一种降低电源空载功耗的控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及交错buck拓扑控制ic领域，特别涉及一种降低电源空载功耗的控制电路。


背景技术：

2.随着现代电子设备向着低功耗和绿色化发展，人们对工业设备中所必需的电源体积有了更高的要求，对高效率、高功率密度和低空载功耗电源的研究也越来越迫切。与此同时，交错buck拓扑在高效率、高功率密度电源模块领域的应用也越来越多。
3.出于对高效率和高功率密度的要求，常规的交错buck控制ic集成了两路或多路buck的开关管、同步整流管驱动信号控制功能，可通过主控ic控制交错buck拓扑两路或多路buck开关管驱动信号及同步整流管驱动信号。lm25119是一种交错buck控制ic，应用于交错buck电源的设计；lm25119内部集成了buck1和buck2开关管驱动控制逻辑及同步整流管驱动控制逻辑。lm25119应用过程中buck1、buck2同时工作，buck1、buck2同时采用同步整流模式工作，且开关频率固定不变，导致使用lm25119的交错buck拓扑设计的电源在输出空载情况下，出现空载功耗过大的问题，进而影响整个系统的待机时间。
4.现有的lm25119控制电路如图1，在实际应用中如图所示将en2端通过电阻r9连接至vcc，开启buck2开关管驱动信号输出端ho2端及同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出；将demb端通过电阻r10连接至vcc，开启buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端及buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出；将rt端通过阻值固定的电阻r11连接至地，使电源在固定开关频率下工作。在这种控制电路下，能够保证buck1和buck2同时工作且使用同步整流模式，可提高电源功率密度和效率。
5.该控制电路的缺点是：
6.1、此控制电路在空载条件下，buck1开关管，buck1同步整流管，buck2开关管，buck2同步整流管同时工作，大幅增加了电源的驱动损耗和开关损耗，增加了电源空载功耗；
7.2、此控制电路在空载条件下，buck1、buck2均以电阻r11对应设置的固定开关频率进行工作，也增加了电源空载功耗。
8.3、此控制电路的空载功耗过大，不适用于要求低空载功耗的电源中。


技术实现要素：

9.针对现有控制电路存在的问题，本实用新型提出一种降低电源空载功耗的控制电路，当使用lm25119设计交错buck拓扑电源时，有效降低电源空载功耗，提高整个系统的待机时间。
10.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
11.一种降低电源空载功耗的控制电路，应用于采用交错buck控制ic的电源电路上，所述交错buck包括并联的buck1和buck2，控制电路包括采样电路、差分放大电路、滞回比较
电路和受控电路，所述采样电路采样输出电路的输出电流，并将采样信号输入至差分放大电路，经差分放大电路放大后输入至滞回比较电路的一个输入端，滞回比较电路的另一个输入端输入基准信号，滞回比较电路对差分放大信号和基准信号进行比较，并将比较结果信号输入至受控电路动作；
12.当差分放大信号大于基准信号时，受控电路控制buck1和buck2同时工作，且buck1和buck2同时使用同步整流模式，电源的工作频率升高，以保证电源带载效率；
13.当差分放大信号小于基准信号时，受控电路控制buck1单独工作，且buck1禁止使用同步整流模式，电源的工作频率降低，以降低电源空载功耗。
14.优选的，所述采样电路包括电阻r1，电阻r1串联在输出回路，电阻r1两端的电压分别为v1和v2，且v2大于v1。
15.优选的，所述差分放大电路电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和运放ic1，电阻r2的一端作为差分放大电路负向输入端连接采样电路的v1端，电阻r2的另一端连接运放ic1的v1-端，电阻r3的一端连接运放ic1的v1-端，电阻r3的另一端连接运放ic1的输出端作为差分放大电路输出端v3，电阻r4的一端作为差分放大电路正向输入端连接采样电路的v2端，电阻r4的另一端连接运放ic1的v1+端，电阻r5的一端连接运放ic1的v1+端，电阻r5的另一端接地。
16.优选的，所述滞回比较器电路包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管d1和运放ic2，电阻r6的一端作为滞回比较器正向输入端连接差分放大电路输出端v3，电阻r6的另一端连接运放ic2的v2+端，电阻r7的一端连接运放ic2的v2+端，电阻r7的另一端接地，电阻r8的一端连接运放ic2的v2+端，电阻r8的另一端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接运放ic2的输出端作为滞回比较电路输出端v4，运放ic2的v2-端连接基准信号vref。
17.优选的，所述受控电路包括电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、开关管q1和控制ic3，电阻r9的一端连接滞回比较电路输出端v4，电阻r9的另一端连接控制ic3的使能端en2，电阻r10的一端连接滞回比较电路输出端v4，电阻r10的另一端连接控制ic3同步整流控制端demb，电阻r11的一端连接控制ic3的频率控制端rt，电阻r11的另一端接地，电阻r12的一端连接控制ic3的频率控制端rt，电阻r12的另一端连接开关管q1的漏极，开关管q1的栅极连接滞回比较电路输出端v4，开关管q1的源极接地。
18.优选的，所述差分放大电路电阻r2的阻值等于电阻r4的阻值，电阻r3的阻值等于电阻r5的阻值，以满足所述差分放大电路输出端v3＝(v2-v1)*r3/r2。
19.与现有控制电路相比，本实用新型有以下显著效果：
20.1、本实用新型实现了在空载条件下，禁止buck2工作，禁止buck1、buck2同步整流模式，大幅降低了电源的驱动损耗和开关损耗，降低电源空载功耗；
21.2、本实用新型实现了在空载条件下，降低buck1、buck2开关频率，进一步降低了电源空载功耗。
附图说明
22.图1为现有lm25119控制电路的原理图；
23.图2为本实用新型实施例电路的原理图；
24.图3为滞回比较电路输出信号v41，buck1开关管驱动信号输出端ho1端，buck1同步
整流管驱动信号输出端lo1端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端时序逻辑图；
25.图4为滞回比较电路输出信号v42，buck1开关管驱动信号输出端ho1端，buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端时序逻辑图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本实用新型。
27.图2为本实用新型实施例的原理图，本实用新型降低电源空载功耗的控制电路包括采样电路10、差分放大电路20、滞回比较电路30和受控电路40，该实施例应用于使用控制ic lm25119设计的交错buck电源电路上。
28.采样电路10包括电阻r1，电阻r1的一端连接差分放大电路正向输入端，电阻r1的另一端连接差分放大电路负向输入端，电阻r1两端的电压分别为v1和v2，电阻r1串入被采样装置的输出回路，被采样装置的输出电流io由电阻r1的v2端流向v1端，且v2＞v1。
29.差分放大电路20包括电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和运放ic1，电阻r2的一端作为差分放大电路负向输入端连接电阻r1的v1端，电阻r2的另一端连接运放ic1的v1-端，电阻r3的一端连接运放ic1的v1-端，电阻r3的另一端连接运放ic1的输出端作为差分放大电路输出端v3，电阻r4的一端作为差分放大电路正向输入端连接电阻r1的v2端，r4的另一端连接运放ic1的v1+端，电阻r5的一端连接运放ic1的v1+端，电阻r5的另一端连接被采样装置的地，差分放大电路输出端v3连接滞回比较器正向输入端。
30.滞回比较器电路30包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管d1和运放ic2，电阻r6的一端作为滞回比较器正向输入端连接差分放大电路输出端v3，电阻r6的另一端连接运放ic2的v2+端，电阻r7的一端连接运放ic2的v2+端，电阻r7的另一端连接被采样装置的地，电阻r8的一端连接运放ic2的v2+端，运放ic2的v2-端连接被采样装置输出的基准信号vref，电阻r8的另一端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接运放ic2的输出端作为滞回比较电路输出端v4，滞回比较电路输出端v4连接受控电路。
31.受控电路40包括电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、开关管q1和控制ic3lm25119，电阻r9的一端连接滞回比较电路输出端v4，电阻r9的另一端连接控制ic3lm25119的en2端，电阻r10的一端连接滞回比较电路输出端v4，电阻r10的另一端连接控制ic3lm25119的demb端，电阻r11的一端连接控制ic3lm25119的rt端，电阻r11的另一端连接被采样装置的地，电阻r12的一端连接控制ic3lm25119的rt端，电阻r12的另一端连接开关管q1的漏极，开关管q1的栅极连接滞回比较电路输出端v4，开关管q1的源极连接被采样装置的地。
32.控制ic3lm25119包括7个端：buck1开关管驱动信号输出端ho1端，buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端，buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端en2端，buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端demb端，buck1和buck2开关频率控制端rt端。
33.其中，buck1开关管驱动信号输出端ho1端连接buck1开关管栅极，驱动buck1开关
管开通和关断；buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端连接buck1同步整流管栅极，驱动buck1同步整流管开通和关断；buck2开关管驱动信号输出端ho2端连接buck2开关管栅极，驱动buck2开关管开通和关断；buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端连接buck2同步整流管栅极，驱动buck2同步整流管开通和关断。
34.buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端en2端具有阈值判断功能，当buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端en2端电压＜2v时，关断buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出；当buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端en2端电压＞2v时，开启buck2开关管驱动信号输出端ho2端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出。
35.buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端demb端具有阈值判断功能，当buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端demb端电压＜2.6v时，关断buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出；当buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端控制端demb端电压＞2.6v时，开启buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端和buck2同步整流管驱动信号输出端lo2端的信号输出。
36.buck1和buck2开关频率控制端rt端对被采样装置地的阻值越大，buck1和buck2开关频率越低。
37.该控制电路的具体工作过程如下：
38.电阻r1两端电压(v2-v1)经过差分放大电路放大并输出电压v3，电压v3作为滞回比较器正向输入端的控制信号，v3经电阻r6和r7分压后得到电压v2+，电压v2+与基准信号vref的电压v2-进行比较，滞回比较器根据v2+与v2-的比较结果，输出电压v4。
39.当电源带载时，滞回比较器v2+＞v2-，输出电压v41＝10v。v41＝10v使受控电路的en2端电压＞2v；使受控电路的demb端电压＞2.6v；使受控电路的开关管q1导通，受控电路的rt端通过电阻r12和开关管q1与电阻r11并联到地，受控电路的rt端对地阻值小。即电源带载时，buck1和buck2同时工作，且buck1和buck2同时使用同步整流模式，且工作频率高，保证电源带载效率。图3为滞回比较电路输出信号v41，buck1开关管驱动信号输出端ho1端，buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端时序逻辑图。
40.当电源空载时，滞回比较器v2+＜v2-，输出电压v42＝0v。v42＝0v使受控电路的en2端电压＜2v；使受控电路的demb端电压＜2.6v；使受控电路的开关管q1关断，受控电路的rt端仅通过电阻r11连接到地，受控电路的rt端对地阻值变大。即电源空载时，buck2被禁止工作，只有buck1单独工作，且buck1禁止同步整流模式，且工作频率变低，大幅度降低电源空载功耗效率。图4为滞回比较电路输出信号v42，buck1开关管驱动信号输出端ho1端，buck1同步整流管驱动信号输出端lo1端，buck2开关管驱动信号输出端ho2端时序逻辑图。
41.同时，考虑控制iclm25119的最低工作频率，可通过进一步增大电阻r11的阻值，降低空载时电源的工作频率，进一步降低电源空载功耗。
42.需要说明的是，由于本实施例滞回比较电路输出端v4同时与ic3lm25119的en2端、demb端和rt端电联接，因此当电源空载时，en2端禁止buck2工作，只有buck1工作；demb端禁
止同步整流模式；rt端降低工作频率；通过这三种方式不同程度的降低电源空载功耗，以达到降低电源空载功耗的最优效果。但如果滞回比较电路输出端v4仅与en2端、或demb端、或rt端中的任意一端和任意两端电联接，当电源空载时，通过禁止buck2工作，只有buck1工作、或禁止同步整流模式、或降低工作频率同样能达到降低电源空载功耗的效果。
43.以上仅是本实用新型优选的实施方式，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述具体实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体控制方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本实用新型说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。