阻值相等，所述第二電阻與所述第四電阻的阻值相等。
8.根據權利要求5所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述第二電阻的阻值是所述第一電阻阻值的m倍，其中m的取值範圍為I至10倍。
9.根據權利要求5所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述功率級包括一場效應管，所述場效應管的源極連接一輸入電源電壓端，所述場效應管的漏極串聯一二極體的陽極，所述二極體的陰極連接所述第二輸入端。
10.根據權利要求3所述的用於開關電源轉換器的自適應升壓充電電路，其特徵在於，所述參考電壓與所述開關電源轉換器的誤差放大器的輸入端提供的參考電壓相等。
【文檔編號】H02M3/156GK203813663SQ201420185329
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】葉菁華 申請人:鈺太芯微電子科技（上海）有限公司, 鈺太科技股份有限公司