一种直流变换器及开关电源的制作方法

1.本技术涉及电源领域，尤其涉及一种直流变换器及开关电源。


背景技术：

2.随着微电子技术的快速发展，对直流变换器的稳定性的要求越来越高。直流变换器包括功率电路和控制电路，功率电路用于根据输入的电源电压输出输出电压，控制电路用于通过电平信号，控制功率电路中的开关器件的开关状态。
3.目前控制电路通常通过调节电平信号的占空比，调节输出电压的大小。但当功率电路输出侧的负载增加时，导致输出电压下降，从而导致电感的电流增大。但过高的电感电流可能会导致电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种直流变换器及开关电源，用于避免电感的电流过大而导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
5.为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：
6.本技术实施例提供一种直流变换器，包括：功率电路和控制电路；
7.控制电路，包括：电流检测电路和关断时间产生电路；
8.电流检测电路，用于当功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路输出触发信号；
9.关断时间产生电路，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电。
10.作为一种可能的实施方式，功率电路包括：电感、第一开关和第二开关；
11.电感的第一端用于连接直流电源的第一端；电感的第二端分别连接第一开关的第一端和第二开关的第一端；第一开关的第二端连接直流电源的第二端和功率电路的输出电压的第一端；第二开关的第二端连接输出电压的第二端。
12.作为一种可能的实施方式，第一电平信号为高电平信号；
13.关断时间产生电路，具体用于在高电平信号的上升沿使第一开关断开且第二开关闭合，电感放电；在高电平信号的下降沿使第二开关断开且第一开关闭合，电感充电。
14.作为一种可能的实施方式，第一电平信号为低电平信号；
15.关断时间产生电路，具体用于在低电平信号的下降沿使第一开关断开且第二开关闭合，电感放电；在低电平信号的上升沿使第二开关断开且第一开关闭合，电感充电。
16.作为一种可能的实施方式，电流检测电路包括：检测电阻和比较器；
17.检测电阻的第一端连接第一开关的第二端，检测电阻的第二端连接比较器的第一输入端；比较器的第二输入端连接预设电压；预设电压等于检测电阻的阻值乘以第一预设电流；
18.比较器，用于当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，向关断时间产生电
路输出触发信号。
19.作为一种可能的实施方式，控制电路还包括：占空比调节电路和模式切换电路；
20.关断时间产生电路，具体用于在接收到触发信号时，向模式切换电路输出预设时间的第一电平信号；
21.占空比调节电路，用于根据输出电压和预设输出电压，向模式切换电路输出第二电平信号；第二电平信号的占空比与输出电压和预设电压的差值成正相关；
22.模式切换电路，用于当电感的电流大于第一预设电流时，输出第一电平信号；当电感的电流小于第二预设电流时，输出第二电平信号。
23.作为一种可能的实施方式，模式切换电路具体用于，当电感的电流小于第二预设电流时，输出预设的过渡信号后，输出第二电平信号。
24.作为一种可能的实施方式，过渡信号的周期等于第二电平信号的周期，过渡信号的占空比为固定占空比。
25.作为一种可能的实施方式，还包括：驱动电路；
26.驱动电路，用于根据模式切换电路输出的第一电平信号或第二电平信号，驱动功率电路中的开关。
27.根据上述提供的直流变换器，本技术还提供了一种开关电源，包括：直流变换器和直流电源；
28.直流变换器包括：功率电路和控制电路；功率电路的输入侧连接直流电源；
29.控制电路，包括：电流检测电路和关断时间产生电路；
30.电流检测电路，用于当功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路输出触发信号；
31.关断时间产生电路，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电。
32.通过上述技术方案可知，本技术具有以下有益效果：
33.本技术实施例提供了一种直流变换器，包括：功率电路和控制电路；控制电路，包括：电流检测电路和关断时间产生电路；电流检测电路，用于当功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路输出触发信号；关断时间产生电路，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电。
34.由此可知，本技术实施例提供的直流变换器，在功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，关断时间产生电流输出的第一电平信号驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电，保证电感的电流小于或等于第一预设电流，避免了电感电流过高导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例提供的一种直流变换器的示意图；
37.图2为本技术实施例提供的一种功率电路的示意图；
38.图3为本技术实施例提供的一种直流变换器的电路图；
39.图4为本技术实施例提供的一种控制电路在pwm模式进入cot模式时的波形图；
40.图5为本技术实施例提供的一种控制电路在cot模式进入pwm模式时的波形图；
41.图6为本技术实施例提供的一种开关电源的示意图。
具体实施方式
42.为了帮助更好地理解本技术实施例提供的方案，在介绍本技术实施例提供的方法之前，先介绍本技术实施例方案的应用的场景。
43.本技术实施例中的直流变换器包括功率电路和控制电路，功率电路用于根据输入的电源电压输出输出电压，控制电路用于通过电平信号，控制功率电路中的开关器件的开关状态。
44.目前控制电路通常通过调节电平信号的占空比，调节输出电压的大小。但当功率电路输出侧的负载增加时，导致输出电压下降，从而导致电感的电流增大。但过高的电感电流可能会导致电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
45.为了解决上述的技术问题，本技术实施例提供了一种直流变换器，包括：功率电路和控制电路；控制电路，包括：电流检测电路和关断时间产生电路；电流检测电路，用于当功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路输出触发信号；关断时间产生电路，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电。
46.由此可知，本技术实施例提供的直流变换器，在功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，关断时间产生电流输出的第一电平信号驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电，从而降低电感的电流，避免了电感电流过高导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
47.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
48.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种直流变换器的示意图。
49.如图1所示，本技术实施例提供的直流变换器包括：功率电路100和控制电路200。控制电路200，包括：电流检测电路210和关断时间产生电路220。
50.电流检测电路210，用于当功率电路100中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路220输出触发信号；
51.关断时间产生电路220，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路100中的开关，使电感在预设时间内放电。
52.本技术实施例提供的电流检测电路，当功率电路100中电感的电流大于第一预设电流时，发送触发信号，使电感在预设时间内放电，从而降低电感的电流。预设时间结束后，电感重新充电，电感的电流增加，直到电感的电流大于第一预设电流，电流检测电路重新发送触发信号，使电感在预设时间内放电，进入新的循环。
53.因此，本技术实施例提供的直流变换器的电感的电流保持小于或等于第一预设电
流，避免了电感电流过高导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
54.应该理解，当功率电路100的输出电压发生变化时，由于电感的放电时间等于固定的预设时间，因此电感的放电时间不会受到影响，且电感电流的峰值也不会受到影响。但电感的放电电流和充电电流均会受到影响，这将会影响电感的充电时间，进而影响输出电压的电压值，从而将输出电压稳定在预设的输出电压。
55.需要说明的是，本技术实施例提供的触发信号可以为脉冲信号。本技术实施例提供的预设时间的第一电平信号，可以为预设时间的高电平信号，也可以预设时间的低电平信号，本技术实施例在此不做限定。下面将分别举例说明，本技术实施例提供第一电平信号为高电平信号或低电平信号时本技术实施例提供的直流变换器。
56.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种功率电路的示意图。
57.如图2所示，本技术实施例提供的功率电路，包括：电感l、第一开关k1和第二开关k2；
58.电感l的第一端用于连接直流电源的第一端；电感l的第二端分别连接第一开关k1的第一端和第二开关k2的第一端；第一开关k1的第二端连接直流电源的第二端和功率电路的输出电压的第一端；第二开关k2的第二端连接输出电压的第二端。
59.作为一种可能的实施方式，第一电平信号为高电平信号；关断时间产生电路，具体用于在高电平信号的上升沿使第一开关k1断开且第二开关k2闭合，电感l放电；在高电平信号的下降沿使第二开关k2断开且第一开关k1闭合，电感l充电。
60.作为另一种可能的实施方式，第一电平信号为低电平信号；关断时间产生电路，具体用于在低电平信号的下降沿使第一开关k1断开且第二开关k2闭合，电感l放电；在低电平信号的上升沿使第二开关k2断开且第一开关k1闭合，电感l充电。
61.应该理解，第一电平信号为高电平信号时，第一电平信号在一个周期内高电平维持的时间为预设时间。第一电平信号为低电平信号时，第一电平信号在一个周期内低电平维持的时间为预设时间。
62.作为一种可能的实施方式，本技术实施电流检测电路包括：检测电阻和比较器；检测电阻的第一端连接第一开关的第二端，检测电阻的第二端连接比较器的第一输入端；比较器的第二输入端连接预设电压；预设电压等于检测电阻的阻值乘以第一预设电流；比较器，用于当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，向关断时间产生电路输出触发信号。
63.应该理解，比较器的第一输入端的电压等于电感电流乘以检测电阻。比较器第二输入端的电压为预设电压；预设电压等于检测电阻的阻值乘以第一预设电流，因此，本技术实施例中的比较器，用于当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，向关断时间产生电路输出触发信号。相当于，比较器，用于当电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路输出触发信号。
64.作为一种可能的实施方式，本技术实施例提供的控制电路还包括：占空比调节电路和模式切换电路。其中，关断时间产生电路，用于在接收到触发信号时，向模式切换电路输出预设时间的第一电平信号；占空比调节电路，用于根据输出电压和预设输出电压，向模式切换电路输出第二电平信号；第二电平信号的占空比与输出电压和预设电压的差值成正
相关；模式切换电路，用于当电感的电流大于第一预设电流时，输出第一电平信号；当电感的电流小于第二预设电流时，输出第二电平信号。
65.应该理解，当电感的电流小于第二预设电流时，由于电感的电流较小，没有达到电感磁饱和的程度。因此，在这种情况下，可以通过占空比调节电路调节功率电路的输出占空比，从而使得输出电压更为接近预设输出电压，电压稳定性较好。作为一种可能的实施方式，本技术实施例提供的直流变换器还可以包括：驱动电路；驱动电路，用于根据模式切换电路输出的第一电平信号或第二电平信号，驱动功率电路中的开关。
66.作为一种可能的实施方式，模式切换电路具体用于，当电感的电流小于第二预设电流时，输出预设的过渡信号后，输出第二电平信号。应该理解，当电感的电流小于第二预设电流时，功率电路接收的控制信号从第一电平信号切换为第二电平信号，为了避免信号切换的过程中功率电路的输出电压产生较大的波动，本技术实施例提供的控制电路还可以在第一电平信号切换成第二电平信号时，输出一个过渡信号。
67.作为一个示例，本技术实施例提供的过渡信号的周期等于第二电平信号的周期，过渡信号的占空比为固定占空比。应该理解，由于第一电平信号的周期是不固定的，过渡信号的周期等于第二电平信号的周期可以使得第一电平信号切换为第二电平信号时，控制器电路的输出更为平缓。
68.上述为本技术实施例提供的直流变换器的原理介绍，为了更好地理解本技术实施例提供的直流变换器，下面以一个具体的电路作为示例对本技术实施例提供的直流变换器进行介绍。
69.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种直流变换器的电路图。
70.如图3所示，本技术实施例提供的直流变换器包括：功率电路100，误差放大器ea，pwm比较器，peak比较器，斜坡电压产生电路，电感电流采样电路k1，电感电流采样电路k2，固定关断时间产生电路cot_count，rs触发器电路rs_ff，模式切换信号产生电路cot_mode_ctl，单周期固定占空比pwm信号产生电路c_d，开关信号选择电路pwm_sel，驱动电路driver。为了方便介绍，下面将当控制电路输出第一电平信号时，称直流变换器在cot模式，当控制电路输出第二电平信号时，称直流变换器在pwm模式。
71.功率电路：用来将输入端的能量传递到输出端。
72.误差放大器ea：用来放大输出电压相对值vfb和预设输出电压vref1的差值，在整体环路里面起到负反馈调节的作用。应该理解，输出电压相对值vfb与输出电压成正比。
73.pwm比较器：用来比较ea的输出电压和电感电流采样信号叠加斜坡信号的大小，输出脉冲信号。
74.peak比较器：用来比较电感电流采样信号和vref2的大小，输出脉冲信号。
75.斜坡电压产生电路：产生一定斜率上升的电压，叠加到电感电流采样信号端，对系统进行斜坡补偿。
76.电感电流采样电路k1：以系数k1对电感电流i l进行采样，输出为电压值。
77.电感电流采样电路k2：以系数k2对电感电流i l进行采样，输出为电压值。
78.固定关断时间产生电路cot_count：当触发peak信号后，该电路产生固定时间的高电平信号。
79.rs触发器电路rs_ff：该电路用来将脉冲信号转换长电平信号。
80.模式切换信号产生电路cot_mode_ctl：该电路通过对peak、pwm、clk信号的处理，产生模式切换信号，在退出cot模式时，具有同步系统时钟clk的功能。
81.单周期固定占空比pwm信号产生电路c_d:用来产生单周期固定占空比pwm信号。
82.开关信号选择电路pwm_sel：该电路实现在cot模式和pwm模式下选择不同的开关信号的功能。
83.驱动电路driver：该电路主要用来驱动输出功率管m1和m2。
84.下面介绍本技术实施例提供的直流变换器中控制电路在进入cot模式和退出cot模式的波形。
85.参见图4，该图为本技术实施例提供的一种控制电路在pwm模式进入cot模式时的波形图。
86.如图4所示，在pwm模式下，电感充电触发pwm信号，之后电感放电，直到下一个周期信号到来电感又开始充电。在t1时刻，当触发了peak后，进入cot模式，电感放电时间变为固定值toff，放电时间到后电感又开始充电，之后再次触发peak，电感又放电固定时间，如此反复。
87.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种控制电路在cot模式进入pwm模式时的波形图。
88.如图5所示，在cot模式下，电感充电触发peak信号，之后电感放电固定时间toff，放电时间到后电感又开始充电，如此反复。在t2时刻，触发了pwm信号,就在该clk周期内保持cot模式，在下一个周期以固定占空比充放电，该周期内屏蔽peak信号，之后回到pwm模式。
89.综上所述，本技术实施例提供的直流变换器，在功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，关断时间产生电流输出的第一电平信号驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电，保证电感的电流小于或等于第一预设电流，避免了电感电流过高导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
90.根据上述实施例提供的直流变换器，本技术实施例还提供了一种开关电源。
91.参见图6，该图为本技术实施例提供的一种开关电源的示意图。
92.如图6所示，本技术实施例提供的开关电源包括直流变换器1000和直流电源2000。
93.其中，功率电路用于将直流电源的输出电压升压后输出给负载。直流变换器1000包括：功率电路100和控制电路200。控制电路200，包括：电流检测电路210和关断时间产生电路220。电流检测电路210，用于当功率电路100中电感的电流大于第一预设电流时，向关断时间产生电路220输出触发信号；关断时间产生电路220，用于在接收到触发信号时，输出预设时间的第一电平信号，驱动功率电路100中的开关，使电感在预设时间内放电。
94.由此可知，本技术实施例提供的开关电源，在功率电路中电感的电流大于第一预设电流时，关断时间产生电流输出的第一电平信号驱动功率电路中的开关，使电感在预设时间内放电，保证电感的电流小于或等于第一预设电流，避免了电感电流过高导致的电感磁饱和、直流变换器效率低和直流变换器温度高等问题。
95.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式
体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，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，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
96.需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
97.还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
98.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。