CN107070224A - 直流拓扑电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流拓扑电路。该直流拓扑电路在控制芯片内设有减法器、及与减法器输出端电性连接的控制模块，减法器的两个输入端分别接入输入电压及负载额定电压，通过减法器对输入电压与负载额定电压进行减法运算，控制模块根据运算结果对应控制多个场效应管的导通或闭合，使得直流拓扑电路进入不同的工作模式，在负载使用相同连接端口和通信协议的情况下，直流拓扑电路能为具有不同额定电压的不同的负载进行供电，增加直流拓扑电路的应用范围。

Description

直流拓扑电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种直流拓扑电路。
背景技术
直流-直流(DC-DC)变换器是将固定的直流电压转变为可调或固定的直流电压，是一个用开关调节方式控制电能的变换电路，这种技术被广泛用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。
如图1所示，为现有的一种直流拓扑电路，包括：降压IC111、第一电容C101、第二电容C102、第三电容C103、第四电容C104、第五电容C105、第六电容C106、第一电感器L101、第一电阻R101、第二电阻R102、及第三电阻R103；所述降压IC111的自举升压端BS电性连接第一电容C101的一端，接地端GND接地，输出反馈端FB电性连接第三节点C，电感器输入端LX电性连接第一节点A，输入端IN接入电源电压VCC，控制端EN电性连接第二节点B；所述第一电容C101的另一端电性连接第一节点A；所述第一电感器L101的一端电性连接第一节点A，另一端输出输出电压Vcore；第二电容C102的一端电性连接第二节点B，另一端接地；所述第三电容C103的一端接入电源电压VCC，另一端接地；所述第四电容C104的一端电性连接第一电感L101的另一端，另一端电性连接第三节点C；所述第五电容C105的一端电性连接第一电感L101的另一端，另一端接地；所述第六电容C106的一端电性连接第一电感L101的另一端，另一端接地；所述第一电阻R101的一端接入电源电压VCC，另一端电性连接第二节点B；所述第二电阻R102的一端接入第一电感L101的另一端，另一端电性连接第三节点；所述第三电阻R103的一端电性连接第三节点C，另一端接地。该直流拓扑电路只具有降压功能，并且只能适应一种输出负载，当输出负载不一样时将无法使用，而且目前不同的输出负载使用相同的接口及通信协议，如果将给一个负载供电的电源接到另外一个负载时，由于电压和电流的差异性，可能将导致产品损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流拓扑电路，在负载使用相同连接端口和通信协议的情况下，能够接入不同的负载正常工作，增加直流拓扑电路的应用范围。
为实现上述目的，本发明提供一种直流拓扑电路，包括：控制芯片、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第一电感、第一电容、及第二电容；
所述控制芯片包括控制模块、及减法器；所述减法器的第一输入端接入输入电压，第二输入端接接入负载额定电压，输出端电性连接控制模块；
所述第一场效应管的栅极接入第一控制信号，漏极接入输入电压，源极电性连接第一电感的一端；所述第二场效应管的栅极接入第二控制信号，漏极电性连接第一电感的一端，源极接地；所述第三场效应管的栅极接入第三控制信号，漏极电性连接第一电感的另一端，源极接地；所述第四场效应管的栅极接入第四控制信号，漏极输出输出电压，源极电性连接第一电感的另一端；所述第一电容的一端电性连接第一电感的一端，另一端电性连接控制芯片的第一自举引脚；所述第二电容的一端电性连接第一电感的另一端，另一端电性连接控制芯片的第二自举引脚；
所述第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、及第四控制信号均由控制模块提供；
所述减法器对所述输入电压及负载额定电压进行减法运算，并向所述控制模块输出运算结果，所述控制模块根据运算结果调整输出的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、及第四控制信号，对应控制第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管导通或截止。
当输入电压大于负载额定电压时，所述减法器输出输入电压与负载额定电压差值大于零的运算结果并传输至所述控制模块，所述控制模块根据该输入电压与负载额定电压差值大于零的运算结果输出第四控制信号控制第四场效应管导通，输出第三控制信号控制第三场效应管截止，输出第二控制信号、及第一控制信号控制第一场效应管与第二场效应管交替导通；
当输入电压小于负载额定电压时，所述减法器输出输入电压与负载额定电压差值小于零的运算结果，所述控制模块根据该输入电压与负载额定电压差值小于零的运算结果输出第一控制信号控制第一场效应管导通，输出第二控制信号控制第二场效应管截止，输出第三控制信号、及第四控制信号控制第三场效应管与第四场效应管交替导通；
当输入电压等于负载额定电压时，所述减法器输出输入电压与负载额定电压差值等于零的运算结果，所述控制模块根据该输入电压与负载额定电压差值等于零的运算结果输出第一控制信号控制第一场效应管导通，输出第二控制信号控制第二场效应管截止，输出第三控制信号控制第三场效应管截止，输出第四控制信号控制第四场效应管导通。
当输入电压大于负载额定电压时，第一场效应管的一次导通时长与第一场效应管与第二场效应管一次导通时长之和的比值为负载额定电压与输入电压的比值。
当输入电压小于负载额定电压时，第三场效应管的一次导通时长与第三场效应管与第四场效应管一次导通时长之和的比值为负载额定电压与输入电压差值与输入电压的比值。
所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管及第四场效应管均为N型场效应管。
当输入电压大于负载额定电压时，所述第四控制信号为高电位，所述第三控制信号为低电位。
当输入电压小于负载额定电压时，所述第一控制信号为高电位，所述第二控制信号为低电位。
当输入电压等于负载额定电压时，所述第一控制信号及第四控制信号为高电位，所述第二控制信号及第三控制信号为低电位。
本发明的有益效果：本发明提供的一种直流拓扑电路，该直流拓扑电路在控制芯片内设有减法器、及与减法器输出端电性连接的控制模块，减法器的两个输入端分别接入输入电压及负载额定电压，通过减法器对输入电压与负载额定电压进行减法运算，控制模块根据运算结果对应控制多个场效应管的导通或闭合，使得直流拓扑电路进入不同的工作模式，在负载使用相同连接端口和通信协议的情况下，直流拓扑电路能为具有不同额定电压的不同的负载进行供电，增加直流拓扑电路的应用范围。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为现有的直流拓扑电路的电路图；
图2为本发明的直流拓扑电路的电路图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图2，本发明提供一种直流拓扑电路，包括：控制芯片10、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第一电感L1、第一电容C1、及第二电容C2；
所述控制芯片10包括控制模块11、及减法器12；所述减法器12的第一输入端接入输入电压Vin，第二输入端接接入负载额定电压VN，输出端电性连接控制模块11；
所述第一场效应管Q1的栅极接入第一控制信号LDRV1，漏极接入输入电压Vin，源极电性连接第一电感L1的一端；所述第二场效应管Q2的栅极接入第二控制信号HDRV1，漏极电性连接第一电感L1的一端，源极接地；所述第三场效应管Q3的栅极接入第三控制信号HDRV2，漏极电性连接第一电感L1的另一端，源极接地；所述第四场效应管Q4的栅极接入第四控制信号LDRV2，漏极输出输出电压Vout，源极电性连接第一电感L1的另一端；所述第一电容C1的一端电性连接第一电感L1的一端，另一端电性连接控制芯片10的第一自举引脚BST1；所述第二电容C2的一端电性连接第一电感L1的另一端，另一端电性连接控制芯片10的第二自举引脚BST2；
所述第一控制信号LDRV1、第二控制信号HDRV1、第三控制信号HDRV2、及第四控制信号LDRV2均由控制模块10提供；
所述减法器12对所述输入电压Vin及负载额定电压VN进行减法运算，并向所述控制模块11输出运算结果，所述控制模块11根据运算结果调整输出的第一控制信号LDRV1、第二控制信号HDRV1、第三控制信号HDRV2、及第四控制信号LDRV2，对应控制第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4导通或截止。
具体地，当输入电压Vin大于负载额定电压VN时，所述减法器12输出输入电压Vin与负载额定电压VN差值大于零的运算结果并传输至所述控制模块11，所述控制模块11根据该输入电压Vin与负载额定电压VN差值大于零的运算结果输出第四控制信号LDRV2控制第四场效应管Q4导通，输出第三控制信号HDRV2控制第三场效应管Q3截止，输出第二控制信号HDRV1、及第一控制信号LDRV1控制第一场效应管Q1与第二场效应管Q2交替导通。此时，该直流拓扑电路进入降压模式，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、及第一电感L1构成降压拓扑结构(Buck topology)，第一电感L1的另一端直接输出输出电压Vout，在此阶段中，当第一场效应管Q1导通、第二场效应管Q2截止时，输入电压Vin为第一电感L1充电，当第一场效应管Q1截止、第二场效应管Q2导通时，第一电感L1的一端接地使其放电，则在总体上第一电感L1另一端输出的输出电压Vout小于输入电压Vin，达到降压输出的目的。
优选地，当输入电压Vin大于负载额定电压VN时，可通过控制控制模块11输出的第一控制信号LDRV1及第二控制信号HDRV1的占空比，使第一场效应管Q1的一次导通时长与第一场效应管Q1与第二场效应管Q2一次导通时长之和的比值为负载额定电压VN与输入电压Vin的比值，能够使第一电感L1另一端输出的输出电压Vout与负载额定电压VN相等，使该直流拓扑电路与具有该额定电压VN的负载完全匹配。
具体地，当输入电压Vin小于负载额定电压VN时，所述减法器12输出输入电压Vin与负载额定电压VN差值小于零的运算结果，所述控制模块11根据该输入电压Vin与负载额定电压VN差值小于零的运算结果，输出第一控制信号LDRV1控制第一场效应管Q1导通，输出第二控制信号HDRV1控制第二场效应管Q2截止，输出第三控制信号HDRV2、及第四控制信号LDRV2控制第三场效应管Q3与第四场效应管Q4交替导通。此时，该直流拓扑电路进入升压模式，第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、及第一电感L1构成升压拓扑结构(Boosttopology)，第一电感L1的一端直接接入输入电压Vin，在此阶段中，当第三场效应管Q3导通、第四场效应管Q4截止时，输入电压Vin向第一电感L1充电，当第三场效应管Q3截止、第四场效应管Q4导通时，第一电感L1和输出电压Vin共同输出输出电压Vout，则在总体上输出电压Vout大于输入电压Vin，达到升压输出的目的。
优选地，当输入电压Vin小于负载额定电压VN时，可通过控制控制模块11输出的第一控制信号LDRV1及第二控制信号HDRV1的占空比，使第三场效应管Q3的一次导通时长与第三场效应管Q3与第四场效应管Q4一次导通时长之和的比值为负载额定电压VN与输入电压Vin差值与输入电压Vin的比值，能够使输出电压Vout与负载额定电压VN相等，使该直流拓扑电路与具有该额定电压VN的负载完全匹配。
具体地，当输入电压Vin等于负载额定电压VN时，所述减法器12输出输入电压Vin与负载额定电压VN差值等于零的运算结果，所述控制模块11根据该输入电压Vin与负载额定电压VN差值等于零的运算结果，输出第一控制信号LDRV1控制第一场效应管Q1导通，输出第二控制信号HDRV1控制第二场效应管Q2截止，输出第三控制信号HDRV2控制第三场效应管Q3截止，输出第四控制信号LDRV2控制第四场效应管Q4导通。此时，第一电感L1的另一端直接输出与负载额定电压VN一致的输出电压Vout，使该直流拓扑电路与具有该额定电压VN的负载完全匹配。
具体地，所述第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3及第四场效应管Q4均为N型场效应管。
进一步地，当输入电压Vin大于负载额定电压VN时，所述第四控制信号LDRV2为高电位，所述第三控制信号HDRV2为低电位；
当输入电压Vin小于负载额定电压VN时，所述第一控制信号LDRV1为高电位，所述第二控制信号HDRV1为低电位；
当输入电压Vin等于负载额定电压VN时，所述第一控制信号LDRV1及第四控制信号LDRV2为高电位，所述第二控制信号HDRV1及第三控制信号HDRV2为低电位。
综上所述，本发明提供的一种直流拓扑电路，该直流拓扑电路在控制芯片内设有减法器、及与减法器输出端电性连接的控制模块，减法器的两个输入端分别接入输入电压及负载额定电压，通过减法器对输入电压与负载额定电压进行减法运算，控制模块根据运算结果对应控制多个场效应管的导通或闭合，使得直流拓扑电路进入不同的工作模式，在负载使用相同连接端口和通信协议的情况下，直流拓扑电路能为具有不同额定电压的不同的负载进行供电，增加直流拓扑电路的应用范围。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种直流拓扑电路，其特征在于，包括：控制芯片(10)、第一场效应管(Q1)、第二场效应管(Q2)、第三场效应管(Q3)、第四场效应管(Q4)、第一电感(L1)、第一电容(C1)、及第二电容(C2)；
所述控制芯片(10)包括控制模块(11)、及减法器(12)；所述减法器(12)的第一输入端接入输入电压(Vin)，第二输入端接接入负载额定电压(VN)，输出端电性连接控制模块(11)；
所述第一场效应管(Q1)的栅极接入第一控制信号(LDRV1)，漏极接入输入电压(Vin)，源极电性连接第一电感(L1)的一端；所述第二场效应管(Q2)的栅极接入第二控制信号(HDRV1)，漏极电性连接第一电感(L1)的一端，源极接地；所述第三场效应管(Q3)的栅极接入第三控制信号(HDRV2)，漏极电性连接第一电感(L1)的另一端，源极接地；所述第四场效应管(Q4)的栅极接入第四控制信号(LDRV2)，漏极输出输出电压(Vout)，源极电性连接第一电感(L1)的另一端；所述第一电容(C1)的一端电性连接第一电感(L1)的一端，另一端电性连接控制芯片(10)的第一自举引脚(BST1)；所述第二电容(C2)的一端电性连接第一电感(L1)的另一端，另一端电性连接控制芯片(10)的第二自举引脚(BST2)；
所述第一控制信号(LDRV1)、第二控制信号(HDRV1)、第三控制信号(HDRV2)、及第四控制信号(LDRV2)均由控制模块(10)提供；
所述减法器(12)对所述输入电压(Vin)及负载额定电压(VN)进行减法运算，并向所述控制模块(11)输出运算结果；所述控制模块(11)根据运算结果调整输出的第一控制信号(LDRV1)、第二控制信号(HDRV1)、第三控制信号(HDRV2)、及第四控制信号(LDRV2)，对应控制第一场效应管(Q1)、第二场效应管(Q2)、第三场效应管(Q3)、第四场效应管(Q4)导通或截止。
2.如权利要求1所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)大于负载额定电压(VN)时，所述减法器(12)输出输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值大于零的运算结果并传输至所述控制模块(11)，所述控制模块(11)根据该输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值大于零的运算结果输出第四控制信号(LDRV2)控制第四场效应管(Q4)导通，输出第三控制信号(HDRV2)控制第三场效应管(Q3)截止，输出第二控制信号(HDRV1)、及第一控制信号(LDRV1)控制第一场效应管(Q1)与第二场效应管(Q2)交替导通；
当输入电压(Vin)小于负载额定电压(VN)时，所述减法器(12)输出输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值小于零的运算结果，所述控制模块(11)根据该输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值小于零的运算结果输出第一控制信号(LDRV1)控制第一场效应管(Q1)导通，输出第二控制信号(HDRV1)控制第二场效应管(Q2)截止，输出第三控制信号(HDRV2)、及第四控制信号(LDRV2)控制第三场效应管(Q3)与第四场效应管(Q4)交替导通；
当输入电压(Vin)等于负载额定电压(VN)时，所述减法器(12)输出输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值等于零的运算结果，所述控制模块(11)根据该输入电压(Vin)与负载额定电压(VN)差值等于零的运算结果输出第一控制信号(LDRV1)控制第一场效应管(Q1)导通，输出第二控制信号(HDRV1)控制第二场效应管(Q2)截止，输出第三控制信号(HDRV2)控制第三场效应管(Q3)截止，输出第四控制信号(LDRV2)控制第四场效应管(Q4)导通。
3.如权利要求2所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)大于负载额定电压(VN)时，第一场效应管(Q1)的一次导通时长与第一场效应管(Q1)与第二场效应管(Q2)一次导通时长之和的比值为负载额定电压(VN)与输入电压(Vin)的比值。
4.如权利要求2所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)小于负载额定电压(VN)时，第三场效应管(Q1)的一次导通时长与第三场效应管(Q3)与第四场效应管(Q4)一次导通时长之和的比值为负载额定电压(VN)与输入电压(Vin)差值与输入电压(Vin)的比值。
5.如权利要求2所述的直流拓扑电路，其特征在于，所述第一场效应管(Q1)、第二场效应管(Q2)、第三场效应管(Q3)及第四场效应管(Q4)均为N型场效应管。
6.如权利要求5所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)大于负载额定电压(VN)时，所述第四控制信号(LDRV2)为高电位，所述第三控制信号(HDRV2)为低电位。
7.如权利要求5所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)小于负载额定电压(VN)时，所述第一控制信号(LDRV1)为高电位，所述第二控制信号(HDRV1)为低电位。
8.如权利要求5所述的直流拓扑电路，其特征在于，当输入电压(Vin)等于负载额定电压(VN)时，所述第一控制信号(LDRV1)及第四控制信号(LDRV2)为高电位，所述第二控制信号(HDRV1)及第三控制信号(HDRV2)为低电位。
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