CN108988629B - 检测电路、升压装置及dc/dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种检测电路、升压装置及DC/DC变换器。检测电路包括电源输入模块、检测端口和比较控制模块，电源输入模块用于向检测端口输入检测电流，比较控制模块用于比较检测端口的电压值与预设电压值，以根据比较结果确定检测端口是否连接有外接电气元件。该检测电路能够方便准确地检测是否有外接电气元件。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电气技术领域，尤其涉及一种检测电路、升压装置及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。
为了满足多变的应用场景，希望升压芯片的输出电压灵活可配，这样可以降低设备成本，且能够提升适用性。但是现有的升压芯片内部的内置分压电阻串的各个分压电阻的大小已经决定了升压芯片的输出电压，而芯片生产加工完成后无法更改各分压电阻的阻值大小，也就不能够调节升压芯片的输出电压值。若要调节只能外接设备，这可能需要庞大复杂的外接电路才能与升压芯片适配进行调节，现有技术很难实现，且很容易造成成本过高，设备过于复杂的问题。
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检测电路、升压装置及DC/DC变换器，用以克服现有技术中无法方便地检测是否有外接元件的问题。
本发明实施例提供一种检测电路，其包括电源输入模块、检测端口和比较控制模块，电源输入模块用于向检测端口输入检测电流，比较控制模块用于比较检测端口的电压值与预设电压值，以根据比较结果确定检测端口是否连接有外接电气元件。
可选地，电源输入模块包括电流源。
可选地，比较控制模块包括第一比较器和第二比较器，第一比较器与检测端口连接，并比较检测端口的电压值与第一预设电压，生成第一比较结果，第二比较器与检测端口连接，并比较检测端口的电压值与第二预设电压值比较，生成第二比较结果，第一预设电压小于第二预设电压值。
可选地，比较控制模块还包括逻辑处理单元，逻辑处理单元获取第一比较结果和第二比较结果，并根据第一比较结果和第二比较结果生成用于指示是否连接有外接电气元件的检测结果。
根据本发明的另一方面，提供一种升压装置，其包括电压输出端、输出电压控制模块和切换控制模块，切换控制模块包括上述的检测电路，切换控制模块用于通过检测电路检测是否存在外置分压电阻串，并根据检测结果控制输出电压控制模块是否与外置分压电阻串连接；外置分压电阻串的至少一个分压电阻的阻值可调节，以在输出电压控制模块与外置分压电阻串连接时，使电压输出端的目标输出电压可调节。
可选地，升压装置还包括升压芯片，输出电压控制模块和切换控制模块均设置在升压芯片内，若存在外置分压电阻串，则外置分压电阻串设置在升压芯片外。
可选地，升压芯片具有反馈端口，反馈端口作为切换控制模块的检测电路的检测端口。
可选地，升压装置还包括内置分压电阻串，内置分压电阻串设置在升压芯片内，当检测结果指示不存在外置分压电阻串时，输出电压控制模块与内置分压电阻串连接，并使电压输出端输出升压芯片的默认目标电压值。
可选地，升压装置还包括第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关设置在输出电压控制模块与外置分压电阻串之间，第二控制开关设置在输出电压控制模块与内置分压电阻串，切换控制模块通过控制第一控制开关的开闭和第二控制开关的开闭控制输出电压控制模块与内置分压电阻串或外置分压电阻串连接。
根据本发明的另一方面，提供一种DC/DC变换器，其包括上述的升压装置。
由以上技术方案可见，本发明实施例检测电路的电源输入模块用于向检测端口提供电源。检测端口用于根据需要与外接电气元件连接。比较控制模块用于获取检测端口的电压值，将该检测端口的电压值与预设电压值比较，以根据比较结果确定检测端口是否连接有外接电气元件。外接电气元件例如电阻。
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为本发明实施例的升压电路的结构示意图；
图2为本发明实施例的升压电路中的切换控制模块的结构示意图。
附图标记说明：
11、电感；12、外置分压电阻串；13、内置分压电阻串；14、输出电压控制模块；141、驱动电路；142、PWM控制单元；143、GM运算放大器；144、带隙电压单元；16、切换控制模块；161、电源输入模块；162、比较控制模块；162a、第一比较器；163b、第二比较器；162c、逻辑处理单元；171、第一控制开关；172、第二控制开关；173、第三控制开关；181、第四控制开关；182、第五控制开关；30、检测端口。
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2所示，根据本发明的实施例，检测电路包括电源输入模块161、检测端口30和比较控制模块162，所述电源输入模块161用于向所述检测端口30输入检测电流，所述比较控制模块162用于比较所述检测端口30的电压值与预设电压值，以根据比较结果确定所述检测端口30是否连接有外接电气元件。
该检测电路的电源输入模块161用于向检测端口30提供电源。检测端口30用于根据需要与外接电气元件连接。比较控制模块161用于获取检测端口30的电压值，将该检测端口30的电压值与预设电压值比较，以根据比较结果确定检测端口30是否连接有外接电气元件。外接电气元件例如电阻。
该检测电路的检测原理为：
当检测端口30上未连接外接电气元件时，检测端口30处于浮空或接地状态。电源输入模块161向检测端口30输入检测电流后，若检测端口30处于接地状态，则检测端口30的电压值为0V；若检测端口30处于浮空状态，则检测端口30的电压值为电源输入模块161的输出电压值。
有外接电气元件(如电阻)时，电源输入模块161向检测端口30输入检测电流后，检测端口30处的电压值为通过外接电气元件分压后的电压值，该电压值大于0V且小于电源输入模块161的输出电压值。
基于这一原理，比较控制模块162通过比较检测端口30的电压值和预设的电压值即可以确定检测端口30是否连接有外接电器元件。
在本实施例中，所述电源输入模块161包括电流源。当然，在其他实施例中，电源输入模块161可以是其他适当的电源，本实施例对此不作限定。
可选地，所述比较控制模块162包括第一比较器162a和第二比较器162b。
所述第一比较器162a与所述检测端口30连接，并比较所述检测端口30的电压值与第一预设电压，生成第一比较结果。第二比较器162b与所述检测端口30连接，并比较所述检测端口30的电压值与第二预设电压值比较，生成第二比较结果，所述第一预设电压小于所述第二预设电压值。比较控制模块162可以根据第一比较结果和第二比较结果可以确定检测端口30是处于接地、浮空或与外接电气元件连接。
可选地，在本实施例中，所述比较控制模块还包括逻辑处理单元162c，所述逻辑处理单元162c用于获取所述第一比较结果和所述第二比较结果，并根据所述第一比较结果和所述第二比较结果生成用于指示是否连接有外接电气元件的检测结果。当然，在其他实施例中，比较控制模块162可以通过其他结构或模块确定是否连接有外接电气元件，并生成检测结果，并不限于本实施例中例举的方式。
如图1和2所示，根据本发明的另一方面，提供一种升压装置包括电压输出端、输出电压控制模块14和切换控制模块16。切换控制模块包括前述的检测电路。切换控制模块用于通过检测电路检测是否存在外置分压电阻串，并根据检测结果控制输出电压控制模块是否与外置分压电阻串连接；外置分压电阻串的至少一个分压电阻的阻值可调节，以在输出电压控制模块与外置分压电阻串连接时，使电压输出端的目标输出电压可调节。
该升压装置的电压输出端用于向外输出电压。切换控制模块16用于检测是否存在外置分压电阻串12，并根据检测结果控制输出电压控制模块14是否与外置分压电阻串12连接。若输出电压控制模块14与外置分压电阻串12连接，则输出电压控制模块14根据外置分压电阻串12的分压信号控制电压输出端输出的目标电压值。由于外置分压电阻串12的至少一个分压电阻的阻值可调节，因此使得其输出的分压信号可以调节，进而使输出电压控制模块14根据调节后的分压信号控制电压输出端的目标电压值变化，使升压装置能够输出不同的目标电压值，满足不同的使用需求，提升适用性。同时，由于升压装置具有切换控制模块16，利用切换控制模块16可以自动检测是否存在外置分压电阻串12，并控制输出电压控制模块14是否与外置分压电阻串12连接，使得升压装置的自动化程度和智能化程度提升，进而提升升压装置的适用性。
在本实施例中，升压装置还包括电感11和电压输入端等。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1所示，该升压装置的工作原理和工作过程为：
图1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指示升压芯片的接地端口。电感11与地之间通过第四控制开关181连接，当第四控制开关181闭合时，电感11接地。电感11与电压输出端之间通过第五控制开关182连接，当第五控制开关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通过控制第四控制开关181和第五控制开关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需要的电压值，而不会由于外部负载变化而使输出电压变化，保证输出电压稳定。
该升压装置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控制第四控制开关181闭合，第五控制开关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控制第四控制开关181断开，第五控制开关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。
在升压装置工作过程中，电压输出端输出的电压值可能会由于负载变化等原因造成波动，为了避免外部因素对输出电压值的影响，使升压装置的输出电压稳定，利用输出电压控制模块14对第四控制开关181和第五控制开关182进行控制。
在一种可行实施方式中，输出电压控制模块14包括驱动电路141、PWM控制单元142、GM运算放大器143、带隙电压单元144。
其中，驱动电路141用于根据PWM控制单元142输出的控制脉冲信号控制第四控制开关181和第五控制开关182的开闭，以使电压输出端的电压值维持在目标电压值。
PWM控制单元142为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)控制单元，其用于调节控制脉冲信号的占空比。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。通过调节控制脉冲信号的占空比，就可以调节第四控制开关181和第五控制开关182的闭合时间和断开时间，从而使电压输出端的电压值稳定。
GM运算放大器143用于对电压控制信号和带隙电压单元144提供的带隙电压进行运算，并生成运算结果，PWM控制单元142可以根据该运算结果进行脉冲带宽调制，以进行控制。
带隙电压单元144用于提供带隙电压(bandgap)，作为基准电压。
可选地，为了提升升压装置的集成性，降低空间占用，升压装置还包括升压芯片，输出电压控制模块14和切换控制模块16均设置在升压芯片内。若存在外置分压电阻串12，则外置分压电阻串12设置在升压芯片外。此外，第四控制开关181和第五控制开关182也可以设置在升压芯片内。
可选地，升压芯片具有反馈端口(FB端口，Feed Back端口)，该FB端口作为检测端口30，以便切换控制模块16可以方便地检测是否有外置分压电阻串12。反馈端口用于与外置分压电阻串12的电压采样位置连接，并获取其电压采样位置处的电压值。切换控制模块16与反馈端口连接，并检测反馈端口的电压生成用于指示是否存在外置分压电阻串12的检测结果。
升压装置还包括内置分压电阻串13，内置分压电阻串13设置在升压芯片内，当检测结果指示不存在外置分压电阻串12时，输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接，并使电压输出端输出升压芯片的默认目标电压值。
可选地，升压装置还包括第一控制开关171和第二控制开关172，第一控制开关171设置在输出电压控制模块14与外置分压电阻串12之间，第二控制开关172设置在输出电压控制模块14与内置分压电阻串13，切换控制模块16通过控制第一控制开关171的开闭和第二控制开关172的开闭控制输出电压控制模块14与内置分压电阻串13或外置分压电阻串12连接。
通过将输出电压控制模块14、切换控制模块16、第四控制开关181、第五控制开关182和内置分压电阻串13、第一控制开关171、第二控制开关172等封装在升压芯片内，使得升压装置的集成性更好。
其中，内置分压电阻串13的一端与电压输出端连接，另一端接地。其主要作用是对电压输出端的电压值进行检测，并生成分压信号，若输出电压控制模块14接收到该分压信号，就可以根据该分压信号调节第四控制开关181和/或第五控制开关182的占空比，从而实现对输出电压的稳定维持。
电压输出端的输出电压稳定时的输出电压值(即目标电压值)与第四控制开关181的占空比之间的关系为：Vout＝Vin/(1-D)————公式(1)。
其中，Vout指电压输出端的输出电压值。Vin指电压输入端的输入电压值。D指第四控制开关181的占空比，D<1。
当存在分压电阻串(可以是内置分压电阻串13，也可以是外置分压电阻串12)时，由于输出电压控制模块14通过分压电阻串反馈的分压信号对占空比进行调节，从而实现闭环控制，因此，存在分压电阻串时，电压输出端的输出电压与分压电阻串的阻值之间的关系为：
Vout＝Vref*(1+R1/R2)————公式(2)。
其中，Vout指电压输出端的输出电压值。Vref指带隙电压单元144提供的带隙电压(即基准电压)。R1指分压电阻串的电压采样位置与电压输出端之间的电阻的阻值。R2值分压电阻串的电压采样位置与地之间的电阻的阻值。
在本实施例中，内置分压电阻串13设置在升压芯片内部，其各个分压电阻的阻值不可调节，当输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接时，电压输出端的输出电压为预设的默认输出电压(例如5V)。若用户需要输出电压为默认输出电压之外的电压，则可以设置外置分压电阻串12，当切换控制模块16检测到存在外置分压电阻串12时，其控制输出电压控制模块14与外置分压电阻串12连接，并根据外置分压电阻串12输出的分压信号进行控制，输出需要的默认输出电压之外的电压，从而满足用户需求。
切换控制模块16通过检测端口30检测是否存在外置分压电阻串12的过程为：切换控制模块16通过电流源向检测端口30供电，并获取检测端口30处的电压值。第一比较器162a将该电压值与第一预设电压(例如，0V、0.5V等)比较，生成第一比较结果；第二比较器162b将该电压值与第二预设电压(例如，5V)比较，生成第二比较结果。当第一比较结果指示检测端口30处的电压小于或等于第一预设电压，第二比较结果指示检测端口30处的电压小于第二预设电压时，逻辑处理单元162c输出指示无外置分压电阻串12的检测结果。
或者，当第一比较结果指示检测端口30处的电压大于第一预设电压，第二比较结果指示检测端口30处的电压小于第二预设电压，逻辑处理单元162c输出指示有外置分压电阻串12的检测结果。
又或者，当第一比较结果指示检测端口30处的电压大于第一预设电压，第二比较结果指示检测端口30处的电压大于或等于第二预设电压，逻辑处理单元162c输出指示无外置分压电阻串12的检测结果。
当然,在其他实施例中,切换控制模块16可以是任何能够检测是否存在外置分压电阻串12的结构,并不限于本实施例中例举的结构。
切换控制模块16根据检测结果控制第一控制开关171和第二控制开关172的闭合或断开，从而控制输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接，或与外置分压电阻串12连接。
当切换控制模块16未检测到外置分压电阻串12时，控制第一控制开关171闭合，第二控制开关172断开，内置分压电阻串13与输出电压控制模块14连接，电压输出端输出默认输出电压。
当切换控制模块16检测到外置分压电阻串12时，控制第一控制开关171断开，第二控制开关172闭合，外置分压电阻串12与输出电压控制模块14连接，电压输出端输出的目标电压值根据外置分压电阻串12的电压采样点两侧的电阻的阻值确定。通过调节外置分压电阻串12的电压采样点两侧的电阻的阻值可以调节电压输出端的目标输出电压。
可选地,为了保护升压芯片,防止检测端口30处于浮空情况而对升压芯片造成不利影响，升压装置还包括第三控制开关173，第三控制开关173的一端接地，另一端与检测端口30连接，当不存在外置分压电阻串12时，切换控制模块16控制第三控制开关173闭合，使检测端口30接地,从而防止升压芯片的检测端口处存在浮空电压。
该升压装置的工作过程如下：
升压芯片上电后启动一个时间窗口，使能切换控制模块16的自动检测电路，当检测到反馈引脚(即检测端口30)有外置分压电阻串12时，采用外部配置模式(即输出电压控制模块14与外置分压电阻串12连接)，否则采用默认输出模式(即输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接)。
在切换控制模块16使能期间，电流源161对反馈引脚进行充电，第一比较器162a和第二比较器162b判别反馈引脚的电位，根据反馈引脚的电位来识别反馈引脚是处于接地状态、接外置分压电阻串状态还是浮空状态。
当反馈引脚的电平小于或等于第一预设电压(记作Vref1)，则表明反馈引脚是接地，采用默认输出模式，控制输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接，输出电压控制模块14根据内置分压电阻串13的分压信号控制电感11接地或对电压输出端放电。
当反馈引脚的电平大于第一预设电压且小于第二预设电压(记作Vref2)，则表明反馈引脚是外置分压电阻串12，采用外部配置模式，控制输出电压控制模块14与外置分压电阻串12连接，输出电压控制模块14根据外置分压电阻串12的分压信号控制电感11接地或对电压输出端放电。
当反馈引脚电平大于或等于第二预设电压，则表明反馈引脚是浮空状态，采用默认输出模式，控制输出电压控制模块14与内置分压电阻串13连接，输出电压控制模块14根据内置分压电阻串13的分压信号控制电感11接地或对电压输出端放电，同时使第三控制开关173闭合，启动反馈引脚的下拉电阻。
该升压装置通过设置切换控制模块，实现了默认输出模式与外部配置模式的自动切换，而且电路简单实用，适用于所有希望灵活配置输出电压的升压装置。解决了现有技术中需要在升压芯片上设置额外的引脚，造成升压芯片与其他芯片不兼容的问题，且配置简单，不容易出现模式误切换。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种DC/DC变换器，其包括上述的升压装置。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，且通过调节外置分压电阻串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。通过切换控制模块可以自动切换电压输出模式，自动化和智能性更好，可以自动灵活地调节输出模式。
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 (8)
1.一种检测电路，其特征在于，包括电源输入模块(161)、检测端口(30)和比较控制模块(162)，所述电源输入模块(161)用于向所述检测端口(30)输入检测电流，所述比较控制模块(162)用于比较所述检测端口(30)的电压值与预设电压值；
所述比较控制模块(162)包括第一比较器(162a)、第二比较器(162b)和逻辑处理单元(162c)；
所述第一比较器(162a)和所述检测端口(30)连接，并比较所述检测端口(30)的电压与第一预设电压，生成第一比较结果；
所述第二比较器(162b)和所述检测端口(30)连接，并比较所述检测端口(30)的电压与第二预设电压，生成第二比较结果；
所述逻辑处理单元(162c)获取所述第一比较结果和所述第二比较结果，并根据所述第一比较结果和所述第二比较结果生成用于指示所述检测端口(30)处于接地、浮空状态或与外接电气元件连接的检测结果；
其中，所述第一预设电压小于第二预设电压。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述电源输入模块(161)包括电流源。
3.一种升压装置，其特征在于，包括电压输出端、输出电压控制模块(14)和切换控制模块(16)，所述切换控制模块(16)包括权利要求1-2中任一项所述的检测电路，
所述切换控制模块(16)用于通过所述检测电路检测是否存在外置分压电阻串(12)，并根据检测结果控制所述输出电压控制模块(14)是否与所述外置分压电阻串(12)连接；
所述外置分压电阻串(12)的至少一个分压电阻的阻值可调节，以在所述输出电压控制模块(14)与所述外置分压电阻串(12)连接时，使所述电压输出端的目标输出电压可调节。
4.根据权利要求3所述的升压装置，其特征在于，所述升压装置还包括升压芯片，所述输出电压控制模块(14)和所述切换控制模块(16)均设置在所述升压芯片内，若存在所述外置分压电阻串(12)，则所述外置分压电阻串(12)设置在所述升压芯片外。
5.根据权利要求4所述的升压装置，其特征在于，所述升压芯片具有反馈端口，所述反馈端口作为所述切换控制模块(16)的检测电路的检测端口(30)。
6.根据权利要求4所述的升压装置，其特征在于，所述升压装置还包括内置分压电阻串(13)，所述内置分压电阻串(13)设置在所述升压芯片内，当所述检测结果指示不存在外置分压电阻串(12)时，所述输出电压控制模块(14)与所述内置分压电阻串(13)连接，并使所述电压输出端输出所述升压芯片的默认目标电压值。
7.根据权利要求6所述的升压装置，其特征在于，所述升压装置还包括第一控制开关(171)和第二控制开关(172)，所述第一控制开关(171)设置在所述输出电压控制模块(14)与所述外置分压电阻串(12)之间，所述第二控制开关(172)设置在所述输出电压控制模块(14)与内置分压电阻串(13)，所述切换控制模块(16)通过控制所述第一控制开关(171)的开闭和所述第二控制开关(172)的开闭控制所述输出电压控制模块(14)与所述内置分压电阻串(13)或所述外置分压电阻串(12)连接。
8.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括权利要求3-7中任一项所述的升压装置。
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