直流电压转换电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种直流电压转换电路，其包括：过滤电路，所述过滤电路包括第一电感器及与第一电感器串联的第二电感器；驱动电路，所述驱动电路连接于过滤电路及信号输入端之间；控制电路，所述控制电路包括检测电路、比较电路及开关元件，所述开关元件连接第二电感器的两端，所述检测电路连接信号输出端用于检测信号输出端的电流并根据电流输出检测电压至比较电路，所述比较电路用于在比较所述检测电压小于参考电压后输出第一控制信号给开关元件而使开关元件截止，从而使第一电感器与第二电感器处于信号输入端与信号输出端之间的信号传输回路中而过滤所述脉冲信号。本发明保证了电路在轻载条件下能够工作在连续导通模式，提高了电路的稳定性。
【专利说明】
直流电压转换电路
技术领域
[0001] 本发明属于电源技术领域，具体地讲，设及一种直流电压转换电路。
【背景技术】
[0002] DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC-DC变换器的 主要特点是功率管工作在开关状态，变换器利用电感元件和电容元件的储能特性，随着功 率管不停地导通、关断，具有较大电压波动的直流电源断续地经过开关管，暂时W磁能形式 存储在电感件中，经电容滤波后得到连续的能力并传送给负载，得到电压波动较小的直流 电源，从而实现DC-DC变换。
[0003] 现有技术中，很多DC-DC电路只有在重载条件下才能工作在连续导通模式(CCM)， 当DC-DC电路工作在轻载模式时，由于电路的电流减小，电感的电流下降到0后延迟一段时 间开关管才会导通，导致电路不能工作在连续导通模式(CCM)，只能工作在断续导通模式 (DCM)，而工作在断续断续导通模式(DCM)的电路容易出现尖峰电流，最终将导致输出信号 的波纹变大，电路的性能变差。
[0004] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种在轻载条件下能够工作 在连续导通模式的直流电压转换电路。
[0006] 本发明提供了一种直流电压转换电路，其包括：
[0007] 过滤电路，所述过滤电路包括第一电感器及与所述第一电感器串联的第二电感 器，所述第一电感器及所述第二电感器连接于信号输入端及信号输出端之间，所述信号输 入端用于接收供电直流电压，所述信号输出端用于输出负载直流电压；
[000引驱动电路，所述驱动电路连接于所述过滤电路及所述信号输入端之间，用于将所 述供电直流电压转换成脉冲信号；
[0009] 控制电路，所述控制电路包括检测电路、比较电路及开关元件，所述开关元件连接 所述第二电感器的两端，所述检测电路连接所述信号输出端用于检测所述信号输出端的电 流并根据所述电流输出检测电压至所述比较电路，所述比较电路用于在比较所述检测电压 小于第一参考电压后输出第一控制信号给所述开关元件而使所述开关元件截止，从而使所 述第一电感器与所述第二电感器处于所述信号输入端与所述信号输出端之间的信号传输 回路中而过滤所述脉冲信号。
[0010] 进一步地，所述比较电路用于在比较所述检测电压大于第一参考电压后输出第二 控制信号给所述开关元件而使所述开关元件导通，从而使所述第一电感器处于所述信号输 入端与所述信号输出端之间的信号传输回路中而过滤所述脉冲信号。
[0011] 进一步地，所述开关元件包括输入端、输出端、控制端，所述开关元件的输入端、输 出端分别连接于所述第二电感器的两端，所述控制端连接所述比较电路W接收所述第一控 制信号和所述第二控制信号。
[0012] 进一步地，所述直流电压转换电路设有连接于所述信号输出端与所述第二电感器 之间的第一结点，所述检测电路包括发光二极管、光敏Ξ极管、第一电阻、第二电阻;所述发 光二极管的正极连接所述第一结点，所述发光二极管的负极连接所述信号输出端，所述光 敏Ξ极管的集电极通过所述第一电阻接地，所述光敏Ξ极管的发射极通过所述第二电阻连 接电源端，所述光敏Ξ极管的集电极还连接所述比较电路W输出所述检测电压给所述比较 电路。
[0013] 进一步地，所述比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的反相输入端连接所 述光敏Ξ极管的集电极，所述第一比较器的正相输入端用于接收所述第一参考电压，所述 第一比较器的输出端连接所述控制端用于输出所述第一控制信号或所述第二控制信号至 所述控制端。
[0014] 进一步地，所述驱动电路包括连接所述信号输入端的开关组件、连接所述开关组 件的信号发生器、连接于所述信号发生器与所述第一结点之间的稳压电路;所述信号发生 器用于产生方波信号控制所述开关组件的导通，从而将所述供电直流电压转换成脉冲信 号，所述稳压电路用于调节所述信号发生器的方波信号的占空比，进而调节所述脉冲信号 的稳定。
[001引进一步地，所述开关组件包括PM0S管和NM0S管，所述PM0S管的栅极连接所述信号 发生器，所述PM0S管的源极连接所述信号输入端，所述直流电压转换电路设有连接于所述 信号输入端与所述第一电感器之间的第二结点，所述PM0S管的漏极连接所述第二结点，所 述醒0S管的栅极连接所述信号发生器，所述NM0S管的漏极连接所述第二结点，所述NM0S管 的源极接地，所述信号发生器用于同时发送所述方波信号至所述PM0S管和NM0S管的栅极W 控制所述PM0S管和NM0S管的开关。
[0016] 进一步地，所述稳压电路包括连接所述信号发生器的第二比较器、连接所述第二 比较器的反相输入端的第Ξ比较器、RC电路、电流检测器、积分器、第Ξ电阻、第四电阻；
[0017] 所述第二结点依次通过所述电流检测器、所述积分器连接所述第二比较器的正相 输入端;所述第Ξ比较器的输出端通过所述RC电路接地；
[0018] 所述第一结点通过所述第Ξ电阻连接所述第Ξ比较器的反相输入端，所述第Ξ比 较器的反相输入端还通过所述第四电阻接地；
[0019] 所述第Ξ比较器用于将所述第Ξ比较器的反相输入端的电压与所述第Ξ比较器 的正相输入端的电压作比较获得电压差值，所述电压差值经所述RC电路的过滤输出至所述 第二比较器的反相输入端，所述电流检测器用于检测所述第二结点的电流，所述积分器用 于对所述第二结点的电流积分运算得到电压输出至所述第二比较器的正相输入端，所述第 二比较器用于将所述第二比较器的正相输入端的电压与所述第二比较器的反相输入端的 电压作比较后输出逻辑控制信号给所述信号发生器，所述信号发生器用于根据所述逻辑控 制信号调节所述方波信号的占空比。
[0020] 进一步地，所述直流电压转换电路还包括连接所述控制端和所述积分器的选择 器、连接所述选择器的第一波形发生器和第二波形发生器，所述积分器连接所述选择器，所 述选择器用于接收所述第一控制信号及积分运算得到的电压后选择所述第一波形发生器 显示所述积分运算得到的电压的波形，所述选择器用于接收所述第二控制信号及积分运算 得到的电压后选择所述第二波形发生器显示所述积分运算得到的电压的波形。
[0021] 进一步地，所述直流电压转换电路还包括第一电容，所述第一结点通过所述第一 电容接地。
[0022] 本发明的有益效果:本发明提供的直流电压转换电路通过增加控制电路W改变电 路对电感件的控制方式，不仅保证了电路在轻载条件下能够工作在连续导通模式，还减小 了输出信号的波纹系数，提高了电路的稳定性和转换效率。
【附图说明】
[0023] 通过结合附图进行的W下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点 将变得更加清楚，附图中：
[0024] 图1是本发明直流电压转换电路较佳实施方式的模块图；
[0025] 图2是本发明直流电压转换电路较佳实施方式的电路图。
【具体实施方式】
[0026] W下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可许多不同的形式来实 施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于运里阐述的具体实施例。相反，提供运些实施 例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而本领域的其他技术人员能够理解本发明的 各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。相同的标号在整个说明书和附图中可用来 表示相同的元件。
[0027] 图1是本发明直流电压转换电路较佳实施方式的模块图；图2是本发明直流电压转 换电路较佳实施方式的电路图。
[00%]结合图1和图2，根据本发明的实施例的直流电压转换电路100包括:过滤电路10， 所述过滤电路10包括第一电感器L11及与第一电感器L11串联的第二电感器L12,所述第一 电感器L11及所述第二电感器L12连接于信号输入端Vin及信号输出端Vcore之间，所述信号 输入端Vin用于接收供电直流电压，所述信号输出端Vcore用于输出负载直流电压；
[0029] 驱动电路20,所述驱动电路20连接于所述过滤电路10及所述信号输入端Vin之间， 用于将所述供电直流电压转换成脉冲信号；
[0030] 控制电路30,所述控制电路30包括检测电路31、比较电路32及开关元件33,所述开 关元件33连接所述第二电感器L12的两端，所述检测电路31连接所述信号输出端Vcore用于 检测所述信号输出端Vcore的电流并根据所述电流输出检测电压至所述比较电路32,所述 比较电路32用于在比较所述检测电压小于参考电压后输出第一控制信号给所述开关元件 33而使所述开关元件33截止，从而使所述第一电感器L11与所述第二电感器L12处于所述信 号输入端Vin与所述信号输出端Vcore之间的信号传输回路中而过滤所述脉冲信号。
[0031] 具体地，在本实施例中，所述比较电路32用于在比较所述检测电压大于参考电压 后输出第二控制信号给所述开关元件33而使所述开关元件33导通，从而使所述第一电感器 L11处于所述信号输入端Vin与所述信号输出端Vcore之间的信号传输回路中而过滤所述脉 冲信号。
[0032] 所述开关元件33包括输入端12、输出端13、控制端11，所述开关元件33的输入端 12、输出端13分别连接于所述第二电感器L12的两端，所述控制端11连接所述比较电路32W 接收所述第一控制信号和第二控制信号。
[0033] 本实施例中，所述开关元件33具体为M0S晶体管，但本发明并不限制于此，所述开 关元件33也可W为Ξ极管。
[0034] 所述检测电路31包括光电禪合器31、第一电阻R1、第二电阻R2，所述光电禪合器31 包括发光二极管311、光敏Ξ极管312。
[0035] 所述直流电压转换电路100设有连接于所述信号输出端Vcore与所述第二电感器 L12之间的第一结点101，所述发光二极管311的正极连接所述第一结点101、所述发光二极 管311的负极连接所述信号输出端Vcore,所述光敏Ξ极管312的集电极1通过所述第一电阻 R1接地，所述光敏Ξ极管312的发射极2通过所述第二电阻R2连接电源端Vcc，所述光敏Ξ极 管312的集电极1还连接所述比较电路32W输出所述检测电压给所述比较电路32。具体地， 所述发光二极管311用于根据所述输出负载直流电压的大小发光，所述光敏Ξ极管312用于 根据所述发光二极管311的发光状态产生相应的禪合电流，所述光敏Ξ极管312的集电极1 产生所述检测电压输出至所述比较电路32。
[0036] 所述比较电路32包括第一比较器302,所述第一比较器302的正相输入端322为第 一参考电压输入端，所述第一比较器302的反相输入端321连接所述光敏Ξ极管312的集电 极1用于将所述检测电压输入至所述第一比较器302后与所述第一比较器302的第一参考电 压作比较，所述第一比较器302的输出端323(011化utl)连接所述控制端11用于输出所述第 一控制信号或所述第二控制信号至所述控制端11。在运里，具体地，所述第一控制信号具体 为高电平信号，所述第二控制信号具体为低电平信号。
[0037] 需要清楚的是，由于在接收输入信号前，流过所述发光二极管311的电流为0,所述 发光二极管311为不导通状态，光敏Ξ极管312没有产生禪合电流。此时第一比较器302的第 一参考电压值Vrefi大于所述第一比较器302输入端321的输入电压，第一比较器302的输出 端323(011化utl)为高电平，所述开关元件33为截止状态，此时过滤电路10接入的电感值为L = L11+L12。也就是说，在初始状态时，开关元件33为截止状态，所述第一电感器L11及所述 第二电感器L12连接于信号输入端Vin及信号输出端Vcore之间。
[0038] 需要说明的是，当系统工作在连续导通的条件下时，系统的电感量需满足：
[0039]
[0040] 也就是说，系统中的电感值的大小直接决定电感中电流的变化量。电感值过小，电 感电流变化会很大，有可能导致每个周期都有一段时间电感上的电流为零，系统进入断续 导通模式(DCM)，使得输出信号的波纹系数变大，系统的性能变坏。
[0041] 基于上述理由，在本实施例中，假设系统工作在轻载条件下的时候，信号输出端 Vcore对应的输出电流为10时满足上述公式，那么当实际电流大小为II时，且IKI0,则发光 二极管311的亮度减小，光敏Ξ极管312的禪合电流减小，第一比较器302的输入电压减小， 此时所述第一参考电压值Vrefl大于所述第一比较器302的输入端321的电压值，则所述第一 比较器302的输出端323(011化utl)输出为高电平，也就是说所述开关元件33(M0S晶体管）的 控制极(栅极)为高电平，此时所述开关元件33(M0S晶体管）为截止状态，所述第一电感器 L11、第二电感器L12接入滤波电路，过滤电路10接入的电感值L = L11+L12;当实际电流大小 为II时，且11〉10,则发光二极管311的亮度增大，光敏Ξ极管312产生的禪合电流增大，第一 比较器302的输入端321的输入电压增大，当所述第一参考电压值Vrefl小于所述第一比较器 302的输入端321的电压值，则所述第一比较器302的输出端323(011化utl)输出为低电平，也 就是说所述开关元件33(M0S晶体管）的控制极(栅极)为低电平，此时所述开关元件33(M0S 晶体管)为导通状态，所述第二电感器L12被短路，只有第一电感器L11接入过滤电路10,过 滤电路10接入的电感值L = L11。
[0042] 所述驱动电路20包括连接所述信号输入端Vin的开关组件21、连接所述开关组件 21的信号发生器22、连接于所述信号发生器22与所述第二电感器L12的输出端之间的稳压 电路23(图2未标号）；所述信号发生器22产生方波信号控制所述开关组件21的导通，从而将 所述供电直流电压转换成脉冲信号，所述稳压电路23用于调节所述信号发生器22的方波信 号的占空比，进而调节所述脉冲信号的稳定。
[0043] 所述直流电压转换电路100设有连接于所述信号输入端Vin与所述第一电感器L11 之间的第二结点102。所述开关组件21包括PM0S管T1和NM0S管T2，所述PM0S管T1的栅极连接 所述信号发生器22,所述PM0S管T1的源极连接所述信号输入端Vin,所述PM0S管T1的漏极连 接所述第二结点102,所述NM0S管T2的栅极连接所述信号发生器22,所述NM0S管T2的漏极连 接所述第二结点102,所述NM0S管T2的源极接地，所述信号发生器22同时发送所述方波信号 至所述PM0S管T1和NM0S管T2的栅极W控制所述PM0S管T1和NM0S管T2的开关。
[0044] 所述稳压电路23包括与所述信号发生器22连接的第二比较器24、连接所述第二比 较器24的第Ξ比较器25、电流检测器26、积分器27、RC电路28、第Ξ电阻R3、第四电阻R4。
[0045] 具体地，所述第二结点102依次通过电流检测器26、积分器27连接所述第二比较器 24的正相输入端242,所述第Ξ比较器25的输出端253通过所述RC电路28接地。所述第一结 点101通过第Ξ电阻R3连接所述第Ξ比较器25的反相输入端251，所述第Ξ比较器25的反相 输入端251还通过所述第四电阻R4接地，所述第Ξ比较器25的正相输入端252用于接收第Ξ 参考电压Vref3,所述第Ξ比较器25的输出端253连接所述第二比较器24的反相输入端241， 所述第二比较器24的输出端243连接所述信号发生器22。
[0046] 更加具体地，所述第Ξ比较器25用于将所述第Ξ比较器25的反相输入端251的电 压与所述第Ξ比较器25的正相输入端252接收的第Ξ参考电压Vref3作比较获得电压差值， 所述电压差值经所述RC电路28的过滤输出至所述第二比较器24的反相输入端321，所述电 流检测器26用于检测所述第二结点102的电流，所述积分器27用于对所述第二结点102的电 流积分运算后得到电压输出至所述第二比较器24的正相输入端242,具体地，第二比较器24 的正相输入端242接收该积分运算得到的电压作为所述第二比较器24的第二参考电压 Vref2,所述第二比较器24用于将所述积分运算得到的电压和所述第二比较器24的反相输入 端241的电压作比较后输出逻辑控制信号给所述信号发生器22,所述信号发生器22用于根 据所述逻辑控制信号调节所述方波信号的占空比。
[0047] 具体地，所述RC电路28具体包括连接所述第Ξ比较器25的输出端252的第五电阻 R5,连接所述第五电阻R5的第二电容C2,具体地，所述第五电阻R5通过所述第二电容C2接 地。
[004引具体地，所述直流电压转换电路100还包括第一电容C1，所述第一结点101通过所 述第一电容C1接地。所述直流电压转换电路100还包括连接所述控制端11和所述积分器27 的选择器41、连接所述选择器41的第一波形发生器42和第二波形发生器43。所述积分器27 用于对所述第二结点102的电流积分运算后输出电压至所述选择器41，所述选择器41用于 接收所述第一控制信号及所述积分运算得到的电压后选择第一波形发生器42显示所述积 分运算得到的电压的波形，所述选择器41用于接收所述第二控制信号及积分运算得到的电 压后选择第二波形发生器43显示所述积分运算得到的电压的波形。
[0049] 综上所述，本发明的实施例的直流电压转换电路通过增加控制电路W改变电路接 入电感件的控制方式，不仅保证了系统在轻载条件下能够工作在连续导通模式，还减小了 输出信号的波纹系数，提高了系统的稳定性和转换效率。
[0050] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示运些实体或操作之间存 在任何运种实际的关系或者顺序。而且，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，或者是还包括为运种过程、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。
[0051] 虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解： 在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和 细节上的各种变化。
【主权项】
1. 一种直流电压转换电路，其特征在于，包括： 过滤电路，所述过滤电路包括第一电感器及与所述第一电感器串联的第二电感器，所 述第一电感器及所述第二电感器连接于信号输入端及信号输出端之间，所述信号输入端用 于接收供电直流电压，所述信号输出端用于输出负载直流电压； 驱动电路，所述驱动电路连接于所述过滤电路及所述信号输入端之间，用于将所述供 电直流电压转换成脉冲信号； 控制电路，所述控制电路包括检测电路、比较电路及开关元件，所述开关元件连接所述 第二电感器的两端，所述检测电路连接所述信号输出端用于检测所述信号输出端的电流并 根据所述电流输出检测电压至所述比较电路，所述比较电路用于在比较所述检测电压小于 第一参考电压后输出第一控制信号给所述开关元件而使所述开关元件截止，从而使所述第 一电感器与所述第二电感器处于所述信号输入端与所述信号输出端之间的信号传输回路 中而过滤所述脉冲信号。2. 根据权利要求1所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述比较电路用于在比较所 述检测电压大于第一参考电压后输出第二控制信号给所述开关元件而使所述开关元件导 通，从而使所述第一电感器处于所述信号输入端与所述信号输出端之间的信号传输回路中 而过滤所述脉冲信号。3. 根据权利要求2所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述开关元件包括输入端、 输出端、控制端，所述开关元件的输入端、输出端分别连接于所述第二电感器的两端，所述 控制端连接所述比较电路以接收所述第一控制信号和所述第二控制信号。4. 根据权利要求3所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述直流电压转换电路设有 连接于所述信号输出端与所述第二电感器之间的第一结点，所述检测电路包括发光二极 管、光敏三极管、第一电阻、第二电阻;所述发光二极管的正极连接所述第一结点，所述发光 二极管的负极连接所述信号输出端，所述光敏三极管的集电极通过所述第一电阻接地，所 述光敏三极管的发射极通过所述第二电阻连接电源端，所述光敏三极管的集电极还连接所 述比较电路以输出所述检测电压给所述比较电路。5. 根据权利要求4所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述比较电路包括第一比较 器，所述第一比较器的反相输入端连接所述光敏三极管的集电极，所述第一比较器的正相 输入端用于接收所述第一参考电压，所述第一比较器的输出端连接所述控制端用于输出所 述第一控制信号或所述第二控制信号至所述控制端。6. 根据权利要求5所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述驱动电路包括连接所述 信号输入端的开关组件、连接所述开关组件的信号发生器、连接于所述信号发生器与所述 第一结点之间的稳压电路;所述信号发生器用于产生方波信号控制所述开关组件的导通， 从而将所述供电直流电压转换成脉冲信号，所述稳压电路用于调节所述信号发生器的方波 信号的占空比，进而调节所述脉冲信号的稳定。7. 根据权利要求6所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述开关组件包括PMOS管和 NMOS管，所述PMOS管的栅极连接所述信号发生器，所述PMOS管的源极连接所述信号输入端， 所述直流电压转换电路设有连接于所述信号输入端与所述第一电感器之间的第二结点，所 述PMOS管的漏极连接所述第二结点，所述NMOS管的栅极连接所述信号发生器，所述NMOS管 的漏极连接所述第二结点，所述匪0S管的源极接地，所述信号发生器用于同时发送所述方 波信号至所述PMOS管和NMOS管的栅极以控制所述PMOS管和NMOS管的开关。8. 根据权利要求7所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述稳压电路包括连接所述 信号发生器的第二比较器、连接所述第二比较器的反相输入端的第三比较器、RC电路、电流 检测器、积分器、第三电阻、第四电阻； 所述第二结点依次通过所述电流检测器、所述积分器连接所述第二比较器的正相输入 端;所述第三比较器的输出端通过所述RC电路接地； 所述第一结点通过所述第三电阻连接所述第三比较器的反相输入端，所述第三比较器 的反相输入端还通过所述第四电阻接地； 所述第三比较器用于将所述第三比较器的反相输入端的电压与所述第三比较器的正 相输入端的电压作比较获得电压差值，所述电压差值经所述RC电路的过滤输出至所述第二 比较器的反相输入端，所述电流检测器用于检测所述第二结点的电流，所述积分器用于对 所述第二结点的电流积分运算得到电压输出至所述第二比较器的正相输入端，所述第二比 较器用于将所述第二比较器的正相输入端的电压与所述第二比较器的反相输入端的电压 作比较后输出逻辑控制信号给所述信号发生器，所述信号发生器用于根据所述逻辑控制信 号调节所述方波信号的占空比。9. 根据权利要求8所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述直流电压转换电路还包 括连接所述控制端和所述积分器的选择器、连接所述选择器的第一波形发生器和第二波形 发生器，所述积分器连接所述选择器，所述选择器用于接收所述第一控制信号及积分运算 得到的电压后选择所述第一波形发生器显示所述积分运算得到的电压的波形，所述选择器 用于接收所述第二控制信号及积分运算得到的电压后选择所述第二波形发生器显示所述 积分运算得到的电压的波形。10. 根据权利要求6至9任一项所述的直流电压转换电路，其特征在于，所述直流电压转 换电路还包括第一电容，所述第一结点通过所述第一电容接地。
【文档编号】H02M3/158GK106059297SQ201610417048
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】曹丹
【申请人】深圳市华星光电技术有限公司