升压电路及其控制方法_2

文档序号:9491438阅读:来源:国知局
、输出电压Vout和下拉控制信号LG,所述输出端输出关断控制信号 COT ;以及逻辑电路12,具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端,所述第一 输入端耦接至反馈比较器104的输出端接收导通控制信号Ictr,所述第二输入端耦接至导 通时长控制电路105的输出端接收关断控制信号C0T,基于所述导通控制信号Ictr和关断 控制信号C0T,所述逻辑电路12在第一输出端输出下拉控制信号LG,在第二输出端输出上 拉控制信号HG。
[0023] 在一个实施例中,逻辑电路12包括:RS触发器106,具有置位端"S"、复位端"R"和 输出端"Q",所述置位端"S"耦接至反馈比较器104的输出端接收导通控制信号Ictr,所述 复位端"R"親接至导通时长控制电路105的输出端接收关断控制信号C0T,基于导通控制信 号Ictr和关断控制信号C0T,所述RS触发器106在输出端"Q"输出下拉控制信号LG ;以及 反相器107,具有输入端和输出端,所述输入端耦接至RS触发器106的输出端"Q"接收下拉 控制信号LG,基于下拉控制信号LG,所述反相器107在输出端输出与下拉控制信号LG相位 相反的上拉控制信号HG。在一个实施例中,所述逻辑电路还包括死区控制电路。在上拉开 关HS关断,下拉开关LS导通,或者下拉开关LS关断,上拉开关HS导通的瞬间,死区控制电 路控制上拉开关HS和下拉开关LS同时关断一段预设的死区时间。
[0024] 图2示出了图1中的升压电路10中的部分信号的波形示意图。下面结合图1和 图2来说明升压电路10的工作过程。当升压电路10工作在稳态时,在每个开关周期中, 当上拉开关HS导通并且下拉开关LS关断时,流过上拉开关HS的电流下降,即电流检测信 号Ics下降。当电流检测信号Ics下降至电压控制信号Vcom的值时,比较器104翻转,输 出导通控制信号Ictr置位RS触发器106,此时,RS触发器106输出下拉控制信号LG导通 下拉开关LS,同时,反相器107输出上拉控制信号HG关断上拉开关HS,此时,电感Ll中的 电流增大,即流过下拉开关LS的电流增大。经过固定的导通时长Ton后,导通时长控制电 路105输出关断控制信号COT以复位RS触发器106,此时,RS触发器106输出上拉控制信 号HG关断下拉开关LS,同时,反相器107输出上拉控制信号HG导通上拉开关HS,此时,电 感Ll中的电流减小,即流过上拉开关HS的电流减小。当电流检测信号Ics下降至电压控 制信号Vcom时,反馈比较器104翻转,再次置位RS触发器106,升压电路10的下一个开关 周期开始。
[0025] 在以上描述中,所述的固定的导通时长Ton是以输入电压Vin和输出电压Vout固 定为前提的。也就是说,在不同的输入电压Vin和输出电压Vout条件下,导通时长Ton是 变化的。
[0026] 本领域普通技术人员应该知道,在不同的输入电压、输出电压和负载条件下,若下 拉开关LS在每个开关周期的导通时长固定,则该升压电路的开关频率必定是变化的。
[0027] 在某些应用场合,升压电路的开关频率被要求固定。因此,本发明提出了随输入电 压和输出电压变化而变化的导通时长控制电路105。
[0028] 本领域普通技术人员应该知道,升压电路的占空比与输入电压Vin和输出电压 Vout相关,具体关系见以下公式(1):
[0032] 由公式(2)可知,为得到固定的开关频率,也就是固定的开关周期长得T,导通时 长Ton必须与输出电压Vout与输入电压Vin的差值成正比,而与输出电压Vout的值成反 比。
[0033] 图3示出了根据本发明一实施例的导通时长控制电路105的电路结构示意图。如 图3所示,导通时长控制电路105包括:可控电流源电路301,具有输入端、输出端和控制 端,所述输入端接收控制电路电源电压Vcc,所述控制端接收输出电压Vout,基于所述控制 电路电源电压Vcc和输出电压Vout,所述可控电流源电路在输出端输出与输出电压成正比 例的可变电流Ich ;电容C1,具有第一端和第二端,所述第一端耦接在可控电流源电路301 的输出端,所述第二端接地,接收可控电流源电路301所输出的电流Ich;第一开关M1,具有 第一端、第二端和控制端,所述第一端耦接至电容Cl的第一端,所述第二端接地,所述控制 端接收下拉控制信号LG ;可控电压源电路302,具有第一端,第二端、第一控制端和第二控 制端,所述第二端接地,所述第一控制端接收输入电压Vin,所述第二控制端接收输出电压 Vout,基于所述输入电压Vin和输出电压Vout,所述可控电压源电路302在第一端输出与 输出电压Vout和输入电压Vin的差值成正比例的可控电压信号Vch ;以及关断比较器303, 具有第一输入端、第二输入端和输出端,所述第一输入端耦接至电容的第一端,所述第二输 入端耦接至可控电压源电路302的第一端,基于电容Cl上的电压信号Vcl和可控电压信号 Vch,所述关断比较器303在输出端输出关断控制信号C0T。
[0034] 在图3的电路中,所述可变电流Ich的值为Ich = KlXVout,所述可变电压的值为 Vch = K2X (Vout-Vin)。其中,Kl和K2为固定常数。当下拉开关LS导通时,在下拉控制 信号LG的控制下,第一开关Ml在下拉开关LS导通时关断。此时,可变电流Ich对电容Cl 充电,电容Cl上的电压Vcl上升。当电容Cl上的电压Vcl的值达到可变电压Vch的值后, 关断控制信号COT输出脉冲,复位RS触发器106,使RS触发器106输出下拉控制信号LG关 断下拉开关LS。
[0035] 由上可知,下拉开关LS的导通时长Ton具有如下关系:
[0037] 由于电容Cl的容值为常数,导通时长Ton的值与输出电压和输入电压的差值 Vout-Vin成正比,而与输出电压Vout成反比。因此,当升压电路10采用如图3所示的导通 时长控制电路105后,在输入电压Vin和输出电压Vout固定的前提下,升压电路10的开关 频率固定。
[0038] 图4示出了根据本发明一实施例的可控电流源电路301的电路结构示意图。如 图4所示,可控电流源电路301包括:第一电阻R1,具有第一端和第二端,所述第二端接地; 第二开关M2,具有第一端、第二端和控制端,所述第二端耦接至第一电阻Rl的第一端;第一 误差放大器401,具有第一输入端、第二输入端和输出端,所述第一输入端接收与输出电压 Vout成比例的电压信号Vr,所述第二输入端耦接至第一电阻Rl与第二开关M2的连接点, 所述输出端耦接至第二开关M2的控制端;以及第一电流镜电路402,具有电源端、第一端和 第二端,所述电源端接收控制电路电源电压Vcc,所述第一端耦接至第二开关M2的第一端, 所述第二端输出与输出电压Vout成正比例的可变电流Ich。
[0039] 由于误差放大器的特性,其两输入端的电压值近似相等。因此,第一电阻Rl上 的电压VRl等于电压信号Vr,即VRl =Vr = K3XVout,其中,K3为固定常数。从而,流过 电阻Rl的电流为IRl = VR1/R1 = K3XVout/Rl。可变电流Ich为流过Rl的电流的镜像 电流。若第一电流镜电路402的镜像比例为I :K4,则可变电流的值为Ich = K4X IRl = Κ3 X Κ4 X Vout/Rl = Κ5 X Vout,Κ5 = Κ3 X K4/R1,为固定常数。
[0040] 在一个实施例中,所述电压信号Vr由输出电压Vout经过分压电阻Rdl和Rd2分 压后得到,即
[0041] 在一个实施例中,所述第一电流镜电路402包括P型MOSFET。
[0042] 图5示出了根据本发明一实施例的可控电压源电路302的电路结构示意图。如图5 所示,所述可控电压源电路302包括:第二电阻R2,具有第一端和第二端,所述第二端接地; 第二电流镜电路501,具有电源端、第一端和第二端,所述电源端接收输入电压Vin,所述第 一端耦接至第二电阻R2的第一端;第三电流镜电路502,具有电源端、第一端和第二端,所 述电源端接地,所述第一端耦接至第二电流镜电路501的第二端;第三电阻R3,具有第一端 和第二端,所述第一端耦接至第三电流镜电路502的第二端,所述第二端接地;第四电流镜 电路503,具有电源端、第一端和第二端,所述电源端接收输出电压Vout,所述第一端耦接 至第三电阻R3的第一端;以及第四电阻R4,具有第一端和第二端
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