CN101471602B - 双向直流电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双向直流电源电路，包括检测电阻，用于检测输入电流信号；信号处理模块，用于反馈检测电阻的电压、反馈检测电流和方向控制处理，输出脉宽控制信号；脉宽调制模块，根据信号处理模块输入的控制信号出输脉宽信号；开关驱动模块，根据脉宽调制模块输出的脉宽信号，选择开关导通或截止。信号处理模块根据检测电阻较低的检测电流信号，来控制脉宽调制模块脉宽较高，开关驱动模块根据较低的脉宽控制两MOS管导通或截止，从而实现升压和降压两方向的电量转化。本发明有效降低直流电源成本。
Description
技术领域
本发明涉及电源转换领域，特别涉及一种升压和降压直流电源转换电路。
背景技术
现有便携式产品越来越多采用了可充电电源，需要对电源电量释放和充电管理，如交流-直流(AC-DC)适配器充电、USB充电，以及电池之间相互充电等，目前直流-直流(DC-DC)电源电路对升压和降压两个不同方向上电压间转换，实现升压和降压，需要采用电量释放转化模块和充电管理模块，以及各自独立的外围元件才能实现。如果仅用一个模块及其外围元件，不能实现直流电源双向转化，增加直流电源转换电路的成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种双向直流电源电路，实现直流电源电路升降压双向控制，降低直流电源成本，方便产品小型化。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种双向直流电源电路，包括一检测电阻，用于检测电流信号；一信号处理模块，用于反馈检测电阻的电压、反馈检测电流和方向控制处理，输出脉宽控制信号；一脉宽调制模块，根据信号处理模块输入的脉宽控制信号出输脉宽信号；一开关驱动模块，根据脉宽调制模块输出的脉宽信号，选择开关导通或截止。
优选地，所述检测电阻的阻值在30～100mΩ。
优选地，所述信号处理模块包括一方向控制单元、一电流反馈单元和一电压反馈单元，其中方向控制单元分别与电流反馈单元和电压反馈单元连接，所述方向控制单元还与脉宽调制模块中的双向脉宽调制单元连接，电压反馈单元与脉宽调制模块中的振荡器连接。
优选地，所述脉宽调制模块包括振荡器和双向脉宽调制单元，其中振荡器与双向脉宽调制单元连接，通过振荡器的时钟信号控制双向脉宽调制电路输出。
优选地，所述开关驱动模块包括一P型MOS管、一N型MOS管和一电感，其中P型MOS管的漏极与N型MOS管的源极接连，P型和N型MOS管的栅极分别与脉宽调制模块脉宽信号输出连接，电感与P型MOS管的源极和N型MOS管的漏极连接，提供偏置电压。直流电源电路升压模式时，N型MOS管导通，P型MOS管截止。
所述电压反馈单元包括误差放大电路、电流设置电路、选通电路、第一补偿电路和第二补偿电路，误差放大电路对反馈电压进行误差放大，电流设置电路根据误差放大电路提供的误差放大信号生成该误差放大信号的峰值电流，经过第一补偿电路或第二补偿电路信号斜坡补偿得到补偿后的峰值电流，由选通电路对补偿后的峰值电流进行选通。
优选地，上述选通电路为双路选通，第一补偿电路和第二补偿电路为斜坡补偿。
所述电流反馈单元包括电流放大电路，将较低电压和检测电阻检测的电流对应的电压进行放大，所述较低电压为输入电压与检测电阻之间的压降。
所述方向控制单元包括第一比较器、第二比较器和第三比较器，第一比较器根据选通电路输入的信号与电流反馈单元输出的放大电流进行比较，确定电流比较信号的电位；第二比较器根据电流设置电路处理生成的峰值电流和静态电位信号输入，生成方向选择信号；第三比较器根据较低电压和检测电阻电流的电压输出反向电流比较信号，较低电压为输入电压与检测电阻之间的压降，静态电位信号为检测电阻电压与较低电压相等时电流放大电路输出的电压。优选地，比较器为差分比较器。
本发明双向直流电源电路，通过检测电阻检测电流，并将该电流反馈给信号处理模块进行处理，由信号处理模块输出脉宽控制信号，脉宽调制模块根据脉宽控制信号输出脉宽信号，开关驱动模块根据脉宽信号开关导通或截止，从而控制直流电源电路输出，实现升压或降压两方向上的电能转化。降低直流电源电路成本。
附图说明
图1为本发明实施例电路原理框图；
图2为本发明实施例信号处理模块电路框图；
图3为本发明实施例脉冲调制模块电路框图；
图4为本发明实施例开关控制单元原理图；
图5为本发明实施例电压反馈单元电路框图；
图6为本发明实施例电路示意图；
图7为本发明实施例开关控制模块与检测电阻检测电流之间的时序关系示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
参照图1的双向直流电源电路，该电路包括检测电阻11，用于检测输入电流信号，检测电阻11的阻值设在30～100mΩ；信号处理模块12，用于反馈检测电阻的电压、反馈检测电流和方向控制处理，输出脉宽控制信号；脉宽调制模块13，根据信号处理模块输入的脉宽控制信号出输脉宽信号；开关驱动模块14，根据脉宽调制模块13输出的脉宽信号，选择开关导通或截止。
检测电阻11将电源电流信号反馈给信号处理模块12，由信号处理模块12进行处理，生成脉宽控制信号，脉宽调制模块13根据脉宽控制信号输出脉宽信号给开关驱动模块14，由开关驱动模块14根据脉宽信号控制开关导通或截止。
如图2所示，信号处理模块12包括电流反馈单元121、方向控制单元122和电压反馈单元123。电流反馈单元121对反馈输入的电流进行处理，生成电流放大信号，并输送给方向控制单元122；电压反馈单元123对反馈输入的电压进行处理，生成电流输送给方向控制单元122，由方向控制单元122发出脉宽控制信号。
如图3所示，脉宽调制模块13包括双向脉宽调制电路131和振荡器132，振荡器132与双向脉宽调制电路131连接，通过振荡器132的时钟信号控制双向脉宽调制电路131输出。
如图4所示，开关驱动模块14包括一P型MOS管、一N型MOS管和一电感L，其中P型MOS管的漏极与N型MOS管的源极接连，P型MOS管和N型MOS管的栅极分别与脉宽调制模块13脉宽信号输出连接，电感L与P型MOS管的源极和N型MOS管的漏极连接，提供偏置电压。直流电源电路处于升压模式时，N型MOS管导通，P型MOS管截止。
如图5所示，电压反馈单元123包括误差放大电路1235、电流设置电路1234、选通电路1232、第一补偿电路1233和第二补偿电路1231。误差放大电路1235对反馈电压进行误差放大，将误差放大信号送电流设置电路1234中，由电流设置电路1234根据误差放大电路1235误差放大信号生成峰值电流，经过第一补偿电路1233或第二补偿电路1231信号补偿，由选通电路1232选通经过第一补偿电路1233或第二补偿电路1231进行补偿的峰值电流，其中选通电路1232为双路选通，第一补偿电路1231和第二补偿电路1233为斜坡补偿。
如图6所示，电压V1为输入电压Vint与检测电阻11之间压降，电压V2为输出电压Vout与开关驱动模块14之间压降，电压V1与电压V2比较时，电压V1低于电压V2，设电压V1为较低电压，电压V2为较高电压，在较低电压V1与电感L之间串接检测电阻11，通过检测电阻11上的压降来检测通过检测电阻11上的电流；较低电压V1通过检测电阻11输入开关驱动模块14，同时将检测电阻11上的电流分别输入电流反馈单元121中的电流放大器和方向控制单元122中的第三比较器1223，较高电压V2输入脉宽调制模块13中的双向脉宽调制单元131。在输入电压Vin端和输出电压Vout端分别设有滤波电容C1、C2，在较高电压V2之间还连接有两分压电阻R1、R2，较高电压V2经过分压电阻R2反馈给电压反馈单元123中的误码差放大电路1235。
当电源输入本发明直流电源电路后，检测电阻11将检测的电流分成两路，一路电流输送给电流反馈单元121中的电流放大器，由电流放大器对检测电阻11检测的电流对应的电压和较低电压V1进行放大，将电流放大器放大的放大电流输入方向控制单元122中的第一比较器1221负极。设较低压电V1与检测电阻11检测的电流对应的电压相同时，电流放大器放大的放大电流对应的电位为静态电位。另一路电流输送给方向控制单元122中的第三比较器1223，由第三比较器1223对较低电压V1和输入检测电流对应的电压进行比较，输出反向电流比较信号。检测电阻11还将开关驱动模块12中的电感L上的电流放大为电压，输给P型MOS管的源极和N型MOS管的漏极。
较高电压V2经过电阻R2分压反馈给电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB2，较低电压V1经过反馈输入电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB1，其中设电感L上的电流为零时，电流反馈单元121中的电流放大器放大的放大电流对应的电位为参考电位V-ref。由误码差放大电路1235对较低电压V1和较高电压V2的反馈电压进行误差放大处理，生成误差放大信号，并将该误差放大信号输送给电流设置电路1234。当双向直流电源电路处于升压或降压模式时，电流设置电路1234根据误差放大信号生成峰值电流I-0，由升压或降压模式确定电感L上的电流方向，同时结合第三比较器1223，来确定电感L电流大小。方向控制单元122中的第二比较器1222根据静态电位和峰值电流I-0进行处理输出方向选择信号，设方向选择信号的电位高时，直流电源电路为升压模式，方向选择信号为低时，直流电源电路为降压模式。峰值电流I-0经过第一补偿电路1231进行斜坡补偿，生成用于直流电源电路升压模式下的峰值电流I-1。峰值电流I-0经过第二补偿电路1233进行斜坡补偿，生成用于双向直流电源电路降压模式下的峰值电流I-2，其中第一补偿电路1231和第二补偿电路1233由脉宽调制模块13中的振荡器132时钟信号进行控制。双路选通电路1232对峰值电流I-1或I-2进行选通，直流电源电路处于升压模式时，双路选通电路1232选通I-1，直流电源电路处于降压模式时，双路选通电路1232选通I-2，并将选通的峰值电流I-1或I-2输入方向控制单元122中的第一比较器1221中的正极，由第一比较器1221，将选通峰值电流I-1或I-2与电流反馈单元121中的电流放大器输出的放大电流进行比较，生成电流比较信号。双向直流电源电路处于升压模式，当放大电流低于选通的峰值电流I-1时，电流比较信号为低电平；当放大电流高于选通的峰值电流I-1时，电流比较信号为高电平。第二比较器1222根据静态电位和峰值电流I-0生成方向选择信号。双向脉宽调制单元131根据第一比较器122输出的电流比较信号、第二比较器1222输出的方向选择信号、第三比较器1223输出的反向电流比较信号和振荡器132发出的时钟信号来控制脉宽信号输出。开关驱动模块12中的P型MOS管和N型MOS管根据双向脉宽调制单元131输出的脉宽信号，确定导通或截止，此时输出电压Vout＝V-ref×(R1+R2)/R2，通过调节分压电阻，可以调整直流电源电路电压输出。
如图7所示，当双向脉宽调制单元131输出的脉宽信号处于上升沿时，双向直流电源电路中开关驱动模块14的N型MOS管导通，P型MOS管截止；单向升压直流电源电路中的N型MOS管导通，P型MOS管截止。当双向脉宽调制单元131输出的脉宽信号处于下降沿时，双向直流电源电路中开关驱动模块14的P型MOS管导通，N型MOS管截止；单向升压直流电源电路中的P型MOS管导通，N型MOS管截止。
具体地说，当双向直流电源电路处于升压模式时，电源输入本发明双向直流电源电路后，检测电阻11将检测的电流分成两路，一路电流输送给电流反馈单元121中的电流放大器，由电流放大器对检测电阻11检测的电流对应的电压和较低电压V1进行放大，将电流放大器放大的放大电流输入方向控制单元122中的第一比较器1221负极。设较低压电V1与检测电阻11检测的电流对应的电压相同时，电流放大器放大的放大电流对应的电位为静态电位。另一路电流输送给方向控制单元122中的第三比较器1223，由第三比较器1223对较低电压V1和输入检测电流对应的电压进行比较，输出反向电流比较信号。检测电阻11还将开关驱动模块12中的电感L上的电流放大为电压信号，输给P型MOS管的源极和N型MOS管的漏极。
较高电压V2经过电阻R2分压反馈给电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB2，较低电压V1经反馈输入电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB1，其中设电感L上的电流为零时，电流反馈单元121中的电流放大器放大的放大电流对应的电位为参考电位V-ref。由误码差放大电路1235对较低电压V1和较高电压V2的反馈电压进行误差放大处理，生成误差放大信号，并将该误差放大信号输送给电流设置电路1234。方向控制单元122中的第二比较器根据静态电位和峰值电流I-0进行处理输出方向选择信号，方向选择信号为高电位，双向直流电源电路为升压模式，峰值电流I-0经过第一补偿电路1231进行斜坡补偿，生成用于双向直流电源电路升压模式下的峰值电流I-1，其中第一补偿电路1231由脉宽调制模块13中的振荡器132时钟信号进行控制。双路选通电路1232对峰值电流I-1进行选通，并将选通的峰值电流I-1输入方向控制单元122中的第一比较器1221中的正极，由第一比较器1221，将选通的峰值电流I-1与电流反馈单元121中的电流放大器输出的放大电流进行比较，生成电流比较信号，放大电流低于选通峰值电流I-1时，电流比较信号为低电平。第二比较器1222根据静态电位和峰值电流I-0生成方选择信号。双向脉宽调制单元131根据第一比较器122输出的低电平电流比较信号、第二比较器1222输出的方向选择信号、第三比较器1223输出的反向电流比较信号和振荡器132发出的时钟信号来控制脉宽信号输出。开关驱动模块12中的P型MOS管和N型MOS管根据脉宽信号，确定导通或截止。
当双向直流电源电路处于降压模式时，电源输入本发明双向直流电源电路后，检测电阻11将检测的电流分成两路，一路电流输送给电流反馈单元121中的电流放大器，由电流放大器对检测电阻11检测的电流对应的电压和较低电压V1进行放大，将电流放大器放大的放大电流输入方向控制单元122中的第一比较器1221负极。设较低压电V1与检测电阻11检测的电流对应的电压相同时，电流放大器放大的放大电流信号对应的电位为静态电位。另一路电流输送给方向控制单元122中的第三比较器1223，由第三比较器1223对较低电压V1和输入检测电流对应的电压进行比较，输出反向电流比较信号。检测电阻11还将开关驱动模块12中的电感L上的电流放大为电压信号，输给P型MOS管的源极和N型MOS管的漏极。
较高电压V2经过电阻R2分压反馈给电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB2，较低电压V1经反馈输入电压反馈单元123中的误差放大电路1235上的FB1，其中设电感L上的电流为零时，电流反馈单元121中的电流放大器放大的放大电流对应的电位为参考电位V-ref。由误码差放大电路1235对较低电压V1和较高电压V2的反馈电压进行误差放大处理，生成误差放大信号，并将该误差放大信号输送给电流设置电路1234。方向控制单元122中的第二比较器根据静态电位和峰值电流I-0进行处理输出方向选择信号，方向选择信号的电位低，双向直流电源电路为降压模式。峰值电流I-0经过第二补偿电路1233进行斜坡补偿，生成用于双向直流电源电路降压模式下的峰值电流I-2，其中第二补偿电路1233由脉宽调制模块13中的振荡器132时钟信号进行控制。双路选通电路1232对峰值电流I-2进行选通，并将选通的峰值电流I-2较低方向控制单元122中的第一比较器1221中的正极，由第一比较器1221，将选通的峰值电流I-2与电流反馈单元121中的电流放大器输出的放大电流进行比较，生成电流比较信号，放大电流高于选通的峰值电流I-2，电流比较信号为高电平。第二比较器1222根据静态电位和峰值电流I-0生成方选择信号。双向脉宽调制单元131根据第一比较器122输出的电流比较信号、第二比较器1222输出的方向选择信号、第三比较器1223输出的反向电流比较信号和振荡器132发出的时钟信号来控制脉宽信号输出。开关驱动模块12中的P型MOS管和N型MOS管根据脉宽信号，确定导通或截止。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种双向直流电源电路，其特征在于，所述双向直流电源电路包括：
一检测电阻，用于检测电流信号；
一信号处理模块，用于反馈检测电阻的电压、反馈检测电流和方向控制处理，输出脉宽控制信号；
一脉宽调制模块，根据信号处理模块输入的脉宽控制信号输出脉宽信号；
一开关驱动模块，根据脉宽调制模块输出的脉宽信号，选择开关导通或截止；
所述信号处理模块，包括方向控制单元、电流反馈单元和电压反馈单元，其中方向控制单元分别与电流反馈单元、电压反馈单元和脉宽调制模块中的双向脉宽调制单元连接，电压反馈单元与脉宽调制模块中的振荡器连接；
所述电压反馈单元，包括误差放大电路、电流设置电路、选通电路、第一补偿电路和第二补偿电路，电流设置电路根据误差放大电路输出的误差放大信号生成该误差放大信号的峰值电流，经第一补偿电路或第二补偿电路信号斜坡补偿得到补偿后的峰值电流，由选通电路对补偿后的峰值电流进行选通。
2.根据权利要求1所述的双向直流电源电路，其特征在于，所述开关驱动模块包括一P型MOS管、一N型MOS管和一电感，P型MOS管的漏极与N型MOS管的漏极接连，P型和N型MOS管的栅极分别与脉宽调制模块脉宽信号输出连接，电感与P型MOS管的漏极和N型MOS管的漏极连接。
3.根据权利要求2所述的双向直流电源电路，其特征在于，直流电源电路处于升压模式时，N型MOS管导通，P型MOS管截止。
4.根据权利要求1所述的双向直流电源电路，其特征在于，所述检测电阻的阻值在30～100mΩ。
5.根据权利要求1所述的双向直流电源电路，其特征在于，所述脉宽调制模块，包括振荡器和双向脉宽调制单元，其中振荡器电路与双向脉宽调制单元连接，通过振荡器电路的时钟信号控制输出的脉宽信号。
6.根据权利要求1所述的双向直流电源电路，其特征在于，所述选通电路为双路选通。
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