CN108768167B - 高压输入dc-dc变换器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种高压输入DC‑DC变换器及其控制方法，DC‑DC变换器包括环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管、第一二极管、电感、输入电容、输出电容；所述差分采样电路连接环路控制单元，环路控制单元连接驱动电路；输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo‑作为差分采样电路的输入端，差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；环路控制单元用以根据差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管的占空比调节，并将相关数据发送至所述驱动电路；驱动电路用以结合环路控制单元发送的相关数据驱动第一功率管开关动作。本发明提出的高压输入DC‑DC变换器，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种DC-DC变换器，尤其涉及一种高压输入DC-DC变换器；此外，本发明还涉及一种高压输入DC-DC变换器的控制方法。
背景技术
随着电子产品的普及和产品功能的增强，DC-DC变换器的应用得到了快速发展，比如汽车用电子产品的增加、电动自行车的智能化、物联网产品的普及等。在这些产品中DC-DC变换器应用非常广泛，但有别于其他领域的DC-DC变换器，这些应用领域里DC-DC变换器需要较宽的输入电压范围，最低输入电压可能在20V以上，而最高输入电压需要支持到100V甚至更高，而输出电压相对而言较低，多数在10V以下。这些要求对变换器的集成度、成本和设计的复杂度提出了挑战。
传统的方案如图1所示。Q1为N沟道增强型MOSFET，其源极与续流二极管D1和主电感L相连，漏极与输入电压Vin相连，系统正常工作时Q1工作在截止区和饱和区，饱和区时导通阻抗小可以提高系统转换效率。
由于其导通条件为栅源极驱动电压(Vgs)为正压且大于一定电压，所以下图中的“浮栅驱动”单元的供电的参考点应该是Q1的栅极。为此，传统方案中需要涉及有D2、浮地供电单元和C1。此部分的电路原理为，当续流二极管D1导通时，C1通过回路D2、浮地供电单元充电，当D1截止后，由于D2也同时反向截止，C1的电荷用作“浮栅驱动”单元的供电。
此外，传统方案中实现输出电压控制还需要分压电阻网络、环路运放EA、基准电压Vref、环路补偿电路和占空比调制电路。首先将输出电压作为反馈与基准Vref比较，比较后得到的误差通过环路补偿电路输出至占空比调制电路，最后得到满足输出电压目标所需的Q1的导通占空比。但是由于基准电压Vref参考点为输出的“地”，故占空比调制电路的输出信号的参考点也是输出的“地”，而Q1导通所需的驱动信号参考点为D1的阴极，所以占空比调制电路与浮删驱动单元之间还需要电平转移单元。
现有方案存在如下缺陷：
1、电路设计复杂。传统方案中C1、浮地供电单元、D2和电平转移单元为必须部分，增加了系统设计成本
2、半导体工艺要求高，成本高。由于浮栅驱动单元、浮地驱动单元和Q1的参考点都是与输出“地”非相同节点，在正常工作时需要极高的抗共模干扰能力；为了保证系统的可靠性，需要三部分电路对输出“地”的漏电流极地，以免造成器件的损坏。由于半导体器件的耐压越高时，其漏电流越大，所以输入电压越高时，对晶元加工工艺的要求越高，生产成本也相应增加。目前支持到100V的此部分功能的晶元加工工艺还不成熟。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种DC-DC变换器，以便克服现有DC-DC变换器存在的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高压输入DC-DC变换器，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。
此外，本发明还提供一种高压输入DC-DC变换器的控制方法，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高压输入DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1、电感L、输入电容Cin、输出电容Cout；
所述输入电容Cin的第一端分别连接输入电压Vin、第一二极管D1的负极、输出电容Cout的第一端、输出电压正极Vo+、差分采样电路；输入电容Cin的第二端接地；
所述第一二极管D1的正极分别连接电感L的第一端、第一功率管Q1的漏极；所述电感L的第二端分别连接输出电容Cout的第二端、输出电压负极Vo-、差分采样电路；
所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调制，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路；所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref；所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路。
所述差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端，环路运放EA将其与基准电压Vref比较；环路补偿电路对比较的误差的补偿输出给占空比调制电路，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号；占空比调制电路将得到的占空比信号输出给驱动电路，驱动电路以此驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述差分采样电路的参考点为输入电压Vin的“地”；所述第一功率管Q1的驱动电路部分的参考点与输入电压Vin的“地”相同；
所述差分采样电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；所述比较器的负极输入端分别连接第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第二端；第三电阻R3的第二端连接输出电压负极Vo-，第四电阻R4的第一端连接，比较器的输出端；所述比较器的正极输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接输出电压正极Vo+，第二电阻R2的第二端接地。
一种高压输入DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1、电感L、输入电容Cin、输出电容Cout；
所述输入电容Cin的第一端分别连接输入电压Vin、第一二极管D1的负极、输出电容Cout的第一端、输出电压正极Vo+、差分采样电路；输入电容Cin的第二端接地；
所述第一二极管D1的正极分别连接电感L的第一端、第一功率管Q1的漏极；所述电感L的第二端分别连接输出电容Cout的第二端、输出电压负极Vo-、差分采样电路；
所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻R接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调制，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作。
作为本发明的一种优选方案，所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路；
所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref；
所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路。
作为本发明的一种优选方案，所述差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，在得到两点压差后将其结果输出到误差运放输入端再与基准电压Vref比较；接着，再通过环路补偿电路对比较的误差的补偿输出给占空比调制电路，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号；最后，将其输出给驱动电路驱动第一功率管Q1开关动作。
作为本发明的一种优选方案，所述第一功率管Q1的源极接地；所述占空比调制电路包括第五比较器、锯齿波发生器，第五比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出，第五比较器的正极输入端连接锯齿波发生器，第五比较器的输出端连接驱动电路。
作为本发明的一种优选方案，所述第一功率管Q1的源极通过一峰值电流采样电阻Rsen接地，占空比调制电路连接第一功率管Q1的源极及峰值电流采样电阻Rsen的第一端，峰值电流采样电阻Rsen的第二端接地；
所述占空比调制电路包括第二触发器、第四比较器，所述第四比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出端，第四比较器的正极输入端连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第四比较器的输出端连接第二触发器的第二端；第二触发器的第一输入端接收定频时钟信号，第二触发器的第二端连接第四比较器的输出端，第二触发器的输出端连接驱动电路；
所述误差运放EA的输出作为第四比较器的负向输入，而峰值电流采样电阻Rsen的信号作为第一比较器的正向输入；第一功率管Q1的驱动电路接收第二触发器的输出信号，在定频时钟信号的触发下第一功率管Q1定频开通，开通后峰值电流采样电阻Rsen流过电流产生电压信号在与误差运放EA的输出做比较，当峰值电流采样电阻Rsen信号高于误差运放的输出时触发器被复位，第一功率管Q1在启动电路的作用下关闭。
作为本发明的一种优选方案，所述环路控制单元包括第一比较器、第二比较器、触发器；所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地，该电阻为峰值电流采样电阻Rsen；第一功率管Q1的源极连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，峰值电流采样电阻Rsen的第二端接地；
所述第一比较器的负极输入端连接所述差分采样单元，第一比较器的正极输入端连接电压基准Vref_cv，第一比较器的输出端连接所述触发器的第一输入端；
所述第二比较器的正极输入端连接峰值电流基准电压Vref_ocp，第二比较器的负极输入端连接第一功率管Q1的源极、峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第二比较器的输出端连接所述触发器的第二输入端；所述触发器的输出端连接所述驱动电路；
所述第一比较器将差分采样单元的输出与电压基准Vref_cv进行比较，当电压基准Vref_cv高于差分采样输出时，第一比较器翻转导致与其相连的触发器置位为1，之后驱动电路触发第一功率管Q1导通在峰值电流采样电阻Rsen上产生电压信号，当峰值电流采样电阻Rsen信号大于峰值电流基准电压Vref_ocp时，第二比较器翻转导致触发器复位从而关闭驱动电路输出，第一功率管Q1关断。
作为本发明的一种优选方案，所述差分采样电路的参考点为输入电压Vin的“地”。
作为本发明的一种优选方案，所述第一功率管Q1的驱动电路部分的参考点与输入电压Vin的“地”相同。
作为本发明的一种优选方案，所述差分采样电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；
所述比较器的负极输入端分别连接第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第二端；第三电阻R3的第二端连接输出电压负极Vo-，第四电阻R4的第一端连接，比较器的输出端；
所述比较器的正极输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接输出电压正极Vo+，第二电阻R2的第二端接地。
一种高压输入DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1；
所述第一二极管D1的正极连接第一功率管Q1的漏极；所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻R接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
一种上述高压输入DC-DC变换器的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
差分采样电路获取输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
环路控制单元根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至驱动电路；
驱动电路结合环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
作为本发明的一种优选方案，所述控制方法具体包括如下步骤：
差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端；
环路运放EA将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
环路补偿电路根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
占空比调制电路根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
驱动电路根据接收的占空比信号驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
本发明的有益效果在于：本发明提出的高压输入DC-DC变换器，可以省去浮栅驱动单元、充电二极管D2、浮地供电单元，系统电路设计简化，生产成本得到降低。
经过本发明改进后，晶元加工工艺难度降低。由于传统方案必须具备浮栅驱动单元，其耐压相对输入“地”而言等于输入电压+Q1栅极驱动开启电压，且此部分的电路除了耐压高以外，还需要具备高工模干扰抑制能力和低漏电流的要求；而发明方案的驱动部分参考点与输入“地”相连，整个控制部分的电路耐压最高等于输入电压，对晶元加工工艺中高压器件漏电流的要求也得以降低。
附图说明
图1为现有DC-DC变换器的电路示意图。
图2为本发明高压输入DC-DC变换器的电路示意图。
图3为本发明高压输入DC-DC变换器中Q1导通时能量传递方向的示意图。
图4为本发明高压输入DC-DC变换器中Q1截止后能量传递方向的示意图。
图5为本发明高压输入DC-DC变换器中差分采样电路的电路示意图。
图6为实施例二中本发明高压输入DC-DC变换器的电路示意图。
图7为实施例三中本发明高压输入DC-DC变换器的电路示意图。
图8为实施例一中本发明高压输入DC-DC变换器中占空比调制电路的电路示意图。
图9为实施例三中本发明高压输入DC-DC变换器中占空比调制电路的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图2，本发明揭示了一种高压输入DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1、电感L、输入电容Cin、输出电容Cout。
所述输入电容Cin的第一端分别连接输入电压Vin、第一二极管D1的负极、输出电容Cout的第一端、输出电压正极Vo+、差分采样电路；输入电容Cin的第二端接地。所述第一二极管D1的正极分别连接电感L的第一端、第一功率管Q1的漏极；所述电感L的第二端分别连接输出电容Cout的第二端、输出电压负极Vo-、差分采样电路。所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极连接一电阻R的一端，该电阻R的另一端接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路。
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路。输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元。所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路。所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作。
本实施例在，请参阅图2至图4，作为本发明的一种优选方案，所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路(其中，图3揭示了Q1导通时能量传递方向，图4揭示了Q1截止后能量传递方向)。
所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref。所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路。所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路。所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路。
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路。
所述差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，在得到两点压差后将其结果输出到误差运放输入端再与基准电压Vref比较；接着，再通过环路补偿电路对比较的误差的补偿输出给占空比调制电路，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号；最后，将其输出给驱动电路驱动第一功率管Q1开关动作。
所述差分采样电路的参考点为输入电压Vin的“地”；所述第一功率管Q1的驱动电路部分的参考点与输入电压Vin的“地”相同。
本实施例中，如图5所示，所述差分采样电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4。所述比较器的负极输入端分别连接第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第二端；第三电阻R3的第二端连接输出电压负极Vo-，第四电阻R4的第一端连接，比较器的输出端。所述比较器的正极输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接输出电压正极Vo+，第二电阻R2的第二端接地。
本实施例中，请参阅图8，所述第一功率管Q1的源极接地；所述占空比调制电路包括第五比较器、锯齿波发生器，第五比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出，第五比较器的正极输入端连接锯齿波发生器，第五比较器的输出端连接驱动电路。
A点的输出电压A为：
A＝(R2/(R1+R2))*((R3+R4)/R3)*Vo+-R4/R3*Vo-；
如果R1＝R3,R2＝R4，则A＝R4/R3*(Vo+-V0-)。
以上介绍了本发明高压输入DC-DC变换器的组成，本发明在揭示上述变换器组成的同时，还揭示一种上述高压输入DC-DC变换器的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
差分采样电路获取输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；环路控制单元根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至驱动电路；驱动电路结合环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
本实施例中，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤S1、差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端；
步骤S2、环路运放EA将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
步骤S3、环路补偿电路根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
步骤S4、占空比调制电路根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
步骤S5、驱动电路根据接收的占空比信号驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，请参阅图6，本实施例与实施例一的组成基本相同，都具备有环路控制单元，而环路控制单元内部的实现方式两个实施例之间有所不同，但这不是本发明的核心，环路控制单元只是构成发明方案的其中必备要素而已。
本实施例中，所述环路控制单元包括第一比较器、第二比较器、触发器；所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地，该电阻为峰值电流采样电阻Rsen；第一功率管Q1的源极连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，峰值电流采样电阻Rsen的第二端接地。
所述第一比较器的负极输入端连接所述差分采样单元，第一比较器的正极输入端连接电压基准Vref_cv，第一比较器的输出端连接所述触发器的第一输入端。
所述第二比较器的正极输入端连接峰值电流基准电压Vref_ocp，第二比较器的负极输入端连接第一功率管Q1的源极、峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第二比较器的输出端连接所述触发器的第二输入端；所述触发器的输出端连接所述驱动电路。
所述第一比较器将差分采样单元的输出与电压基准Vref_cv进行比较，当电压基准Vref_cv高于差分采样输出时，第一比较器翻转导致与其相连的触发器置位为1，之后驱动电路触发第一功率管Q1导通在峰值电流采样电阻Rsen上产生电压信号，当峰值电流采样电阻Rsen信号大于峰值电流基准电压Vref_ocp时，第二比较器翻转导致触发器复位从而关闭驱动电路输出，第一功率管Q1关断。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，请参阅图7，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻R接地(该电阻为峰值电流采样电阻Rsen)，此外，占空比调制电路连接第一功率管Q1的源极及电阻R的第一端；该方式也是本发明的一种实施方案。
请参阅图9，本实施例中，所述占空比调制电路包括第二触发器、第四比较器，所述第四比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出端，第四比较器的正极输入端连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第四比较器的输出端连接第二触发器的第二端；第二触发器的第一输入端接收定频时钟信号，第二触发器的第二端连接第四比较器的输出端，第二触发器的输出端连接驱动电路。
误差运放EA的输出作为第四比较器的负向输入，而峰值电流采样电阻Rsen的信号作为第一比较器的正向输入；第一功率管Q1的驱动电路接收第二触发器的输出信号，在定频时钟信号的触发下第一功率管Q1定频开通，开通后峰值电流采样电阻Rsen流过电流产生电压信号在与误差运放EA的输出做比较，当峰值电流采样电阻Rsen信号高于误差运放的输出时触发器被复位，第一功率管Q1在启动电路的作用下关闭。
实施例四
一种高压输入DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1；
所述第一二极管D1的正极连接第一功率管Q1的漏极；所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻R接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
综上所述，本发明提出的高压输入DC-DC变换器，可以省去浮栅驱动单元、充电二极管D2、浮地供电单元，系统电路设计简化，生产成本得到降低。
经过本发明改进后，晶元加工工艺难度降低。由于传统方案必须具备浮栅驱动单元，其耐压相对输入“地”而言等于输入电压+Q1栅极驱动开启电压，且此部分的电路除了耐压高以外，还需要具备高工模干扰抑制能力和低漏电流的要求；而发明方案的驱动部分参考点与输入“地”相连，整个控制部分的电路耐压最高等于输入电压，对晶元加工工艺中高压器件漏电流的要求也得以降低。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (11)
1.一种高压输入DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1、电感L、输入电容Cin、输出电容Cout；
所述输入电容Cin的第一端分别连接输入电压Vin、第一二极管D1的负极、输出电容Cout的第一端、输出电压正极Vo+、差分采样电路；输入电容Cin的第二端接地；
所述第一二极管D1的正极分别连接电感L的第一端、第一功率管Q1的漏极；所述电感L的第二端分别连接输出电容Cout的第二端、输出电压负极Vo-、差分采样电路；
所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调制，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路；所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref；所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路；
所述差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端，环路运放EA将其与基准电压Vref比较；环路补偿电路对比较的误差的补偿输出给占空比调制电路，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号；占空比调制电路将得到的占空比信号输出给驱动电路，驱动电路以此驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述差分采样电路的参考点为输入电压Vin的“地”；所述第一功率管Q1的驱动电路部分的参考点与输入电压Vin的“地”相同；
所述差分采样电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；所述比较器的负极输入端分别连接第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第二端；第三电阻R3的第二端连接输出电压负极Vo-，第四电阻R4的第一端连接，比较器的输出端；所述比较器的正极输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接输出电压正极Vo+，第二电阻R2的第二端接地。
2.一种高压输入DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1、电感L、输入电容Cin、输出电容Cout；
所述输入电容Cin的第一端分别连接输入电压Vin、第一二极管D1的负极、输出电容Cout的第一端、输出电压正极Vo+、差分采样电路；输入电容Cin的第二端接地；
所述第一二极管D1的正极分别连接电感L的第一端、第一功率管Q1的漏极；所述电感L的第二端分别连接输出电容Cout的第二端、输出电压负极Vo-、差分采样电路；
所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调制，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路；
所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref；
所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路。
3.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端，环路运放EA将其与基准电压Vref比较；环路补偿电路对比较的误差的补偿输出给占空比调制电路，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号；占空比调制电路将得到的占空比信号输出给驱动电路，驱动电路以此驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
4.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述第一功率管Q1的源极接地；
所述占空比调制电路包括第五比较器、锯齿波发生器，第五比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出，第五比较器的正极输入端连接锯齿波发生器，第五比较器的输出端连接驱动电路。
5.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述第一功率管Q1的源极通过一峰值电流采样电阻Rsen接地，占空比调制电路连接第一功率管Q1的源极及峰值电流采样电阻Rsen的第一端，峰值电流采样电阻Rsen的第二端接地；
所述占空比调制电路包括第二触发器、第四比较器，所述第四比较器的负极输入端连接误差运放EA的输出端，第四比较器的正极输入端连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第四比较器的输出端连接第二触发器的第二端；第二触发器的第一输入端接收定频时钟信号，第二触发器的第二端连接第四比较器的输出端，第二触发器的输出端连接驱动电路；
所述误差运放EA的输出作为第四比较器的负向输入，而峰值电流采样电阻Rsen的信号作为第一比较器的正向输入；第一功率管Q1的驱动电路接收第二触发器的输出信号，在定频时钟信号的触发下第一功率管Q1定频开通，开通后峰值电流采样电阻Rsen流过电流产生电压信号在与误差运放EA的输出做比较，当峰值电流采样电阻Rsen信号高于误差运放的输出时触发器被复位，第一功率管Q1在启动电路的作用下关闭。
6.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述环路控制单元包括第一比较器、第二比较器、触发器；所述第一功率管Q1的源极通过一电阻接地，该电阻为峰值电流采样电阻Rsen；第一功率管Q1的源极连接峰值电流采样电阻Rsen的第一端，峰值电流采样电阻Rsen的第二端接地；
所述第一比较器的负极输入端连接所述差分采样电路，第一比较器的正极输入端连接电压基准Vref_cv，第一比较器的输出端连接所述触发器的第一输入端；
所述第二比较器的正极输入端连接峰值电流基准电压Vref_ocp，第二比较器的负极输入端连接第一功率管Q1的源极、峰值电流采样电阻Rsen的第一端，第二比较器的输出端连接所述触发器的第二输入端；所述触发器的输出端连接所述驱动电路；
所述第一比较器将差分采样单元的输出与电压基准Vref_cv进行比较，当电压基准Vref_cv高于差分采样输出时，第一比较器翻转导致与其相连的触发器置位为1，之后驱动电路触发第一功率管Q1导通在峰值电流采样电阻Rsen上产生电压信号，当峰值电流采样电阻Rsen信号大于峰值电流基准电压Vref_ocp时，第二比较器翻转导致触发器复位从而关闭驱动电路输出，第一功率管Q1关断。
7.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述差分采样电路的参考点为输入电压Vin的“地”；
所述第一功率管Q1的驱动电路部分的参考点与输入电压Vin的“地”相同。
8.根据权利要求2所述的高压输入DC-DC变换器，其特征在于：
所述差分采样电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；
所述比较器的负极输入端分别连接第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第二端；第三电阻R3的第二端连接输出电压负极Vo-，第四电阻R4的第一端连接，比较器的输出端；
所述比较器的正极输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接输出电压正极Vo+，第二电阻R2的第二端接地。
9.一种高压输入DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器包括：环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管Q1、第一二极管D1；
所述第一二极管D1的正极连接第一功率管Q1的漏极；所述第一功率管Q1的源极接地，或者，所述第一功率管Q1的源极通过一电阻R接地；第一功率管Q1的栅极连接所述驱动电路；
所述差分采样电路连接环路控制单元，所述环路控制单元连接驱动电路；
输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-作为所述差分采样电路的输入端，所述差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
所述环路控制单元用以根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用以结合所述环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标；
所述环路控制单元包括环路运放EA、基准电压生成单元、环路补偿电路、占空比调制电路；
所述基准电压生成单元用以生成基准电压Vref；
所述环路运放EA用以计算反馈和基准电压Vref之间的误差，将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
所述环路补偿电路用以根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
所述占空比调制电路用以根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
所述差分采样电路的输出是环路控制单元的反馈，差分采样电路的输出分别连接环路补偿电路的第二端、环路运放EA的负极输入端，环路运放EA的正极输入端连接基准电压生成单元的第一端，基准电压生成单元的第二端接地；所述环路补偿电路的第一端连接环路运放EA的输出端、占空比调制电路。
10.一种权利要求1至9之一所述高压输入DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
差分采样电路获取输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo-两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；
环路控制单元根据所述差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管Q1的占空比调节，并将占空比调制出的数据结果信息发送至驱动电路；
驱动电路结合环路控制单元发送的占空比调制出的数据结果信息驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
所述控制方法具体包括如下步骤：
差分采样电路的输入端为输出电压正极Vo+和输出电压负极Vo-，差分采样电路在得到两点压差后，将两点压差输出到环路运放EA输入端；
环路运放EA将两点压差与基准电压Vref比较，将比较的结果发送至环路补偿电路；
环路补偿电路根据环路运放EA的比较结果进行误差补偿，输出给占空比调制电路；
占空比调制电路根据环路补偿电路的误差补偿进行占空比调制，得到第一功率管Q1驱动的占空比信号，并将得到的占空比信号输出给驱动电路；
驱动电路根据接收的占空比信号驱动第一功率管Q1开关动作，控制输出电压正极Vo+与输出电压负极Vo-之间的压差满足输出电压的目标。
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