CN102185499A - 低功耗pwm输出驱动钳位电路 - Google Patents

Abstract

本发明是一种低功耗PWM输出驱动钳位电路。它包括镜像比为1∶N的驱动电流镜(1)、反相器(2)、钳位稳压管(311)、图腾柱式输出驱动器(3)。本发明的特点是在所述的驱动电流镜(1)与钳位稳压管(311)之间接有一个电流反馈环路，该电流反馈环路由镜像比为1∶K的第一反馈电流镜(4)和镜像比为1∶1的第二反馈电流镜(5)连接构成。本发明在现有PWM输出驱动钳位电路设置一个电流反馈环路，从而在不影响正常驱动能力的前提下极大地降低了钳位电流，节省了电路的功耗，同时，本发明电路还具有结构简单，便于集成，容易实现和成本低的特点。

Description

低功耗PWM输出驱动钳位电路

技术领域

本发明涉及一种用于AC-DC变换器控制芯片的PWM输出驱动钳位电路，特别是涉及一种低功耗PWM输出驱动钳位电路。

背景技术

AC-DC变换器已广泛应用于几乎所有电子设备中。图2示出一种典型的反激式AC-DC变换电路，它主要包含一个开关变压器30、整流管40、滤波电容50、输出电压采样电路60、控制芯片10、功率开关管20，所述的开关变压器30用于隔离输入和输出，控制芯片10根据负载(即输出端电压Vo)的变化用软件运算出一个其占空比随之变化的PWM(脉冲宽度调制)信号，并通过一个PWM输出驱动电路驱动后从OUT端输出，从而通过调节开关管20的导通时间来控制输入电压V_in每个周期从变压器原边传到副边的能量，最终使输出电压V_O跟随设置值而保持不变。通常，功率开关管20充分导通的电压约6-10V，因此控制芯片10的驱动输出电压VCC只要12V左右就完全足够了，输出驱动电压VCC过高不但会危及功率开关管20的安全，而且很大一部分能量会浪费在给功率开关管20的栅源极间电容的充电上，特别是当开关频率很高时，过高的驱动输出电压VCC带来的功率损耗将变得非常可观。因此几乎所有的控制芯片都会对驱动输出进行钳位，在保证功率开关管充分导通的同时节省开关损耗并确保开关管的安全。

目前最常用的PWM输出驱动电路如图3所示，它由驱动电流镜100、反相器200、图腾柱式驱动输出电路300和钳位稳压管211构成。该电路的工作过程是：当PWM信号为高电平时，反相器200的输出电压VH为低电平，则驱动输出电路300中的上驱动管207关断，而驱动输出电路300中的下驱动管209处于导通状态，这时，PWM输出驱动电压VG为低电平；当PWM信号为低电平时，反相器200的上管204导通，其下管205截止，同时，驱动输出电路300中的下驱动管209截止，这时，驱动电流镜100所产生的电流I1(I1＝N＊I0)通过上管204给驱动输出电路300中上驱动管207的栅源极充电，当充电电压VH达到上驱动管207栅源极的导通电压时，上驱动管207导通，并且随着电压VH的升高，输出电压VG也随之升高，如果在该电压上升期间VCC没有超过额定值，则电压VH被充至VCC，这时稳压管211没有被击穿，则驱动电流I1全部用来给上驱动管207的栅源极充电，从而保证了输出电压VG的上升速度；如果在此电压上升期间VCC超过额定值，则稳压管211被击穿，这时，驱动电流I1全部通过稳压管212流向地，此时，I1＝Iz，则结点212上的电压VH被钳位在稳压管212的反向击穿电压上，从而使输出端电压VG得到钳位。该电路存在的问题是：在PWM信号为低电平时，为了保证驱动输出电压VG的上升速度，就必须使结点212的电压VH上升速度足够快，这就要求前级驱动电流I1必须足够大，使得在钳位状态时流过稳压管的电流Iz也相当大，从而造成很高的功耗。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺点，提供一种结构简单、容易实现的低功耗PWM输出驱动钳位电路，使该电路的功耗得到有效地降低。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它具有一个镜像比为1∶N的驱动电流镜，在该驱动电流镜的镜像电流输出端串接一个反相器，该反相器的输入端与PWM信号端相接，该反相器的输出端接有一个图腾柱式输出驱动器，该图腾柱式输出驱动器的上驱动管的输入端与反相器的输出端相接，并且在所述上驱动管的输入端还接有一个钳位稳压管，所述腾柱式输出驱动器的下驱动管的输入端与PWM信号端相接，其改进之处是：在所述的驱动电流镜与钳位稳压管之间接有一个电流反馈环路，该电流反馈环路由镜像比为1∶K的第一反馈电流镜和镜像比为1∶1的第二反馈电流镜连接构成，所述第一反馈电流镜中的镜像管串联在钳位稳压管的支路中，所述第一反馈电流镜中的源流管与所述第二反馈电流镜中的源流管串联，所述第二反馈电流镜中的镜像电流输出端并接在所述驱动电流镜1的控制端上。

通过上述技术方案可以看出，本发明在现有PWM输出驱动钳位电路中设置一个电流反馈环路，从而在不影响正常驱动能力的前提下极大地降低了钳位电流，节省了电路的功耗，同时，本发明电路还具有结构简单，便于集成，容易实现和成本低的特点。

附图说明

图1、本发明的电路原理图。

图2、反激式AC-DC变换器电路原理图。

图3、现有PWM输出钳位电路原理图。

具体实施方式

下面结构附图详细说明本发明的电路结构和工作原理。

参见图1，它具有一个镜像比为1∶N(N＝1，2……N)的驱动电流镜1，在该驱动电流镜的镜像电流输出端串接一个反相器2，该反相器的输入端306与PWM信号端相接，该反相器的输出端接有一个图腾柱式输出驱动器3，该图腾柱式输出驱动器3的上驱动管307的输入端与反相器2的输出端相接，并且在所述上驱动管307的输入端还接有一个钳位稳压管311，所述腾柱式输出驱动器3的下驱动管309的输入端与PWM信号端相接，在所述的驱动电流镜1与钳位稳压管311之间接有电流反馈环路，该电流反馈环路由镜像比为1∶K(K＝1，2……K)的第一反馈电流镜4和镜像比为1∶1的第二反馈电流镜5连接构成，所述第一反馈电流镜4中的镜像管313与钳位稳压管311串联，所述第一反馈电流镜4中的源流管314与所述第二反馈电流镜5中的源流管315串联，所述第二反馈电流镜5中的镜像电流输出端并接在所述驱动电流镜1的控制端上。

本电路的工作过程是：当PWM信号为高电平时，反相器2中的上管304关断，下管305导通，其输出端电压VH为低电平，则驱动输出电路3中的上驱动管307关断，此时，驱动输出电路3中的下驱动管309处于导通状态，则PWM输出驱动电压VG为低电平；当PWM信号为低电平时，反相器2中的上管304导通，下管305关断，此时，驱动输出电路3中下驱动管309截止，则驱动电流镜1所产生的电流I3通过反相器中的上管304给结点312(即上驱动管307的栅源极)充电，当结点312上的充电电压VH达到上驱动管307栅源极的导通电压时，上驱动管307导通，这时，电流I3通过上管304和上驱动管307流向PWM输出端310，此时的上驱动管307成为一个源跟随器，随着312结点电压VH的升高，PWM输出电压VG也随之升高，如果在该电压上升期间VCC没有超过额定值(12V)，则312结点电压VH被充至VCC，这时，稳压管311没有被击穿，反馈环路不工作，即I5＝0，I2＝I2’，I3＝NI2，此时的I3电流全部用来给结点312充电，从而保证312结点电压VH能以合理的速度上升；如果在此充电期间VCC超过额定值，即结点312上的电压VH高于稳压管311的击穿电压与第一反馈电流镜4中镜像管313的阈值电压之和，则稳压管311被击穿，第一反馈电流镜4中的镜像管313导通，反馈环路开始工作，此时，电流I3全部通过稳压管311和镜像管313流向地，使结点312电压VH钳位在稳压管311的反向击穿电压上，这时，I3＝Iz，I4＝Iz/K，I4＝I5，I5+I2’＝I2，NI2’＝I3，由此看出，反馈电流I5抵消了I2中的部分电流，从而使流过源电流管301的电流I2’减小，则驱动电流镜1的镜像电流I3＝N＊I2’也随之减小，最终使Iz降低。

本电路在保证PWM输出驱动电压VG上升速度的前提下，合理选择N、K值，可使流过稳压管的电流Iz降到已有钳位电路的10％，节能效果非常明显，而且它只在原有电路的基础上增加了两个电流镜，不仅电路结构简单，还便于集成。

Claims (1)

1.一种低功耗PWM输出驱动钳位电路，它具有一个镜像比为1∶N的驱动电流镜(1)，在该驱动电流镜的镜像电流输出端串接一个反相器(2)，该反相器的输入端与PWM信号端相接，该反相器的输出端接有一个图腾柱式输出驱动器(3)，该图腾柱式输出驱动器(3)的上驱动管(307)的输入端与反相器(2)的输出端相接，并且在所述上驱动管的输入端还接有一个钳位稳压管(311)，所述腾柱式输出驱动器(3)的下驱动管(309)的输入端与PWM信号端相接，其特征是：在所述的驱动电流镜(1)与钳位稳压管(311)之间接有一个电流反馈环路，该电流反馈环路由镜像比为1∶K的第一反馈电流镜(4)和镜像比为1∶1的第二反馈电流镜(5)连接构成，所述第一反馈电流镜中的镜像管(313)串联在钳位稳压管(311)的支路中，所述第一反馈电流镜中的源流管(314)与所述第二反馈电流镜中的源流管(315)串联，所述第二反馈电流镜中的镜像电流输出端并接在所述驱动电流镜(1)的控制端上。

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