CN109149912B - 开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路，其特征在于：包括滤波器、差分运算放大器、比较器和抽样判决器；所述差分运算放大器输入侧一端连接滤波器输出端，另一端与开关电源的输出电压信号连接；所述比较器输入侧一端连接差分运算放大器的输出端，另一端输入阈值常量；所述比较器输出端连接抽样判决器输入端。本发明实现了开关电源中功率管损耗的有效检测和功率管导通电阻的自动调整。

Description

开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路及工作方法
技术领域
本发明涉及一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路及工作方法。
背景技术
如何有效的检测开关电源中开关管的功率损耗并自动对其进行调整优化是提升开关电源效率的关键。当前公开技术中缺乏对功率管的功率损耗进行有效检测的方法因而未能实现开关管的有效自动调整优化。有鉴于此本专利提出了一种可实现开关电源中开关管的功率损耗检测和自动调整电路，具有电路结构简单易实现，检测准确的优点。本技术应用在开关电源中可以实现不同负载下转换效率的优化提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路，实现了开关电源中功率管损耗的有效检测和功率管导通电阻的自动调整。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路，包括滤波器、差分运算放大器、比较器和抽样判决器；所述差分运算放大器输入侧一端连接滤波器输出端，另一端与开关电源的输出电压信号连接；所述比较器输入侧一端连接差分运算放大器的输出端，另一端输入阈值常量；所述比较器输出端连接抽样判决器输入端。
进一步的，所述一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路的工作方法，包括以下步骤：
步骤S1:将开关电源中脉冲宽度调制信号输入至滤波器进行滤波处理，产生滤波结果信号；
步骤S2:将滤波结果信号输入至差分运算放大器，差分运算放大器将滤波结果信号与输入的开关电源输出电压信号进行相减运算并将相减的结果放大，得到差分运算结果信号；
步骤S3:将差分运算结果信号输入至比较器，比较器将差分运算结果信号与输入的阈值常量进行比较后生成比较结果信号；
步骤S4:将比较结果信号输入至抽样判决器，抽样判决器根据比较结果信号进行抽样判决，得到开关管控制总线信号。
进一步的，所述步骤S1具体为：滤波器抑制开关电源中脉冲宽度调制信号中的高频分量而保留直流分量进而将所述直流分量映射到输出信号中，产生滤波结果信号。
进一步的，所述比较器的输入的阈值常量为单信号时，比较器输出信号也为单一信号，具体为：
（1）、当差分运算结果信号幅度高于阈值常量时, 比较结果信号设置为有效状态，此时开关管阵列中处于工作状态的开关管的电阻功耗大于预设值；
（2）、当差分运算结果信号幅度低于阈值常量时, 比较结果信号设置为无效状态，开关管阵列中处于工作状态的开关管的电阻功耗小于预设值。
进一步的 ，所述比较器的输入的阈值常量为单信号时，抽样判读器周期性地对比较结果信号进行抽样：
（1）、当抽样结果显示比较结果信号为有效状态时，则将正向改变开关管控制总线信号所表示的值以使开关管阵列增加处于工作状态的开关管的个数使导通电阻变小；
（2）、当抽样结果显示比较结果信号为无效状态时，则将反向改变开关管控制总线信号所表示的数值以使开关管阵列减少处于工作状态的开关管的数量使导通电阻变大。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明电路结构简单易实现，检测准确，能够实现了开关电源中功率管损耗的有效检测和功率管导通电阻的自动调整。
附图说明
图1是本发明电路原理图；
图2是本发明一实施例中比较器输入双信号的电路图；
图3是本发明一实施例中传统的BUCK 型开关电源电路；
图4是本发明一实施例中结合本发明电路的BUCK 型开关电源电路；
图中：1-滤波器、2-差分运算放大器、3-比较器、4-抽样判决器、5-PWM脉冲信号、6-开关电源输出电压信号、7-阈值常量、8-开关管控制总线信号、9-滤波结果信号、10-差分运算结果信号、11-比较结果信号、12-开关管、13-PWM波发生器、14-储能原件、15-反馈网络、16-电源电压、17-参考电压、18-反馈电源、19-开关管阵列、71-数值较大阈值常量、72-数值较小的阈值常量。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路，包括滤波器1、差分运算放大器2、比较器3和抽样判决器4；差分运算放大器2输入侧一端连接滤波器1输出端，另一端连接与开关电源的输出电压信号6；比较器3输入侧一端连接差分运算放大器2的输出端，另一端输入阈值常量7；比较器3输出端连接抽样判决器4输入端。
在本发明一实施例中，所述一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路的工作方法，包括以下步骤：
步骤S1:将开关电源中脉冲宽度调制信号5输入至滤波器1进行滤波处理，产生滤波结果信号9；
步骤S2:将滤波结果信号9输入至差分运算放大器2，差分运算放大器2将滤波结果信号9与输入的开关电源输出电压信号6进行相减运算并将相减的结果放大，得到差分运算结果信号10；
步骤S3:将差分运算结果信号10输入至比较器3，比较器3将差分运算结果信号10与输入的阈值常量7进行比较后生成比较结果信号11；
步骤S4:将比较结果信号11输入至抽样判决器4，抽样判决器4根据比较结果信号11进行抽样判决，得到开关管控制总线信号8。
滤波器1的作用在于抑制开关电源中脉冲宽度调制信号5中的高频分量而保留开关电源中脉冲宽度调制信号5中的直流分量进而将所述直流分量映射到滤波结果信号号9。
在本发明一实施例中，比较器的3输入的阈值常量7为单信号时，比较器3输出信号11也为单一信号，具体为：
（1）、当差分运算结果信号10幅度高于阈值常量7时, 比较结果信号11设置为有效状态，此时开关管阵列19中处于工作状态的开关管的电阻功耗大于预设值；
（2）、当差分运算结果信号10幅度低于阈值常量7时, 比较结果信号11设置为无效状态，开关管阵列19中处于工作状态的开关管的电阻功耗小于预设值。
比较器3的输入的阈值常量7为单信号时，抽样判读器4周期性地对比较结果信号进行抽样：
（1）、当抽样结果显示比较结果信号为有效状态时，则将正向改变开关管控制总线信号所表示的值以使开关管阵列增加处于工作状态的开关管的个数使导通电阻变小；
（2）、当抽样结果显示比较结果信号为无效状态时，则将反向改变开关管控制总线信号所表示的数值以使开关管阵列减少处于工作状态的开关管的数量使导通电阻变大。
在本发明一实施例中，比较器3的输入的包含数值较大的阈值常量71和数值较小的阈值常量72等两个阈值常量时，比较器3输出信号11也将包括高信号111和低信号112等两个输出信号，如图2所示。
此时比较器3的工作原理为：
当差分运算结果信号10幅度高于数值较大的阈值常量71时, 高信号111设置为有效，表明此时开关管阵列19中处于工作状态的开关管的电阻功耗大于预设值；当信号10幅度低于信号71时, 输出信号111设置为无效状态。
当差分运算结果信号10幅度低于数值较小的阈值常量72时, 输出信号112设置为有效状态，表明此时开关管阵列19中处于工作状态的开关管的电阻功耗小于预设值；当信号10幅度高于72时, 输出信号112设置为无效状态。
在本发明一实施例中，当比较器3的输入的阈值常量7包含数值较大阈值常量71和数值较小的阈值常量72两个阈值常量时，
抽样判读器4的工作原理为：周期性对信号111和112进行抽样；当抽样结果显示信号111为有效状态时，则将正向改变开关管控制总线信号8所表示的值以使19增加所述处于工作状态的开关管的个数使导通电阻变小；当抽样结果显示信号112为有效状态时，则将正向改变开关管控制总线信号8所表示的值以使19减少所述处于工作状态的开关管的个数使导通电阻变大。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明进行详细介绍。
实施例1：
如图3所示，图3为经典的BUCK型开关电路，包括了开关管12、PWM波发生器13、储能元件14和反馈网络15。开关电源的输出电压6经过反馈网络15后产生反馈电压18，PWM波发生器根据18和参考电压17产生PWM脉冲信号5; 5控制开关管12的开启和关闭，从而间断地将电源电压 16加载在储能元件14和负载上从而产生输出电压6。
图4为结合本发明电路的BUCK型开关电源电路，其中20代表了本发明电路，同时本专利还需要使用开关管阵列19代替经典BUCK型开关电源电路中的 12。其中，20输出的开关管控制总线8 将决定19中处于工作状态的开关管的数量，假设8所表示的数值越大则19中处于工作状态的开关管数量越多。20通过检测信号5实现了对 19导通电阻的检测，当所述导通电阻大于预设值时，20将有效检测这种情况并增大开关管控制总线8的值，从而促使19中更多的开关管处于工作状态；当所述导通电阻小于预设值时，20将有效检测这种情况并减小开关管控制总线8的值，从而减少 19中处于工作状态的开关管的数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路的工作方法，其特征在于：所述电路包括滤波器、差分运算放大器、比较器和抽样判决器；所述差分运算放大器输入侧一端连接滤波器输出端，另一端与开关电源的输出电压信号连接；所述比较器输入侧一端连接差分运算放大器的输出端，另一端输入阈值常量；所述比较器输出端连接抽样判决器输入端；
具体包括以下步骤：
步骤S1:将开关电源中脉冲宽度调制信号输入至滤波器进行滤波处理，产生滤波结果信号；
步骤S2:将所述滤波结果信号输入至差分运算放大器，差分运算放大器将所述滤波结果信号与输入的开关电源输出电压信号进行相减运算并将相减的结果放大，得到放大后的差分运算结果信号；
步骤S3:将所述差分运算结果信号输入至比较器，比较器所述差分运算结果信号与输入的阈值常量进行比较后生成比较结果信号；
步骤S4:将比较结果信号输入至抽样判决器，抽样判决器根据比较结果信号进行抽样判决，得到开关管控制总线信号；
所述步骤S1具体为：滤波器抑制开关电源中脉冲宽度调制信号中的高频分量而保留直流分量进而将所述直流分量映射到输出信号中，产生所述滤波结果信号。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路的工作方法，其特征在于：所述比较器的输入的阈值常量为单一信号时，比较器的所述比较结果信号也为单一信号，具体为：
（1）、若此时开关管阵列中处于工作状态的开关管的电阻功耗大于预定值，则所述差分运算结果信号幅度将高于阈值常量时, 比较结果信号设置为有效状态；
（2）、若开关管阵列中处于工作状态的开关管的电阻功耗小于预设值，所述差分运算结果信号幅度将低于阈值常量时, 比较结果信号设置为无效状态。
3.根据权利要求2所述的一种开关电源中开关管功率损耗和自动调整电路的工作方法，其特征在于：所述比较器的输入的阈值常量为单信号时，抽样判读器周期性地对比较结果信号进行抽样：
（1）、当抽样结果显示比较结果信号为有效状态时，则将正向改变开关管控制总线信号所表示的值以使开关管阵列增加处于工作状态的开关管的个数使开关阵列的等效导通电阻变小；
（2）、当抽样结果显示比较结果信号为无效状态时，则将反向改变开关管控制总线信号所表示的数值以使开关管阵列减少处于工作状态的开关管的数量使导开关阵列的等效通电阻变大。
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