降压式变换BUCK电路的制作方法

文档序号:14043037阅读:406来源:国知局

本发明涉及开关电源领域,具体地涉及一种降压式变换buck电路。



背景技术:

开关电源是现代人们生活中必不可少的,在新能源汽车、航天、军用领域都能看到开关电源的使用。随着开关电源技术的进一步发展,对电源产品的功率密度、体积、性能、可靠性和成本方面提出了新的要求,国家和各大组织相继颁布一系列法规来约束开关电源市场,例如电源产品必须通过emi测试和安全规范认证等。

众所周知,buck拓扑结构简单能够大范围运用于开关电源,尤其是中、低功率的电源系统中,虽然单路buck电路有众多优势,但由于使用范围具有局限性,不能应用于大功率的电路系统中。随着功率的增加,单路buck电源中开关应力变大、输出稳定性变差、emi增加、电流纹波增加等一系列问题出现,使得人们不得不选择其它的更加复杂的结构。



技术实现要素:

本发明实施方式的目的是提供一种降压式变换buck电路,该buck电路通过两路单级buck变换器的并联工作,使开关管的电流应力变小,对两路开关管进行交错控制,使得输出电流开关纹波明显减少,同时也能够扩大buck电路的使用范围。

为了实现上述目的,本发明实施方式提供一种buck电路,该buck电路可以包括:

第一buck单元,包括第一可控开关、第一二极管和第一电感器,第一电感器的第一端通过第一可控开关与电源的正极连接,第一电感器的第二端与输出端连接,第一二极管的负极与第一电感器的第一端连接,第一二极管的正极与电源的负极连接;

第二buck单元,包括第二可控开关、第二二极管和第二电感器,第二电感器的第一端通过第二可控开关与电源的正极连接,第二电感器的第二端与输出端连接,第二二极管的负极与第二电感器的第一端连接,第二二极管的正极与电源的负极连接;

反馈单元,与输出端连接,用于采集输出端的电压信号,并根据电压信号反馈相应的反馈信号;

处理器,用于根据反馈单元输出的反馈信号生成分别用于调节第一可控开关和第二可控开关的第一pwm(pulsewidthmodulation,脉冲宽度调制)信号和第二pwm信号。

可选的,在接入所述电源时可以生成使得所述第一可控开关和所述第二可控开关交替导通的第一初始pwm信号和第二初始pwm信号。

可选地,该buck电路可以进一步包括:电流采样器,用于采集电源的输入电流;处理器还用于:根据输入电流判断该输入电流是否大于buck电路的最大允许输入电流;在判断输入电流大于最大允许输入电流的情况下,断开第一可控开关和所述第二可控开关。

可选地,反馈单元可以包括比较器,该比较器的正相输入端与输出端连接,比较器的反相输入端用于接收预设的斜波信号,比较器的输出端与处理器连接,比较器的输出端用于向处理器输出第三pwm信号。

可选地,处理器可以进一步用于将第三pwm信号与预设的第一方波信号进行与非运算,以生成第一pwm信号;以及将第三pwm信号与预设的第二方波信号进行与非运算,以生成所述第二pwm信号。

可选地,反馈单元还可以包括:第一驱动电源、第三二极管和第四二极管,该第三二极管的负极与第一驱动电源连接,第三二极管的正极与比较器的输出端连接,该第四二极管的负极与第三二极管的正极连接,第四二极管的正极接地。

可选地,电流采样器可以为互感器。

可选地,输出端的正极和输出端的负极之间可以连接有电容器。

可选地,处理器可以为微处理器。

可选地,第一可控开关和所述第二可控开关均可以为场效应管。

通过上述技术方案,该buck电路通过两路单级buck变换器的并联工作,使开关管的电流应力变小,对两路开关管进行交错控制,使得输出电流开关纹波明显减少,同时也能够扩大buck电路的使用范围。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式,但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中:

图1是根据本发明的一实施方式的buck电路的结构示意图;

图2是根据本发明的一实施方式的buck电路的结构示意图;

图3是根据本发明的一实施方式的反馈单元的结构示意图;以及

图4是根据本发明的一实施方式的各pwm信号和通过第一电感器和第二电感器的电流的对应时序关系图。

附图标记说明

1、反馈单元2、处理器

3、电流采样器4、比较器

l1、第一电感器l2、第二电感器

d1、第一二极管d2、第二二极管

d3、第三二极管d4、第四二极管

k1、第一可控开关k2、第二可控开关

s1、第一驱动电源c1、电容器

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式,并不用于限制本发明实施方式。

图1是根据本发明的一实施方式的buck电路的结构示意图,在该图中,该buck电路可以包括:

第一buck单元,该第一buck单元可以包括第一可控开关k1、第一二极管d1和第一电感器l1,该第一电感器l1的第一端通过第一可控开关k1与电源的正极连接,第一电感器l1的第二端与输出端连接,第一二极管d1的负极与第一电感器l1的第一端连接,第一二极管d1的正极与电源的负极连接。

第二buck单元,包括第二可控开关k2、第二二极管d2和第二电感器l2,该第二电感器l2的第一端通过第二可控开关k2与电源的正极连接,第二电感器l2的第二端与输出端连接,第二二极管d2的负极与第二电感器l2的第一端连接,第二二极管d2的正极与电源的负极连接。

反馈单元1,与输出端连接,用于采集输出端的电压信号,并根据该电压信号反馈相应的反馈信号;

处理器2,用于根据反馈单元1输出的反馈信号生成分别用于调节第一可控开关k1和第二可控开关k2的第一pwm信号和第二pwm信号。

在该实施方式中,该电源的负极可以接地。

该处理器2可以为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多个微处理器、与dsp核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、任何其它类型的集成电路(ic)、状态机等。此外,该处理器2也可以选用例如型号为l6559、tl494、sg3525等的电源芯片。

在该实施方式中,该处理器2可以进一步用于在该buck电路接入电源时生成第一初始pwm信号和第二初始pwm信号。该第一初始pwm信号可以用于控制第一可控开关k1的导通和断开,该第二初始pwm信号可以用于控制第二可控开关k2的导通和断开。在该实施方式中,该第一初始pwm信号和第二初始pwm信号的相位相差半个周期(即180°),那么,在该buck电路工作时,该第一可控开关k1和第二可控开关k2就会交替导通,使得第一可控开关k1和第二可控开关k2的电流应力减小,提高了该第一可控开关k1和第二可控开关k2的使用寿命。同时,减少输出端输出的电流的电流开关波纹。

在本发明的一个实施方式中,该buck电路还可以包括电流采样器3。如图2所示,该电流采样器3连接在第一可控开关k1和电源的正极之间,用于采集电源的输入电流大小。在该实施方式中,该处理器2可以进一步用于:根据该输入电流的大小判断该输入电流是否大于该buck电路的最大允许输入电流;在判断该输入电流大于最大允许输入电流的情况下,断开第一可控开关k1和第二可控开关k2,使得该buck电路进入保护保护模式,避免损坏电路器件。在该实施方式中,该电流采样器3可以为互感器,该互感器的一个线圈连接在电源的正极与第一可控开关k1之间,该互感线圈的另一个线圈可以与处理器2连接。

在本发明的一个实施方式中,反馈单元1可以包括比较器4。如图3所示,该比较器4的正相输入端可以与buck电路的输出端连接,该比较器4的反相输入端用于接收预设的斜波信号。在该实施方式中,该斜波信号可以是通过斜波信号发生器发出,也可以是直接通过处理器2产生,并通过该反相输入端输入。该比较器4通过将buck电路的输出端的电压信号与斜波信号比较,生成第三pwm信号,并将该第三pwm信号通过该比较器4的输出端发送至处理器2。

在本发明的一个实施方式中,该处理器2在接收到第三pwm信号后,将该第三pwm信号与预设的与该第三pwm信号同频率的第一方波信号进行与非运算,生成第一pwm信号以修正原本用于控制第一可控开关k1的第一初始pwm信号。该处理器2还用于在接收到第三pwm信号后,将该第三pwm信号与预设的与该第三pwm信号同频率的第二方波信号进行与非运算,生成第二pwm信号以修正原本用于控制第二可控开关k1的第二初始pwm信号。在该实施方式中,该第一方波信号和第二方波信号的相位可以是相反的(相位差180°)。在本发明的一个示例中,处理器2可以通过将调节该斜波信号的信号幅度来调节该第三pwm信号的占空比,以调节第一pwm信号和第二pwm信号的占空比,从而控制该buck电路的输出功率。在该实施方式中,该buck电路的输出端的正极和负极之间可以连接有电容器c1,该电容器c1用于滤出正负极间的交流信号。

在本发明的一个实施方式中,如图3所示,反馈单元还可以包括:第一驱动电源s1、第三二极管d3和第四二极管d4,该第三二极管d3的负极与第一驱动电源s1连接,第三二极管d3的正极与比较器4的输出端连接,该第四二极管d4的负极与第三二极管d3的正极连接,第四二极管d4的正极接地。

虽然图3中示出了反馈单元1的特定的组件和电路结构,但是本领域技术人员可以理解,图3示出的是反馈单元1的示例,因此反馈单元1不限于图3示出的特定的示例。

在该buck电路接入电源时,直流电经过电流采样器3(互感器)进入电路。处理器2与该电流采样器3连接,用于根据该电源的电流大小判断该电流是否大于该buck电路的最大允许输入电流。

在该电流小于最大允许输入电流的情况下,处理器2生成用于控制第一可控开关k1的第一初始pwm信号和用于控制第二可控开关k2的第二初始pwm信号。该第一初始pwm信号和第二初始pwm信号的相位相差半个周期,第一可控开关k1和第二可控开关k2交替导通。在该实施方式中,该交替导通的方式可以是:

在第一初始pwm信号为高电平时,第二初始pwm信号为低电平。此时,第一可控开关k1导通,电源经过第一电感器l1向输出端供电。

在第一初始pwm信号输出为低电平时,由于pwm信号的占空比的存在,此时,第二初始pwm信号输出暂时为低电平。此时,第一可控开关k1与第二可控开关k2均断开,此时,第一电感器l1开始续流。

在第二初始pwm信号为高电平时,第一初始pwm信号为低电平。此时,第一可控开关k1断开,第二可控开关k2导通。电源经过第二电感器l2向输出端供电。

在第二初始pwm信号为低电平时,由于pwm信号的占空比的存在,第一初始pwm信号暂时为低电平。此时,第二可控开关k2与第一可控开关k1军断开,第二电感器l2开始续流。

图4示出了该第一初始pwm信号(pwm1)、第二初始pwm信号(pwm2)、通过第一电感器l1和通过第二电感器l2的电流之间的时序关系。

反馈单元1将输出端的信号通过比较器4与预设的斜波信号(在该实施方式中,该斜波信号可以是工作人员根据用电器的额定功率在处理器2中预设的)进行比对,根据比对结果生成第三pwm信号。处理器2将该第三pwm信号和与该第三pwm信号同频率的第一方波信号进行与非运算,生成第一pwm信号以修正第一初始pwm信号(在该实施方式中,该修正方式可以是直接替换);处理器2将该第三pwm信号和与第一方波信号同频率且相位相差半个周期的第二方波信号进行与非运算,生成第二pwm信号以修正第二初始pwm信号。

通过上述技术方案,该buck电路的技术效果如下:

1、通过两个buck单元分别输出电流,使得该电路的工作频率相对现有技术提高了一倍,在输出端的电流的电流开关波纹也相应减少了一半。

2、通过两个buck单元交错连接,在应用的过程中不仅能够应用到现有技术中的buck电路的应用领域,还能够在通过提高电路的功率等级来应用到其他高功率电路中。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式,但是,本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明实施方式的技术构思范围内,可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一个(可以是单片机,芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式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(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外,本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明实施方式的思想,其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

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