CN104362852A - 直流升压控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种直流升压控制电路及控制方法。方法包括：当输入电压低于第一电压阈值时，所述直流升压电路工作，所述直流升压电路输出的电压信号为输出电压，所述第一电压阈值根据当前负载要求的输出电压设定；当所述输入电压等于或大于所述第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，所述线性稳压电路工作，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。应用本实施例技术方案有利于确保直流升压电路在宽范围的输入电压范围内，均能向负载提供符合负载要求的输出电压。

Description

直流升压控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种直流升压控制电路及控制方法。

背景技术

直流升压电路是一种用于将较低的直流输入电压提升到需要的电压值输出的一种电路。升压电路(俗称Boost电路或者Step-up电路)是目前常用的直流升压电路，其通过控制开关管的导通以及关断控制升压转换。

图1为现有技术的一种Boost电路原理示意图，参见图1所示，该电路主要包括第一开关管M1、第二开关管M2以及电感，通过控制第一开关管M1、第二开关管M2的导通以及关断而控制电感的储能以及能量释放，在输出端得到电压值大于输入电压的输出电压。

为了满足直流升压电路宽范围输入的应用需求，现有技术采用以下的技术方案：

当输入电压小于预定的输出电压时，图1所示Boost电路处于常规的Boost升压模式，对外输出一较高的电压提供给负载；

当输入电压等于或者大于预定的输出电压时，关断第一开关管M1，导通第二开关管M2，输入电压直接输出至输出端，提供给负载，电路进入旁路工作模式。

采用上述技术方案能在宽范围输入的情况下，确保输出电压满足负载要求。

但是，本发明人在进行本发明的研究过程中发现，现有技术存在以下的缺陷：

当输入电压大于设定的输出电压时，输出电压会随着输入电压的变化而相应地变化，在这种状态下应用现有技术无法提供恒定的电压。因此现有技术的直流升压电路的输入电压范围会受到一定的限制，要求其输入电压要小于设定的输出电压上限，导致现有技术的直流升压电路的应用范围受到较大的限制。

发明内容

本发明实施例目的在于提供一种适用于宽范围输入电压的直流升压控制电路及控制方法。

第一方面，本发明实施例提供的一种直流升压电路的控制方法，包括：

当输入电压低于第一电压阈值时，所述直流升压电路工作，所述直流升压电路输出的电压信号为输出电压，所述第一电压阈值根据当前负载要求的输出电压设定；

当所述输入电压等于或大于所述第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，所述线性稳压电路工作，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

结合第一方面，在第一种实现方式下，所述线性稳压电路输出的稳压信号的值等于所述第二电压阈值。

结合第一方面，在第一种实现方式下，所述直流升压电路包括：第一开关管、第二开关管以及储能器件，所述储能器件的第一端耦接到电压输入端的正极，第二端与所述第一开关管、第二开关管的第一极性端连接，所述第一开关管的第二极性端接地，第二开关管的第二极性端与电压输出端的正极连接；

所述线性稳压电路，包括所述第二开关管；

当所述输入电压低于第一电压阈值时，向所述第一开关管、第二开关管输入相互反相的控制信号，所述直流升压电路工作，所述直流升压电路输出的电压信号为所述输出电压；

当所述输入电压大于或等于所述第一电压阈值且小于或等于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，导通所述第二开关管，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，根据输出反馈控制信号向所述第二开关管输入控制信号，所述线性稳压电路工作，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

第二方面，本发明实施例提供的一种直流升压控制电路，包括直流升压电路，在所述直流升压电路中内置有线性稳压电路，所述直流升压控制电路还包括：

控制模块，用于根据所述输入电压，控制所述直流升压电路、线性稳压电路工作：

当所述输入电压低于第一电压阈值时，所述直流升压电路处于工作状态，所述直流升压电路输出的电压信号为输出电压，所述第一电压阈值根据当前负载要求的输出电压设定；

当所述输入电压等于或大于所述第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，所述线性稳压电路处于工作状态，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

结合第二方面，在第一种实现方式下，所述直流升压电路包括：第一开关管、以及第二开关管，所述第一开关管、第二开关管的第一极性端共同耦接到电压输入端的正极，所述第一开关管的第二极性端偶接到地，所述第二开关管的第二极性端偶接到电压输出端的正极；

所述线性稳压电路，包括所述第二开关管，

所述控制模块具体用于：

当所述输入电压低于第一电压阈值时，向所述第一开关管、第二开关管的控制端分别输入第一控制信号、第二控制信号，所述直流升压电路处于工作状态，所述输入信号输入至所述直流升压电路；

当所述输入电压大于或等于所述第一电压阈值且小于或等于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，导通所述第二开关管，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，根据输出反馈控制信号向所述第二开关管的控制端输入第三控制信号，所述线性稳压电路处于工作状态，所述输入信号输入至所述线性稳压电路。

结合第二方面，在第一种实现方式下，所述直流升压电路包括储能器件，所述储能器件耦接在所述电压输入端的正极与所述第一开关管、第二开关管的第一极性端之间；

所述线性稳压电路还包括所述储能器件。

结合第二方面，在第一种实现方式下，所述储能器件为电感。

由上可见，本实施例技术方案提供了一种适用于宽范围输入的直流升压电路的控制技术，其可以根据当前输入电压的大小而启用不同的工作模式，解决了现有技术升压电路在输入电压高于当前负载要求的最大输出电压值时不能输出稳压输出电压的问题，应用本实施例技术方案有利于确保直流升压电路在宽范围的输入电压范围内，均能向负载提供符合负载要求的输出电压。

另外，相对于电路在需要两个开关管工作的升压模式与仅需要一个开关管工作的线性稳压模式之间直接跳变而导致的电路高脉冲噪音干扰的现有技术。而本实施例在升压模式与线性稳压模式之间间隔有旁路模式，当电路在升压模式与旁路模式之间切换时，只需要改变直流升压电路中的第一开关管、第二开关管的开关状态即可；当电路在旁路模式与线性稳压模式之间切换时，只需要根据输出反馈控制信号而控制第二开关管的驱动电压以改变其导通电阻即可，可见在本实施例电路在升压模式、旁路模式、线性稳压模式之间切换不存在开关管控制信号的跳变，能够避免开关管控制信号跳变而导致的高脉冲干扰，因此，应用本实施例技术方案大大提高电路的稳定性，提高电路输出电压Vout的稳定性。

附图说明

图1为现有技术的一种Boost电路原理示意图；

图2为本实施例1提供的一种直流升压控制电路的结构示意图；

图3为本实施例2提供的一种直流升压电路原理示意图；

图4为本实施例2中提供的用于控制图3所示直流升压控制模块的控制原理示意图；

图5为本实施例2中提供的直流升压电路在各工作模式下输入电压与输出电压的波形对比示意图；

图6为本实施例3中提供的一种包括图3所示直流升压电路的电路原理示意图；

图7为本实施例3中用于控制图6所示电路的控制模块的控制原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图2为本实施例提供的一种直流升压控制电路的结构示意图，参见图2所示，该直流升压控制电路包括：内置有线性稳压电路2011的直流升压电路201、以及用于控制直流升压电路以及线性稳压电路2011的控制模块202。

作为本实施例的示意，其中直流升压电路201可以为Boost电路，其用于对较低输入电压Vin进行升压转换得到较高的输出电压Vout。

线性稳压电路2011(Linear Regulator)内置在直流升压电路201中，其工作原理具体是，根据输出反馈控制信号，控制工作在线性工作区的开关管，根据输入电压Vin输出经过调节的稳压输出电压Vout。

本实施例的控制模块202用于根据输入电压Vin的大小，控制直流升压电路201、线性稳压电路2011的工作，其控制原理如下：

当当前的输入电压Vin低于设定的第一电压阈值Vref1时，控制直流升压电路201工作，当前电路处于升压工作模式：直流升压电路201对输入电压Vin进行升压转换后输出较高的输出电压Vout。其中第一电压阈值Vref1根据当前负载要求的输出电压Vout设定，一般地，可以但不限于将其设定为当前负载要求的输出电压Vout。

当当前的输入电压Vin大于或者等于第一电压阈值Vref1且小于或等于设定的第二电压阈值Vref2时，当前电路处于旁路工作模式：旁路输出输入电压Vin作为输出电压Vout。其中第二电压阈值Vref2小于第一电压阈值Vref1，第二电压阈值Vref2根据当前负载要求的最大输出电压设定，一般地，可将其设定为当前负载要求的最大输出电压。

当当前输入电压Vin大于第二电压阈值Vref2时，控制线性稳压电路2011处于工作状态，当前电路处于线性稳压工作模式：线性稳压器根据输入电压Vin输出经过调节的稳压输出电压Vout。其中可以但不限于将线性稳压电路2011输出的稳压输出电压Vout的值设定为负载要求的输出电压最大值。

由上可见，本实施例技术方案提供了一种适用于宽范围输入的直流升压电路201的控制技术，其可以根据当前输入电压Vin的大小而启用不同的工作模式，解决了现有技术升压电路在输入电压Vin高于当前负载要求的最大输出电压值时不能输出稳压输出电压的问题，应用本实施例技术方案有利于确保直流升压电路201在宽范围的输入电压Vin范围内，均能向负载提供符合负载要求的输出电压Vout。

进一步的具体工作原理以及有益效果详细见实施例2中的分析。

实施例2：

图3为本实施例提供的一种直流升压电路原理示意图，参见图3所示，本实施例的直流升压电路201为Boost电路。该直流升压电路201主要包括第一开关管M1、第二开关管M2、以及储能器件301。

其中储能器件301的第一端A耦接到电压输入端的正极IN，储能器件301的第二端B连接到第一开关管M1的第一极性端(漏极“D”或者源极“S”的其中之一，图3中以漏极“D”为例)，第一开关管M1的第二极性端(漏极“D”或者源极“S”的另一，图3中以源极“S”为例)接地，第二开关管M2连接在储能器件301的第二端B与电压输出端的正极OUT之间。

当第一开关管M1断开时，在图3所示的直流升压电路201的电压输入端与电压输出端之间形成有一线性稳压电路2011，该线性稳压电路2011主要包括连接在电压输入端的正极IN与电压输出端的负极之间的储能器件301以及第二开关管M2。

在本实施例的直流升压电路201中，控制模块402具体是根据输入电压Vin的大小，控制输入至第一开关管M1、第二开关管M2的控制信号而实现直流升压电路201在升压模式、旁路模式以及线性稳压模式之间切换，具体如下：

参见图4所示，本实施例中控制模块402中的电压比较电路4021比较输入电压Vin与第一电压阈值Vref1、第二电压阈值Vref2的大小，当输入电压Vin低于设定的第一电压阈值Vref1时，控制模块402向第一开关管M1、以及第二开关管M2的控制端(即栅极端“G”)分别输入相互反相的第一控制信号V11、第二控制信号V21，在第一控制信号V11、第二控制信号V21的控制下第一开关管M1、第二开关管M2周期性的导通、关断，从而控制储能器件301的能量储存以及释放，此时直流升压电路201处于工作状态，实现在输出端输出较高的输出电压Vout。其中第一电压阈值Vref1的设定可以参见实施例1中的记载。

当输入电压Vin大于或等于第一电压阈值Vref1且小于或等于设定的第二电压阈值Vref2时，控制模块402向第二开关管M2输出第三控制信号V22，控制第二开关管M2导通，第一开关管M1不导通(即关断)，电压输入端到电压输出端之间形成通路，旁路输出当前的输入电压Vin作为输出电压Vout，其中第二电压阈值Vref2的设定参见实施例1中的记载。

当输入电压Vin大于第二电压阈值Vref2时，控制模块402根据当前输出反馈控制信号(该部分电路图中未画出，可以但不限于参考现有技术实现)向第二开关管M2的控制端输出第四控制信号V23，以根据输出反馈控制信号控制第二开关管M2的导通以及关断，线性稳压电路2011处于工作状态，根据输出反馈控制信号调节输出电压Vout，实现稳压输出。线性稳压器的进一步工作原理可以但不限于参见现有技术以及实施例1中的记载。

作为本实施例的示意，本实施例可以采用电感作为本实施例的储能器件301。

作为本实施例的示意，将当前负载要求的输出电压记为Vo，设当前负载要求的最大输出电压等于110％*Vo，在本实施例中，可以但不限于将第一电压阈值Vref1设定为等于Vo，将第二电压阈值Vref2设定为等于110％*Vo。

当当前输入电压Vin<Vo时，控制模块402使直流升压电路201处于工作状态，系统工作于升压模式，此时输出电压Vout与输入电压Vin的波形如图5中线501所示；

当当前输入电压Vin为：Vo≤Vin≥110％*Vo时，系统处于旁路状态，此时输出电压Vout跟随输入电压Vin，介于Vo与110％*Vo之间，此时输出电压Vout与输入电压Vin的波形如图5中线502所示；

当当前输入电压Vin>110％*Vo时，控制模块402使线性稳压电路2011处于工作状态，系统处于线性稳压模式，此时线性稳压器输出稳压输出电压Vout。譬如可以但不限于使该稳压输出电压Vout等于110％*Vo，此时输出电压Vout与输入电压Vin的波形如图4中线503所示。

由上可见，应用本实施例技术方案，能复用传统直流升压电路201中耦接在电压端的正极IN与电压输出端的正极OUT之间的开关管而构成线性稳压电路2011，而无需另外引入其他的开关管即可实现线性稳压电路2011，在不提高芯片的复杂度以及面积的基础上，实现了在传统的直流升压电路201中内置线性稳压电路2011，有利于减少电路器件，降低电路成本。

另外，相对于电路在需要两个开关管工作的升压模式与仅需要一个开关管工作的线性稳压模式之间直接跳变而导致的电路高脉冲噪音干扰的现有技术。而本实施例在升压模式与线性稳压模式之间间隔有旁路模式，当电路在升压模式与旁路模式之间切换时，只需要改变直流升压电路201中的第一开关管M1、第二开关管M2的开关状态即可；当电路在旁路模式与线性稳压模式之间切换时，只需要根据输出反馈控制信号而控制第二开关管M2的驱动电压以改变其导通电阻即可，可见在本实施例电路在升压模式、旁路模式、线性稳压模式之间切换不存在开关管控制信号的跳变，能够避免开关管控制信号跳变而导致的高脉冲干扰，因此，应用本实施例技术方案大大提高电路的稳定性，提高电路输出电压Vout的稳定性。

实施例3：

图6为本实施例提供的另一种带直流升压电路201的电路原理示意图，参见图6所示，图6所示电路除了包括图3所示电路外，还包括第三开关管M3、第四开关管M4。其中第三开关管M3连接在电压输入端的正极IN与储能器件301的第一端A之间，第四开关管M4连接在储能器件301的第一端A与地之间，

参见图7所示，本实施例的控制模块702中的电压比较电路7021比较输入电压Vin与第一电压阈值Vref1、第二电压阈值Vref2的大小，当控制模块702向第二开关管M2输入第三控制信号V22使第二开关管M2导通，向第三开关管M3、第四开关管M4的控制端分别输入相互反相的第五控制信号V34、第六控制信号V44，使第一开管M1不导通(即关断)，使图6所示电路工作于降压模式，此时图6所示电路为Buck电路，该电路进一步的具体工作原理参见现有技术。

当控制模块702向第三开关管M3输入使其导通的第七控制信号V31，向第一开关管M1、第二开关管M2分别输入相互反相的第一控制信号V11、第二控制信号V21，使第四开关管M4不导通(即关断)，使图5所示电路工作于升压模式，该电路此时为图3所示的Boost电路，该Boost电路的具体工作原理参见现有技术以及实施例1、2中的记载。

当控制模块702向第二开关管M2输入使其导通的第三控制信号V22，向第三开关管M3输入使其导通的第八控制信号V32，使第二开关管M2、第三开关管M3均导通，第一开关管M1、第四开关管M4均不导通(即均关断)时，图6所示电路的电压输入端与电压输出端之间形成通路，电路工作于旁路模式，具体工作原理参见现有技术以及实施例1、2中的记载。

当控制模块702向第三开关管M3输出第九控制信号V33使第三开关管M3导通，并且控制模块702根据输出反馈控制信号向第二开关管M2的控制端输入第四控制信号V23，第一开关管M1、第四开关管M4均不导通(即均关断)时，图6所示电路工作于线性稳压模式状态，图6所示电路此时为线性稳压电路2011，具体工作原理参见现有技术以及实施例1、2中的记载。

由上可见，实施例2所示的电路结构可以应用于任何包含有直流升压电路201的电路中，其有益效果同实施例1、2中的相应描述。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流升压电路的控制方法，其特征是，包括：

当输入电压低于第一电压阈值时，所述直流升压电路工作，所述直流升压电路输出的电压信号为输出电压，所述第一电压阈值根据当前负载要求的输出电压设定；

当所述输入电压等于或大于所述第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，所述线性稳压电路工作，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

2.根据权利要求1所述的直流升压电路的控制方法，其特征是，

所述线性稳压电路输出的稳压信号的值等于所述第二电压阈值。

3.根据权利要求1或2所述的直流升压电路的控制方法，其特征是，

所述直流升压电路包括：第一开关管、第二开关管以及储能器件，所述储能器件的第一端耦接到电压输入端的正极，第二端与所述第一开关管、第二开关管的第一极性端连接，所述第一开关管的第二极性端接地，第二开关管的第二极性端与电压输出端的正极连接；

所述线性稳压电路，包括所述第二开关管；

当所述输入电压低于第一电压阈值时，向所述第一开关管、第二开关管输入相互反相的控制信号，所述直流升压电路工作，所述直流升压电路输出的电压信号为所述输出电压；

当所述输入电压大于或等于所述第一电压阈值且小于或等于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，导通所述第二开关管，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，根据输出反馈控制信号向所述第二开关管输入控制信号，所述线性稳压电路工作，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

4.一种直流升压控制电路，包括直流升压电路，其特征是，在所述直流升压电路中内置有线性稳压电路，所述直流升压控制电路还包括：

控制模块，用于根据所述输入电压，控制所述直流升压电路、线性稳压电路工作：

当所述输入电压低于第一电压阈值时，所述直流升压电路处于工作状态，所述直流升压电路输出的电压信号为输出电压，所述第一电压阈值根据当前负载要求的输出电压设定；

当所述输入电压等于或大于所述第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，所述线性稳压电路处于工作状态，所述线性稳压电路输出的稳压信号为所述输出电压。

5.根据权利要求4所述的直流升压控制电路，其特征是，

所述直流升压电路包括：第一开关管、以及第二开关管，所述第一开关管、第二开关管的第一极性端共同耦接到电压输入端的正极，所述第一开关管的第二极性端偶接到地，所述第二开关管的第二极性端偶接到电压输出端的正极；

所述线性稳压电路，包括所述第二开关管，

所述控制模块具体用于：

当所述输入电压低于第一电压阈值时，向所述第一开关管、第二开关管的控制端分别输入第一控制信号、第二控制信号，所述直流升压电路处于工作状态，所述输入信号输入至所述直流升压电路；

当所述输入电压大于或等于所述第一电压阈值且小于或等于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，导通所述第二开关管，旁路输出所述输入电压作为所述输出电压；

当所述输入电压大于所述第二电压阈值时，断开所述第一开关管，根据输出反馈控制信号向所述第二开关管的控制端输入第三控制信号，所述线性稳压电路处于工作状态，所述输入信号输入至所述线性稳压电路。

6.根据权利要求5所述的直流升压控制电路，其特征是，

所述直流升压电路包括储能器件，所述储能器件耦接在所述电压输入端的正极与所述第一开关管、第二开关管的第一极性端之间；

所述线性稳压电路还包括所述储能器件。

7.根据权利要求6所述的直流升压控制电路，其特征是，

所述储能器件为电感。