用于开关电源转换器的自适应升压充电电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电子【技术领域】，具体涉及一种升压充电电路。用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，包括一减法单元，减法单元包括，一第一输入端，连接一开关电源转换器的开关节点端，一第二输入端，连接开关电源转换器的自举升压端作为反馈输入端，减法单元用以对开关节点端和自举升压端的电压进行减法运算后提供给自举升压端；一功率级，连接于减法单元与自举升压端之间，功率级的输出端连接自举升压端。本实用新型结构简单，可以对开关电源转换器的第一驱动电路供电电压端之间的差值进行实时检测，以驱动开关管M1的导通，实现对开关电源有效控制和保护。
【专利说明】用于开关电源转换器的自适应升压充电电路
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电子【技术领域】，具体涉及一种升压充电电路。
【背景技术】
[0002]对于高压或大电流的开关电源转换芯片来说，由于N沟道MOS管的导通电阻较小，一般是P沟道MOS管的三分之一左右，采用N沟道MOS管的芯片可以比采用P沟道MOS管占用更小的面积，具有更小的导通损耗，因而通常采用N沟道MOS管作为开关电源转换器的开关器件。
[0003]N沟道MOS管需要在栅极和源极之间的电压降Vgs大于一阈值电压时，才会导通，阈值电压的存在会产生较大的功耗；如图1所示，对于上下管都是N管的拓扑来说，通常设置自举升压电路以便让上管的阈值电压，不会影响到电源端VDD到开关节点SW的压降；具体通过在BS端和开关节点SW之间设置一电容C2，一 5V电源电压通过二极管Dl给电容C2充电，BS端提供驱动电路所需的高端电压。理想情况下，当下管M2导通时，开关节点SW处于零电压，5V电源电压通过二极管Dl给电容C2快速充电，使得电容C2两端的电压为+5V，此时BS端电压为+5V ;当上管M2导通时，SW端电压会由零电压升高至输入电压VDD，由于电容两端的电压不能突变，这时BS电压为5V+VDD，然而轻载模式下上管Ml和下管M2都关掉时，开关节点SW为悬浮状态，此时开关节点SW近似等于输出端电压Vout，使得轻载时上管Ml的栅极和源极之间没有压降，升压电路不起作用；或者当下管M2导通时，如果开关节点SW为负值，而BS端电压则可能会偏高，上述的电路环境下会使得电路呈现不受控的状态，影响电路的正常工作。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，提供一种用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，解决以上技术问题。
[0005]本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，包括，
[0007]一减法单元，所述减法单元包括，
[0008]—第一输入端，连接一开关电源转换器的开关节点端，
[0009]一第二输入端，连接所述开关电源转换器的自举升压端作为反馈输入端，
[0010]所述减法单元用以对所述开关节点端和所述自举升压端的电压进行减法运算后提供给所述自举升压端；
[0011]一功率级，连接于所述减法单元与所述自举升压端之间，所述功率级的输出端连接所述自举升压端。
[0012]优选地，所述减法单元包括一运算放大器，所述第一输入端通过一第四电阻连接所述运算放大器的反相输入端。
[0013]优选地，所述运算放大器的反相输入端通过一第三电阻连接一参考电压。[0014]优选地，所述运算放大器的同相输入端与所述第二输入端之间的电路上串联一第二电阻。
[0015]优选地，所述运算放大器的同相输入端通过一第一电阻连接接地端。
[0016]优选地，所述第二输入端与所述自举升压端之间串联一第五电阻。
[0017]优选地，所述第一电阻与所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻与所述第四电阻的阻值相等。
[0018]优选地，所述第二电阻的阻值是所述第一电阻阻值的m倍，其中m的取值范围为I至10倍。
[0019]优选地，所述功率级包括一场效应管，所述场效应管的源极连接一输入电源电压端，所述场效应管的漏极串联一二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述第二输入端。
[0020]优选地，所述参考电压与所述开关电源转换器的误差放大器的输入端提供的参考电压相等。
[0021]有益效果:由于采用以上技术方案，本实用新型结构简单，可以对开关电源转换器的第一驱动电路供电电压之间的差值进行实时检测，以驱动开关管Ml的导通，实现对开关电源有效控制和保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术的电路示意图；
[0023]图2为本实用新型的电路结构示意图；
[0024]图3为本实用新型的运算放大电路的一种实现电路图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
[0028]参照图2、图3，用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其中，包括，
[0029]一减法单元21，减法单元21包括，
[0030]一第一输入端，连接开关电源转换器的开关节点端，开关节点端通常用SW端表示；
[0031]一第二输入端，连接开关电源转换器的自举升压端作为反馈输入端，自举升压端通常用BOOT端或BS端表示；
[0032]减法单元21用以对SW端和BOOT端的电压进行减法运算后提供给BOOT端；
[0033]一功率级22 ;连接于减法单元21与BOOT端之间，功率级22的输出端连接BOOT端。[0034]作为本实用新型的一种优选地实施例，减法单元21包括一运算放大器211，第一输入端通过一第四电阻R4连接运算放大器211的反相输入端(-)。。
[0035]作为本实用新型的一种优选地实施例，运算放大器211的反相输入端(_)通过一第三电阻R3连接一参考电压Vref。
[0036]作为本实用新型的一种优选地实施例，运算放大器211的同相输入端(+ )与第二输入端之间的电路上串联第二电阻R2。
[0037]作为本实用新型的一种优选地实施例，运算放大器的同相输入端(+ )通过一第一电阻Rl连接接地端PGND。
[0038]作为本实用新型的一种优选地实施例，第二输入端与BOOT端之间串联一第五电阻R5。
[0039]作为本实用新型的一种优选地实施例，第一电阻Rl与第三电阻R3的阻值相等，第二电阻R2与第四电阻R4的阻值相等。
[0040]作为本实用新型的一种优选地实施例，第二电阻R2的阻值是第一电阻Rl阻值的m倍，其中m的取值范围为I至10倍。参考电压的取值为0.923V时，m的取值为5至6倍。
[0041]作为本实用新型的一种优选的实施例，功率级22包括一场效应管221，场效应管221的源极连接输入电压端IN，场效应管221的漏极串联一二极管222的阳极，二极管222的阴极连接第二输入端。
[0042]作为本实用新型的一种优选地实施例，参考电压Vref与开关电源转换器的误差放大器的输入端提供的参考电压相等。
[0043]一种具体实施例，开关电源转换器为BUCK芯片，如图2所示，
[0044]包括，
[0045]一输入电压端IN,
[0046]一 SW 端，
[0047]一接地端 GND，
[0048]—第一开关器件Ml,设置于输入电压端IN与SW端之间的电路上；
[0049]一第二开关器件M2，设置于SW端与接地端GND之间的电路上；
[0050]一第一驱动电路1，连接BOOT端和SW端，在一脉宽调制信号的作用下提供BOOT端的电压至第一开关器件Ml的控制端或SW端电压至第一开关器件Ml的控制端；
[0051]一减法单元21和功率级22组成的单元电路2，对BOOT端、SW端的电压进行运算后提供给BOOT端，在开关电源转换器的芯片外部，自举升压端SW与SW端之间连接一充电电容。
[0052]本实用新型结构简单，可以对第一驱动电路供电电压之间的差值进行实时检测，以驱动开关管Ml的导通，实现对开关电源有效控制和保护。
[0053]作为本实用新型的一种优选的实施例，第一开关器件Ml和第二开关器件M2都采用N沟通MOS管，第一开关器件Ml的漏极连接输入电压端IN，第一开关器件Ml的源极连接SW端，第一开关器件Ml的栅极连接第一驱动电路I的信号输出端；第二开关器件M2的漏极连接SW端，第二开关器件M2的源极连接接地端GND。
[0054]作为本实用新型的一种优选的实施例，脉宽调制信号通过一控制电路产生，控制电路包括，[0055]一误差放大器3，用以对一电压反馈信号FB与参考电压进行比较，得到一误差放大信号；
[0056]一比较器4，用以对一电流检测信号及误差放大信号进行比较，产生一比较信号；
[0057]—振荡器5,用于产生时钟信号；
[0058]一 RS触发器6，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号。RS触发器6的Q端连接第一驱动电路1，RS触发器6的Q负端连接一缓冲器7，缓冲器7的信号输出端连接第二开关器件M2的控制端。
[0059]由于最终控制信号要控制的是大功率开关管，而功率管一般W/L比较大，其寄生电容也相对较大，在开关频率较高的情况下，需要较大的驱动电流来驱动功率管，因此，开关控制信号需要一定的驱动电路来加强信号的驱动能力。
[0060]作为本实用新型的一种优选的实施例，振荡器5还用于输出一斜坡补偿信号，用于对电流检测信号进行斜坡补偿。具体地，设置累加器11将斜坡补偿信号与电流检测信号进行累加。累加后的信号输入比较器4以和误差放大信号进行比较产生比较信号。
[0061]作为本实用新型的一种优选的实施例，电压反馈信号FB通过一输出端引出的反馈网络实现。反馈网络连接于SW端与接地端GND之间。
[0062]作为本实用新型的一种优选的实施例，电流检测信号通过一电流检测支路实现，电流检测支路包括一检测电阻，串联与输入电压端和第一开关器件Ml之间的电路上，检测电阻的两端分别连接一差分放大器8，用于产生电流检测信号。
[0063]作为本实用新型的一种优选的实施例，控制电路还包括一振荡器5，用于产生脉冲信号，并依据电压反馈信号可选择地工作于高频率输出模式或低频率输出模式。具体通过将电压反馈信号FB与一 0.3V的参考电压进行比较，当电压反馈信号FB低于0.3V时，振荡器5工作于低频率输出模式，当电压反馈信号FB高于0.3V时，振荡器5工作于高频率输出模式。
[0064]作为本实用新型的一种优选的实施例，本实用新型还包括软启动电路9，软启动电路9的输出端连接误差放大器3，用于在电路的输入端上电时，使误差放大器3的输出电压缓慢抬升，让系统逐渐进入稳定的工作状态，一旦系统启动，软启动电路将不再发生作用。
[0065]以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，包括， 一减法单元，所述减法单元包括， 一第一输入端，连接一开关电源转换器的开关节点端， 一第二输入端，连接所述开关电源转换器的自举升压端作为反馈输入端， 所述减法单元用以对所述开关节点端和所述自举升压端的电压进行减法运算后提供给所述自举升压端； 一功率级，连接于所述减法单元与所述自举升压端之间，所述功率级的输出端连接所述自举升压端。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述减法单元包括一运算放大器，所述第一输入端通过一第四电阻连接所述运算放大器的反相输入端。
3.根据权利要求2所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述运算放大器的反相输入端通过一第三电阻连接一参考电压。
4.根据权利要求3所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端与所述第二输入端之间的电路上串联一第二电阻。
5.根据权利要求4所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端通过一第一电阻连接接地端。
6.根据权利要求2所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述第二输入端与所述自举升压端之间串联一第五电阻。
7.根据权利要求5所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻与所述第四电阻的阻值相等。
8.根据权利要求5所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值是所述第一电阻阻值的m倍，其中m的取值范围为I至10倍。
9.根据权利要求5所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述功率级包括一场效应管，所述场效应管的源极连接一输入电源电压端，所述场效应管的漏极串联一二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述第二输入端。
10.根据权利要求3所述的用于开关电源转换器的自适应升压充电电路，其特征在于，所述参考电压与所述开关电源转换器的误差放大器的输入端提供的参考电压相等。
【文档编号】H02M3/156GK203813663SQ201420185329
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】叶菁华 申请人:钰太芯微电子科技（上海）有限公司, 钰太科技股份有限公司