CN105071637B - 一种开关电源输出幅度调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源输出幅度调节电路，包括：放大器，放大器的反相输入端与调节电压输入端相连接，其正相输入端与第一节点相连接；第一MOS管，第一MOS管的源极连接至电源，栅极连接至第一偏置电压，漏极与第一节点相连接；第二MOS管，第二MOS管的栅极与放大器的输出端相连接，漏极通过第一电阻与第一节点相连接；第二电阻和第三电阻串联连接在第一节点与接地端之间，其中第二电阻与第三电阻相连接的节点为第二节点；比较器，比较器的正相输入端与检测电压输入端相连接，反向输入端与第二节点相连接，其输出端用于输出充电指示信号至开关电源电路。可精确地实现对调节电压的上钳位、下钳位、放大、平移等运算，减少了硬件资源消耗。

Description

一种开关电源输出幅度调节电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种开关电源输出幅度调节电路。

背景技术

目前，开关电源电路工作在恒流输出模式时，为了检测电感电流，通常需要一检测电阻与其串联，将检测电阻上的压降作为电流检测信号，传递到控制电路进行处理。当需要调节开关电源电路恒流输出时，通常将一调节电压传递到控制电路，根据调节电压的电压值调节开关电源电路的开关切换，以实现调节恒流输出的目的。

对于传统的开关电源输出幅度调节电路，为了实现精确地调节电流，需要多个电路环节对调节电压进行多次处理，分别实现上钳位、下钳位、放大、平移等运算，一方面需要消耗较多的硬件资源，另一方面在每次运算都会引入误差及噪声，最终导致开关电源电路的恒流输出误差及噪声增加，且量产一致性变差。因此，现有的开关电源控制电路已越来越不能满足用户的需要。

针对现有技术中所存在的问题，提供一种能够同时实现上钳位、下钳位、放大、平移等运算的开关电源输出幅度调节电路具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种开关电源输出幅度调节电路，具备用于输入调节电压的调节电压输入端与用于输入检测电压的检测电压输入端，其特征在于，包括：

放大器，所述放大器的反相输入端与所述调节电压输入端相连接，其正相输入端与第一节点相连接；

第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接至电源，栅极连接至第一偏置电压，漏极与所述第一节点相连接；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述放大器的输出端相连接，漏极通过第一电阻与所述第一节点相连接；

第二电阻和第三电阻串联连接在所述第一节点与接地端之间，其中所述第二电阻与所述第三电阻相连接的节点为第二节点；

比较器，所述比较器的正相输入端与所述检测电压输入端相连接，反向输入端与所述第二节点相连接，其输出端用于输出充电指示信号至所述开关电源电路。

优选的，所述第一电阻的阻值远小于所述第二电阻阻值与所述第三电阻阻值之和。

优选的，还包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极连接至电源，栅极与所述第一偏置电压端相连接，漏极与所述第二节点相连接。

优选的，还包括第四MOS管，所述第四MOS管的源极接地，栅极与第二偏置电压端相连接，漏极与所述第二节点相连接。

优选的，所述第一MOS管为PMOS管，所述第二MOS管为NMOS管。

优选的，所述第三MOS管为PMOS管。

优选的，所述第四MOS管为NMOS管。

本发明提供了一种开关电源输出幅度调节电路，该电路可以复用调节电压的输入缓冲放大器，仅增加一个反馈支路即可精确地实现对调节电压的上钳位、下钳位、放大、平移等运算，减少了硬件资源消耗，并且降低了误差及噪声的引入。

附图说明

图1为本发明的开关电源输出幅度调节电路最佳实施方式的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明的开关电源输出幅度调节电路最佳实施方式的电路图，如图所示，放大器AMP的反相输入端与调节电压输入端相连接，用于接受调节电压Vadj，其中，调节电压Vadj可以由控制芯片外部输入，正相输入端与第一节点A相连接。

第一PMOS管M1的栅极连接第一偏置电压Vb1，源极连接电源，漏极与第一节点A相连接，用于提供一稳定的电流。

第二NMOS管M2的栅极与放大器AMP的输出端相连接，源极接地，漏极通过第一电阻R1与第一节点A相连接，从而，放大器AMP、第二NMOS管M2和第一电阻R1构成了闭合反馈回路。由于放大器AMP控制第二NMOS管M2的电流值，即流经第一电阻R1的电流值，从而在第一节点A与产生一反馈电压Vfb。

用于分压的第二电阻R2和第三电阻R3依次串联在第一节点A与接地端之间，第二电阻R2与第三电阻R3之间形成第二节点B，用于输出控制信号Vctrl至比较器CMP的反相输入端。

比较器CMP的反相输入端与第二节点B相连接，正相输入端与电流检测信号输入端相连接，用于将控制信号Vctrl与电流检测信号Vcs进行比较，并输出充电指示信号Vind至开关电源电路。

这里，电流检测信号Vcs可采用现有技术中的使用检测电阻上的压降作为电流检测信号Vcs。

另外，本实施方式中还包括用于对控制电压Vctl进行平移计算的第三PMOS管M3和第四NMOS管M4，第三PMOS管M3的源极连接至电源，栅极与第一偏置电压Vb1相连接，漏极连接至第二节点B。第四NMOS管M4的源极接地，栅极与第二偏置电压Vb2相连接漏极连接至第二节点B。

以下对本实施方式的开关电源输出幅度调节电路的工作原理进行解释。

首先进行说明的是调节信号Vadj对开关电源系统输出电流的恒流值的调节功能的原理。

如前所述，放大器AMP、第二NMOS管M2和第一电阻R1构成闭合反馈电路。放大器AMP根据所输入的调剂信号Vadj反向控制第二NMOS管的电流值，从而在第一节点A——第一PMOS管M1的漏极产生一个反馈电压Vfb，该反馈电压被直接输入至放大器AMP的正相输入端，。由于第二NMOS管M2的反向作用，该反馈回路为负反馈，最终控制反馈电压Vfb与调节信号Vadj的电压相同。

通常调节信号Vadj可以由控制芯片外部输入，此时放大器AMP同时用作输入缓冲，仅需要微弱的输入电流即可。

用于分压的第二电阻R2和第三电阻R3对反馈电压Vfb进行分压得到控制信号Vctrl。比较器CMP将控制信号Vctrl和电流检测信号Vcs进行比较，当电流检测信号Vcs的电压值高于控制信号Vctrl的电压值时，说明开关电源系统中电感电流已经达到设计的控制目标值，比较器CMP输出的充电指示信号Vind变为高电平，用于指示后续控制电路断开开关电源系统中的充电开关。以上实现了调节信号Vadj对开关电源系统输出电流的恒流值的调节功能。

其次说明对调节电压Vadj的上钳位、下钳位运算的原理。

第一PMOS管M1接收第一偏置电压Vb1，工作在电流源模式，输出一精确的恒定电流，为第二NMOS管M2提供偏置电流。

第一PMOS管M1同时用作对调节信号Vadj实现上钳位运算。当第二NMOS管M2工作在截止状态，第一PMOS管M1的输出电流全部流过第二电阻R2和第三电阻R3，此时反馈电压Vfb得到最大值，即调节信号Vadj的上钳位电压。当调节信号Vadj高于这个上钳位电压时，反馈电压Vfb不再增加，放大器AMP维持第二NMOS管M2的截止状态，此时控制信号Vctrl被精确地钳位在最大值，即第一PMOS管M1的输出电流与第三电阻R3的乘积。

第一PMOS管M1同时用作对调节信号Vadj实现下钳位运算。当第二NMOS管M2工作在线性导通状态，其导通阻抗远低于第一电阻R1，可以将第一电阻R1的电阻值设计成远小于第二电阻R2与第三电阻R3之和，第一PMOS管M1的输出电流可以认为全部流过第一电阻R1，此时反馈电压Vfb得到最小值，即调节信号Vadj的下钳位电压。当调节信号Vadj低于这个下钳位电压时，反馈电压Vfb不再降低，放大器AMP维持第二NMOS管M2的线性导通状态，此时控制信号Vctrl被精确地钳位在最小值，即第一PMOS管M1的输出电流与第一电阻R1的乘积。

以下对平移运算进行说明。

第三PMOS管M3的栅极连接至第一偏置电压Vb1，工作在电流源模式，输出一精确的恒定电流，流过第三电阻R3，从而使控制信号Vctrl的电压值精确地增加一恒定的偏移量。

第四NMOS管M4的栅极连接至第二偏置电压Vb2，工作在电流源模式，输出一精确的恒定电流，流过第二电阻R2，从而使控制信号Vctrl的电压值精确地降低一恒定的偏移量。

本发明的开关电源输出幅度调节电路，可以复用调节电压的输入缓冲放大器，仅增加一个反馈支路即可精确地实现对调节电压的上钳位、下钳位、放大、平移等运算，减少了硬件资源消耗，并且降低了误差及噪声的引入。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种开关电源输出幅度调节电路，具备用于输入调节电压的调节电压输入端与用于输入检测电压的检测电压输入端，其特征在于，包括：

放大器，所述放大器的反相输入端与所述调节电压输入端相连接，其正相输入端与第一节点相连接；

第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接至电源，栅极连接至第一偏置电压，漏极与所述第一节点相连接；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述放大器的输出端相连接，漏极通过第一电阻与所述第一节点相连接，源极接地；

第二电阻和第三电阻串联连接在所述第一节点与接地端之间，其中所述第二电阻与所述第三电阻相连接的节点为第二节点；

比较器，所述比较器的正相输入端与所述检测电压输入端相连接，反向输入端与所述第二节点相连接，其输出端用于输出充电指示信号至所述开关电源电路；

所述第一电阻的阻值远小于所述第二电阻阻值与所述第三电阻阻值之和。

2.如权利要求1所述的开关电源输出幅度调节电路，其特征在于，还包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极连接至电源，栅极与所述第一偏置电压端相连接，漏极与所述第二节点相连接。

3.如权利要求1所述的开关电源输出幅度调节电路，其特征在于，还包括第四MOS管，所述第四MOS管的源极接地，栅极与第二偏置电压端相连接，漏极与所述第二节点相连接。

4.如权利要求1所述的开关电源输出幅度调节电路，其特征在于，所述第一MOS管为PMOS管，所述第二MOS管为NMOS管。

5.如权利要求2所述的开关电源输出幅度调节电路，其特征在于，所述第三MOS管为PMOS管。

6.如权利要求3所述的开关电源输出幅度调节电路，其特征在于，所述第四MOS管为NMOS管。