CN104779791A - 综合布线系统升压驱动电路 - Google Patents

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Abstract

综合布线系统升压驱动电路，包括依次连接的输入端、电感、功率管；所述功率NMOS管和地之间连接有负载，所述负载和功率管的公共端作为反馈电压采样端，所述反馈电压采样端和功率管的控制端之间连接有反馈控制环路；所述反馈控制环路由采样电路、误差放大器、PWM比较器、电流比较器、逻辑驱动电路、基准电压和电平位移电路组成；所述电平位移电路为高电平位移电路，输出信号的正电源端与电感和功率管的公共端连接；还包括连接在反馈电压采样端和地之间的储能电容。采用本发明所述的综合布线系统升压驱动电路，将负载直接加在功率管源级，并实现了负载电压的检测和反馈控制，可以驱动高压负载，采用电流反馈控制进一步提高了环路响应速度。

Description

综合布线系统升压驱动电路
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，涉及开关电源，特别是一种综合布线系统升压驱动电路。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
传统的各种开关电源拓扑结构包括至少电感、功率管和整流二极管，随着这三者连接关系的不同而产生不同的输出电压，开关电源的反馈控制无论从理论到实际实现都已有各种成熟的表现形式。
随着电子设备集成化便携化的趋势，对各种电子器件的空间尺寸提出了越来越严格的要求，要求尽可能少的器件数量或尽可能小的器件尺寸，实现设备的小型化。
发明内容
为减少器件数量，节约电子设备内部空间，本发明公开了一种综合布线系统升压驱动电路。
本发明所述综合布线系统升压驱动电路，其特征在于，包括依次连接的输入端、电感、功率管对；所述功率管对和地之间连接有串联的负载和电流检测电阻，所述负载和功率管的公共端作为反馈电压采样端，所述反馈电压采样端和功率管的控制端之间连接有反馈控制环路；所述功率管对由并联的功率PMOS管和功率NMOS管组成；
所述反馈控制环路由采样电路、误差放大器、PWM比较器、三角波发生器、逻辑驱动电路、基准电压和电平位移电路组成；
所述采样电路输入端连接反馈电压采样端，所述误差放大器的两个输入端分别连接基准电压和采样电路输出端，PWM比较器的两个输入端分别连接三角波发生器和误差放大器的输出端，PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，逻辑驱动电路输出端连接电平位移电路，电平位移电路输出端连接功率管控制端；
所述电平位移电路为高电平位移电路，输出信号的正电源端与电感和功率管的公共端连接；
还包括连接在反馈电压采样端和地之间的储能电容。
具体的，所述基准电压为带隙基准电压。
具体的，所述采样电路为连接在反馈电压采样端和地之间的分压电阻串，采样电路输出端为分压节点。
具体的，所述误差放大器和地之间还连接有补偿电容。
采用本发明所述的综合布线系统升压驱动电路，通过取消传统BOOST架构中的整流二极管，将负载直接加在功率管源级，并实现了负载电压的检测和反馈控制，可以驱动高压负载，采用电流反馈控制进一步提高了环路响应速度。
附图说明
图1示出本发明的一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述综合布线系统升压驱动电路，包括依次连接的输入端、电感、功率管对；所述功率管对和地之间连接有串联的负载和电流检测电阻，所述负载和功率管的公共端作为反馈电压采样端，所述反馈电压采样端和功率管的控制端之间连接有反馈控制环路；所述功率管对由并联的功率PMOS管和功率NMOS管组成；
所述反馈控制环路由采样电路、误差放大器、PWM比较器、三角波发生器、逻辑驱动电路、基准电压和电平位移电路组成；
所述采样电路输入端连接反馈电压采样端，所述误差放大器的两个输入端分别连接基准电压和采样电路输出端，PWM比较器的两个输入端分别连接三角波发生器和误差放大器的输出端，PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，逻辑驱动电路输出端连接电平位移电路，电平位移电路输出端连接功率管控制端；
所述电平位移电路为高电平位移电路，输出信号的正电源端与电感和功率管的公共端连接；
还包括连接在反馈电压采样端和地之间的储能电容。
本发明将反馈控制环路的反馈电压采样端设置在功率管源级，当该点电压峰值的采样值大于误差放大器连接的基准电压值VREF时，误差放大器输出电压控制PWM比较器输出的方波信号占空比降低，从而使功率管打开时间减少，降低功率管漏极峰值电压。当该点电压峰值的采样值小于误差放大器连接的基准电压值时，则 误差放大器输出电压控制PWM比较器输出的方波信号占空比增大，提高功率管漏极峰值电压。
本发明进一步引入了电流控制环路，电流检测电阻RCS与负载串联，电流比较器的两个输入端检测电流检测电阻两端的压降，当有电流流过时，产生压降，电流越大，压降值越大，由于功率管的周期性开关，电流比较器输出的是周期性的近似三角波波形，电流越大，三角波的峰值和上升斜率越大，PWM比较器输出信号的占空比越小，从而调节功率管导通时间减少，电流值降低，实现电流反馈控制，提高了控制环路的响应速度。
由于本发明中将负载直接接在功率管源级，功率管源级电压较高，因此在栅极必须使用高于源级的电压驱动，最佳电压是功率管的漏极电压，即电感和功率管的公共端SW，电平位移电路的作用是将输入信号较低的正电源电压提升至功率管漏极电压，例如对于一个典型实施方式，控制环路使用5V电压，但在功率管漏极，可能得到25V电压，电平位移电路将逻辑驱动电路输出的逻辑信号高电平电压从5V转化为25V电压。电平位移电路是成熟的现有技术，采用成对的CMOS管实现，通常包括2个P管和2个N管。
储能电容COUT所起的作用是对输出端进行积分储能，使输出端VOUT可以得到一个较稳定的直流电压值，用于驱动直流负载，例如发光二极管等。
电感L的作用与传统开关电源中的电感类似，起到储能作用，在功率管开启电流增大时，将电流能量转化为磁场能量储存，在功率管关闭时释放产生高压。具体工作过程为：当功率NMOS管MN1开启时，功率PMOS管MP1关闭，电感储能，当功率NMOS管关闭时，功率PMOS管开启，电感向储能电容放电，提供储能电容COUT所需要的高压。
所述采样电路可以为连接在反馈电压采样端和地之间的分压电阻串，例如由R1 和R2两个分压电阻组成，采样电路输出端为分压节点。该方式可以将采样端电压成比例降低到误差放大器可检测范围内。
由于本发明中取消了原有开关电源拓扑中的二极管，采用功率管对代替，功率管对及控制环路全部集成在芯片内部，减少了外围元件，并能实现升压功能。
具体的，所述基准电压为带隙基准电压。所述功率管可以为MOS管或三极管。
优选的，所述误差放大器的输出端和地之间连接有补偿电容C2，可以为控制环路提供一个主极点，增强环路控制的稳定性。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.综合布线系统升压驱动电路，其特征在于，包括依次连接的输入端、电感、功率管对；所述功率管对和地之间连接有串联的负载和电流检测电阻，所述负载和功率管的公共端作为反馈电压采样端，所述反馈电压采样端和功率管的控制端之间连接有反馈控制环路；所述功率管对由并联的功率PMOS管和功率NMOS管组成；
所述反馈控制环路由采样电路、误差放大器、PWM比较器、三角波发生器、逻辑驱动电路、基准电压和电平位移电路组成；
所述采样电路输入端连接反馈电压采样端，所述误差放大器的两个输入端分别连接基准电压和采样电路输出端，PWM比较器的两个输入端分别连接三角波发生器和误差放大器的输出端，PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，逻辑驱动电路输出端连接电平位移电路，电平位移电路输出端连接功率管控制端；
所述电平位移电路为高电平位移电路，输出信号的正电源端与电感和功率管的公共端连接；
还包括连接在反馈电压采样端和地之间的储能电容。
2.如权利要求1所述的综合布线系统升压驱动电路，其特征在于，所述基准电压为带隙基准电压。
3.如权利要求1所述的综合布线系统升压驱动电路，其特征在于，所述采样电路为连接在反馈电压采样端和地之间的分压电阻串，采样电路输出端为分压节点。
4.如权利要求1所述的综合布线系统升压驱动电路，其特征在于，所述误差放大器和地之间还连接有补偿电容。
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