CN103166453B - 一种控制电路以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制电路，应用于两级恒流驱动电路，该两级驱动电路的前级为Boost电路、后级为DC-DC电路，该控制电路用于根据所述Boost电路的输入电压Vin与所述DC-DC电路的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路的输出电压Va，使Boost电路的输出电压Va高于所述Boost电路的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低。

Description

一种控制电路以及开关电源

技术领域

本发明涉及电路控制领域，更具体的说，是涉及一种控制电路以及开关电源。

背景技术

随着电子信息产业的飞速发展，开关电源被广泛的应用在计算机、电力设备、仪器仪表、LED照明、医疗器械、军工设备等领域。通常，开关电源是将外接交流电（如市电220V、380V等）转换成一稳定的直流电以供给负载。

请参阅图1，为由Boost电路10和DC-DC电路20构成的两级恒流驱动电路的开关电源的电路图，其中，Boost电路10包括电感L1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、开关管S1、驱动控制电路101、补偿电路102以及运算放大器I1。其中，电阻R1和电阻R2采样Boost电路10的输出电压Va，并将检测到的电压信号输入到运算放大器I1的反相输入端（也称电压环的反相输入端，因该运算放大器I1及其外围电路起到稳定输出电压的环路作用），该运算放大器I1将该电压信号与同相输入端的基准电压Vref进行比较，输出一控制信号至驱动控制电路101的输入端，实现对开关管S1的通断控制，进而使得Boost电路10的输出电压Va等于基准电压Vref设定的电压。而，基于Boost电路的工作原理，只有当Boost电路的输出电压Va高于Boost电路的输入电压Vin时，该Boost电路能正常工作。

结合图1，不难发现，Boost电路10的输出电压Va为DC-DC电路20的输入电压，而当DC-DC电路20为恒流输出电路时，DC-DC电路20的输出电压Vo大小取决于负载。当DC-DC电路的效率在某一输出电压值时达到最大值时，如果负载发生变化，使DC-DC电路的效率不能达到最大值。

综上，如何提供一种方式，既能满足Boost电路的输出电压高于输入电压，又能使DC-DC电路的工作效率最高，是当前亟待解决的一大问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种控制电路以及开关电源，以克服现有技术中不能同时满足Boost电路的输出电压高于输入电压，又能使DC-DC电路的工作效率最高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种控制电路，应用于前级为Boost电路、后级为DC-DC电路的两级恒流驱动电路：

所述控制电路用于根据所述Boost电路的输入电压Vin与所述DC-DC电路的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路的输出电压Va，使Boost电路的输出电压Va高于所述Boost电路的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低。

优选的，包括：输入检测电路、选择电路以及输出检测电路；

所述输入检测电路用于检测所述Boost电路的输入电压Vin，并输出第一检测信号；

所述输出检测电路用于检测所述DC-DC电路的输出电压Vo，并输出第二检测信号；

所述选择电路分别与所述输入检测电路以及所述输出检测电路相连，用于选择所述第一检测信号与所述第二检测信号中较大的信号作为控制信号，并输出所述控制信号。

优选的，所述输入检测电路通过将所述Boost电路的输入电压Vin进行分压和峰值保持处理后得到第一检测信号。

优选的，所述选择电路包括：第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极作为所述选择电路的第一输入端，与所述输入检测电路的输出端相连；

所述第二二极管的阳极作为所述选择电路的第二输入端，与所述输出检测电路的输出端相连；

所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，其公共连接端作为所述选择电路的输出端。

优选的，所述选择电路的输出端连接所述Boost电路中电压环的正相输入端或者通过反比例放大器连接所述Boost电路中电压环的反相输入端。

优选的，当所述DC-DC电路为恒流输出的隔离型电路时，所述输出检测电路通过该DC-DC电路中的变压器的辅助绕组得到第二检测信号。

一种开关电源，包括上述任意一项控制电路。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种控制电路，应用于两级恒流驱动电路，该两级驱动电路的前级为Boost电路、后级为DC-DC电路，该控制电路用于根据所述Boost电路的输入电压Vin与所述DC-DC电路的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路的输出电压Va，使Boost电路的输出电压Va高于所述Boost电路的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中两级恒流驱动电路的开关电源的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种控制电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种控制电路的又一结构示意图；

图4为输入信号Vin经整流桥整流后的电压波形图；

图5为本发明实施例提供的一种选择电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种选择电路的又一结构示意图。

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做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。

实施例一

请参阅附图2，为本发明提供一种控制电路的结构示意图，该控制电路30应用于前级为Boost电路10、后级为DC-DC电路20的两级恒流驱动电路，其中：

控制电路30用于根据所述Boost电路10的输入电压Vin与所述DC-DC电路20的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路10的输出电压Va，使Boost电路20的输出电压Va高于所述Boost电路10的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路20的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低。具体的，其工作原理为：

现有技术中Boost电路10的输出电压Va由电压环中的基准电压Vref决定，本发明的控制电路30的输出控制信号Vc至电压环的输入端（也即图2中运算放大器I1的输入端），这样，使Boost电路10的输出电压Va由电压环中的基准电压Vref和控制信号Vc共同决定；而控制信号Vc是根据输入电压Vin和DC-DC电路输出电压Vo得到的。即：

当Boost电路10的输出电压Va高于输入电压Vin时，控制信号Vc与DC-DC电路输出电压Vo相关，将DC-DC电路输出电压Vo相关的信号反馈到Boost电路电压环的输入端。当DC-DC电路的输出电压Vo升高时，Boost电路的输出电压Va随之升高；而当DC-DC电路的输出电压Vo降低时，Boost电路的输出电压Va随之降低，直至Boost电路输出电压Va的下限值（该下限值大于输入电压Vin的峰值、且与所述峰值相差在一定范围内）。此时，若DC-DC电路的输出电压Vo继续降低，则控制信号Vc将与输入电压Vin相关，将输入电压Vin的峰值反馈到Boost电路的电压环的输入端，保证Boost电路的输出电压Va大于输入电压Vin的峰值，且与所述峰值相差在一定范围内。

在控制信号Vc将与输入电压Vin相关时，若输入电压Vin升高，则Boost电路的输出电压Va随之升高，若在某一稳态之后输入电压Vin降低，此时，控制信号Vc将不与输入电压相关，而与DC-DC电路的输出电压Vo相关，此后的工作原理与上述描述的控制信号Vc与DC-DC电路输出电压Vo相关的工作原理相同。

Boost电路10的输出电压Va在高于输入电压Vin的情况下随DC-DC电路的输出电压Vo的变化而变化，实现DC-DC电路20的工作效率在最高点。

综上，本实施例提供的控制电路30既能满足Boost电路10的输出电压Va高于输入电压Vin，又能使DC-DC电路20的工作效率最高。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例还提供了一种具体的控制电路的电路结构，如图3所示，包括：输入检测电路302、选择电路301以及输出检测电路303。

其中，各个电路的连接关系为：

输入检测电路302与Boost电路10的输入端相连，用于检测Boost电路10的输入电压Vin，并输出第一检测信号V1；

输出检测电路303与DC-DC电路20的输出端相连，用于检测DC-DC电路20的输出电压Vo，并输出第二检测信号V2；

选择电路302分别与输入检测电路301以及输出检测电路303相连，用于比较第一检测信号与第二检测信号的大小，输出控制信号Vc。

与实施例一相同，控制信号Vc可以接入运算放大器I1的任一输入端，其中，选择电路可以包括：第一二极管D3和第二二极管D4，如图5所示。

其中，第一二极管D3的阳极作为选择电路301的第一输入端，与输入检测电路302的输出端相连；

第二二极管D4的阳极作为选择电路301的第二输入端，与输出检测电路303的输出端相连；

第一二极管D3的阴极与第二二极管D4的阴极相连，其公共连接端作为选择电路301的输出端。

当控制电路连接Boost电路中电压环的同相输入端时，选择电路的输出端直接连接Boost电路中电压环的同相输入端。

其工作原理为：

在选择电路中，第一二极管D3的阳极输入第一检测信号V1，第二二极管D4的阳极连输入第二检测信号V2，当第一检测信号V1大于第二检测信号V2时，第一二极管D3导通，选择电路301的控制信号Vc等于第一检测信号V1；当第二检测信号V2大于第一检测信号V1时，第二二极管D4导通，选择电路301的控制信号Vc等于第二检测信号V2。需要说明的是，在实际应用中，第一二极管D3和第二二极管D4往往具有导通压降，如0.7V，此时，若第一检测信号V1大于第二检测信号V2时，则选择电路输出的控制信号Vc将小于第一检测信号V1，且与第一检测信号V1相差二极管的导通压降（V1-0.7）；若第二检测信号V2大于第一检测信号V1时，选择电路输出的控制信号Vc也将与第一检测信号V2相差二极管导通压降。

而选择电路输出的控制信号Vc至电压环的同相输入端（也即图2中运算放大器I1的同相输入端），Boost电路10的输出电压Va由电压环中的基准电压Vref和控制信号Vc共同决定；而控制信号Vc是根据输入电压Vin和DC-DC电路输出电压Vo得到的。即：

选取合适的输入和输出检测电路的值，使当Boost电路10的输出电压Va高于输入电压Vin时，选择电路中的第二二极管D4导通，控制信号Vc等于第二检测信号V2，而第二检测信号V2为DC-DC电路输出电压Vo的检测信号，控制信号Vc将DC-DC电路输出电压Vo的信息反馈到Boost电路电压环的输入端，实现：当DC-DC电路的输出电压Vo升高时，Boost电路的输出电压Va随之升高；而当DC-DC电路的输出电压Vo降低时，Boost电路的输出电压Va随之降低，直至Boost电路输出电压Va的下限值（该下限值大于输入电压Vin的峰值、且与所述峰值相差在一定范围内）。此时，若DC-DC电路的输出电压Vo继续降低，则选择电路中第一二极管D3导通，控制信号Vc等于第一检测信号V1，而第一检测信号V1为输入电压Vin的检测信号，控制信号Vc将输入电压Vin的峰值的信息反馈到Boost电路的电压环的输入端，保证Boost电路的输出电压Va大于输入电压Vin的峰值，且与所述峰值相差在一定范围内。

在选择电路中第一二极管D3导通、控制信号Vc等于第一检测信号V1时，若输入电压Vin升高，第一检测信号V1升高，则Boost电路的输出电压Va随之升高，若在某一稳态（即在第一二极管导通、控制信号Vc等于第一检测信号时，通过本发明控制电路控制Boost电路的输出电压达到稳态值）之后输入电压Vin降低，第一检测信号V1降低，此时，选择电路中第二二极管D4导通，控制信号Vc等于第二检测信号V2，而将DC-DC电路的输出电压Vo的信息反馈到Boost电路电压环的输入端，此后的工作原理与上述描述的控制信号Vc等于第二检测信号V2的工作原理相同。

在输入检测电路和输出检测电路中，选取合适的值使第一检测信号与第二检测信号相匹配。当第一检测信号高于第二检测信号时，控制电路输出信号Vc将等于第一检测信号，使Boost电路输出电压Va高于输入电压Vin；当第二检测信号高于第一检测信号时，控制电路输出信号Vc将等于第二检测信号，使Boost电路输出电压Va由第二检测信号与基准信号Vref共同决定，也即Boost电路的输出电压Va随着DC-DC输出电压Vo的升高而升高，随着输入电压Vo的降低而降低。实现了在满足Boost电路的输出电压高于输入电压时，保证DC-DC电路的工作效率最高。

除此，当所述控制信号Vc输出至所述Boost电路10中运算放大器I1反相输入端时，也即输出至所述Boost电路10中电压环的反相输入端，所述选择电路301包括第一二极管、第二二极管以及反比例放大器3011，如图6所示。

其连接关系为：

所述第一二极管的阳极作为所述选择电路的第一输入端，与所述输入检测电路的输出端相连；

所述第二二极管的阳极作为所述选择电路的第二输入端，与所述输出检测电路的输出端相连；

所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，其公共连接端连接所述反比例放大器3011的输入端，所述反比例放大器3011的输出端作为控制电路的输出端，输出控制信号Vc，连接Boost电路中电压环（运算放大器I1）的反相输入端。

其工作原理与图3中描述的工作原理类似，区别在于：本实施例通过反比例放大器3011和Boost电路中的电压环反相输入端的两次反相实现，即逻辑控制的实现方式不同，但逻辑控制的结果相同。

需要说明的是，输出检测电路303不局限于本实施例中、与DC-DC电路的输出端连接，当DC-DC电路为隔离型电路时，输出检测电路303，可以通过隔离的DC-DC电路中、耦合有输出电压绕组的变压器的辅助绕组得到DC-DC电路输出电压的检测信号（即第二检测信号）。

另外，当DC-DC电路为谐振电路时，更能体现由本发明的方案实现的、使DC-DC电路工作在效率高点的效果，如LLC谐振半桥电路，但并不局限于此。

除此，本实施例提供的控制电路还可以包括整流电路，该整流电路设置在Boost电路的前端，用于将输入电压Vin进行分压整流处理，其输出波形如图4所示。

实施例三

本发明还提供了一种开关电源，包括Boost电路、DC-DC电路以及任意一项上述实施例中的控制电路。

综上所述：本发明提供了一种控制电路，应用于两级恒流驱动电路，该两级驱动电路的前级为Boost电路、后级为DC-DC电路，该控制电路用于根据所述Boost电路的输入电压Vin与所述DC-DC电路的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路的输出电压Va，使Boost电路的输出电压Va高于所述Boost电路的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种控制电路，应用于前级为Boost电路、后级为DC-DC电路的两级恒流驱动电路，其特征在于：

所述控制电路用于根据所述Boost电路的输入电压Vin与所述DC-DC电路的输出电压Vo，输出控制信号Vc控制所述Boost电路的输出电压Va，使Boost电路的输出电压Va高于所述Boost电路的输入电压Vin的峰值，并随着DC-DC电路的输出电压Vo的升高而升高、降低而降低；

所述控制电路包括：输入检测电路、选择电路以及输出检测电路；

所述输入检测电路用于检测所述Boost电路的输入电压Vin，并输出第一检测信号；

所述输出检测电路用于检测所述DC-DC电路的输出电压Vo，并输出第二检测信号；

所述选择电路分别与所述输入检测电路以及所述输出检测电路相连，用于选择所述第一检测信号与所述第二检测信号中较大的信号作为控制信号，并输出所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述输入检测电路通过将所述Boost电路的输入电压Vin进行分压和峰值保持处理后得到第一检测信号。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路包括：第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极作为所述选择电路的第一输入端，与所述输入检测电路的输出端相连；

所述第二二极管的阳极作为所述选择电路的第二输入端，与所述输出检测电路的输出端相连；

所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，其公共连接端作为所述选择电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述选择电路的输出端连接所述Boost电路中电压环的正相输入端或者通过反比例放大器连接所述Boost电路中电压环的反相输入端。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当所述DC-DC电路为恒流输出的隔离型电路时，所述输出检测电路通过该DC-DC电路中的变压器的辅助绕组得到第二检测信号。

6.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-5中任意一项控制电路。