一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器的製作方法
2024-02-11 23:32:15
專利名稱：一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器。
背景技術：
降壓變換器一般應用在輸出電壓比供電電壓低的場合。典型降壓變換器包括如圖1所示耦接的上功率開關S1、下功率開關S2、輸出電感器L和輸出電容器Co。由於其高效率，降壓變換器在電源轉換領域得到了廣泛的應用。但降壓變換器在輕載或者空載情況下，下功率開關S2導通過長可能導致電感電流減小至零並出現反向電流。出現反向電流時，電感電流由輸出端流經輸出電感器L、下功率開關S2至參考地，如圖1虛線所示。該反向電流會對下功率開關S2產生電壓應力，從而可能損壞下功率開關S2。
發明內容
本發明提出一種改進的降壓變換器，解決了現有降壓變換器在輕載或空載狀態下出現反向電流損壞下功率開關的問題。本發明的技術方案是這樣實現的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入埠，接收輸入電壓；輸出埠，提供輸出電壓；上功率開關和下功率開關，串聯耦接在輸入埠和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關和下功率開關的串聯耦接節點和輸出埠之間；輸出電容器，耦接在輸出埠和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關串聯耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，跨接在檢測電阻器的兩端，根據檢測電阻器兩端的電壓產生鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端接收表徵輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關電流的電流採樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路接收鎖定信號，所述控制及驅動電路基於所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關和下功率開關的通斷。可選地，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器還包括反饋電路，產生所述反饋電壓。可選地，所述反饋電路包括串聯耦接在輸出埠和參考地之間的第一電阻和第二電容，其中反饋電壓在第一電阻和第二電阻的串聯耦接節點處產生。可選地，所述反饋電路包括串聯耦接在輸出埠和參考地之間的第一電容和第二電阻，其中反饋電壓在第一電容和第二電容的串聯耦接節點處產生。可選地，所述檢測電路包括電壓比較器。
可選地，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。本發明的技術方案還可以是這樣實現的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入埠，接收輸入電壓；輸出埠，提供輸出電壓；上功率開關和下功率開關，串聯耦接在輸入埠和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關和下功率開關的串聯耦接節點和輸出埠之間；輸出電容器，耦接在輸出埠和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關串聯耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關和檢測電阻器的串聯耦接節點接收檢測電阻器兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓，所述檢測電路基於檢測電阻器兩端的電壓和閾值電壓，在其輸出端子輸出鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端接收表徵輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關電流的電流採樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路的輸出端子接收鎖定信號，所述控制及驅動電路基於所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關和下功率開關的通斷。可選地，所述檢測電路包括電壓比較器。可選地，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。可選地，所述閾值電壓為O.1V。本發明的有益效果是在降壓變換器輕載或者空載時，有效地檢測並阻止反向電流，使下功率開關無需承受大的電壓應力，保護了下功率開關。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有降壓變換器的電路結構示意圖；圖2為根據本發明一個實施例的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器100的電路結構不意圖；圖3為根據本發明另一個實施例的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器200的電路結構意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明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發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖2為根據本發明一個實施例的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器100的電路結構示意圖。如圖2所示，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器100包括輸入埠 101，接收輸入電壓Vin ;輸出埠 102，提供輸出電壓Vo ;上功率開關103和下功率開關104，串聯耦接在輸入埠 101和參考地之間；輸出電感器105，耦接在上功率開關103和下功率開關104的串聯耦接節點和輸出埠 102之間；輸出電容器106，耦接在輸出埠 102和參考地之間；檢測電阻器107，與所述下功率開關104串聯耦接，檢測流過輸出電感器105的反向電流；檢測電路108，跨接在檢測電阻器107的兩端，根據檢測電阻器107兩端的電壓產生鎖定信號Idt ;誤差放大器109，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓Vref，其反相輸入端接收表徵輸出電壓Vo的反饋電壓Vfb，其輸出端子產生誤差放大信號Vc ;電流比較器110，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關103電流的電流採樣信號Isen，其反相輸入端耦接至誤差放大器109的輸出端子接收誤差放大信號Vc，其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路111，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號CLK，其第二輸入端子耦接至電流比較器110的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路108接收鎖定信號Idt，所述控制及驅動電路111基於所述時鐘信號CLK、電流比較信號和鎖定信號Idt，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關103和下功率開關104的通斷。優選地，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器100還包括補償電容器115，耦接在誤差放大器109的反相輸入端和輸出端子之間。優選地，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器100還包括反饋電路(未示出)，所述反饋電路用以產生所述反饋電壓Vfb。在一個實施例中，所述反饋電路包括串聯耦接在輸出埠和參考地之間的第一電阻和第二電阻，其中反饋電壓Vfb在第一電阻和第二電阻的串聯耦接節點處產生。在另一個實施例中，所述反饋電路包括耦接在輸出埠和參考地之間的第一電容和第二電容，其中反饋電壓Vfb在第一電容和第二電容的串聯耦接節點處產生。優選地，所述檢測電路108包括電壓比較器。在檢測並阻止反向電流的降壓變換器100正常運行時，當時鐘信號CLK為高電平，則控制及驅動電路111輸出的驅動信號控制上功率開關103導通、下功率開關104斷開。則輸入電壓Vin、上功率開關103、輸出電感器105和輸出電容器106形成電流迴路,輸入電壓Vin被傳送並被轉換成輸出電壓Vo。流過輸出電感器105的電流(即電感電流)開始增大，能量存儲在輸出電感器105中。同時電流檢測信號Isen也開始增大。當其增大至大於誤差放大信號Vc時，電流比較器110輸出的電流比較信號變為高電平。相應地，控制及驅動電路111輸出的驅動信號翻轉電平，將上功率開關103導通、將下功率開關104斷開。則輸出電感器105、輸出電容器106和下功率開關104形成電流迴路，流過輸出電感器105的電流(即電感電流)開始下降，存儲在輸出電感器105中能量被傳送至輸出埠 102。直到時鐘信號CLK再次變為高電平，經由控制及驅動電路111後將上功率開關103導通、將下功率開關104斷開，從而使檢測並阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關周期，並如上所述運行。當檢測並阻止反向電流的降壓變換器100的負載相對較重時，輸出電流較大，則不會出現反向電流。但當檢測並阻止反向電流的降壓變換器100在輕載或者空載時，下功率開關104長時間處於導通狀態，使得電感電流減小至零並開始反向時，檢測電阻器107兩端的電壓為上正下負。則檢測電路108輸出的鎖定信號Idt變為高電平，從而將控制及驅動電路111鎖住，此時驅動信號為空閒狀態，上功率開關103和下功率開關104均被斷開。直到時鐘信號CLK再次變為高電平，經由控制及驅動電路111後將上功率開關103導通，從而使檢測並阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關周期。圖3為根據本發明另一個實施例的一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器200的電路結構示意圖。圖3所示檢測並阻止反向電流的降壓變換器200的電路結構與圖2所示檢測並阻止反向電流的降壓變換器100相似，與圖2所示檢測並阻止反向電流的降壓變換器100不同的是，在圖3所示檢測並阻止反向電流的降壓變換器200中，檢測電路108不直接跨接在檢測電阻器107的兩端。具體來說，圖3所示的檢測並阻止反向電流的降壓變換器200包括輸入埠 101，接收輸入電壓Vin ;輸出埠 102，提供輸出電壓Vo ;上功率開關103和下功率開關104，串聯耦接在輸入埠 101和參考地之間；輸出電感器105，耦接在上功率開關103和下功率開關104的串聯耦接節點和輸出埠 102之間；輸出電容器106，耦接在輸出埠 102和參考地之間；檢測電阻器107，與所述下功率開關104串聯耦接，檢測流過輸出電感器105的反向電流；檢測電路108，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關104和檢測電阻器107的串聯耦接節點接收檢測電阻器107兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓Vdt，所述檢測電路108基於檢測電阻器107兩端的電壓和閾值電壓Vdt，在其輸出端子輸出鎖定信號Idt ;誤差放大器109，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓Vref，其反相輸入端接收表徵輸出電壓Vo的反饋電壓Vfb，其輸出端子產生誤差放大信號Vc ；電流比較器110，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關103電流的電流採樣信號Isen，其反相輸入端耦接至誤差放大器109的輸出端子接收誤差放大信號Vc,其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路111，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號CLK，其第二輸入端子耦接至電流比較器110的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路108的輸出端子接收鎖定信號Idt，所述控制及驅動電路111基於所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號Idt，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關103和下功率開關104的通斷。優選地，所述檢測電路108包括電壓比較器。在一個實施例中，所述閾值電壓Vdt為O.1V。在圖3所示實施例中，所述檢測並阻止反向電流的降壓變換器200還包括補償電容器115，耦接在誤差放大器109的反相輸入端和輸出端子之間。在檢測並阻止反向電流的降壓變換器200運行時，若檢測並阻止反向電流的降壓變換器100處於輕載或者空載狀態，下功率開關104長時間處於導通狀態，使得電感電流減小至零並開始反向時，檢測電阻器107兩端的電壓為上正下負。檢測電路108將該電壓與閾值電壓Vdt進行比較，當該電壓大於閾值電壓Vdt時，檢測電路108輸出的鎖定信號Idt變為高電平，從而將控制及驅動電路111鎖住，此時上功率開關103和下功率開關104均被斷開。直到時鐘信號CLK再次變為高電平，經由控制及驅動電路111後將上功率開關103導通，從而使檢測並阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關周期。由上可見，通過檢測電阻器107和檢測電路108，本發明的檢測並阻止反向電流的降壓變換器100能檢測流過輸出電感器105的反向電流，並輸出鎖定信號將控制及驅動電路111鎖住，從而將上功率開關103和下功率開關104均斷開，因此有效地檢測並阻止了反向電流，使下功率開關104無需承受大的電壓應力，保護了下功率開關103。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，包括輸入埠，接收輸入電壓；輸出埠，提供輸出電壓；上功率開關和下功率開關，串聯耦接在輸入埠和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關和下功率開關的串聯耦接節點和輸出埠之間；輸出電容器，耦接在輸出埠和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關串聯耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，跨接在檢測電阻器的兩端，根據檢測電阻器兩端的電壓產生鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓， 其反相輸入端接收表徵輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關電流的電流採樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路接收鎖定信號，所述控制及驅動電路基於所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關和下功率開關的通斷。
2.如權利要求1所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述檢測電路包括電壓比較器。
3.如權利要求1所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，還包括反饋電路，用以產生所述反饋電壓。
4.如權利要求3所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述反饋電路包括串聯耦接在輸出埠和參考地之間的第一電阻和第二電阻，其中反饋電壓在第一電阻和第二電阻的串聯耦接節點處產生。
5.如權利要求3所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述反饋電路包括串聯耦接在輸出埠和參考地之間的第一電容和第二電容，其中反饋電壓在第一電容和第二電容的串聯耦接節點處產生。
6.如權利要求1所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。
7.—種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，包括輸入埠，接收輸入電壓；輸出埠，提供輸出電壓；上功率開關和下功率開關，串聯耦接在輸入埠和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關和下功率開關的串聯耦接節點和輸出埠之間；輸出電容器，耦接在輸出埠和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關串聯耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關和檢測電阻器的串聯耦接節點接收檢測電阻器兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓，所述檢測電路基於檢測電阻器兩端的電壓和閾值電壓，在其輸出端子輸出鎖定信號;誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓， 其反相輸入端接收表徵輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表徵流過上功率開關電流的電流採樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產生電流比較信號；控制及驅動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路的輸出端子接收鎖定信號，所述控制及驅動電路基於所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產生兩路驅動信號，以控制上功率開關和下功率開關的通斷。
8.如權利要求7所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述檢測電路包括電壓比較器。
9.如權利要求7所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述閾值電壓為O.1V。
10.如權利要求7所述的檢測並阻止反向電流的降壓變換器，其特徵在於，所述降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。
全文摘要
本發明提出一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，解決了現有降壓變換器在輕載或空載狀態下出現反向電流損壞下功率開關的問題。一種檢測並阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入埠、輸出埠、上功率開關、下功率開關、輸出電感器、輸出電容器、檢測電阻器、檢測電路、誤差放大器、電流比較器、控制及驅動電路。本發明能夠在降壓變換器輕載或者空載時，有效地檢測並阻止反向電流，使下功率開關無需承受大的電壓應力，保護了下功率開關。
文檔編號H02M3/10GK103051178SQ20121056813
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者王玲 申請人:青島聯盟電子儀器有限公司