CN109541285A - BuckBoost电路输出电流检测方法及其检测电路 - Google Patents

BuckBoost电路输出电流检测方法及其检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电流检测技术领域，尤其是指一种BuckBoost电路输出电流检测方法及其检测电路，包括在BuckBoost电路的一个工作周期中进行的以下步骤：令BuckBoost电路依次进入四个工作状态，并在每个工作状态中利用检测电路检测场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压以得出输出电流，BuckBoost电路处于第一工作状态的时长和BuckBoost电路处于第三工作状态的时长相等且第一工作状态内各个场效应管的导通情况和第三工作状态内各个场效应管的导通情况相同。本发明在保证BuckBoost的工作效率的同时，能够以较高的精度检测出BuckBoost的输出电流。

Description

BuckBoost电路输出电流检测方法及其检测电路
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，尤其是指一种BuckBoost电路输出电流检测方法及其检测电路。
背景技术
在BuckBoost连续工作模式下，电感电流的波形图是一个梯形，因此想要检测输出电流的大小是比较困难的。已有的一些做法是在输出端串联一个检测电阻来实现，但这样会降低BuckBoost的工作效率。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种BuckBoost电路输出电流检测方法，该检测方法不但不会降低BuckBoost的工作效率而且精度较高。
本发明采用如下技术方案：一种BuckBoost电路输出电流检测方法，所述BuckBoost电路包括电源输入端、电源输出端、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及电感L，电源输入端依次通过场效应管Q1和场效应管Q2后接地，电源输出端依次通过场效应管Q4和场效应管Q3后接地，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处通过电感L与场效应管Q3和场效应管Q4的连接处连接，所述方法在BuckBoost电路的一个工作周期中，包括依次进行的以下步骤：步骤A：令BuckBoost电路进入第一工作状态；在第一工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用检测电路检测第一工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤B：令BuckBoost电路进入第二工作状态；在第二工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q3导通，场效应管Q2和场效应管Q4截止；利用检测电路检测第二工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤C：令BuckBoost电路进入第三工作状态；在第三工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用检测电路检测第三工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤D：令BuckBoost电路进入第四工作状态；在第四工作状态中，场效应管Q2和场效应管Q4导通，场效应管Q1和场效应管Q3截止；利用检测电路检测第四工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
BuckBoost电路处于第一工作状态的时长和BuckBoost电路处于第三工作状态的时长相等。
作为优选，步骤B中所述的检测电路包括三极管Q5、三极管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、电阻R1、电阻R2、第一输入端口、第二输入端口、检测输出端口、时钟输入端口、滤波单元以及用于向时钟输入端口输出时钟信号的时钟单元，时钟信号输出的时钟信号的占空比等于第一工作状态历经的时长、第三工作状态历经的时长以及第四工作状态历经的时长之和与BuckBoost电路一个工作周期历经的时长之比，场效应管Q8的栅极以及场效应管Q9的栅极均与时钟输入端口电连接；
当检测电路检测场效应管Q4两端的电压时，第一输入端口与三极管Q5的发射极连接并且第二输入端口依次通过场效应管Q8和电阻R1后与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口与电源输出端连接，场效应管Q3和场效应管Q4的连接处与第二输入端口连接；
当检测电路检测场效应管Q1两端的电压时，第二输入端口通过场效应管Q8与三极管Q5的发射极连接并且第一输入端口通过电阻R1与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口与电源输入端连接，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处与第二输入端口连接；
三极管Q5的集电极接地，三极管Q5的基极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q7的集电极通过电阻R2接地，场效应管Q9的漏极与三极管Q7的集电极电连接，场效应管Q9的源极通过滤波单元与检测输出端口电连接。
作为优选，所述检测电路还包括三极管Q6，所述三极管Q6的发射极极与三极管Q7的发射极电连接，所述三极管Q6的集电极接地，所述三极管Q7的基极与所述三极管Q6的发射极电连接。
作为优选，所述检测电路还包括场效应管Q10，场效应管Q10的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q6的集电极通过场效应管Q10接地。
作为优选，所述检测电路还包括场效应管Q11，场效应管Q11的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q5的集电极通过场效应管Q11接地。
作为优选，所述检测电路还包括运算放大器F1，所述运算放大器F1的正输入端与场效应管Q9的漏极电连接，所述检测输出端口以及所述运算放大器F1的负输入端均与运算放大器F1的输出端电连接。
作为优选，所述检测电路还包括场效应管Q12，效应管Q12的栅极与时钟输入端口电连接，运算放大器F1的输出端通过效应管Q12与检测输出端口电连接。
作为优选，所述检测电路还包括反相器A1和场效应管Q13，时钟输入端口通过反相器A1与场效应管Q13的栅极电连接，所述检测输出端口通过场效应管Q13接地。
本发明还提供了一种用于实现上述方法的检测电路，所述检测电路包括三极管Q5、三极管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、电阻R1、电阻R2、第一输入端口、第二输入端口、检测输出端口、时钟输入端口、滤波单元以及用于向时钟输入端口输出时钟信号的时钟单元，场效应管Q8的栅极以及场效应管Q9的栅极均与时钟输入端口电连接；第一输入端口与三极管Q5的发射极连接并且第二输入端口依次通过场效应管Q8和电阻R1后与三极管Q7的发射极连接，或者第二输入端口通过场效应管Q8与三极管Q5的发射极连接并且第一输入端口通过电阻R1与三极管Q7的发射极连接；三极管Q5的集电极接地，三极管Q5的基极与三极管Q57的发射极连接，三极管Q7的基极与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q7的集电极通过电阻R2接地，场效应管Q9的漏极与三极管Q7的集电极电连接，场效应管Q9的源极通过滤波单元与检测输出端口电连接。
作为优选，所述检测电路还包括三极管Q6，所述三极管Q6的发射极与三极管Q7的发射极电连接，所述三极管Q6的集电极接地，所述三极管Q7的基极与所述三极管Q6的发射极电连接；所述检测电路还包括场效应管Q10和场效应管Q11，场效应管Q10的通断以及场效应管Q11的通断均由外部的偏置电压控制，三极管Q6的集电极通过场效应管Q10接地，三极管Q5的集电极通过场效应管Q11接地；所述检测电路还包括运算放大器F1，所述运算放大器F1的正输入端与场效应管Q9的漏极电连接，所述检测输出端口以及所述运算放大器F1的负输入端均与运算放大器F1的输出端电连接；所述检测电路还包括场效应管Q12，效应管Q12的栅极与时钟输入端口电连接，运算放大器F1的输出端通过效应管Q12与检测输出端口电连接；所述检测电路还包括反相器A1和场效应管Q13，时钟输入端口通过反相器A1与场效应管Q13的栅极电连接，所述检测输出端口通过场效应管Q13接地。
本发明的有益效果：在保证BuckBoost的工作效率的同时，以较高的精度检测出BuckBoost的输出电流。
附图说明
图1为本发明中用于检测场效应管Q4电压的检测电路的电路图。
图2为本发明中用于检测场效应管Q1电压的检测电路的电路图。
图3为电源输入端的电压大于电源输出端的电压时电感L的电流随时间变化的折线图。
图4为电源输入端的电压大于电源输出端的电压时电感L的电流随时间变化的折线图。
图5为本发明中的BuckBoost电路的电路图。
附图标记为：1、滤波单元；2、检测电路；21、第一输入端口；22、第二输入端口；23、检测输出端口；24、时钟输入端口。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图3至图5所示，一种BuckBoost电路输出电流检测方法，所述BuckBoost电路包括电源输入端、电源输出端、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及电感L，电源输入端依次通过场效应管Q1和场效应管Q2后接地，电源输出端依次通过场效应管Q4和场效应管Q3后接地，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处通过电感L与场效应管Q3和场效应管Q4的连接处连接，所述方法在BuckBoost电路的一个工作周期中，包括依次进行的以下步骤：
步骤A：令BuckBoost电路依次进入第一工作状态；在第一工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用如图2所示的检测电路2检测第一工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤B：令BuckBoost电路进入第二工作状态；在第二工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q3导通，场效应管Q2和场效应管Q4截止；利用如图2所示的检测电路2检测第二工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤C：令BuckBoost电路进入第三工作状态；在第三工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用如图2所示的检测电路2检测第三工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤D：令BuckBoost电路进入第四工作状态；在第四工作状态中，场效应管Q2和场效应管Q4导通，场效应管Q1和场效应管Q3截止；利用如图2所示的检测电路2检测第四工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
BuckBoost电路处于第一工作状态的时长和BuckBoost电路处于第三工作状态的时长相等。
BuckBoost电路在依次历经第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态的过程中，流过电感L的电流随时间的变化如图3和图4所示。其中图3为电源输入端的电压大于电源输出端的电压时电感L的电流情况。图4为电源输入端的电压大于电源输出端的电压时电感L的电流情况。以第一工作状态历经的时间为T1，第二工作状态历经的时间为T2，第三工作状态历经的时间为T3，第四工作状态历经的时间为T4。在T1等于T3的情况下，根据几何知识可知图3和图4中电感电流与横轴围成的梯形中，面积关系符合S1+S3＝S2+S3，将S2的面积填补进S1中后，电感电流与横轴围城的图形就变成了三角形。因此电感电流的中间值可以在第二工作状态中或第四工作状态中检测到。流经电感的电流约等于流经场效应管Q1或流经场效应管Q4的电流，因此能够通过检测场效应管Q1两端的电压或场效应管Q4两端的电压，并根据效应管Q1的电阻或场效应管Q4的电阻计算出电感电流。但由于在第二工作状态下，电源输入端并没有直接对电源输出端放电，因此检测电路2需要根据一定的占空比进行调制才能准确地反映出电感电流。
如图1和图2所示，所述的检测电路2包括三极管Q5、三极管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、电阻R1、电阻R2、第一输入端口21、第二输入端口22、检测输出端口23、时钟输入端口24、滤波单元1以及用于向时钟输入端口24输出时钟信号的时钟单元，时钟信号输出的时钟信号的占空比等于第一工作状态历经的时长、第三工作状态历经的时长以及第四工作状态历经的时长之和与BuckBoost电路一个工作周期历经的时长之比，场效应管Q8的栅极以及场效应管Q9的栅极均与时钟输入端口24电连接；当检测电路2检测场效应管Q4两端的电压时，第一输入端口21与三极管Q5的发射极连接并且第二输入端口22依次通过场效应管Q8和电阻R1后与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口21与电源输出端连接，场效应管Q3和场效应管Q4的连接处与第二输入端口22连接；当检测电路2检测场效应管Q1两端的电压时，第二输入端口22通过场效应管Q8与三极管Q5的发射极连接并且第一输入端口21通过电阻R1与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口21与电源输入端连接，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处与第二输入端口22连接；三极管Q5的集电极接地，三极管Q5的基极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q7的集电极通过电阻R2接地，场效应管Q9的漏极与三极管Q7的集电极电连接，场效应管Q9的源极通过滤波单元1与检测输出端口23电连接。
本实施例以检测电路2检测场效应管Q4两端的电压的情形为例。令ΔV等于场效应管Q4两端的电压，Vs等于场效应管Q9与三极管Q7的连接处的电压，Vh等于场效应管Q9源极的电压，Rds等于场效应管Q4的电阻，Il等于流过电感L的电流，Vsout检测输出端口的电压，D等于时钟单元输出信号的占空比。可知且ΔV＝Il·Rds，因此在BuckBoost电路的一个工作周期内，Vs＝Vh，而Vh在经过滤波单元1后，可得Vsout＝Vh·D，因此
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括三极管Q6，所述三极管Q6的发射极与三极管Q7的发射极电连接，所述三极管Q6的集电极接地，所述三极管Q7的基极与所述三极管Q6的发射极电连接，对三极管Q5和三极管Q7形成保护。
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括场效应管Q10，场效应管Q10的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q6的集电极通过场效应管Q10接地。使用者能够通过控制偏置电压来控制检测电路2的通断。
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括场效应管Q11，场效应管Q11的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q5的集电极通过场效应管Q11接地。使用者能够通过控制偏置电压来控制检测电路2的通断。
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括运算放大器F1，所述运算放大器F1的正输入端与场效应管Q9的漏极电连接，所述检测输出端口23以及所述运算放大器F1的负输入端均与运算放大器F1的输出端电连接。利用运算放大器F1来作为电压跟随器，从而起到缓冲和隔离的效果。
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括场效应管Q12，效应管Q12的栅极与时钟输入端口24电连接，运算放大器F1的输出端通过效应管Q12与检测输出端口23电连接。进一步保证BuckBoost电路处于第二工作状态时，Vh无法输出至检测输出端口23，从而保证在整个周期内Vs＝Vh且Vsout＝Vh·D。
如图1和图2所示，所述检测电路2还包括反相器A1和场效应管Q13，时钟输入端口通过反相器A1与场效应管Q13的栅极电连接，所述检测输出端口23通过场效应管Q13接地。进一步保证BuckBoost电路处于第二工作状态时，Vh无法输出至检测输出端口23，从而保证在整个周期内Vs＝Vh且Vsout＝Vh·D。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种BuckBoost电路输出电流检测方法，所述BuckBoost电路包括电源输入端、电源输出端、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及电感L，电源输入端依次通过场效应管Q1和场效应管Q2后接地，电源输出端依次通过场效应管Q4和场效应管Q3后接地，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处通过电感L与场效应管Q3和场效应管Q4的连接处连接，其特征在于：所述方法在BuckBoost电路的一个工作周期中，包括依次进行的以下步骤：
步骤A：令BuckBoost电路进入第一工作状态；在第一工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用检测电路(2)检测第一工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤B：令BuckBoost电路进入第二工作状态；在第二工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q3导通，场效应管Q2和场效应管Q4截止；利用检测电路(2)检测第二工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤C：令BuckBoost电路进入第三工作状态；在第三工作状态中，场效应管Q1和场效应管Q4导通，场效应管Q2和场效应管Q3截止；利用检测电路(2)检测第三工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
步骤D：令BuckBoost电路进入第四工作状态；在第四工作状态中，场效应管Q2和场效应管Q4导通，场效应管Q1和场效应管Q3截止；利用检测电路(2)检测第四工作状态中场效应管Q1两端或场效应管Q4两端的电压，根据场效应管Q1或场效应管Q4的电压计算流经场效应管Q1或场效应管Q4的电流；
BuckBoost电路处于第一工作状态的时长和BuckBoost电路处于第三工作状态的时长相等。
2.根据权利要求1所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)包括三极管Q5、三极管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、电阻R1、电阻R2、第一输入端口(21)、第二输入端口(22)、检测输出端口(23)、时钟输入端口(24)、滤波单元(1)以及用于向时钟输入端口(24)输出时钟信号的时钟单元，时钟信号输出的时钟信号的占空比等于第一工作状态历经的时长、第三工作状态历经的时长以及第四工作状态历经的时长之和与BuckBoost电路一个工作周期历经的时长之比，场效应管Q8的栅极以及场效应管Q9的栅极均与时钟输入端口(24)电连接；
当检测电路(2)检测场效应管Q4两端的电压时，第一输入端口(21)与三极管Q5的发射极连接并且第二输入端口(22)依次通过场效应管Q8和电阻R1后与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口(21)与电源输出端连接，场效应管Q3和场效应管Q4的连接处与第二输入端口(22)连接；
当检测电路(2)检测场效应管Q1两端的电压时，第二输入端口(22)通过场效应管Q8与三极管Q5的发射极连接并且第一输入端口(21)通过电阻R1与三极管Q7的发射极连接，第一输入端口(21)与电源输入端连接，场效应管Q1和场效应管Q2的连接处与第二输入端口(22)连接；
三极管Q5的集电极接地，三极管Q5的基极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q7的集电极通过电阻R2接地，场效应管Q9的漏极与三极管Q7的集电极电连接，场效应管Q9的源极通过滤波单元(1)与检测输出端口(23)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括三极管Q6，所述三极管Q6的发射极与三极管Q7的发射极电连接，所述三极管Q6的集电极接地，所述三极管Q7的基极与所述三极管Q6的发射极电连接。
4.根据权利要求3所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括场效应管Q10，场效应管Q10的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q6的集电极极通过场效应管Q10接地。
5.根据权利要求2所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括场效应管Q11，场效应管Q11的通断由外部的偏置电压控制，三极管Q5的集电极通过场效应管Q11接地。
6.根据权利要求2所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括运算放大器F1，所述运算放大器F1的正输入端与场效应管Q9的漏极电连接，所述检测输出端口(23)以及所述运算放大器F1的负输入端均与运算放大器F1的输出端电连接。
7.根据权利要求6所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括场效应管Q12，效应管Q12的栅极与时钟输入端口(24)电连接，运算放大器F1的输出端通过效应管Q12与检测输出端口(23)电连接。
8.根据权利要求6所述的一种BuckBoost电路输出电流检测方法，其特征在于：所述检测电路(2)还包括反相器A1和场效应管Q13，时钟输入端口(24)通过反相器A1与场效应管Q13的栅极电连接，所述检测输出端口(23)通过场效应管Q13接地。
9.一种用于实现权利要求1所述的方法的检测电路，其特征在于：包括三极管Q5、三极管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、电阻R1、电阻R2、第一输入端口(21)、第二输入端口(22)、检测输出端口(23)、时钟输入端口(24)、滤波单元(1)以及用于向时钟输入端口(24)输出时钟信号的时钟单元，场效应管Q8的栅极以及场效应管Q9的栅极均与时钟输入端口(24)电连接；
第一输入端口(21)与三极管Q5的发射极连接并且第二输入端口(22)依次通过场效应管Q8和电阻R1后与三极管Q7的发射极连接，或者第二输入端口(22)通过场效应管Q8与三极管Q5的发射极连接并且第一输入端口(21)通过电阻R1与三极管Q7的发射极连接；
三极管Q5的集电极接地，三极管Q5的基极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q7的集电极通过电阻R2接地，场效应管Q9的漏极与三极管Q7的集电极电连接，场效应管Q9的源极通过滤波单元(1)与检测输出端口(23)电连接。
10.根据权利要求9所述的一种检测电路，其特征在于：所述检测电路(2)还包括三极管Q6，所述三极管Q6的发射极与三极管Q7的发射极电连接，所述三极管Q6的集电极接地，所述三极管Q7的基极与所述三极管Q6的发射极电连接；
所述检测电路(2)还包括场效应管Q10和场效应管Q11，场效应管Q10的通断以及场效应管Q11的通断均由外部的偏置电压控制，三极管Q6的集电极通过场效应管Q10接地，三极管Q5的集电极通过场效应管Q11接地；
所述检测电路(2)还包括运算放大器F1，所述运算放大器F1的正输入端与场效应管Q9的漏极电连接，所述检测输出端口(23)以及所述运算放大器F1的负输入端均与运算放大器F1的输出端电连接；
所述检测电路(2)还包括场效应管Q12，效应管Q12的栅极与时钟输入端口(24)电连接，运算放大器F1的输出端通过效应管Q12与检测输出端口(23)电连接；
所述检测电路(2)还包括反相器A1和场效应管Q13，时钟输入端口(24)通过反相器A1与场效应管Q13的栅极电连接，所述检测输出端口(23)通过场效应管Q13接地。
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