CN102820783B - 直流降压转换器 - Google Patents
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Abstract
一种直流降压转换器，包括依次电性连接的供电电源、驱动器、高侧金属氧化物半导体场效应晶体管、低侧金属氧化物半导体场效应晶体管、电感、电容、电路检测电路及压控转换器，所述检测电路电性连接至所述电感两端，所述压控转换器电性连接至所述充电电源、电流检测电路及驱动器，所述压控转换器将所述供电电源提供的供电电压转换为驱动电压输出至所述驱动器，所述检测电路检测所述电感上流过的输出电流，并将所述输出电流转换为对应的参考电压，所述压控转换器根据所述参考电压来调节所述驱动电压，所述驱动电压随所述输出电流的变化而正向线性变化。所述直流降压转换器能有效较小其自身的功率损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压转换器，尤其涉及一种直流降压转换器。
背景技术
请参阅图1，所示为一现有的直流降压转换器（DC-to-DC Voltage Converter），包括驱动器11、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号产生器12、高侧金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q11、低侧MOSFET Q12、电感L11以及电容C11。所述PWM信号产生器12输出PWM信号至所述驱动器11。所述驱动器11电性连接至供电电压为V1的供电电源13，所述高侧MOSFET Q11及低侧MOSFET Q12的栅极均电性连接至所述驱动器11，所述高侧MOSFET Q11的漏极还电性连接至一输入电源V2。所述驱动器11输出驱动信号分别至所述高侧MOSFET Q11及低侧MOSFET Q12的栅极。所述驱动信号的频率与占空比与所述PWM信号相同，以驱动所述高侧MOSFET Q11及低侧MOSFET Q12依次导通与截止，从而使得所述电感L11及电容C11进行循环充电与放电来产生输出电压V3。
但是，上述的供电电源13的供电电压V1一般是恒定不变的，若上述直流降压转换器所驱动的负载所需电流较小时，则会造成系统功率的较大损耗。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种能减小功率损耗的直流降压转换器。
一种直流降压转换器，包括依次电性连接的供电电源、驱动器、电感、电容、电路检测电路及压控转换器，所述直流降压转换器还包括均电性连接至所述驱动器的高侧金属氧化物半导体场效应晶体管、低侧金属氧化物半导体场效应晶体管及脉冲宽度调制信号产生器，所述驱动器根据一脉冲宽度调制信号来驱动所述高侧金属氧化物半导体场效应晶体管及低侧金属氧化物半导体场效应晶体管依次导通与截止，从而对所述电感及电容充电与放电，所述检测电路电性连接至所述电感两端，所述压控转换器电性连接至所述充电电源、电流检测电路及驱动器，所述压控转换器将所述供电电源提供的供电电压转换为驱动电压输出至所述驱动器，所述检测电路检测所述电感上流过的输出电流，并将所述输出电流转换为对应的参考电压，所述压控转换器根据所述参考电压来调节所述驱动电压，所述驱动电压随所述输出电流的变化而正向线性变化。
所述的直流降压转换器通过所述电流检测电路来检测所述电感上流过的电流，并转换成相应的参考电压，通过所述压控转换器将所述供电电源输出的供电电压转换为可随所述参考电压变化而相应变化的驱动电压，来驱动所述驱动器。由于所述驱动器的驱动电压可随负载的变化而相应调整，因此有效降低了所述直流降压转换器的功率损耗。
附图说明
图1是一现有的直流降压转换器的电路图。
图2是本发明较佳实施方式的直流降压转换器的电路图。
主要元件符号说明
| 驱动器 | 11、21 |
| PWM信号产生器 | 12、22 |
| 供电电源 | 13、23 |
| 直流降压转换器 | 20 |
| 电流检测电路 | 24 |
| 电流传感器 | 241 |
| 运算放大器 | 243 |
| 压控转换器 | 25 |
| 输入电源 | V2、26 |
| 电感 | L11、L21 |
| 电容 | C11、C21 |
| 高侧MOSFET | Q11、Q21 |
| 低侧MOSFET | Q12、Q22 |
| 栅极 | G1、G2 |
| 源极 | S1、S2 |
| 漏极 | D1、D2 |
| 感测电容 | C22 |
| 感测电阻 | R21 |
| 第一电阻 | R22 |
| 第二电阻 | R23 |
| 第三电阻 | R24 |
| 第四电阻 | R25 |
| 供电电压 | V1、VC |
| 输入电压 | Vin |
| 参考电压 | Vref |
| 驱动电压 | VD |
| 输出电压 | V3、Vo |
| 输出电流 | Io |
| 电源输入引脚 | VCC |
| PWM信号输入引脚 | PWM |
| 第一输出引脚 | UGATE |
| 第二输出引脚 | LGATE |
| 相位引脚 | PHASE |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图2，本发明较佳实施方式的直流降压转换器20包括驱动器21、PWM信号产生器22、供电电源23、电流检测电路24、压控转换器25、输入电源26、高侧MOSFET Q21、低侧MOSFET Q22、电感L21及电容C21。所述电流检测电路24用于检测所述电感L21上流过的输出电流Io，并将所述输出电流Io转换为一参考电压Vref。所述压控转换器25根据所述参考电压Vref来将所述供电电源23的供电电压VC转换为一驱动电压VD，从而实现所述驱动电压VD随输出电流Io的变化而线性变化。所述驱动器21将所述驱动电压VD输出至所述高侧MOSFET Q21的栅极G1及低侧MOSFET Q22的栅极G2，并根据所述PWM信号产生器22输出的PWM信号来驱动所述高侧MOSFET Q21及低侧MOSFET Q22的导通与截止。
所述驱动器21用于为所述高侧MOSFET Q21及低侧MOSFET Q22提供栅极驱动电压，以控制所述高侧MOSFET Q21及低侧MOSFET Q22的导通与截止。所述驱动器21包括电源输入引脚VCC、PWM信号输入引脚PWM、第一输出引脚UGATE、第二输出引脚LGATE以及相位引脚PHASE。
所述PWM信号产生器22的输出端电性连接至所述驱动器21的PWM信号输入引脚PWM，用于输出一PWM信号至所述驱动器21。
所述高侧MOSFET Q21的栅极G1电性连接至所述驱动器21的第一输出引脚UGATE，漏极D1电性连接至输入电源26，以接收所述输入电源26输出的输入电压Vin。当所述高侧MOSFET Q21导通时，所述输入电源26通过所述高侧MOSFET Q21对所述电感L21及电容C21充电。所述低侧MOSFET Q22的栅极G2电性连接至所述驱动器21的第二输出引脚LGATE，源极S2接地，漏极D2电性连接至所述高侧MOSFET Q21的源极S1，且所述驱动器21的相位引脚PHASE电性连接至所述漏极D2与源极S1之间。
所述电感L21与所述电容C21串联，所述电感L21的另一端电性连接至所述漏极D2与源极S1之间，所述电容C21的另一端电性连接至所述电容C21，且电感L21与电容C21之间输出一输出电压Vo及一输出电流Io至一负载（图未示）。
所述电流检测电路24包括电流传感器241及运算放大器243。所述电流传感器241用于检测所述电感L21两端的电流并转换为电压信号，所述运算放大器243用于将所述电流传感器241输出的电压进行放大。具体地，所述电流传感器241包括感测电阻R21及感测电容C22。所述感测电阻R21及感测电容C22相互串联后并联至所述电感L21两端。所述感测电阻R21的另一端电性连接至所述电感L21与所述高侧MOSFET Q21的源极S1之间，所述感测电容C22的另一端电性连接至所述电感L21与所述电容C21之间。所述运算放大器243的正向输入端及反向输入端分别电性连接至所述感测电容C22两端，所述运算放大器243的输出端电性连接至所述压控转换器25。所述运算放大器243的正向输入端与电容之间、反向输入端与电容之间还分别串接第一电阻R22及第二电阻R23。所述正向输入端还串接第三电阻R24至地，所述反向输入端与输出端之间还连接有第四电阻R25。调节第一电阻R22、第二电阻R23、第三电阻R24以及第四电阻R25的阻值，可相应地调节所述运算放大器243的放大倍数。
合理选择所述感测电阻R21及感测电容C22的值，使所述电感L21的时间常数等于所述电流传感器241的时间常数，即，使所述电感L21的时间常数等于所述感测电阻R21的时间常数与所述感测电容C22的时间常数的乘积，此时所述感测电容C22两端的压降即为所述电感L21的等效电阻两端的压降。所述运算放大器243将所述感测电容C22两端的电压放大后，输出至所述压控转换器25，所述运算放大器243输出的电压即为所述参考电压Vref。
所述压控转换器25电性连接至所述供电电源23、运算放大器243以及驱动器21的电源输入引脚VCC。所述压控转换器25将所述供电电源23输出的供电电压VC转换为所述驱动电压VD，并输出至所述驱动器21。所述压控转换器25根据所述参考电压Vref的大小，来相应地调节所述驱动电压VD的大小，使得所述驱动电压VD可随所述电感L21上的输出电流Io呈正向线性变化。即，所述驱动电压VD随所述输出电流Io的增大而增大，相应地，随所述输出电流Io的减小而减小。例如，当所述电感L21上流过的电流减小时，所述电感L21上的电压，即所述感测电容C22上的电压也相应减小，所述运算放大器243输出地参考电压Vref也相应减小，所述压控转换器25则相应地减小所述驱动电压VD。
所述的直流降压转换器20通过所述电流检测电路24来检测所述电感L21上流过的电流，并转换成相应的参考电压Vref，通过所述压控转换器25将所述供电电源23输出的供电电压VC转换为可随所述参考电压Vref变化而相应变化的驱动电压VD，来驱动所述驱动器21。由于所述驱动器21的驱动电压可随负载的变化而相应调整，因此有效降低了所述直流降压转换器20的功率损耗。
Claims (4)
1.一种直流降压转换器，包括依次电性连接的供电电源、驱动器、电感及电容，所述直流降压转换器还包括均电性连接至所述驱动器的高侧金属氧化物半导体场效应晶体管、低侧金属氧化物半导体场效应晶体管及脉冲宽度调制信号产生器，所述驱动器根据脉冲宽度调制信号产生器产生的一脉冲宽度调制信号来驱动所述高侧金属氧化物半导体场效应晶体管及低侧金属氧化物半导体场效应晶体管依次导通与截止，从而对所述电感及电容充电与放电，其特征在于：所述直流降压转换器还包括电流检测电路及压控转换器，所述电流检测电路电性连接至所述电感两端，所述压控转换器电性连接至所述供电电源、电流检测电路及驱动器，所述压控转换器将所述供电电源提供的供电电压转换为驱动电压输出至所述驱动器，所述电流检测电路检测所述电感上流过的输出电流，并将所述输出电流转换为对应的参考电压，所述压控转换器根据所述参考电压来调节所述驱动电压，所述驱动电压随所述输出电流的变化而正向线性变化。
2.如权利要求1所述的直流降压转换器，其特征在于：所述检测电路包括电流传感器，所述电流传感器并联至所述电感两端，所述电流传感器用于检测所述电感上流过的所述输出电流的大小，并将所述输出电流转换为电压信号。
3.如权利要求2所述的直流降压转换器，其特征在于：所述电流传感器包括感测电阻及感测电容，所述感测电阻及感测电容相互串联后并联至所述电感两端，所述感测电容两端的压降与所述电感的等效电阻两端的压降相等。
4.如权利要求3所述的直流降压转换器，其特征在于：所述电流传感器还包括运算放大器，所述运算放大器的的正向输入端及反向输入端分别电性连接至所述感测电容两端，所述运算放大器的输出端电性连接至所述压控转换器，所述运算放大器用于将所述感测电容两端的电压进行放大。
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