CN104333225B - 一种升压dc/dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种升压DC/DC转换器，其包括升压输出电路、反馈控制电路和过压保护电路。升压输出电路包括电感、第一开关器件、第二开关器件和电容；第二开关器件和电容之间的连接节点作为升压输出电路的输出端VOUT。反馈控制电路的第一输入端与输出端VOUT相连，第一输出端与第一开关器件的控制端相连，第二输出端与第二开关器件的控制端相连。过压保护电路包括第三开关器件和过压检测电路，第三开关器件与电感并联；过压检测电路用于检测输出端VOUT的输出电压是否过压，当检测到输出电压未过压时，过压检测电路控制第三开关器件关断；当检测到输出电压过压时，过压检测电路控制第三开关器件导通。与现有技术相比，本发明中的升压DC/DC转换器可以防止输出电压过压。

Description

一种升压DC/DC转换器
【技术领域】
本发明涉及升压DC/DC转换器技术领域，特别涉及一种具有过电压保护功能的升压DC/DC转换器。
【背景技术】
升压直流-直流转换器(Boost DC/DC Converter)是一种常见的、应用广泛的电源管理电路，其不仅能够实现从低电压源变换到高电压源，并且具有体积小，结构简单，转换效率高等优点。请参考图1所示，其为一种常用的升压DC/DC转换器的电路示意图。图1中的升压DC/DC转换器包括升压输出电路110和反馈控制电路120。反馈控制电路120基于升压输出电路110的输出电压VOUT控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2交替导通。首先，第一开关器件SW1导通，第二开关器件SW2关断，电感电流上升，电能转换成磁能形式存储在电感L1中，与输出端VOUT相连的负载由电容COUT放电来提供能量；然后，第一开关器件SW1关断，第二开关器件SW2导通，电感电流下降，此时，由电感L1上存储的能量和输入电源VIN一起给负载和电容COUT供电，从而起到升压作用。
但是，现有的升压DC/DC转换器普遍存在一个问题，就是当负载发生跳变时有可能会导致输出电压VOUT过压，尤其是从重载到轻载突变时，输出电压VOUT会发生过压，反馈控制电路120会关断第一开关器件SW1，导通第二开关器件SW2，但由于电感L1上的电流不能发生突变，因此，电感L1上的能量仍会传输到输出端VOUT，这会使输出电压VOUT过冲更加严重。此外，在实际电路中，由于环路调节滞后以及逻辑延迟等原因，从而导致输出电压VOUT的过冲情况会更加恶劣，如不及时处理，将会对后续电路造成很大的伤害，严重时会烧毁电路。
因此，有必要提出一种改进的技术方案来克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种升压DC/DC转换器，其可以防止输出电压过压，避免损坏后续电路。
为了解决上述问题，本发明提供一种升压DC/DC转换器，其包括升压输出电路、反馈控制电路和过压保护电路。所述升压输出电路包括电感、第一开关器件、第二开关器件和电容，电感的一端与输入电源VIN相连，另一端通过第一开关器件与地节点相连；第二开关器件和电容依次串联的连接于电感和第一开关器件之间的连接节点与地节点之间；第二开关器件和电容之间的连接节点作为升压输出电路的输出端VOUT。所述反馈控制电路包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端与所述输出端VOUT相连，第一输出端与第一开关器件的控制端相连，第二输出端与第二开关器件的控制端相连。所述过压保护电路包括第三开关器件和过压检测电路，所述第三开关器件与所述电感并联；所述过压检测电路用于检测输出端VOUT的输出电压是否过压，其输入端与输出端VOUT相连，其输出端与第三开关器件的控制端相连。当检测到输出电压未过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件关断；当检测到输出电压过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件导通。
进一步的，所述反馈控制电路还包括有第二输入端，所述过压检测电路的输出端与所述反馈控制电路的第二输入端相连，当检测到输出电压过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件关断的同时，也驱使所述反馈控制电路控制第一开关器件关断，第二开关器件关断。
进一步的，所述反馈控制电路基于所述输出端VOUT的输出电压通过其第一输出端输出控制第一开关器件导通或关断的第一控制信号和通过其第二输出端输出控制第二开关器件导通或关断的第二控制信号，以控制第一开关器件和第二开关器件交替导通。
进一步的，所述反馈控制电路为PWM控制电路，该PWM控制电路输出的第一控制信号和第二控制信号均为PWM控制信号。
进一步的，所述过压检测电路包括电压反馈单元和比较器。所述电压反馈单元用于采样输出端VOUT的输出电压，并输出反馈电压；所述比较器的一个输入端与反馈电压相连，其另一个输入端与预先设置的过压保护阈值相连，其输出端作为所述过压检测电路的输出端，所述比较器用于将反馈电压与过压保护阈值进行比较，以输出对应的过压保护信号，当反馈电压大于过压保护阈值时，所述比较输出过压保护信号的第一逻辑电平，其表示检测到升压输出电路的输出电压过压；当反馈电压小于过压保护阈值时，所述比较器输出过压保护信号的第二逻辑电平，其表示检测到升压输出电路的输出电压不过压。
进一步的，所述电压反馈单元包括串联于输出端VOUT和地节点之间的第二电阻和第一电阻，其中，第一电阻和第二电阻之间的连接节点作为电压反馈单元的输出端。
进一步的，所述第一开关器件为NMOS晶体管，所述第二开关器件和第三开关器件为PMOS晶体管，所述过压保护信号的第一逻辑电平为低电平，第二逻辑电平为高电平。
与现有技术相比，本发明中的升压DC/DC转换器设置有由第三开关器件和过压检测电路构成的过压保护电路，当过压检测电路检测到升压DC/DC转换器的输出电压过压时，将控制第三开关器件导通，以使升压输出电路中的电感上的能量泄放掉，避免该电感上的能量继续流向输出端，解决输出电压过压问题，从而避免损坏后续电路。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。其中：
图1为一种常用的升压DC/DC转换器的电路示意图；
图2为本发明在一个实施例中的升压DC/DC转换器的电路示意图；
图3为本发明在另一个实施例中的升压DC/DC转换器的电路示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的升压DC/DC转换器的电路示意图。图2中的升压DC/DC转换器包括升压输出电路210、反馈控制电路220、和过压保护电路(未标示)。
所述升压输出电路210与图1中的升压输出电路110的电路结构相同。所述升压输出电路210包括电感L1、第一开关器件SW1、第二开关器件SW2和电容COUT。电感L1的一端与输入电源VIN相连，另一端通过第一开关器件SW1与地节点GND相连；第二开关器件SW2和电容COUT依次串联的连接于电感L1和第一开关器件SW1之间的连接节点与地节点GND之间；第二开关器件SW2和电容COUT之间的连接节点作为升压输出电路210的输出端VOUT(其也是升压DC/DC转换器的输出端)，该输出端VOUT可以与负载相连。
所述反馈控制电路220包括第一输入端in1、第二输入端in2，第一输出端out1和第二输出端out2，其第一输入端in1与所述升压输出电路210的输出端VOUT相连，第一输出端out1与第一开关器件SW1的控制端相连，第二输出端out2与第二开关器件SW2的控制端相连。
当所述反馈控制电路220正常工作时，所述反馈控制电路220基于所述输出端OUT的输出电压通过其第一输出端out1输出控制第一开关器件SW1导通或关断的第一控制信号和通过其第二输出端out2输出控制第二开关器件SW2导通或关断的第二控制信号，以控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2交替导通，从而将输出电压VOUT调整到某个设定值。所述反馈控制电路220也可以根据第二输入端in2接收到的信号使得所述反馈控制电路220的第一输出端out1和第二输出端out2分别输出预先设定的电平信号，以控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2均关断。
在一个优选的实施例中，所述反馈控制电路220为PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制电路，该PWM控制电路输出的第一控制信号和第二控制信号均为PWM控制信号。
所述过压保护电路包括第三开关器件SW3和过压检测电路230。所述开关器件SW3与所述电感L1并联。
所述过压检测电路230的输入端与所述升压输出电路210的输出端VOUT相连，其输出端与第三开关器件SW3的控制端和所述反馈控制电路220的第二输入端in2相连。所述过压检测电路230用于检测输出端VOUT的输出电压是否过压，当所述过压检测电路230检测到输出电压未过压时，其控制第三开关器件SW3关断，以使所述反馈控制电路220正常工作，即所述反馈控制电路220基于输出电压VOUT控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2交替导通，从而将输出电压VOUT调整到某个设定值。当所述过压检测电路230检测到输出电压过压时，其控制第三开关器件SW3导通，同时输出信号驱使所述反馈控制电路220控制所述第一开关器件SW1和第二开关器件SW2关断，电感L1上的能量经第三开关器件SW3形成的回路泄放，不会继续流向输出端VOUT，使输出端VOUT的输出电压不会继续升高，从而避免损坏后续电路。
在图2所示的实施例中，所述过压检测电路230包括电压反馈单元232和比较器COMP。
所述电压反馈单元232用于采样输出端VOUT的输出电压，并输出反馈电压(也可称为采样电压)VFB。在图2所示的实施例中，所述电压反馈单元232包括串联于输出端VOUT和地节点GND之间的第二电阻R2和第一电阻R1，其中，第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接节点O作为电压反馈单元232的输出端，节点O相对于地节点GND的电压即为反馈电压VFB。其中，
VFB为所述电压反馈单元232输出的反馈电压的电压值，VOUT为所述升压输出电路210的输出电压的电压值，R1为第一电阻R1的电阻值，R2为第二电阻R2的电阻值。
所述比较器COMP的一个输入端与反馈电压VFB相连，其另一个输入端与预先设置的过压保护阈值VREF相连，其输出端作为所述过压检测电路230的输出端。所述比较器COMP通过比较反馈电压VFB和过压保护阈值VREF以输出过压保护信号OVP，当反馈电压VFB大于过压保护阈值VREF时，所述比较器COMP输出过压保护信号OVP的第一逻辑电平，其表示检测到升压输出电路210的输出电压过压，该第一逻辑电平控制第三开关器件SW3导通，同时驱使所述反馈控制电路220控制所述第一开关器件SW1和第二开关器件SW2关断；当反馈电压VFB小于过压保护阈值VREF时，所述比较器COMP输出过压保护信号OVP的第二逻辑电平，其表示检测到升压输出电路210的输出电压不过压，该第二逻辑电平控制第三开关器件SW3关断，同时驱使所述反馈控制电路220正常工作，即所述反馈控制电路220基于所述输出端OUT的输出电压控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2交替导通，从而将输出电压VOUT调整到某个设定值。
在图2所示的实施例中，所述第一开关器件SW1为NMOS(N-channel Metal OxideSemiconductor)晶体管，所述第二开关器件SW2和第三开关器件SW3均为PMOS(P-channelMetal Oxide Semiconductor)晶体管，过压保护信号OVP的第一逻辑电平为低电平，第二逻辑电平为高电平。在另一个实施例中，所述第一开关器件SW1、第二开关器件SW2和第三开关器件SW3也可以均为PMOS晶体管或NMOS晶体管，相应的，需要调整所述过压保护信号OVP的第一逻辑电平和第二逻辑电平对应的电平，以实现与前述相应的控制作用。在其他实施例中，所述第一开关器件SW1、第二开关器件SW2和第三开关器件SW3可以为其他类型的开关器件。
需要特别说明的是，在另一个实施例中，也可以省略所述过压检测电路230对所述反馈控制电路220的控制，如图3所示，其示出的是所述升压DC/DC转换器的另一个实施例，该升压DC/DC转换器包括升压输出电路310、反馈控制电路320、第三开关器件SW3和过压检测电路330，其与图2的区别在于，反馈控制电路320可以一直处于工作状态，即所述反馈控制电路320基于所述输出端VOUT的输出电压控制第一开关器件SW1和第二开关器件SW2交替导通。过压检测电路330的输入端与所述升压输出电路310的输出端OUT相连，其输出端与第三开关器件SW3的控制端。所述过压检测电路330用于检测输出端VOUT的输出电压是否过压，当所述过压检测电路330检测到输出电压未过压时，其控制第三开关器件SW3关断，此时，所述反馈控制电路320正常工作；当所述过压检测电路330检测到输出电压过压时，其控制第三开关器件SW3导通(此时，反馈控制电路320处于工作状态)，电感L1上的能量经第三开关器件SW3形成的回路泄放，以尽量阻止输出端VOUT的输出电压继续升高，从而避免损坏后续电路。
在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种升压DC/DC转换器，其特征在于，其包括升压输出电路、反馈控制电路和过压保护电路，
所述升压输出电路包括电感、第一开关器件、第二开关器件和电容，电感的一端与输入电源VIN相连，另一端通过第一开关器件与地节点相连；第二开关器件和电容依次串联的连接于电感和第一开关器件之间的连接节点与地节点之间；第二开关器件和电容之间的连接节点作为升压输出电路的输出端VOUT，
所述反馈控制电路包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端与所述输出端VOUT相连，第一输出端与第一开关器件的控制端相连，第二输出端与第二开关器件的控制端相连，
所述过压保护电路包括第三开关器件和过压检测电路，所述第三开关器件与所述电感并联；所述过压检测电路用于检测输出端VOUT的输出电压是否过压，其输入端与输出端VOUT相连，其输出端与第三开关器件的控制端相连，
当检测到输出电压未过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件关断；当检测到输出电压过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件导通，
所述反馈控制电路还包括有第二输入端，所述过压检测电路的输出端与所述反馈控制电路的第二输入端相连，当检测到输出电压过压时，所述过压检测电路控制第三开关器件关断的同时，也驱使所述反馈控制电路控制第一开关器件关断，第二开关器件关断。
2.根据权利要求1所述的升压DC/DC转换器，其特征在于，所述反馈控制电路基于所述输出端VOUT的输出电压通过其第一输出端输出控制第一开关器件导通或关断的第一控制信号和通过其第二输出端输出控制第二开关器件导通或关断的第二控制信号，以控制第一开关器件和第二开关器件交替导通。
3.根据权利要求1-2任一所述的升压DC/DC转换器，其特征在于，
所述反馈控制电路为PWM控制电路，该PWM控制电路输出的第一控制信号和第二控制信号均为PWM控制信号。
4.根据权利要求1-2任一所述的升压DC/DC转换器，其特征在于，所述过压检测电路包括电压反馈单元和比较器，
所述电压反馈单元用于采样输出端VOUT的输出电压，并输出反馈电压；
所述比较器的一个输入端与反馈电压相连，其另一个输入端与预先设置的过压保护阈值相连，其输出端作为所述过压检测电路的输出端，所述比较器用于将反馈电压与过压保护阈值进行比较，以输出对应的过压保护信号，当反馈电压大于过压保护阈值时，所述比较器输出过压保护信号的第一逻辑电平，其表示检测到升压输出电路的输出电压过压；当反馈电压小于过压保护阈值时，所述比较器输出过压保护信号的第二逻辑电平，其表示检测到升压输出电路的输出电压不过压。
5.根据权利要求4所述的升压DC/DC转换器，其特征在于，
所述电压反馈单元包括串联于输出端VOUT和地节点之间的第二电阻和第一电阻，其中，第一电阻和第二电阻之间的连接节点作为电压反馈单元的输出端。
6.根据权利要求4所述的升压DC/DC转换器，其特征在于，
所述第一开关器件为NMOS晶体管，所述第二开关器件和第三开关器件为PMOS晶体管，
所述过压保护信号的第一逻辑电平为低电平，第二逻辑电平为高电平。
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