一种四开关升降压拓扑驱动电路及方法与流程

本技术涉及一种开关驱动电路，尤其涉及一种四开关升降压拓扑驱动电路及方法。

背景技术：

1、目前，两级拓扑四开关+开环全桥的数字电源里，当工作在升压拓扑或者降压拓扑时，桥臂高端的两开关mos管的驱动，低端的开关mos管处于常闭状态，在此情况下，需要增加两路独立的辅助电源供电，在高功率密度的模块电源中，产品尺寸小，pcb板空间有限，导致在方案和器件选型上存在一定困难，无法实现电源产品高功率密度的最终目标。因此，如何缩减电源产品所需占用的空间，实现电源产品高功率高密度，是个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是节省升降压拓扑电路的两路独立的辅助电源供电，从而缩减产品占用空间。

2、本技术的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种四开关升降压拓扑驱动电路，所述电路包括自举模块和驱动模块，其中：

4、所述自举模块用于接收外部的电平信号输入，根据所述电平信号输出一电平信号；

5、所述驱动模块用于接收所述自举模块输出的电平信号，所述电平信号控制所述驱动模块内四开关的分别导通或断开，从而调整占空比稳定电源总线的电压；

6、所述自举模块包括第一自举单元1和第二自举单元3，所述驱动模块包括第一驱动单元2和第二驱动单元4，所述第一自举单元1包括一个整流端、一个自举端和一个驱动输出端，所述第一驱动单元2包括一个信号端、一个驱动输入端和一个接地端，所述第一自举单元1的整流端连接外部的电平信号，所述第一自举单元1的自举端连接外部的辅助电源，所述第一自举单元1的驱动输出端连接所述第一驱动单元2的驱动输入端，所述第一驱动单元2的接地端连接地极，所述第一驱动单元2的信号端用于改变所述第一驱动单元2的内部占空比，从而稳定电源总线的电压；

7、所述四开关升降压拓扑驱动电路还包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一驱动单元2内设所述第一开关和所述第二开关，所述第二驱动单元4内设所述第三开关和所述第四开关，所述第一驱动单元2用于控制所述第一开关和所述第二开关的导通或断开，所述第二驱动单元4用于控制所述第三开关和所述第四开关的导通或断开；

8、所述四开关升降压拓扑驱动电路具有升压工作模式以及降压工作模式，当所述四开关升降压拓扑驱动电路处于升压工作模式时，所述第二开关断开，所述第一开关导通，所述第三开关和所述第四开关依次轮流导通和断开；当所述四开关升降压拓扑驱动电路处于降压工作模式时，所述第四开关断开，所述第三开关导通，所述第一开关和所述第二开关轮流导通和断开；

9、所述第二自举单元3包括一个信号端、一个接地端和一个驱动输出端，所述第二驱动单元4包括一个信号端、一个接地端和一个驱动输入端，所述第二自举单元3的信号端连接电源总线vbus，所述第二自举单元3的接地端连接地极，所述第二驱动单元4的接地端连接地极，所述第二自举单元3的驱动输出端连接第二驱动单元4的驱动输入端，所述第二驱动单元4的信号端用于所述第二驱动单元4输出电压至电源总线vbus，从而稳定电源总线vbus的电压。

10、通过采用上述技术方案，节省了两级拓扑四开关电源的两路电源电路供电，缩小了器件占用空间。

11、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第一自举单元1包括二极管d1、二极管d2、电容器c1和电阻器r1，其中：

12、所述二极管d1的正极连接外部的电平信号；

13、所述电容器c1的第一端连接所述二极管d1的负极，所述电容器c1的第二端连接所述外部的辅助电源；

14、所述二极管d2的正极分别连接所述电容器c1的第一端与所述二极管d1的负极，所述二极管d2的负极连接所述电阻器r1的第一端，所述电阻器r1的第二端连接所述第一驱动单元2的驱动输入端。

15、通过采用上述技术方案，对电容器c1进行自举充电，通过自举充电后的电容器c1能够为第一驱动单元2供给电压。

16、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第一驱动单元（2）包括第一高端mos管q1、第一低端mos管q2、驱动芯片u1和电容器c2，其中：

17、所述第一低端mos管q2的栅极连接所述驱动芯片u1的低端mos驱动脚lo，所述第一低端mos管q2的源极接地，所述第一低端mos管q2的漏极连接所述驱动芯片u1的行信号输出脚hs，所述第一低端mos管q2漏极的还连接所述第一高端mos管q1的源极；

18、所述第一高端mos管q1的栅极连接所述驱动芯片u1的高端mos驱动脚ho，所述第一高端mos管q1漏极连接电源信号vin+；

19、所述电容器c2的第一端分别连接所述驱动芯片u1的电平输出脚hb与所述电阻器（r1）的第二端，所述电容器c2的第二端连接所述第一低端mos管q2的漏极；

20、所述驱动芯片u1的电压输入脚vdd连接电源信号，所述驱动芯片u1的高端控制脚hi与所述驱动芯片u1的低端控制脚li接收单片机控制信号，所述单片机控制信号用于控制所述第一高端mos管q1与所述第一低端mos管q2的导通或断开。

21、通过采用上述技术方案，当工作于buck降压模式时，调整占空比从而稳定电源总线vbus的电压。

22、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第二自举单元3包括驱动芯片u2、电容器c3、mos管q5、mos管q6和二极管d3，其中：

23、所述mos管q6的栅极连接所述驱动芯片u2的低端mos驱动脚lo，所述mos管q6的源极接地，所述mos管q6的漏极连接所述驱动芯片u2的行信号输出脚hs，所述mos管q6的漏极还连接所述mos管q5的源极；

24、所述mos管q5的栅极连接所述驱动芯片u2的高端mos驱动脚ho，所述mos管q5的漏极连接电源总线vbus；

25、所述电容器c3的第一端分别连接所述驱动芯片u2的电平输出脚hb与所述二极管d3的正极，所述电容器c3的第二端并入所述mos管q6漏极与所述驱动芯片u2的行信号输出脚hs之间；

26、所述二极管d3的负极连接所述电容器c3的第一端；

27、所述驱动芯片u2的电压输入脚vdd连接电源信号，所述驱动芯片u2的高端控制脚hi与所述驱动芯片u2的低端控制脚li接收单片机控制信号，所述单片机控制信号用于控制所述mos管q5和所述mos管q6的导通或断开。

28、通过采用上述技术方案，对电容器进行自举充电，经过自举充电后的电容器能够为第二驱动单元4供给电压。

29、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第二自举单元3还包括变压器t1、mos管q7、mos管q8、mos管q9、mos管q10、电容器c5、电容器c6、电容器c7、电阻器r2和电阻器r3，其中：

30、所述mos管q7的漏极连接电源总线vbus，所述mos管q7的源极连接所述mos管q8的漏极，所述mos管q8的源极接地；

31、所述变压器t1的原边绕组的第一端连接所述mos管q5的源极，所述变压器t1的原边线圈的第二端连接所述mos管q7的源极.

32、所述变压器t1的第一副边绕组的第一端连接所述mos管q9的漏极，所述mos管q5的栅极连接电阻器r1的第一端，所述电阻器r1的第一端连接端口sr12，所述端口sr12用于接收单片机控制信号从而控制所述mos管q9的导通或关闭，所述电阻器r1的第二端连接输出负电压vout-，所述mos管q9的源极连接所述输出负电压vout-；

33、所述变压器t1的第一副边绕组的第二端分别连接所述电容器c5的第一端、所述电容器c6的第一端、所述电容器c7的第一端和输出正电压vout+，所述电容器c5的第二端、所述电容器c6的第二端、所述电容器c7的第二端连接所述输出负电压vout-；

34、所述变压器t1的第二副边绕组的第一端分别连接所述电容器c5的第一端、所述电容器c6的第一端、所述电容器c7的第一端和所述输出正电压vout+；

35、所述变压器t1的第二副边绕组的第二端连接所述mos管q10的漏极，所述mos管的栅极连接所述电阻器r3的第一端，所述电阻器r3的第一端连接端口sr34所述电阻器r3的第二端连接所述输出负电压vout-，所述mos管q10的源极连接所述输出负电压vout-。

36、通过采用上述技术方案，对输入电压进行整流滤波处理，输出电平信号。

37、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第二驱动单元4包括第二高端mos管q3、第二低端mos管q4、驱动芯片u3和电容器c4，其中：

38、所述第二低端mos管q4的栅极连接所述驱动芯片u3的低端mos驱动脚lo，所述第二低端mos管q4的源极接地，所述第二低端mos管q4的漏极连接所述驱动芯片u3的行信号输出脚hs，所述第二低端mos管q4的漏极还连接所述第二高端mos管q3的源极；

39、所述第二高端mos管q3的栅极连接所述驱动芯片u3的高端mos驱动脚ho，所述第二高端mos管q3的漏极连接电源总线vbus；

40、所述电容器c4的第一端连接所述驱动芯片u3的电平输出脚hb，所述电容器c4的第二端连接所述第二低端mos管q4的漏极；

41、所述驱动芯片u3的电压输入脚vdd连接第一电源信号，所述驱动芯片u3的高端控制脚hi与所述驱动芯片u3的低端控制脚li接收单片机控制信号，所述单片机控制信号用于控制所述第二高端mos管q3与所述第二低端mos管q4的导通或断开。

42、通过采用上述技术方案，当工作于buck降压模式时，第二自举单元3内的自举电容器对电容器c4进行充电，电容器c4又为第二高端mos管q3提供了驱动电压，从而调整占空比，使电源总线vbus的电压保持稳定。

43、本技术的一种可能的实施方式中，可以进一步配置为，所述第一驱动单元（2）与所述第二驱动单元4之间还包括电感l1，所述电感l1的第一端连接所述第一高端mos管q1的源极，所述电感l1的第二端连接所述第二高端mos管q3的源极。

44、通过采用上述的技术方案，电感l1为升降压拓扑电感，能够存储电能，并适时将存储的电能与电源信号vin+的电能一起输出至电源总线vbus，实现升压作用。

45、本技术的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

46、一种四开关驱动拓扑驱动方法，所述方法包括：

47、第一自举单元1接收外部的电平信号，所述电平信号对所述第一自举单元1的电容器c1进行自举充电；

48、第二自举单元3接收外部的电平信号，所述电平信号对电容器c3进行充电储能；

49、若电路工作于boost升压模式，则控制第二高端mos管q3、第二低端mos管q4以互补占空比的方式工作；

50、控制第一低端mos管q2处于常断状态，并控制第一高端mos管q1处于常闭状态，在此情况下所述第一自举单元1内的电容器c1提供驱动电压经电容器c2、第一高端mos管q1输出至电源信号vin+，对所述电容器c2进行充电储能；

51、所述储能后的电容器c2驱动所述第一高端mos管q1的导通；

52、若电路工作于buck降压模式，则控制第一高端mos管q1、第一低端mos管q2以互补占空比的方式工作；

53、控制第二低端mos管q4处于常断状态，并控制第二高端mos管q3处于常闭状态，在此情况下所述第二自举单元3内的电容器c3提供驱动电压经过二极管d2、电容器c4、所述第二高端mos管q3输出至电源总线vbus，对所述电容器c4进行充电储能；

54、所述储能后的电容器c4驱动所述第二高端mos管q3的导通。

55、通过采用上述技术方案，通过两个自举电容在不同模式下对应调整第一高端mos管q1、第一低端mos管q2、第二高端mos管q3和第二低端mos管q4的占空比，达到升降压的目的。

56、综上所述，本技术公开了一种四开关升降压拓扑驱动电路及方法，其至少包括以下一种有益效果：

57、1.在自举电容器储能时，外部的电平信号分别对第一自举单元1与第二自举单元3内的两颗电容器进行自举充电储能，充电储能后的自举电容器在电路工作于buck或boost模式时，会分别向对应的驱动单元充当电源提供电压。

58、2.在电路工作于boost模式时，经过充电储能后的第一自举电容器会释放电能为第一驱动单元2内电容器充电，第一驱动单元2内的电容器经过充能会驱动输入电压侧的mos管内电路导通，实现其开通控制；在电路工作于buck模式时，经过充电储能后的第二自举电容器会释放电能为第二驱动单元4内电容器充电，第二驱动单元4内的电容器经过充电会驱动电源总线侧的mos管内电路导通，实现其开通控制。

59、3.在pcb设计时，本技术能够节省升降压拓扑电路的两路独立的辅助电源供电，从而缩减产品占用空间，有助于实现电源产品的高功率密度目标。