CN103051187A

CN103051187A - 一种双环控制的开关电源电路

Info

Publication number: CN103051187A
Application number: CN 201210568133
Authority: CN
Inventors: 王玲
Original assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明提出一种双环控制的开关电源电路，解决了现有开关电源转换器成本高的问题。一种双环控制的开关电源电路，包括：输入端口、输出端口、第一开关、第二开关、输出电感器、采样电阻器、输出电容器、反馈组件、误差放大器、运算放大器、第一比较器、第二比较器、RS触发器以及驱动电路。本发明能够显著降低系统成本。

Description

一种双环控制的开关电源电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种双环控制的开关电源电路。

背景技术

开关电源转换器由于其高效率，在电源转换领域得到了广泛的应用。图1所示为现有开关电源转换器的结构示意图。如图1所示，开关电源转换器50包括：第一开关11和第二开关12，串联耦接在输入端口10和参考地之间；输出电感器13，耦接在第一开关11和第二开关12的串联耦接节点和输出端口20；输出电容器14，耦接在输出端口20和参考地之间；振荡器15，提供固定频率的时钟信号CLK；逻辑电路16，耦接至振荡器15接收时钟信号CLK，并根据时钟信号CLK产生逻辑信号；驱动电路17，耦接至逻辑电路16接收逻辑信号，并基于逻辑信号产生两路驱动信号，以驱动第一开关11和第二开关12的通断。

上述开关电源转换器50需要一个振荡器15提供时钟信号CLK，以启动每个开关周期。而该振荡器提高了系统成本。

发明内容

本发明提出一种改进的开关电源电路，解决了现有开关电源转换器成本高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种双环控制的开关电源电路，包括：输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；第一开关和第二开关，串联耦接在输入端口和参考地之间；输出电感器和采样电阻器，串联耦接在第一开关和第二开关的串联耦接节点和输出端口之间；输出电容器，耦接在输出端口和参考地之间；反馈组件，耦接至输出端口接收输出电压，并产生反映输出电压的反馈电压；误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第一参考电压，其反相输入端耦接至反馈组件接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；运算放大器，耦接至采样电阻器以产生电感电流采样信号；第一比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其同相输入端耦接至运算放大器接收电感电流采样信号，其输出端子产生复位信号；第二比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第二参考电压，其反相输入端耦接至运算放大器接收电感电流采样信号，其输出端子产生置位信号；RS触发器，具有复位端子、置位端子和输出端子，其复位端子耦接至第一比较器的输出端子接收复位信号，其置位端子耦接至第二比较器的输出端子接收置位信号，所述RS触发器基于复位信号和置位信号在其输出端子产生逻辑信号；驱动电路，耦接至RS触发器接收逻辑信号，并基于逻辑信号产生两路驱动信号，以控制第一开关和第二开关的通断。

可选地，所述反馈组件包括串联耦接在输出端口和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压在第一电阻和第二电阻的串联耦接节点处产生。

可选地，所述第一开关和第二开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管。

可选地，所述开关电源转换器进一步包括：补偿电容器，耦接在误差放大器的反相输入端和输出端子之间。

可选地，所述误差放大器、运算放大器、第一比较器、第二比较器、RS触发器以及驱动电路均可被集成进一集成电路芯片。

本发明的有益效果是：能够降低系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有开关电源转换器50的电路结构示意图；

图2为本发明一种双环控制的开关电源电路100的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的双环控制的开关电源电路100包括：输入端口101，接收输入电压Vin；输出端口102，提供输出电压Vo；第一开关103和第二开关104，串联耦接在输入端口101和参考地之间；输出电感器105和采样电阻器106，串联耦接在第一开关103和第二开关104的串联耦接节点和输出端口102之间；输出电容器107，耦接在输出端口102和参考地之间；反馈组件108，耦接至输出端口102接收输出电压Vo，并产生反映输出电压Vo的反馈电压Vfb；误差放大器109，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第一参考电压Vref1，其反相输入端耦接至反馈组件108接收反馈电压Vfb，其输出端子产生误差放大信号；运算放大器110，耦接至采样电阻器106以产生电感电流采样信号；第一比较器111，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器109的输出端子接收误差放大信号，其同相输入端耦接至运算放大器110接收电感电流采样信号，其输出端子产生复位信号；第二比较器112，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第二参考电压，其反相输入端耦接至运算放大器110接收电感电流采样信号，其输出端子产生置位信号；RS触发器113，具有复位端子R、置位端子S和输出端子Q，其复位端子R耦接至第一比较器111的输出端子接收复位信号，其置位端子S耦接至第二比较器112的输出端子接收置位信号，所述RS触发器基于复位信号和置位信号在其输出端子Q产生逻辑信号；驱动电路114，耦接至RS触发器111接收逻辑信号，并基于逻辑信号产生两路驱动信号，以控制第一开关103和第二开关104的通断。

优选地，所述第一开关103和第二开关104均为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

优选地，所述双环控制的开关电源电路100还包括：补偿电容器115，耦接在误差放大器109的反相输入端和输出端子之间。

优选地，反馈组件108包括串联耦接在输出端口102和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压Vfb在第一电阻和第二电阻的串联耦接节点处产生。

优选地，误差放大器109、运算放大器110、第一比较器111、第二比较器112、RS触发器113以及驱动电路114均可被集成进一集成电路芯片。

在双环控制的开关电源电路100正常运行时，当第一开关103被导通，输入电压Vin经由第一开关103、输出电感器105、采样电阻器106和输出电容器107被传送并被转换成输出电压Vo。流过输出电感器105和采样电阻器106的电流开始增大。则运算放大器110输出的电感电流采样信号也开始增大。当其增大至大于误差放大信号时，第一比较器111输出的置位信号变为高电平。相应的，RS触发器113输出的逻辑信号被复位为低电平。该低电平的逻辑信号经由驱动电路114后将第一开关103断开，并将第二开关104导通。

第一开关103被断开、第二开关104被导通后，输出电感器105和输出电容器107上的能量通过第二开关104形成电流通路进行续流。流过第二开关104的电流开始减小。则运算放大器110输出的电感电流采样信号开始减小。当其减小至小于第二参考电压Vref2时，第二比较器输出的置位信号变为高电平。相应的，RS触发器113输出的置位信号变为高电平。该高电平的置位信号经由驱动电路114后将第一开关103导通，并将第二开关104断开。双环控制的开关电源电路100进入一个新的开关周期。因此，本发明的双环控制的开关电源电路100保证流过输出电感器105的电流在误差放大信号和第二参考电压范围内，起到了很好的电流环控制。

而在误差放大器109处，当输出电压Vo增大时，反馈电压Vfb随之增大，则误差放大器109输出的误差放大信号减小。相应地，在第一开关103导通、第二开关104断开的电感电流上升时间段内，电感电流采样信号较早地碰到误差放大信号。因此，第一比较器111较早地输出高电平的复位信号以复位RS触发器113输出的逻辑信号，因此，第一开关103的导通时间被缩短，输出电压Vo下降。反之，当输出电压Vo减小时，反馈电压Vfb随之减小，则误差放大器109输出的误差放大信号增大。相应地，在第一开关103导通、第二开关104断开的电感电流上升时间段内，电感电流采样信号较晚地碰到误差放大信号。因此，第一比较器111较晚地输出高电平的复位信号以复位RS触发器113输出的逻辑信号，因此，第一开关103的导通时间被延长，输出电压Vo上升。因此，输出电压Vo得到了有效地调节，本发明的双环控制的开关电源电路100也起到了很好的电压环控制。

通过采样电阻器106、运算放大器110、反馈组件108、误差放大器109、第一比较器111、第二比较器112、RS触发器113和驱动电路114的协调工作，本发明的双环控制的开关电源电路100无需振荡器即能轻松实现对第一开关103和第二开关104的通断控制，从而将输入电压Vin转化为所需的输出电压Vo。此外，由于误差放大器109、运算放大器110、第一比较器111、第二比较器112、RS触发器113以及驱动电路114都可被集成，进一步降低了系统成本。

本发明的开关电源转换器显著降低了系统成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双环控制的开关电源电路，其特征在于，包括：

输入端口，接收输入电压；

输出端口，提供输出电压；

第一开关和第二开关，串联耦接在输入端口和参考地之间；

输出电感器和采样电阻器，串联耦接在第一开关和第二开关的串联耦接节点和输出端口之间；

输出电容器，耦接在输出端口和参考地之间；

反馈组件，耦接至输出端口接收输出电压，并产生反映输出电压的反馈电压；

误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第一参考电压，其反相输入端耦接至反馈组件接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；

运算放大器，耦接至采样电阻器以产生电感电流采样信号；

第一比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其同相输入端耦接至运算放大器接收电感电流采样信号，其输出端子产生复位信号；

第二比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其同相输入端接收第二参考电压，其反相输入端耦接至运算放大器接收电感电流采样信号，其输出端子产生置位信号；

RS触发器，具有复位端子、置位端子和输出端子，其复位端子耦接至第一比较器的输出端子接收复位信号，其置位端子耦接至第二比较器的输出端子接收置位信号，所述RS触发器基于复位信号和置位信号在其输出端子产生逻辑信号；

驱动电路，耦接至RS触发器接收逻辑信号，并基于逻辑信号产生两路驱动信号，以驱动第一开关和第二开关的通断。

2.如权利要求1所述的双环控制的开关电源电路，其特征在于，所述第一开关和第二开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管。

3.如权利要求1所述的双环控制的开关电源电路，其特征在于，所述反馈组件包括串联耦接在输出端口和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压在第一电阻和第二电阻的串联耦接节点处产生。

4.如权利要求1所述的双环控制的开关电源电路，其特征在于，所述误差放大器、运算放大器、第一比较器、第二比较器、RS触发器以及驱动电路均可被集成进一集成电路芯片。

5.如权利要求1所述的双环控制的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源转换器进一步包括：

补偿电容器，耦接在误差放大器的反相输入端和输出端子之间。