CN102185478A - 峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，其包括运算放大器，所述运算放大器的输出端与第三MOS管的栅极端相连，第三MOS管的源极端与运算放大器的反相端相连后通过第一电阻接地，第三MOS管的漏极端分别与第一MOS管的漏极端、第一MOS管的栅极端及第二MOS管的栅极端相连；第一MOS管与第二MOS管的源极端对应相连后与电源IDC相连，电源IDC对应于与第二MOS管源极端相连的另一端与第二MOS管的漏极端相连；第二MOS管的漏极端通过第二电阻接地。本发明结构简单，调节方便，确保变换器的使用安全，延长变换器的使用寿命，降低变换器的使用成本，安全可靠。

Description

峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构

技术领域

本发明涉及一种电路结构，尤其是一种峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，具体地说是用于电流模DC-DC变换器峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，属于电流模DC-DC变换器的技术领域。

背景技术

DC-DC变换器根据所采用的反馈方式可以分为电压模和电流模两种类型。其中，电压反馈控制是开关电源最基本的一种控制技术，属于单环反馈控制方式。电压反馈控制只通过一个电压反馈信号实现整个电路的负反馈，整个控制电路中只有一个反馈环路，是一种单环控制系统。电流控制可以分为平均电流和峰值电流反馈控制，由于平均电流反馈控制电流放大器在开关频率处的增益有最大限制，而且双闭环放大器带宽、增益等参数设计调试复杂，因此在实际中很少采用。通常所说的电流反馈控制都是只峰值电流反馈控制。DC-DC变换器中的峰值电流电路能够避免整个电路电流过大造成的损坏，但是相应峰值电流电路一般会设计一个固定的峰值电流限制，但一般峰值电流电流限制较整个电路正常工作时的最大负载电流都要大很多。而开关管导通电阻以及整个变换器功耗散热等一般都按照实际工作负载电流来考虑。但当变换器工作在异常状况，例如短路时，会长时候保持在最大峰值电流工作，则会导致变换器的损坏，影响变换器的正常使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，其结构简单，调节方便，确保变换器的使用安全，降低变换器的使用成本，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，包括运算放大器，所述运算放大器的输出端与第三MOS管的栅极端相连，第三MOS管的源极端与运算放大器的反相端相连后通过第一电阻接地，第三MOS管的漏极端分别与第一MOS管的漏极端、第一MOS管的栅极端及第二MOS管的栅极端相连；第一MOS管与第二MOS管的源极端对应相连后与电源IDC相连，电源IDC对应于与第二MOS管源极端相连的另一端与第二MOS管的漏极端相连；第二MOS管的漏极端通过第二电阻接地。

所述运算放大器的同相端为反馈电压输入端FB。所述第一MOS管、第二MOS管及第三MOS管均为P型MOS管。

本发明的优点：运算放大器与第三MOS管M3对应相连后形成电压跟随器，运算放大器的同相端接受负载反馈电压V_FB，第三MOS管M3的漏极端与第一MOS管M1的漏极端、第一MOS管M1的栅极端及第二MOS管M2的栅极端相连，负载反馈电压V_FB产生的电流I1通过第一MOS管M1与第二MOS管M2镜像后得到电流I2，并与电源IDC对应配合后产生电压Vcalmp；所述电压Vcalmp与峰值电流电路中的采样电流呈线性变化关系，因此通过峰值电流电路输出电压与电压Vcalmp比较后能够控制PWM比较器输出的翻转，能够控制整个DC-DC变换器的使用状态，避免DC-DC变换器驱动负载长时间工作于最大峰值电流状态，确保DC-DC变换器的使用安全，降低了DC-DC变换器的使用成本，延长使用寿命，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

附图标记说明：1-运算放大器。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能够对峰值电流电路输出电压自动调节，本发明包括运算放大器1，所述运算放大器1的输出端与第三MOS管M3的栅极端相连，运算放大器1的反相端与第三MOS管M3的源极端相连，运算放大器1的同相端形成反馈电压输入端FB；运算放大器1与第三MOS管M3连接后形成电压跟随器。第三MOS管M3的源极端通过第一电阻R1接地，第三MOS管M3的漏极端与第一MOS管M1的漏极端、第一MOS管M1的栅极端及第二MOS管M2的栅极端相连。第一MOS管M1的栅极端与第二MOS管M2的栅极端相连，从而第一MOS管M1与第二MOS管M2间形成镜像源。第一MOS管M1与第二MOS管M2的源极端对应相连，并与电源IDC的一端相连，电源IDC对应于与第二MOS管M2源极端相连的另一端与第二MOS管M2的漏极端相连，第二MOS管M2的漏极端与电源IDC相交于Y点，并通过第二电阻R2接地。第一MOS管M1、第二MOS管M2及第三MOS管M3均为P型MOS管。电源IDC可以为电流源或者电压源。

使用时，运算放大器1的反馈电压输入端FB与反馈电压V_FB相连，所述反馈电压V_FB为DC-DC变换器带载时通过对负载电压的采样得到，一般可假设通过取样电阻来采样得到反馈电压V_FB。当反馈电压V_FB加载于运算放大器1的同相端后，由于运算放大器1形成电压跟随器，运算放大器1使第三MOS管M3导通的同时会产生电流I1，所述电流I1可以表示为：

$I1=\frac{V_{\mathrm{FB}}}{R1}---\left(1\right)$

由于第一MOS管M1与第二MOS管M2形成镜像源，且第一MOS管M1与第二MOS管M2相应导电沟道的宽长比可以任意设定，这里假设第一MOS管M1与第二MOS管M2相应导电沟道的宽长比为1∶1，因此能够在第二MOS管M2的漏极端得到与电流I1相同的电流值；也即

I2＝I1                                (2)

因此，流过第二MOS管M2漏极端的电流I2与电源在Y点产生相应的电压值Vclamp，则Vcalmp可以表示为：

$\mathrm{Vclamp}=\frac{R2}{R1}*V_{\mathrm{FB}}+V_{\mathrm{DC}}---\left(3\right)$

此电压Vcalmp也即是电流模DC-DC变换器中当负载处于大电流工作时，输入到PWM比较器输入端的最大峰值电压值。为了保证DC-DC变换器的安全，PWM比较器的一端与峰值电流电路相连。峰值电流电路用于对DC-DC变换器驱动相应负载的电流采样并转换为电压后输入到PWM比较器的另一端，当峰值电流电路输出的电压值与Vcalmp相等时，PWM比较器向PWM控制器输出相应的控制信号，使PWM控制器关断整个DC-DC变换器的输出，确保DC-DC变换器的使用安全。

具体地，假设峰值电流电路输出的电压为V_P，当忽略斜坡补偿量时，可以将V_P表示为：

V_P＝I_P*R_S                  (4)

其中，I_P为滤波电感电流，R_S为采样电阻。

当电压Vclamp与电压V_P电压相同时，PWM比较器发生翻转，也即达到电流模DC-DC变换器的电流限制；此时，有

$\frac{P_2}{P_1}*V_{\mathrm{FB}}+V_{\mathrm{DC}}=I_P*R_S---\left(5\right)$

能够得到

$I_P=\frac{\frac{R_2}{R_1}*V_{\mathrm{FB}}+V_{\mathrm{DC}}}{R_S}=\frac{R_2}{R_S*R_1}*V_{\mathrm{FB}}+\frac{V_{\mathrm{DC}}}{R_S}---\left(6\right)$

由上式(6)可知，采样得到的滤波电感电流I_P随着负载反馈电压V_FB线性变化。因此，当DC-DC变换器驱动负载长时间工作在最大峰值电流工作时，能够根据负载反馈电压V_FB间的电压跟随，从而实现了峰值电流的动态调节，并通过PWM比较器输出的翻转关断整个变换器，确保整个变换器的使用安全。当峰值电流电路的采样电压I_P跟随负载焊块电压V_FB线性变化后，峰值电流电路的输出也会跟随相应的变化，确保能够使PWM比较器输出的翻转，达到通过PWM比较器输出状态的翻转控制DC-DC变换器的工作状态。当实际中考虑斜坡补偿量时，滤波电感电流I_P与负载反馈电压V_FB同样也保持相应的线性关系。

本发明运算放大器1与第三MOS管M3对应相连后形成电压跟随器，运算放大器1的同相端接受负载反馈电压V_FB，第三MOS管M3的漏极端与第一MOS管M1的漏极端、第一MOS管M1的栅极端及第二MOS管M2的栅极端相连，负载反馈电压V_FB产生的电流I1通过第一MOS管M1与第二MOS管M2镜像后得到电流I2，并与电源IDC对应配合后产生电压Vcalmp；所述电压Vcalmp与峰值电流电路中的采样电流呈线性变化关系，因此通过峰值电流电路输出电压与电压Vcalmp比较后能够控制PWM比较器输出的翻转，能够控制整个DC-DC变换器的使用状态，避免DC-DC变换器驱动负载长时间工作于最大峰值电流状态，确保DC-DC变换器的使用安全，降低了DC-DC变换器的使用成本，延长使用寿命，安全可靠。

Claims (3)

1.一种峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，其特征是：包括运算放大器(1)，所述运算放大器(1)的输出端与第三MOS管(M3)的栅极端相连，第三MOS管(M3)的源极端与运算放大器(1)的反相端相连后通过第一电阻(R1)接地，第三MOS管(M3)的漏极端分别与第一MOS管(M1)的漏极端、第一MOS管(M1)的栅极端及第二MOS管(M2)的栅极端相连；第一MOS管(M1)与第二MOS管(M2)的源极端对应相连后与电源IDC相连，电源IDC对应于与第二MOS管(M2)源极端相连的另一端与第二MOS管(M2)的漏极端相连；第二MOS管(M2)的漏极端通过第二电阻(R2)接地。

2.根据权利要求1所述峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，其特征是：所述运算放大器(1)的同相端为反馈电压输入端FB。

3.根据权利要求1所述峰值电流电路输出电压自动调节的电路结构，其特征是：所述第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)及第三MOS管(M3)均为P型MOS管。

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