CN106571742B - 一种升压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种升压转换器，包括第一输入口、第一输出口、主线路、采集电路、控制电路、脉宽调制电路和驱动电路，主线路连接于第一输入口和第一输出口之间，控制电路接收一第一基准信号和一第二基准信号，采集电路耦采集输出电流生成一第一采集信号，以及采集输出电压生成一第二采集信号，控制电路接收第一采集信号，控制电路接收第二采集信号，控制电路将第一采集信号与第一基准信号进行比较，以及将第二采集信号与第二基准信号进行比较，根据两个比较结果输出一比较电压，通过脉宽调制电路和驱动电路在主线路中驱动产生反馈调节后的输出电压和输出电流，能够使得环路补偿占用面积小、环路转态平顺。

Description

一种升压转换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种升压转换器。
背景技术
开关式升压直流转直流变换器具有效率高、输入电压范围广，输出电流大等特点，广泛应用于各个领域中，特别是在电池放电应用中。需要把电池电压升压到稳定的5V输出，才能够被便携式设备使用。
当今电池普遍应用，开关式升压直流转直流作为电池放电环节中必不可少的转换器，用于把电池电压转换为标准电压输出。出于保护电池的目的，必须设定精确的输出电流阈值，用于保护电池和升压直流转直流后级设备。而传统的升压直流转直流变换器往往不设置这样的保护，或者即使设置有保护，也无法实现电流环路与电压环路的平顺切换。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种升压转换器，包括：
一第一输入口和一第一输出口；
所述第一输出口输出的电流为所述升压转换器的输出电流；
所述第一输出口输出的电压为所述升压转换器的输出电压；
所述第一输入口输出的电流为所述升压转换器的输入电流；
主线路，连接于所述第一输入口和所述第一输出口之间；
控制电路，接收一第一基准信号和一第二基准信号；
至少一个采集电路，耦合至所述主线路中，用于采集所述输入电流生成一第一采集信号，以及采集所述输出电压生成一第二采集信号；
所述控制电路通过一第一采集引脚接收所述第一采集信号；所述控制电路通过一第二采集引脚接收所述第二采集信号；
所述控制电路将所述第一采集信号与所述第一基准信号进行比较，以及将所述第二采集信号与所述第二基准信号进行比较；
所述控制电路根据两个比较结果输出一比较电压；
脉宽调制电路，与所述控制电路连接，以接收并根据所述比较电压输出一脉冲；
驱动电路，分别与所述脉宽调制电路和所述主线路连接，以接收并根据所述脉冲在所述主线路中驱动产生反馈调节后的所述输出电压和所述输出电流。
上述的升压转换器，其中，所述主线路中还包括一采样电阻；
所述输入电流流经所述采样电阻；
所述采集电路包括一电流采集电路和一电压采集电路；
所述电流采集电路的两个采样引脚连接在所述采样电阻两端，用于采集所述输入电流并输出所述第一采样信号；
所述电压采集电路的输出端与所述第一输出口连接，用于采集所述第一输出口的输出电压并输出所述第二采样信号。
上述的升压转换器，其中，所述电压采集电路包括：
一第五电阻和一第六电阻，串接于所述第一输出口与地之间；
所述控制电路并接于所述第五电阻和所述第六电阻之间，以获取所述第二采集信号。
上述的升压转换器，其中，所述主线路从连接所述第一输入口的一端起依次串联所述采样电阻、一电感、一第九MOS管和所述第一输出口；
一第十MOS管的输入端并接于所述电感和所述第九MOS管之间的连接点；所述第十MOS管未与所述连接点连接的一端接地；
所述驱动电路通过输出一第一驱动信号驱动所述第九MOS管的导通，以向所述电感充能；所述驱动电路通过输出与所述第一驱动信号反相的一第二驱动信号驱动所述第十MOS管的导通。
上述的升压转换器，其中，所述电流采集电路包括：
一第二输入口、一第三输入口和一第二输出口，所述第二输入口和所述第三输入口用于接收所述输入电流；
一第一放大器，包括一第一正相输入端和一第一反相输入端；
一第一MOS管和一第二MOS管串接在所述第二输入口和所述第三输入口之间；
一驱动信号加载在所述第一MOS管的控制端；所述驱动信号的反相信号加载在所述第二MOS管的控制端；
所述第一放大器经由所述第二输出口输出所述第一采集信号。
上述的升压转换器，其中，所述电流采集电路还包括：
一第一电阻和一第二电阻，依次串接于所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的一第一互联节点与所述第一正相输入端之间；
一第一电容，连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间的一第二互联节点与所述第一反相输入端之间；
一第二电容，连接于所述第一正相输入端与所述第一反相输入端之间。
上述的升压转换器，其中，所述控制电路包括：
一第二放大器，包括一第二正相输入端、一第二反相输入端和一第二输出端；
所述第二正相输入端接入一参考电压；
所述第一采集信号与所述第一基准信号的比较结果以及所述第二采集信号与所述第二基准信号的比较结果叠加调节所述第二反相输入端处的电压；
所述第二放大器将所述第二正相输入端和所述第二反相输入端之间的电压差放大，形成所述比较电压并将所述比较电压从所述第二输出端输出。
上述的升压转换器，其中，所述控制电路还包括：
第一基准引脚和第二基准引脚；
第三MOS管，所述第三MOS管的控制端与所述第一采集引脚连接以接收所述第一采集信号；
第四MOS管，所述第四MOS管的控制端与所述第一基准引脚连接以接收所述第一基准信号；
第五MOS管，所述第五MOS管的控制端与所述第二采集引脚连接以接收所述第二采集信号；
第六MOS管，所述第六MOS管的控制端与所述第二基准引脚连接以接收所述第二基准信号；
所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管的输入引脚均连接一电源，并且所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管的输出引脚各自分别通过一个下拉电阻接入串联于所述电源和地之间的一第三电阻和一第一三极管的一第三互联节点；
所述第三互联节点直接连接所述第一三极管的控制端；
所述第四MOS管的下拉电阻与所述第四MOS管之间的第四互联节点接入一第二三极管的控制端；所述第二三极管的输入端连接所述电源，输出端连接所述第二反相输入端；
所述第六MOS管的下拉电阻与所述第六MOS管之间的第五互联节点接入一第三三极管的控制端；所述第三三极管的输入端连接所述电源，输出端连接所述第二反相输入端；
所述第二反相输入端与地之间接入一第四电阻。
上述的升压转换器，其中，所述第三三极管的输入端通过串接一第七MOS管与所述电源连接；
一第八MOS管的控制端与所述第七MOS管的控制端连接；所述第三三极管的输入端还与所述第七MOS管和所述第八MOS管的控制端连接；
所述第八MOS管的输出端分别接地和一施密特触发器；一补偿网络连接所述第二输出端；
所述施密特触发器分别连接所述第二放大器和所述补偿网络，用于调节所述误差放大器和所述补偿网络中的参数。
上述的升压转换器，其中，所述第一输入口连接有一接地的第三电容；
所述第一输出口与地之间接入一第四电容。
有益效果：本发明提出的一种升压转换器能够使得环路补偿占用面积小、环路转态平顺。
附图说明
图1为本发明一实施例中升压转换器的结构示意图；
图2为本发明一实施例中升压转换器的结构示意图；
图3为本发明一实施例中升压转换器的结构示意图；
图4为本发明一实施例中电流采集电路的电路原理图；
图5为本发明一实施例中控制电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种升压转换器，可以包括：
一第一输入口VIN和一第一输出口VOUT；
第一输出口VOUT输出的电流可以为升压转换器的输出电流；
第一输出口VOUT输出的电压可以为升压转换器的输出电压；
第一输入口VIN输出的电流可以为升压转换器的输入电流；
主线路，可以连接于第一输入口VIN和第一输出口VOUT之间；
控制电路110，可以接收一第一基准信号VRC和一第二基准信号VRV；
至少一个采集电路(图1中为电流采集电路120和电压采集电路130)，耦合至主线路中，用于采集输入电流生成一第一采集信号，以及采集输出电压生成一第二采集信号；
控制电路110可以通过一第一采集引脚FBC接收第一采集信号；控制电路通过一第二采集引脚FBV接收第二采集信号；
控制电路110可以将第一采集信号与第一基准信号VRC进行比较，以及将第二采集信号与第二基准信号VRV进行比较；
控制电路110可以根据两个比较结果输出一比较电压VCOMP；
脉宽调制电路140，可以与控制电路110连接，以接收并根据比较电压VCOMP输出一脉冲VPWM；
驱动电路150，可以分别与脉宽调制电路140和主线路连接，以接收并根据脉冲VPWM在主线路中驱动产生反馈调节后的输出电压和输出电流。
其中，主线路中设置有电感元件，例如图1中所示的电感L；图1中的驱动电路150可以通过驱动信号DH驱动第九MOS管M9的导通在主线路中驱动产生反馈调节后的输出电压和输出电流，以及通过驱动信号DL驱动第十MOS管M10的导通给电感L充能，以在电感L下次放电时在第一输出口VOUT产生足够高的电压，例如产生5V的电压，从而实现升压，但这只是一种优选的情况，不应视为是对本发明的限制；比较电压VCOMP可以是从控制电路110的引脚COMP输出。
一个较佳的实施例中，如图2所示，主线路中还可以包括一采样电阻Rs；
输入电流可以流经采样电阻Rs；
采集电路可以包括一电流采集电路220和一电压采集电路230；
电流采集电路220的两个采样引脚a，b可以连接在采样电阻Rs两端，用于采集输入电流并输出第一采样信号；
电压采集电路230的输入端e可以与第一输出口VOUT连接，用于采集第一输出口VOUT的输出电压并输出第二采样信号。
具体地，电流采集电路220可以通过输出口c输出第一采样信号；该第一采样信号可以是电流信号也可以是电压信号；电压采集电路230可以通过输出口e输出第二采样信号至控制电路210；脉宽调制电路240和驱动电路250的连接方式可以与图1中相同。
上述实施中，优选地，如图3所示，电压采集电路可以包括：
一第一电阻R1和一第二电阻R2，串接于第一输出口VOUT与地之间；
第一采集引脚FBV可以并接于第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点处，以获取第二采集信号。
上述实施例中，优选地，如图3所示，主线路从连接第一输入口VIN的一端起可以依次串联采样电阻Rs、一电感L、一第九MOS管和第一输出口VOUT；
一第十MOS管M10的输入端可以并接于电感和第九MOS管M9之间的连接点处；第十MOS管M10未与连接点连接的一端可以接地；
驱动电路350可以通过输出一第一驱动信号DH驱动第九MOS管M9的导通，以向电感L充能；驱动电路350可以通过输出与第一驱动信号DH反相的一第二驱动信号DL驱动第十MOS管M10的导通。
在一个较佳的实施例中，如图4所示，电流采集电路可以包括：
一第二输入口f、一第三输入口g和一第二输出口h，第二输入口f和第三输入口g可以用于接收输入电流；
一第一放大器410，可以包括一第一正相输入端和一第一反相输入端；
一第一MOS管M1和一第二MOS管M2可以串接在第二输入口f和第三输入口g之间；
一驱动信号DRV可以加载在第一MOS管M1的控制端；驱动信号的反相信号加载在第二MOS管M2的控制端；
第一放大器可以经由第二输出口h输出第一采集信号。
上述实施例中，优选地，如图4所示，该电流采集电路还包括：
一第三电阻R3和一第四电阻R4，可以依次串接于第一MOS管M1和第二MOS管M2之间的一第一互联节点n1与第一正相输入端之间；
一第一电容C1，可以连接于第三电阻和第四电阻之间的一第二互联节点n2与第一反相输入端之间；
一第二电容C2，可以连接于第一正相输入端与第一反相输入端之间。
在一个较佳的实施例中，如图5所示，控制电路可以包括：
一第二放大器510，可以包括一第二正相输入端、一第二反相输入端和一第二输出端COMP；
第二正相输入端可以接入一参考电压；
第一采集信号与第一基准信号的比较结果以及第二采集信号与第二基准信号的比较结果叠加调节第二反相输入端处的电压；
第二放大器510可以将第二正相输入端和第二反相输入端之间的电压差放大，形成比较电压并将比较电压从第二输出端COMP输出。
具体地，如图5所示，参考电压可以是电压VREF将第二三极管Q2导通后在电阻R11上形成的电压。
上述实施例中，优选地，如图5所示，控制电路还可以包括：
第一基准引脚VRC和第二基准引脚VRV；
第三MOS管M3，第三MOS管M3的控制端可以与第一采集引脚FBC连接以接收第一采集信号；
第四MOS管M4，第四MOS管M4的控制端可以与第一基准引脚VRC连接以接收第一基准信号；
第五MOS管M5，第五MOS管M5的控制端可以与第二采集引脚FBV连接以接收第二采集信号；
第六MOS管M6，第六MOS管M6的控制端可以与第二基准引脚VRV连接以接收第二基准信号；
第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6的输入引脚可以均连接一电源VCC，并且第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6的输出引脚可以各自分别通过一个下拉电阻接入串联于电源和地之间的一第五电阻R5和一第一三极管Q1之间的一第三互联节点n3；
第三互联节点n3可以直接连接第一三极管Q1的控制端；
第四MOS管M4的下拉电阻R4与第四MOS管M4之间的第四互联节点n4可以接入一第二三极管Q3的控制端；第二三极管Q3的输入端可以连接电源VCC，输出端可以连接第二反相输入端；
第六MOS管M6的下拉电阻与第六MOS管M6之间的第五互联节点n5可以接入一第三三极管Q3的控制端；第三三极管Q3的输入端可以连接电源VCC，输出端可以连接第二反相输入端；
第二反相输入端与地之间可以接入一第六电阻R6。
具体地，控制电路可以通过引脚VRC接收第一基准信号；控制电路可以通过引脚VRV接收第二基准信号；附图中第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6各自的下拉电阻分别是单个的电阻R7，R8，R9，R10。
上述实施例中，优选地，如图5所示，第三三极管Q3的输入端可以通过串接一第七MOS管M7与电源VCC连接；
一第八MOS管M8的控制端可以与第七MOS管M7的控制端连接；第三三极管Q3的输入端还可以与第七MOS管M7和第八MOS管M8的控制端连接；
第八MOS管M8的输出端可以分别接地和一施密特触发器520；一补偿网络530可以连接第二输出端COMP；
施密特触发器520可以分别连接第二放大器510和补偿网络530，用于调节第二放大器510和补偿网络530中的参数。
具体地，施密特触发器520和补偿网络530可以用于在需要对电流环路和电压环路之间进行切换时，将第二放大器510和补偿网络530中与电流环路和/或电压环路相关的参数，进而实现电流环路与电压环路的平顺切换；例如可以是调节补偿网络530中的零极点。
在一个较佳的实施例中，如图2所示，第一输入口VIN可以连接有一接地的第三电容CIN；
第一输出口VOUT与地之间可以连接有一第四电容COUT。
综上所述，本发明提出的一种升压转换器包括第一输入口、第一输出口、主线路、至少一个采集电路、控制电路、脉宽调制电路和驱动电路，主线路连接于第一输入口和第一输出口之间，控制电路预设有一第一基准信号和一第二基准信号，至少一个采集电路耦合至主线路中，用于采集输入电流生成一第一采集信号，以及采集输出电压生成一第二采集信号，控制电路接收第一采集信号，控制电路接收第二采集信号，控制电路将第一采集信号与第一基准信号进行比较，以及将第二采集信号与第二基准信号进行比较，根据两个比较结果输出一比较电压，脉宽调制电路与控制电路连接，以接收并根据比较电压输出一脉冲，驱动电路分别与脉宽调制电路和主线路连接，以接收并根据脉冲在主线路中驱动产生反馈调节后的输出电压和输出电流，能够使得环路补偿占用面积小、环路转态平顺。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (8)

1.一种升压转换器，其特征在于，包括：
一第一输入口和一第一输出口；
所述第一输出口输出的电流为所述升压转换器的输出电流；
所述第一输出口输出的电压为所述升压转换器的输出电压；
所述第一输入口的电流为所述升压转换器的输入电流；
主线路，连接于所述第一输入口和所述第一输出口之间；
控制电路，接收一第一基准信号和一第二基准信号；
至少一个采集电路，耦合至所述主线路中，用于采集所述输入电流生成一第一采集信号，以及采集所述输出电压生成一第二采集信号；
所述控制电路通过一第一采集引脚接收所述第一采集信号；所述控制电路通过一第二采集引脚接收所述第二采集信号；
所述控制电路将所述第一采集信号与所述第一基准信号进行比较，以及将所述第二采集信号与所述第二基准信号进行比较；
所述控制电路根据两个比较结果输出一比较电压；
脉宽调制电路，与所述控制电路连接，以接收并根据所述比较电压输出一脉冲；
驱动电路，分别与所述脉宽调制电路和所述主线路连接，以接收并根据所述脉冲在所述主线路中驱动产生反馈调节后的所述输出电压和所述输出电流；
所述控制电路包括：
一第二放大器，包括一第二正相输入端、一第二反相输入端和一第二输出端；
所述第二正相输入端接入一参考电压；
所述第一采集信号与所述第一基准信号的比较结果以及所述第二采集信号与所述第二基准信号的比较结果叠加调节所述第二反相输入端处的电压；
所述第二放大器将所述第二正相输入端和所述第二反相输入端之间的电压差放大，形成所述比较电压并将所述比较电压从所述第二输出端输出；
所述控制电路还包括：
第一基准引脚和第二基准引脚；第三MOS管，所述第三MOS管的控制端与所述第一采集引脚连接以接收所述第一采集信号；
第四MOS管，所述第四MOS管的控制端与所述第一基准引脚连接以接收所述第一基准信号；
第五MOS管，所述第五MOS管的控制端与所述第二采集引脚连接以接收所述第二采集信号；
第六MOS管，所述第六MOS管的控制端与所述第二基准引脚连接以接收所述第二基准信号；
所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管的输入引脚均连接一电源，并且所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管的输出引脚各自分别通过一个下拉电阻接入串联于所述电源和地之间的一第五电阻和一第一三极管之间的一第三互联节点；
所述第三互联节点直接连接所述第一三极管的控制端；
所述第四MOS管的下拉电阻与所述第四MOS管之间的第四互联节点接入一第二三极管的控制端；所述第二三极管的输入端连接所述电源，输出端连接所述第二反相输入端；
所述第六MOS管的下拉电阻与所述第六MOS管之间的第五互联节点接入一第三三极管的控制端；所述第三三极管的输入端连接所述电源，输出端连接所述第二反相输入端；
所述第二反相输入端与地之间接入一第六电阻。
2.根据权利要求1所述的升压转换器，其特征在于，所述主线路中还包括一采样电阻；
所述第一输入口的输入电流流经所述采样电阻；
所述采集电路包括一电流采集电路和一电压采集电路；
所述电流采集电路的两个采样引脚连接在所述采样电阻两端，用于采集所述输入电流并输出所述第一采集信号；
所述电压采集电路的输入端与所述第一输出口连接，用于采集所述第一输出口的输出电压并输出所述第二采集信号。
3.根据权利要求2所述的升压转换器，其特征在于，所述电压采集电路包括：
一第一电阻和一第二电阻，串接于所述第一输出口与地之间；
所述第二采集引脚并接于所述第一电阻和所述第二电阻之间的连接点处，以获取所述第二采集信号。
4.根据权利要求2所述的升压转换器，其特征在于，所述主线路从连接所述第一输入口的一端起依次串联所述采样电阻、一电感、一第九MOS管和所述第一输出口；
一第十MOS管的输入端并接于所述电感和所述第九MOS管之间的连接点处，所述第十MOS管未与连接点连接的一端接地；
所述驱动电路通过输出一第一驱动信号驱动所述第九MOS管的导通，以向所述电感充能，所述驱动电路通过输出与所述第一驱动信号反相的一第二驱动信号驱动所述第十MOS管的导通。
5.根据权利要求2所述的升压转换器，其特征在于，所述电流采集电路包括：
一第二输入口、一第三输入口和一第二输出口，所述第二输入口和所述第三输入口用于接收所述输入电流；
一第一放大器，包括一第一正相输入端和一第一反相输入端；
一第一MOS管和一第二MOS管串接在所述第二输入口和所述第三输入口之间；
一驱动信号加载在所述第一MOS管的控制端；所述驱动信号的反相信号加载在所述第二MOS管的控制端；
所述第一放大器经由所述第二输出口输出所述第一采集信号。
6.根据权利要求5所述的升压转换器，其特征在于，所述电流采集电路还包括：
一第三电阻和一第四电阻，依次串接于所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的一第一互联节点与所述第一正相输入端之间；
一第一电容，连接于所述第三电阻和所述第四电阻之间的一第二互联节点与所述第一反相输入端之间；
一第二电容，连接于所述第一正相输入端与所述第一反相输入端之间。
7.根据权利要求1所述的升压转换器，其特征在于，所述第三三极管的输入端通过串接一第七MOS管与所述电源连接；
一第八MOS管的控制端与所述第七MOS管的控制端连接；所述第三三极管的输入端还与所述第七MOS管和所述第八MOS管的控制端连接；
所述第八MOS管的输出端分别连接一施密特触发器以及通过一电流源接地；一补偿网络连接所述第二输出端；
所述施密特触发器分别连接所述第二放大器和所述补偿网络，用于调节所述第二放大器和所述补偿网络中的参数。
8.根据权利要求1所述的升压转换器，其特征在于，所述第一输入口连接有一接地的第三电容；
所述第一输出口与地之间连接有一第四电容。
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