CN102035381B - 一种启动电压可调节的boost电路 - Google Patents
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Abstract
一种启动电压可调节的BOOST电路，包括BOOST电路模块、TL5001芯片、启动电压调整模块和MOSFET驱动电路模块，所述启动电压调整模块包括，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四稳压二极管D4和第五三极管Q5。所述BOOST电路，通过设计了启动电压调整电路模块，可以将整个BOOST电路的启动电源电压提高到需要电压值，使电路在输入电源电压到达设定电压段以上开始工作，低于设定电压停止工作，减小了启动输入电流，不会造成电路被锁死。同时，通过设计了MOSFET驱动电路模块，其电路设计简单易行，驱动效率高，成本低，克服了TL5001在BOOST电路中的驱动电路复杂和高成本的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体来说涉及TL5001控制芯片在BOOST电路（开关直流升压电路，它的特点是其输出电压可以比输入电压高）中的运用，特别适合在汽车电子领域。
背景技术
TL5001是TI（德州仪器）早期推出的一款开关直流/直流控制芯片，芯片引脚图如图1所示。其工作电压范围在3.6V－40V，最高频率高达500KHz，可以作为PWM控制芯片，BUCK电路（降压式变换电路）、BOOST电路的控制芯片，具有很高的性价比，曾经在液晶显示器的电源控制方面就得到广泛运用，由于TI又推出汽车级的控制芯片TL5001-Q，使其能够在迅猛发展的汽车电子领域施展拳脚。
TL5001在BOOST电路的运用中，存在两个技术难点，
一、TL5001最低工作电压为3.6V，在BOOST的升压电路中,往往在3.6V时并不具备升压的条件。
二．TL5001输出端的驱动方式，由于其输出采用的是三极管集电极输出方式，需要将输出信号反向后，再推动后端的主MOSFET，而不能象别的控制芯片那样可以直接驱动MOSFET，如果TL5001输出端接专用驱动芯片，就不再具有价格优势。
在电源电压很低时升压会造成很大的启动电流，发生启动电流过冲现象，这会引起电路工作不稳定，同时也会影响到周边电器的正常工作。
如果3.6V升压功能启动，但没有达到预期电压或电流值，TL5001的保护功能将动作，这时TL5001将被内部锁死，故而在电源电压从低到高缓慢上升时，会发生电路不工作现象，这在汽车控制电器中是不允许的，各大整车厂都有关于电源电压缓慢上升和下降的试验规定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种启动电压可调节的BOOST电路，其可以将整个BOOST电路的启动电源电压提高到需要电压值，使电路在输入电源电压到达设定电压段以上开始工作，低于设定电压停止工作，从而减小了启动输入电流，不会造成电路被锁死，随着输入电源电压的高低变化,系统的工作和关断状态可以自动往复。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种启动电压可调节的BOOST电路，包括电源VCC、BOOST电路模块、TL5001芯片和启动电压调整模块，所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、第一NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与二极管D1的正极和第一NMOS管Q1的漏极连接，第一NMOS管Q1的源极接地，所述二极管D1的负极与第一电容C1连接,第一电容C1的另一端接地。所述启动电压调整模块包括，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四稳压二极管D4和第五三极管Q5，其中，所述第七电阻R7一端和第八电阻R8一端连接后与电源VCC相连，第七电阻R7的另一端与第四稳压二极管D4的负极相连并与第五三极管Q5的发射极连接，第四稳压二极管D4的正极接地，第八电阻R8的另一端与第九电阻R9一端相连并与第五三极管Q5的基极连接，第九电阻R9的另一端接TL5001芯片的1脚，第五三极管Q5的集电极接TL5001芯片的4脚。
根据本发明所述的BOOST电路，较好的是所述BOOST电路还包括MOS管驱动电路模块所述MOS管驱动电路模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第十一电阻R11、第三稳压二极管D3、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，其中，所述第五电阻R5一端接第二三极管Q2的基极和TL5001芯片的第一管脚，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6一端和第三三极管Q3的集电极连接，第六电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极、第三三极管Q3的基极、第四三极管Q4的基极和第三稳压二极管D3的负极连接，第二三极管Q2的发射极与第三稳压二极管D3的正极和第四三极管Q4的集电极连接后接地，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极和第十一电阻R11一端连接，第十一电阻R11的另一端与第一NMOS管Q1的栅极相连。
根据本发明所述的BOOST电路，较好的是所述BOOST电路还包括电流或电压反馈回路模块，所述电流或电压反馈回路模块与第二二极管D2的正极相连，第二二级管D2的负极和第十电阻R10一端连接后与TL5001芯片的4脚连接,第十电阻R10的另一端接地。
本发明的有益效果为：
1、在本发明所述BOOST电路中，设计了启动电压调整电路模块，通过调整电路参数，给反馈电路一个虚拟的负载电流，可以将整个BOOST电路的启动电源电压提高到需要电压值，使电路在输入电源电压到达设定电压段以上开始工作，低于设定电压停止工作，减小了启动输入电流，不会造成电路被锁死，随着输入电源电压的高低变化,系统的工作和关断状态可以自动往复。同时，由于BOOST电路和电压调整电路模块交替工作，这样可以使BOOST电路工作后的负载恒定电压值和电流值不会因为启动电压调整电路模块的存在而受到影响。
2、在本发明所述BOOST电路中，设计了MOSFET驱动电路模块，其电路设计简单易行，驱动效率高，成本低，克服了TL5001在BOOST电路中的驱动电路复杂和高成本的问题。通过MOSFET驱动电路模块将TL5001输出信号反向后在TTL器件与MOSFET之间产生足够的开通和关断的米勒效应（米勒效应，Miller effect，是在电子学中，反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍，其中K是该级放大电路电压放大倍数）所要求的电流，而且可以使MOSFET的驱动信号限制在MOSFET管的安全触发电压范围，保证MOSFET管在外部电源变动下仍然能够安全工作。
附图说明
图1为TL5001芯片引脚图；
图2为本发明所述启动电压可调节的BOOST电路框图；
图3为图2所示BOOST电路中启动电压调整模块电路原理图；
图4为图2所示BOOST电路中MOS管驱动电路模块电路原理图。
具体实施方式
以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
如图1所示，为TL5001芯片引脚图，其管脚1为PWM输出，管脚1为芯片电源＋，管脚3为补偿反馈，管脚4为反馈信号，此电压高于1V后1脚将不再输出PWM信号。管脚5为短路保护，当芯片输出PWM信号后，当管脚4没有电压信号，将触发短路保护动作，锁死芯片功能。管脚6为最高占空比限制，管脚7为工作频率调整，管脚8为GND。
实施例
如图2和图3所示，所述启动电压可调节的BOOST电路包括电源VCC、BOOST电路模块、TL5001芯片和启动电压调整模块，所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、第一NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与二极管D1的正极和第一NMOS管Q1的漏极连接，第一NMOS管Q1的源极接地，所述二极管D1的负极与第一电容C1连接,第一电容C1的另一端接地。所述启动电压调整模块包括，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四稳压二极管D4和第五三极管Q5，其中，所述第七电阻R7一端和第八电阻R8一端连接后与电源VCC相连，第七电阻R7的另一端与第四稳压二极管D4的负极相连并与第五三极管Q5的发射极连接，第四稳压二极管D4的正极接地，第八电阻R8的另一端与第九电阻R9一端相连并与第五三极管Q5的基极连接，第九电阻R9的另一端接TL5001芯片的1脚，第五三极管Q5的集电极接TL5001芯片的4脚。
其中，所述启动电压调整电路模块的工作过程为：
由于TL5001的1脚信号在TL5001初始状态是接地的，所以R8、R9将电源电压分压，使Q5基极电压是低于电源电压值的，而Q5集电极的电压在没有达到D4的稳压值时是等同电源电压的，这个阶段Q5是满足导通条件的，将会有电流从R7、Q5和R10上流过，这是一个虚拟的负载电流，使R10上产生电压送给TL5001的4脚FB，此电压的设定是高于FB的动作电压1V的，因此虽然没有负载电压和电流的反馈信号,但由于有虚拟负载电流的存在,TL5001将不输出PWM信号,也不会引起TL5001的5脚SCP的短路保护动作。
当电源电压超过D4的稳压电压值后，Q5的集电极电压不再变动，但基极的电压却跟随外部电压的升高而升高，此时Q5导通的条件将不满足，随着电源电压的升高，流过R7、Q5、R10的电流越来越少，当R10两端的电压低于1V时，TL5001的1脚开始输出PWM信号，此时第一管脚的信号不再接地，而是TL5001的1脚输出PWM信号的平均值，这将加速Q5的关断，Q5的关断后，TL5001的4脚FB采到的电压信号才是真实的负载电压或电流信号。
通过调整D4、R7、R8、R9的设定值，可以将整个升压系统的启动电源电压提高到需要电压值，使系统在输入电源电压到达设定电压段以上开始工作，低于设定电压停止工作，减小了启动输入电流，不会造成系统被锁死，随着输入电源电压的高低变化,系统的工作和关断状态可以自动往复。由于升压电路和电压调整电路是交替工作的，这样可以使电路升压工作后的负载恒定电压值和电流值不会因为启动电压调整电路的存在而受到影响。
如图4所示，所述BOOST电路还包括MOS管驱动电路模块，所述MOS管驱动电路模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第十一电阻R11、第三稳压二极管D3、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，其中，所述第五电阻R5一端接第二三极管Q2的基极和TL5001芯片的第一管脚，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6一端和第三三极管Q3的集电极连接，第六电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极、第三三极管Q3的基极、第四三极管Q4的基极和第三稳压二极管D3的负极连接，第二三极管Q2的发射极与第三稳压二极管D3的正极和第四三极管Q4的集电极连接后接地，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极和第十一电阻R11一端连接，第十一电阻R11的另一端与第一NMOS管Q1的栅极相连。
其中，Q2的作用是将TL5001的1脚信号进行反向，由于Q2是选择高速开关三极管，Q2的开关速度可以严格控制开关信号的上升沿和下降沿，有利于减小MOSFET管的开关损耗，提高MOSFET管的工作效率。R6和D3将Q2的输出信号稳压，限制最高电压和吸收电源尖峰，和Q3、Q4组成带有充放电特点的射极跟随器，不但可以在TTL器件与MOSFET之间产生足够的开通和关断的米勒效应所要求的电流，而且可以使e端的输出信号Ve限制在MOSFET管的安全触发电压范围，保证MOSFET管在外部电源变动下仍然能够安全工作。
如图2和图4所示，所述BOOST电路还包括电流或电压反馈回路模块，所述电流或电压反馈回路模块与第二二极管D2的正极相连，第二二级管D2的负极和第十电阻R10一端连接后与TL5001芯片的4脚连接,第十电阻R10的另一端接地。所述电流或电压反馈回路模块为采样负载电压或电流信号后的反馈，是TL5001能够及时调整输出占空比，达到稳定电压和电流的目的。第二二极管D2作用为使TL5001的4脚FB取启动电压调整电路和电流和电压反馈回路输出的高电位信号。
本发明所述启动电压可调节的BOOST电路中，设计了启动电压调整电路模块，通过调整电路参数，给反馈电路一个虚拟的负载电流，可以将整个BOOST电路的启动电源电压提高到需要电压值，使电路在输入电源电压到达设定电压段以上开始工作，低于设定电压停止工作，减小了启动输入电流，不会造成电路被锁死，随着输入电源电压的高低变化,系统的工作和关断状态可以自动往复。同时，通过设计了MOSFET驱动电路模块，其电路设计简单易行，驱动效率高，成本低，克服了TL5001在BOOST电路中的驱动电路复杂和高成本的问题。
Claims (3)
1.一种启动电压可调节的BOOST电路，其特征在于：其包括电源VCC、BOOST电路模块、TL5001芯片和启动电压调整模块，其中，
所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、第一NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与二极管D1的正极和第一NMOS管Q1的漏极连接，第一NMOS管Q1的源极接地，所述二极管D1的负极与第一电容C1连接,第一电容C1的另一端接地，
所述启动电压调整模块包括，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四稳压二极管D4和第五三极管Q5，所述第七电阻R7一端和第八电阻R8一端连接后与电源VCC相连，第七电阻R7的另一端与第四稳压二极管D4的负极相连并与第五三极管Q5的发射极连接，第四稳压二极管D4的正极接地，第八电阻R8的另一端与第九电阻R9一端相连并与第五三极管Q5的基极连接，第九电阻R9的另一端接TL5001芯片的1脚，第五三极管Q5的集电极接TL5001芯片的4脚。
2.根据权利要求1所述的BOOST电路，其特征在于：所述BOOST电路还包括MOS管驱动电路模块，所述MOS管驱动电路模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第十一电阻R11、第三稳压二极管D3、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，其中，所述第五电阻R5一端接第二三极管Q2的基极和TL5001芯片的第一管脚，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6一端和第三三极管Q3的集电极连接，第六电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极、第三三极管Q3的基极、第四三极管Q4的基极和第三稳压二极管D3的负极连接，第二三极管Q2的发射极与第三稳压二极管D3的正极和第四三极管Q4的集电极连接后接地，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极和第十一电阻R11一端连接，第十一电阻R11的另一端与第一NMOS管Q1的栅极相连。
3.根据权利要求1或2所述的BOOST电路，其特征在于：所述BOOST电路还包括电流或电压反馈回路模块，所述电流或电压反馈回路模块与第二二极管D2的正极相连，第二二级管D2的负极和第十电阻R10一端连接后与TL5001芯片的4脚连接,第十电阻R10的另一端接地。
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