一种DC-DC升压电路和控制方法与流程

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种dc-dc升压电路和控制方法。

背景技术

dc-dc升压电路是现有电子设备中不可缺少的电路之一，其通常为boost升压电路，boost升压电路设置有用于调节boost升压电路的工作模式的整流管，传统的boost升压电路中，整流管往往采用二极管，基于二极管整流模式的boost在输出大电流的情况下，其整流的效率会变差，从而影响整机的效率。但是随着市场对高效率、大功率、高功率密度需求的激增，也促进者boost升压电路技术的不断进步，具有同步整流功能的dc-dcboost电路应运而生，具有同步整流功能的dc-dcboost电路在输出大电流的情况下也具有较高的工作效率，因此具有同步整流功能的直流boost电路比传统的boost电路更有市场优势。

但是，当在轻载，或负载在大范围内变动，或输入电压变动时，具有同步整流功能的boost电路，往往会造成占空比在较大的范围内变化，当开关管的正向电流截止后或正向电流降低到一定程度以后，会出现反向电流，影响开关管的软开关状态的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种dc-dc升压电路，以解决现有技术中由于出现反向电流而导致开关管的软开关状态不可靠的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种dc-dc升压电路，包括：

直流电源、boost电路和控制器；

所述直流电源用于为所述的boost电路提供电能；

所述boost电路包括：

正极与所述直流电源正输出端相连、负极与所述直流电源负输出端相连的输入电容；

第一端与所述输入电容正极相连的电感；

第一端与所述电感的第二端相连、第二端与所述输入电容的负极以及地相连的第一开关管；

负极与所述第一开关管的第二端相连的输出电容；

第一端与所述输出电容的正极相连、第二端与所述电感的第二端相连的第二开关管；

所述控制器的输出端与所述第二开关管的控制端相连，用于采集流经所述第二开关管的电流，当所述第二开关管导通且检测到流经所述第二开关管的电流小于第一预设值时，控制所述第二开关管关断。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述控制器包括：

电流采样电路和开关管控制器；

所述电流采样电路的输入端与所述第二开关管的第一端或第二端相连，用于对流经所述第二开关管的电流进行采样，并将采样电流发送至所述开关管控制器；

所述开关管控制器用于：判断所述采样电流是否大于所述第一预设值，如果是，控制所述第二开关管断开。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述开关管控制器为电流模式准bcm控制器。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述电流采样电路为但不限于电流互感器、所述电感的电流采样绕组或由采样电阻和运算放大器组成的电流采样电路。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述第一开关管和/或第二开关管为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应管。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述控制器的输出端还与所述第一开关管的控制端相连，所述控制器还用于当电路启动时，控制所述第一开关管导通，采集流经所述第一开关管的电流，当检测到流经所述第一开关管的电流大于第二预设值时，控制所述第一开关管关断，并控制所述第二开关管导通，当控制所述第二开关管关断时，控制所述第一开关管导通。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述dc-dc升压电路中至少包括一个boost电路；也可以包含多个多相交错并联的boost电路。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述输入电容和/或输出电容由多个电容并联而成。

优选的，上述dc-dc升压电路中，所述第一预设值不大于所述第二开关管导通时流经所述第二开关管的电流值的10％。

一种dc-dc升压电路控制方法，应用于dc-dc升压电路中，所述dc-dc升压电路内配置有boost电路；

所述boost电路包括：

正极与直流电源正输出端相连、负极与所述直流电源负输出端相连的输入电容；第一端与所述输入电容正极相连的电感；第一端与所述电感的第二端相连、第二端与所述输入电容的负极以及地相连的第一开关管；负极与所述第一开关管的第二端相连的输出电容；第一端与所述输出电容的正极相连、第二端与所述电感的第二端相连的第二开关管；

方法包括：

获取流经所述第二开关管的电流；

判断流经所述第二开关管的电流是否小于第一预设值，如果是，生成并输出用于控制所述第二开关管关断的控制信号。

优选的，上述dc-dc升压电路控制方法中，获取流经所述第二开关管的电流之前还包括：

当判断到所述当dc-dc升压电路启动时，生成并输出用于控制所述第一开关管导通的控制信号；

采集流经所述第一开关管的电流；

判断流经所述第一开关管的电流是否大于第二预设值，如果是，生成并输出用于控制所述第一开关管关断的控制信号、用于控制所述第二开关管导通的控制信号；

当生成并输出用于控制所述第二开关管关断的控制信号之后，还包括：

生成并输出用于控制所述第一开关管导通的控制信号。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述电路，实时检测流经所述第二开关管的电流的大小，当流经所述第二开关管的电流小于预先设定的第一预设值时，表明所述电感的能量即将耗尽，此时，控制所述第二开关管断开，以防止由于所述输出电容放电使得所述第二开关管上流过负向电流，即所述第二开关管的第一端到第二端的电流。消除了整流开关管(中不可控的反向电流，并且减小了所述第二开关管内体二极管的反向恢复电流引起的损耗，解决了因电流反灌使得开关管的软开关状态不可靠的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种dc-dc升压电路的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种dc-dc升压电路的具体结构示意图；

图3为本申请另一实施例公开的一种dc-dc升压电路的结构示意图；

图4为本申请又一实施例公开的一种dc-dc升压电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的dc-dc升压电路中的第二开关管的导通状态与电感l1上的电流il1的大小的跟随关系的示意图；

图6为本申请实施例公开的一种dc-dc升压电路控制方法的流程示意图；

图7为本申请另一实施例公开的一种dc-dc升压电路控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种dc-dc升压电路及其控制方法，以解决现有技术中具有同步整流功能的大功率dc-dcboost电路，出现不可控的输出电流的反灌问题，进而影响开关管的软开关状态的问题。

图1为本申请实施例公开的dc-dc升压电路的结构示意图，参见图1和图2，本申请实施例公开的dc-dc升压电路可以包括：

直流电源100、boost电路200和控制器300；

其中，所述直流电源100的输出端与所述boost电路的输入端相连，用于为所述的boost电路200提供直流电，其中，所述直流电源100的设计形式可以依据用户需求自行设定，例如，其可以为开关电源或线性电源等；

参见图1，所述boost电路200包括：

电感l1、输入电容cin、第一开关管q1、第二开关管q2以及输出电容cout；

所述输入电容cin为有极电容，所述输入电容cin的正极与所述直流电源100的正输出端相连，所述输入电容cin的负极与所述直流电源100的负输出端相连，其用于在所述dc-dc升压电路启动时存储所述直流电源的输出能量，并且，还可以用于防止直流电源突然断电时，电感l1产生的反向电压；所述输入电容cin的类型可以依据设计需求自行选择，例如，其可以为电解电容等有极电容；

所述电感l1的第一端与所述输入电容cin的正极相连，用于存储并释放所述直流电源输出的电能；

所述第一开关管q1的第一端与所述电感l1的第二端相连，所述第一开关管q1的第二端与所述输入电容cin的负极以及地gnd相连，所述第一开关管q1和第二开关管q2的导通状态互补，即，所述第一开关管q1导通时所述第二开关管q2截止，所述第二开关管q2导通时所述第一开关管截止；

所述输出电容cout的负极与所述第一开关管q1的第二端相连；

所述第二开关管q2的第一端与所述输出电容cout的正极相连，所述第二开关管q2的第二端与所述电感l1的第二端相连，所述第二开关管为具有体二极管的开关管；

所述控制器300的输出端与所述第二开关管q2的控制端相连，所述控制器300用于通过所述输出端采集流经所述第二开关管q2的电流，当在所述第二开关管q2处于导通状态下时，如果检测到流经所述第二开关管q2的电流小于第一预设值，则所述控制器300控制所述第二开关管q2关断。

上述方案中，当所述dc-dc升压电路处于工作状态时，实时检测流经所述第二开关管q2的电流的大小，当流经所述第二开关管q2的电流小于预先设定的第一预设值时，表明所述电感l1的能量即将耗尽，此时，控制所述第二开关管q2断开，以防止由于所述输出电容cout放电使得所述第二开关管q2上流过负向电流，即所述第二开关管q2的第一端到第二端的电流。

由此可见，本申请上述实施例公开的dc-dc升压电路，消除了整流开关管(所述第二开关管)中不可控的反向电流，并且减小了所述第二开关管q2内体二极管的反向恢复电流引起的损耗，解决了因电流反灌使得开关管的软开关状态不可靠的问题。同时利用此所述第一预设值关断所述第二开关管q2，实现了第一开关管q1的准零电压导通，从而提高了系统的可靠性，提升了boost电路的效率。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述控制器300可以由电流采样电路和开关控制器构成；

其中，所述电流采样电路的输入端与所述第二开关管q2的第一端或第二端相连，用于对流经所述第二开关管q2的电流进行采样，并将采样电流发送至所述开关管控制器；所述电流采样电路可以为现有技术中任意一种能够进行电流采样的采样电路，其设计形式可以依据设计需求自行选择，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述电流采样电路可以为但不限于电流互感器、所述电感的电流采样绕组或由采样电阻和运算放大器组成的电流采样电路。当电流采样电路为电流互感器时，所述电流互感器感应所述第二开关管q2所在支路上的电流，将感应到的电流记为流经所述第二开关管q2的电流，当所述电流采样电路为电感l1的电流采样绕组时，将所述电感l1的副绕组作为电流采样绕组，通过所述副绕组感应所述电感l1上的电流值，将感应到的电流值作为流经所述第二开关管q2的电流。当所述电流采样电路为由采样电阻和运算放大器组成的电流采样电路构成的电流采样电路时，由所述采样电阻构成分压电路，通过所述分压电路对流经所述第二开关管q2上的电流进行采样，并通过所述放大器对采样结果进行放大，将放大后的采样结果作为流经所述第二开关管q2的电流。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，所述第一开关管和/或第二开关管的类型可以依据用户需求自行选择，例如其可以为晶体管或场效应管，具体的其可以为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应管，此时，所述第一开关管和第二开关管的源极作为第一端，漏极作为第二端，栅极作为控制端。

所述开关管控制器用于：判断所述采样电流是否小于所述第一预设值，如果是，控制所述第二开关管断开，其中，所述开关管控制器可以采用电流模式准bcm控制器。所述电流模式准bcm控制器可以由分立器件或是逻辑器件构成。其中，所述逻辑器件可以包括dsp，mcu，dsc，复杂可编程逻辑器件cpld，或现场可编程门阵列fpga等。

进一步的，所述控制器除了可以对所述第二开关管q2提供控制和保护之外，还可以对所述第一开关管q1提供控制和保护，具体的，参见图3，所述控制器300的输出端还与所述第一开关管q1的控制端相连，所述控制器300还用于当电路启动时，控制所述第一开关管q1导通，采集流经所述第一开关管q1的电流，当检测到流经所述第一开关管q1的电流大于第二预设值时，为了防止流经所述第一开关管q1的电流过大而损坏所述第一开关管q1，控制所述第一开关管q1关断，并控制所述第二开关管q2导通；其中，当控制所述第一开关管q1关断，控制所述第二开关管q2导通之间可以有一个时间死区，即当控制所述第一开关管q1关断时，经过一个短暂的死区时间后，控制所述第二开关管q2导通。当所述控制器检测到所述第二开开关管q2因电流过小而关断时，控制所述第一开关管导通，当然，两者之间也可以有一个时间死区。

在本申请上述参见图4，本申请上述实施例公开的所述dc-dc升压电路中可以至少包括一个boost电路(也可以是多个多相交错并联的boost电路)200，这些boost电路200的结构可以采用本申请任意一项实施例公开的boost电路200的结构，各个boost电路200之间的结构可以相同也可以不同。

为了使得所述输入电容cin和输出电容cout的容量能够满足设计需求，所述输入电容cin和/或输出电容cout可以由多个电容并联而成。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一预设值的大小可以依据用户需求而设定，其可以为一个极为靠近0的值，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一预设值不大于所述第二开关管导通时流经所述第二开关管的电流值的10％。

综合上述各个实施例，参见图3和图5，对本申请上述dc-dc升压电路的工作过程进行说明：

图5为所述第二开关管的导通状态与电感l1上的电流il1的大小的对应关系的示意图，图5中，所述电感l1的电流即为流经所述第二开关管q2的电流，图中，vq2为高电平时表明所述第二开关管导通，vq2为低电平时表明所述第二开关管截止；

当所述dc-dc升压电路上电工作时，所述控制器300控制所述第一开关管q1导通，此时，输入电源输出电流，使得电感l1正向储能，电流流经所述第一开关管q1至地，所述电感l1和流经所述第一开关管q1的电流il1以固定斜率上升，所述控制器300实时采集流经所述第一开关管q1的电流il1，参见图5所示，当该电流达到所述第二预设值时，为了防止电流il1过大而烧毁所述第一开关管q1，控制所述第一开关管q1关断，经过一个短暂的死区时间后，所述控制器300向所述第二开关管q2的控制端提供高电平信号的vq2，控制所述第二开关管q2导通，电感l1正向放能，参见图5所示，所述电感l1上的电流il1也以另一个固定斜率下降，此时电感l1上的电流il1也即为流经所述第二开关管q2的电流，当该电流il1下降到所述第一预设值时，所述控制器300向所述第二开关管q2的控制端提供低电平信号的vq2，控制所述第二开关管q2断开，并且经过一个短暂的死区后，控制所述第一开关管q1导通，重复上述过程。在上述工作过程中，所述第二开关管q2由于在电流小于第一预设值时会关断，因此，其也就不会出现负向电流，使得所述第二开关管q2出现损耗，解决了因反灌电流而引起的开关管的软开关状态不可靠的问题，并且实现了所述第一开关管q1的零电压开通。

对应于上述dc-dc升压电路，本申请还公开了一种dc-dc升压电路控制方法，该方法可以应用于dc-dc升压电路中以对dc-dc升压电路中的开关管的工作状态进行控制，参见图1，所述dc-dc升压电路至少包括：boost电路200；

所述boost电路200包括：

正极与直流电源正输出端相连、负极与所述直流电源负输出端相连的输入电容cin；第一端与所述输入电容cin的正极相连的电感l1；第一端与所述电感l1的第二端相连、第二端与所述输入电容cin的负极以及地相连的第一开关管q1；负极与所述第一开关管q1的第二端相连的输出电容cout；第一端与所述输出电容cout的正极相连、第二端与所述电感l1的第二端相连的第二开关管q2；

当然，上述boost电路200也可以为本申请上述任意一项实施例公开的boost电路200，当然，除了所述boost电路200之外所述dc-dc升压电路还可以配置有上述直流电源100和控制器300，当所述dc-dc升压电路配置有控制器300时，该方法可以配置与所述控制器300内。

参见图6，上述方法包括：

步骤s601：获取流经所述第二开关管的电流；

步骤s602：判断流经所述第二开关管的电流是否小于第一预设值，如果是，执行步骤s603，否则，继续执行本步骤；

步骤s603：生成并输出用于控制所述第二开关管关断的控制信号。

本申请上述实施例公开的上述方法，消除了整流开关管(所述第二开关管)中不可控的反向电流，并且减小了所述第二开关管q2内体二极管的反向恢复电流引起的损耗，解决了因电流反灌使得开关管的软开关状态不可靠的问题。同时利用此所述第一预设值关断所述第二开关管q2，实现了第一开关管q1的准零电压导通，从而提高了系统的可靠性，提升了boost电路的效率。

进一步的，参见图7，上述方法在获取流经所述第二开关管的电流之前还包括：

步骤s701：当判断到所述当dc-dc升压电路启动时，生成并输出用于控制所述第一开关管导通的控制信号；

步骤s702：采集流经所述第一开关管的电流；

步骤s703：判断流经所述第一开关管的电流是否大于第二预设值，如果是，执行步骤s704，否则继续执行本步骤；

步骤s704：生成并输出用于控制所述第一开关管关断的控制信号、用于控制所述第二开关管导通的控制信号；

参见图7，上述方法在生成并输出用于控制所述第二开关管关断的控制信号之后，还包括：

步骤s705：生成并输出用于控制所述第一开关管导通的控制信号，执行步骤s702。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各单元及算法，能够以电子硬件，或计算机软件和电子硬件相结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法中对应的过程，在此不再赘述。

在本申请的实施例中，应该了解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它方式实现。例如，以上所述的装置实施仅仅是示意性的。例如，所述的单元划分，仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有其它的划分方法，例如，多个单元或组件可以集成到另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合，或直接耦合或通过一些接口，装置或单元的间接耦合。其可以是电性，机械性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是，或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中，各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单独地物理单元，也将可以两个或两个以上的单元集成到一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现，并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一具计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器、随机存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。