CN108880250A - 升压电路及dc/dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种升压电路及DC/DC变换器。该升压电路包括电压输出端、输出电压控制模块和检测模块，输出电压控制模块具有使电压输出端的目标输出电压为预设电压的第一控制模式和使电压输出端的目标输出电压可调节的第二控制模式；检测模块用于检测输出电压控制模块中是否存在第一分压电阻串生成电压控制信号，并根据电压控制信号控制输出电压控制模块处于第一控制模式或处于第二控制模式，第一分压电阻串中至少一个第一分压电阻的阻值可调节。该升压电路能够适应不同的输出电压需求，适用性更好。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电气技术领域，尤其涉及一种升压电路及DC/DC变换器。
背景技术
随着便携式电子设备的普及和性能的提升，人们的日常生活和工作越来越依靠这些电子设备。众所周知，现有的电子设备通常是以锂离子电池作为电源供电，而锂离子电池存在着电压会随着电池容量的变小而降低，换而言之，随着锂离子电池的使用时间的延长，其输出电压会逐渐降低。为了保证电子设备在变化的电池电压情况下能够正常工作，需要利用DC/DC变换器进行输出电压恒定，以消除输入电压变化造成的影响。
BOOST升压变换器是DC/DC变换器的一种，其能够恒定的产生比输入电压高的输出电压。但是由于应用场合的不同，DC/DC变换器需要提供的电源电压也会不同。通常为了满足不同的输出电压的需求，需要许多具有不同输出电压的DC/DC变换器。这就使得对于DC/DC变换器生成商和DC/DC变换器使用者(如电子设备生产商)来说，存在设备存储成本高，产品管理不便等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种升压电路及DC/DC变换器，用以克服现有技术中DC/DC变换器适用性不好的问题。
本发明实施例提供一种升压电路，包括电压输出端、输出电压控制模块和检测模块，输出电压控制模块具有使电压输出端的目标输出电压为预设电压的第一控制模式和使电压输出端的目标输出电压可调节的第二控制模式；检测模块用于检测输出电压控制模块中是否存在第一分压电阻串生成电压控制信号，并根据电压控制信号控制输出电压控制模块处于第一控制模式或处于第二控制模式，第一分压电阻串中至少一个第一分压电阻的阻值可调节。
可选地，输出电压控制模块包括控制单元和第二分压电阻串，处于第一控制模式时，控制单元与第二分压电阻串连接。
可选地，当输出电压控制模块存在第一分压电阻串时，第一分压电阻串的一端与电压输出端连接，另一端接地，第一分压电阻串具有用于与控制单元连接的第一电压采样位置，第一电压采样位置与电压输出端之间设置有至少一个第一分压电阻，第一电压采样位置与地之间设置有至少一个第一分压电阻。
可选地，各第一分压电阻的阻值均可调节。
可选地，升压电路还包括升压芯片，输出电压控制模块的控制单元和第二分压电阻串设置在升压芯片内，第一分压电阻串设置在升压芯片外。
可选地，升压芯片还包括反馈端口，当存在第一分压电阻串时，第一分压电阻串的第一电压采样位置与反馈端口连接，检测模块检测反馈端口的电压值，并根据电压值生成电压控制信号。
可选地，反馈端口与输出电压控制模块的控制单元之间设置有第一控制开关，第二分压电阻串与输出电压控制模块的控制单元之间设置有第二控制开关，当检测模块检测存在第一分压电阻串时，控制第一控制开关闭合，第二控制开关断开。
可选地，升压电路还包括设置在电感与地之间的第三控制开关，输出电压控制模块通过第一控制信号调节第三控制开关的占空比，以调节电压输出端的输出电压。
可选地，升压电路还包括设置在电感与电压输出端之间的第四控制开关，输出电压控制模块通过第二控制信号调节第四控制开关的占空比，以调节电压输出端的输出电压，第一控制信号与第二控制信号互为反相。
根据本发明的另一方面，提供一种DC/DC变换器，其包括上述的升压电路。
由以上技术方案可见，本发明实施例的电压输出端用于输出电压。检测模块用于检测输出电压控制模块中是否存在第一分压电阻串，以生成电压控制信号，并根据所述电压控制信号控制所述输出电压控制模块处于所述第一控制模式或处于所述第二控制模式。由于所述第一分压电阻串中至少一个第一分压电阻的阻值可调节，因此当存在第一分压电阻串时，表示升压电路可以通过调节第一分压电阻串的分压电阻的阻值调节升压电路的电压输出端的目标输出电压，以满足不同的电压需求，提升适应性。当检测模块检测到存在第一分压电阻串时，控制输出电压控制模块处于第二控制模式，使用户能够根据自己的需求调节电压输出端输出的目标电压值。这样通过一个升压电路就可以输出不同的输出电压，使升压电路的适用性更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的实施例的升压电路的结构框图；
图2为根据本发明的实施例的升压电路的结构示意图。
附图标记说明：
11、电感；12、第一分压电阻串；13、第二分压电阻串；14、输出电压控制模块；141、驱动电路；142、PWM控制器；143、GM运算放大器；144、带隙电压单元；15、检测模块；171、第一控制开关；172、第二控制开关；181、第三控制开关；182、第四控制开关。
具体实施方式
当然，实施本发明实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
如图1和2所示，根据本发明的实施例，提供一种升压电路，其包括电压输出端、输出电压控制模块14和检测模块15，输出电压控制模块14具有使电压输出端的目标输出电压为预设电压的第一控制模式和使电压输出端的目标输出电压可调节的第二控制模式；检测模块15用于检测输出电压控制模块14中是否存在第一分压电阻串12生成电压控制信号，并根据电压控制信号控制输出电压控制模块14处于第一控制模式或处于第二控制模式，第一分压电阻串12中至少一个第一分压电阻的阻值可调节。
电压输出端用于输出电压。检测模块15用于检测输出电压控制模块14中是否存在第一分压电阻串12，以生成电压控制信号，并根据所述电压控制信号控制所述输出电压控制模块14处于所述第一控制模式或处于所述第二控制模式。由于所述第一分压电阻串12中至少一个第一分压电阻的阻值可调节，因此当存在第一分压电阻串12时，表示升压电路可以通过调节第一分压电阻串12的分压电阻的阻值调节升压电路的电压输出端的目标输出电压，以满足不同的电压需求，提升适应性。当检测模块15检测到存在第一分压电阻串12时，控制输出电压控制模块14处于第二控制模式，使用户能够根据自己的需求调节电压输出端输出的目标电压值。这样通过一个升压电路就可以输出不同的输出电压，使升压电路的适用性更好。
当检测模块15检测到不存在第一分压电阻串12时，控制输出电压控制模块14处于第一控制模式，使电压输出端输出的目标电压值为默认的电压值，满足用户对默认电压值的需求。
如图1所示，该升压电路还包括电感11和电压输入端等。其中，电感11的一端与电压输入端连接，电感11的另一端在输出电压控制模块14的控制下接地或与电压输出端连接。
如图2所示，该升压电路的工作原理和工作过程如下：
图2中所示的VIN表示电压输入端，VOUT表示电压输出端。SW表示升压芯片的开关。EN表示升压芯片的使能端口。PGND表示升压芯片的接地端口。FB表示升压芯片的反馈端口。电感11与地之间通过第三控制开关181连接，当第三控制开关181闭合时，电感11接地。电感11与电压输出端之间通过第四控制开关182连接，当第四控制开关182闭合时，电感11可以对电压输出端放电。输出电压控制模块14通过控制第三控制开关181和第四控制开关182的开闭，控制电感11接地或对电压输出端放电，从而使电压输出端的电压维持在目标电压值。
该升压电路具有充电状态和放电状态两种工作过程。当处于充电状态时，输出电压控制模块14控制第三控制开关181闭合，第四控制开关182断开，使电压输入端对电感11充电，电感11储存能量。当处于放电状态时，输出电压控制模块14控制第三控制开关181断开，第四控制开关182闭合，电压输入端和电感11一同对电压输出端放电，从而使电压输出端的电压值高于电压输入端的电压值，实现升压。
即，输出电压控制模块14调节第三控制开关181的占空比，以调节电压输出端的目标输出电压。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。
为了使电压输出端的电压维持在目标电压值，输出电压控制模块14对电压输出端的电压值进行检测，并根据检测信号调节第三控制开关181和第四控制开关182的开闭，以使电压输出端的电压维持在目标电压值。
进行检测时，输出电压控制模块14可以利用不同电阻串对电压输出端的电压值进行检测，从而处于不同的控制模式。例如，使用第一分压电阻串12进行检测时，其处于第一控制模式，由于第一分压电阻串12的分压电阻的阻值可调节，故而在第一控制模式时，输出电压控制模块14可以控制电压输出端输出不同的目标电压值。
下面结合图2对升压电路的结构进行详细说明：
在一种可行的方式中，第三控制开关181和第四控制开关182为MOS管，通过MOS管是否导通实现开闭。这种控制开关控制方便准确，响应及时迅速，工作静音效果好，且可以实现自动化控制。当然，在其他实施例中，第三控制开关181和第四控制开关182可以是其他能够开闭转换的结构，如机械结构的开关，电磁开关等。
在一种可行方式中，输出电压控制模块14包括控制单元和第二分压电阻串13，根据需要输出电压控制模块14可能包括第一分压电阻串12。控制单元可以包括驱动电路141、PWM控制器142、GM运算放大器143和带隙电压单元144。
其中，驱动电路141分别与第三控制开关181和第四控制开关182连接，以控制第三控制开关181和第四控制开关182的开闭。
PWM控制器142与驱动电路141连接，并向驱动电路141输送信号，使其控制第三控制开关181和第四控制开关182的开闭。PWM控制器142为脉冲宽度调制单元，其主要作用是通过被控制信号(例如，实际被控制信号为输出电压，该输出电压通过第一分压电阻串12或第二分压电阻串13检测到的检测信号表征)与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件(第三控制开关181和第四控制开关182)的导通脉冲宽度(可以理解为占空比D)，使得电压输出端的输出电压稳定。
GM运算放大器143用于接收第一分压电阻串12或第二分压电阻串13输出的检测信号，并将该检测信号与带隙电压单元144输入的带隙电压进行运算，以将运算结果发送给PWM控制器142，使其调节输出的信号脉冲的宽度，进而第三控制开关181的闭合时间长度和第四控制开关182的闭合时间长度，使输出电压稳定在需要的电压值。
该升压电路的输出电压值(记作Vout)与第三控制开关181的控制脉冲信号的占空比D之间的关系为：Vout＝Vin/(1-D)————公式(1)。
其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，D为第三控制开关181的占空比，D<1。
如图2所示，存在第一分压电阻串12时，第一分压电阻串12的一端与电压输出端连接，另一端接地，第一分压电阻串12具有用于与所述控制单元(具体为GM运算放大器143)连接的第一电压采样位置，第一电压采样位置与电压输出端之间设置有至少一个第一分压电阻，第一电压采样位置与地之间设置有至少一个第一分压电阻。控制单元根据第一电压采样位置处的电压值控制第三控制开关181和第四控制开关182。
可选地，为了提升升压电路的适应能力，各所述第一分压电阻的阻值均可调节，这样可以通过调节第一电压采样位置两侧的电阻比值，调节升压电路输出的目标电压值。
第一分压电阻串12的结构可以根据需求确定。例如，在本实施例中，第一分压电阻串12包括至少两个串联的第一分压电阻，第一电压采样位置位于两个第一分压电阻之间，各第一分压电阻的阻值均可调节。通过调节一个或多个第一分压电阻的阻值，可以使第一电压采样位置两侧的电阻的阻值比变化。
电压输出端的电压值与第一分压电阻串12的第一电压采样位置两侧的电阻阻值的关系为：Vout＝Vref*(1+R1/R2)————公式(2)。
其中，Vout为电压输出端的电压值。Vref为带隙电压单元144提供的带隙电压值。R1为第一电压采样位置一侧的电阻的阻值。R2为第一电压采样位置另一侧电阻的阻值。在本实施例中，如图2所示，R1为第一电压采样位置与电压输出端之间的电阻的阻值，R2为第一电压采样位置与地之间的电阻的阻值。
第二分压电阻串13一端与电压输出端连接，另一端接地，第二分压电阻串13具有第二电压采样位置。通过第二分压电阻串13检测输出电压，并通过控制单元进行控制的逻辑与通过第一分压电阻串12相同，区别在于，第二分压电阻串13的第二电压采样位置两侧的电阻值固定，因此，使用第二分压电阻串13进行检测时，目标输出电压值不可调节。
可选地，为了减少升压电路体积，便于使用、运输等，升压电路通过升压芯片实现，其中，升压电路的检测模块15、输出电压控制模块14的控制单元和第二分压电阻串13设置在升压芯片内，升压电路的第一分压电阻串12设置在升压芯片外，第一分压电阻串12可以根据需要选择是否连接在升压电路里。通过将输出电压控制模块14的控制单元和第二分压电阻串13封装在一个升压芯片中，可以提升集成化水平，使升压电路体积更小。第一分压电阻串12设置在升压芯片外部，使用时可以根据需求确定是否连接第一分压电阻串12，使升压电路的适用性更好。检测模块15用于检测是否存在第一分压电阻串12，并生成电压控制信号，以根据电压控制信号使输出电压控制模块14使用第一分压电阻串12进行电压检测或控制使用第二分压电阻串13进行电压检测，从而获取检测信号。
可选地，为了便于控制控制单元与第一分压电阻串12或与第二分压电阻串13连接，提升自动化和智能性，
在一种可行方式中，第一分压电阻串12与输出电压控制模块14之间设置有第一控制开关171，第二分压电阻串13与输出电压控制模块14之间设置有第二控制开关172，当检测模块15检测存在第一分压电阻串12时，生成指示存在的电压控制信号，根据该电压控制信号控制第一控制开关171闭合，第二控制开关172断开，以使输出电压控制模块14通过第一分压电阻串12检测输出电压。
反之，若检测模块15未检测到第一分压电阻串12，则控制第一控制开关171断开，第二控制开关172闭合，输出电压控制模块14通过第二分压电阻串13检测输出电压。
检测模块15可以是任何适当的结构，为了提升升压电路的集成化程度，优选地，检测模块15设置在升压芯片内，其通过检测升压芯片上的反馈端口的电压值判断是否存在第一分压电阻串12。
当存在第一分压电阻串12时，第一分压电阻串12的第一电压采样位置与反馈端口连接，检测模块15检测所述反馈端口的电压值，并根据电压值生成电压控制信号。在一种可行方式中，检测模块15包括电流源、第一比较器、第二比较器和逻辑处理单元。
其中，电流源用于供电。其通过升压芯片的反馈端口(如图2中FB端口)与第一分压电阻串12的第一电压采样位置连接，当存在第一分压电阻串12时，电流源为第一分压电阻串12供电，第一电压采样位置处存在电压值，FB端口处的电压值(记作Vx)等于第一电压采样位置处的电压值，理论上该电压值大于0且小于电流源的输出电压。若不存在第一分压电阻串12，则FB端口处的电压理论为0(FB端口处于接地状态)，或为电流源的输出电压值(FB端口处于浮空状态)。
第一比较器将该电压值Vx与第一预设电压进行比较，并输出第一比较结果。其中，第一预设电压可以是FB端口处于接地时的电压值，如0V，或0.5V等值。
第二比较器将该电压值Vx与第二预设电压进行比较，并输出第二比较结果。其中，第二预设电压可以是FB端口处于浮空状态时的电压值，如5V，5.5V等。
逻辑处理单元根据第一比较结果和第二比较结果确定是否存在第一分压电阻串12，若存在，则控制位于反馈端口与控制单元之间的第一控制开关171闭合，控制单元与第二分压电阻串13之间的第二控制开关172断开，使输出电压控制模块14的控制单元与第一分压电阻串12连接。反之，若不存在，则使第一控制开关171断开，第二控制开关172闭合，使输出电压控制模块14的控制单元与第二分压电阻串13连接。
下面对该升压电路的工作过程进行例举说明：
设升压芯片内的内置分压电阻串(即第二分压电阻串13)对应的输出电压为5V。若用户需要5V的输出电压，则用户无需连接外置分压电阻串(即第一分压电阻串12)，使第二控制开关172闭合，直接使用内置分压电阻串进行检测，输出电压控制模块14根据第二分压电阻串13的第二电压采样位置处的电压值进行控制，使电压输出端输出5V电压。
若用户需要5V之外的输出电压，则可以连接外置分压电阻串，即第一分压电阻串12，并调节各第一分压电阻的阻值，使其对应需要的输出电压。例如，需要的输出电压为6V，带隙电压单元144提供的基准电压为1V，则根据公式2，第一电压采样位置两侧的电阻比值应为5：1，输出电压控制模块14的控制单元根据第一分压电阻串12检测的电压值进行控制，使电压输出端输出需要的电压。
具体地，升压芯片具有反馈引脚FB，用于接收外置的分压电阻串反馈的电压。升压电路在开始开关动作之前，检测模块15自动检测反馈引脚FB是否有外置分压电阻串(即是否连接有第一分压电阻串12)，来决定输出电压是采用默认输出(即第二分压电阻串13对应的输出电压)，还是采用外置电阻串配置的输出(即第一分压电阻串12对应的输出电压)。
在外置电阻串配置输出的模式下，调制反馈引脚FB的电压为1V(即预设的带隙电压为1V)时，用户只需要根据需求调节第一分压电阻串12的第一分压电阻的比值即可使输出电压满足需求。
如需要一个固定的默认电压，那么只需要将反馈引脚FB接地或者浮空即可，检测模块15会自动检测识别是否存在第一分压电阻串12，从而控制自动切换使用默认输出模式还是使用可调节的输出模式。
使用该升压电路只要需求的输出电压不超过升压芯片最大的可支持电压(由芯片的输出耐压决定，和选用的工艺相关)，其都可以灵活的配置出来，提升了适用性。且由于输出电压可以根据实际应用场合灵活配置，使得用户(如芯片公司和电子设备生产商)只需要一个产品就能够满足不同的需要，可以优化物流的管理，降低设备成本。
根据本发明的另一方面，提供一种DC/DC变换器，其包括上述的升压电路。该DC/DC变换器能够将低的直流电压转化为高的直流电压，以满足用户需求，且通过调节第一分压电阻串12的第一分压电阻的阻值可以输出不同的输出电压，满足不同需求，具有很好的适用性，有助于节省成本。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种升压电路，其特征在于，包括电压输出端、输出电压控制模块(14)和检测模块(15)，
所述输出电压控制模块(14)具有使所述电压输出端的目标输出电压为预设电压的第一控制模式和使所述电压输出端的目标输出电压可调节的第二控制模式；
所述检测模块(15)用于检测所述输出电压控制模块(14)中是否存在第一分压电阻串(12)生成电压控制信号，并根据所述电压控制信号控制所述输出电压控制模块(14)处于所述第一控制模式或处于所述第二控制模式，所述第一分压电阻串(12)中至少一个第一分压电阻的阻值可调节。
2.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述输出电压控制模块(14)包括控制单元和第二分压电阻串(13)，处于所述第一控制模式时，所述控制单元与所述第二分压电阻串(13)连接。
3.根据权利要求2所述的升压电路，其特征在于，当所述输出电压控制模块(14)存在所述第一分压电阻串(12)时，所述第一分压电阻串(12)的一端与所述电压输出端连接，另一端接地，所述第一分压电阻串(12)具有用于与所述控制单元连接的第一电压采样位置，所述第一电压采样位置与所述电压输出端之间设置有至少一个第一分压电阻，所述第一电压采样位置与地之间设置有至少一个第一分压电阻。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的升压电路，其特征在于，各所述第一分压电阻的阻值均可调节。
5.根据权利要求2所述的升压电路，其特征在于，所述升压电路还包括升压芯片，所述输出电压控制模块(14)的控制单元和所述第二分压电阻串(13)设置在所述升压芯片内，所述第一分压电阻串(12)设置在所述升压芯片外。
6.根据权利要求5所述的升压电路，其特征在于，所述升压芯片还包括反馈端口，当存在所述第一分压电阻串(12)时，所述第一分压电阻串(12)的第一电压采样位置与反馈端口连接，所述检测模块(15)检测所述反馈端口的电压值，并根据所述电压值生成所述电压控制信号。
7.根据权利要求6所述的升压电路，其特征在于，所述反馈端口与所述输出电压控制模块(14)的控制单元之间设置有第一控制开关(171)，所述第二分压电阻串(13)与所述输出电压控制模块(14)的控制单元之间设置有第二控制开关(172)，当所述检测模块(15)检测存在所述第一分压电阻串(12)时，控制所述第一控制开关(171)闭合，所述第二控制开关(172)断开。
8.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述升压电路还包括设置在电感(11)与地之间的第三控制开关(181)，所述输出电压控制模块(14)通过第一控制信号调节所述第三控制开关(181)的占空比，以调节所述电压输出端的输出电压。
9.根据权利要求8所述的升压电路，其特征在于，所述升压电路还包括设置在所述电感(11)与所述电压输出端之间的第四控制开关(182)，所述输出电压控制模块(14)通过第二控制信号调节所述第四控制开关(182)的占空比，以调节所述电压输出端的输出电压，所述第一控制信号与所述第二控制信号互为反相。
10.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的升压电路。
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