CN110391733A - 一种供电电路、供电方法和电源装置 - Google Patents
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Abstract
一种供电电路，应用于具有一储能电感的电源装置中，包括第一功率管，电压抬升模块和高压供电模块，在所述第一功率管导通期间或断开期间，从所述第一功率管第一端开关节点取电，输出一供电电压对外供电。所述供电电路既可以去掉外部供电电压储能电容，又可以避免高压供电模块直接和母线电压接触，节约了成本，提升了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种供电电路和供电方法，以及采用了所述供电电路或供电方法的电源装置。
背景技术
图1A为现有的一种电源装置，包括输入电压源、功率级电路、高压供电模块和控制模块，其中输入电压源整流输出一个不控的直流母线电压，经过输入电压CIN的滤波，该直流电压提供给功率级电路所需的电压；功率级电路包括功率管开关MP，电感LP，续流二极管D和负载；高压供电模块直接从所述输入电压源输出的母线电压取电，输出一个受调制的稳定电源电压VDD给控制模块供电；控制模块输出脉冲宽度调制信号到功率管电路，稳定负载所需的电压或电流。由于母线电压持续存在，所以高压供电模块可以从母线电压持续取电，因此可以输出一个稳定的受调节的直流电压VDD对控制模块供电，因此VDD电压可以不需要外部储能电容辅助供电，这种结构的不足之处是高压供电模块直接和母线电压接触，容易受到母线上浪涌和雷击电压的影响，需要进行特殊的防雷处理；同时由于母线电压和供电电压之间的巨大压差，导致供电效率偏低。
图1B为现有的另外一种电源装置，与图1A的区别是高压供电模块没有直接从母线电压取电，而是从功率管开关MP的开关节点处取电。由于所述开关节点的电压不是持续存在的，只有在功率管开关MP断开时，高压供电模块才可以取电，在功率管开关MP导通时，所述开关节点电压降低到接近零，所以在所述功率管开关MP导通时，不能够供电，因此图1B的高压供电模块需要一个外部储能电容来辅助供电，在功率管开关MP导通时，由储能电容来维持给控制模块供电。这种结构的不足之处是储能电容的存在会增加系统的成本，降低系统的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种供电电路和供电方法，以及采用了该供电电路或供电方法的电源装置。
根据本发明一实施例的一种供电电路，应用于具有一储能电感的电源装置中，包括：第一功率管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端与所述储能电感电耦接，控制端与一控制信号电耦接；电压抬升模块，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管第二端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接；高压供电模块，与所述第一功率管第一端电耦接，在所述第一功率管导通期间或断开期间，从所述第一功率管第一端开关节点取电，输出一供电电压对外供电。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述电压抬升模块，包括：第一电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管的第二端电耦接；第二功率管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管的第二端和所述第一电阻的第一端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接，控制端与所述第一电阻的第二端电耦接；第二电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第二功率管的控制端和所述第一电阻的第二端电耦接，第二端与所述第二功率管的第二端电耦接。。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述电压抬升模块，包括：第三电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管的第二端电耦接；第三功率管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管的第二端和所述第三电阻的第一端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接，第一运放，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述第三电阻第二端电耦接，第二输入端与第一基准电压电耦接，输出端与所述第三功率管的控制端电耦接；第四电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一运放的第一输入端和所述第三电阻的第二端电耦接，第二端与所述第三功率管的第二端电耦接。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述高压供电模块，包括：高压隔离模块，具有输入端和输出端，输入端与第一功率管第一端电耦接，接收所述第一功率管第一端开关节点的电压，输出端输出一隔离未调节低电压；电压调节器，具有输入端和输出端，其中输入端与所述高压隔离模块的输出端电耦接，接收所述隔离未调节低电压，输出端输出一受调制的供电电压对外供电。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述高压隔离模块为一JFET，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端，或一耗尽型LDMOS管，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述电压调节器包括：调整管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述高压隔离模块的输出端电耦接，第二端作为输出端输出一受调制的供电电压对外供电；误差放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与第二基准电压电耦接，输出端与所述调整管的控制端电耦接；取样模块，具有第一端，第二端和第三端，其中第一端与所述调整管的第二端电耦接，第二端与所述误差放大器的第二输入端电耦接，第三端与地电耦接。
根据本发明一实施例的一种供电电路，所述第一功率管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与一控制信号电耦接，源极与所述电压抬升模块第一端电耦接，漏极与储能电感电耦接；或所述第一功率管为三极管，所述三极管的基极与一控制信号电耦接，发射极与所述电压抬升模块第一端电耦接，集电极与储能电感电耦接。
根据本发明一实施例的一种LED驱动方法，包括：在第一功率管导通期间，提升所述功率管开关节点的电压，并从所述开关节点取电，产生供电电压对外供电；在第一功率管断开期间，直接从所述功率管开关节点取电，产生供电电压对外供电。
根据本发明一实施例的一种电源装置，包括有如所述的供电电路或采用了所述的供电方法，还包括：电流检测电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与电压抬升模块第二端电耦接，第二端与地电耦接，检测流过第一功率管和电压抬升模块的电流，产生一电压检测信号；电流检测控制模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测电阻第一端电耦接，接收所述电压检测信号，输出一关断控制信号；驱动控制模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测控制模块电耦接，接收所述关断控制信号，输出一控制信号，控制所述第一功率管导通，以对所述储能电感充电，或者控制所述第一功率管断开，使得所述储能电感放电。
本发明所提出的供电电路和供电方法，既可以去掉外部供电电压储能电容，又可以避免高压供电模块直接和母线电压接触，节约了成本，提升了系统的可靠性。
附图说明
图1A所示为一种现有LED驱动电路示意图；
图1B所示为另一种现有LED驱动电路示意图；
图2A所示为本发明一实施例的电源装置示意图；
图2B所示为本发明一实施例的电压抬升模块示意图；
图2C所示为本发明另一实施例的电压抬升模块示意图；
图2D所示为本发明一实施例的高压供电模块示意图；
图3所示为本发明一实施例的供电方法流程图；
图4为根据本发明一实施例的典型工作波形示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图2A所示为根据本发明一实施例的一种具有一储能电感202的电源装置200的示意图，其中供电电路201包括第一功率管203，具有第一端VSW、第二端VN2和控制端PWM，其中第一端VSW与所述储能电感202电耦接，控制端与一控制信号PWM电耦接；电压抬升模块220，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管203第二端VN2电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻207与地电耦接；高压供电模块210，与所述第一功率管203第一端VSW电耦接，在所述第一功率管203导通期间或断开期间，从所述第一功率管203第一端开关节点VSW取电，输出一供电电压VDD对外供电。
在本发明一实施例中，如图2B所示，所述电压抬升模块220，包括第一电阻221，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管203的第二端VN2电耦接；第二功率管223，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管203的第二端VN2和所述第一电阻221的第一端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻207与地电耦接，控制端与所述第一电阻221的第二端电耦接；第二电阻222，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第二功率管223的控制端和所述第一电阻221的第二端电耦接，第二端与所述第二功率管223的第二端电耦接。
在一种实施例中，通过第一电阻221，第二电阻222和第二功率管223的阈值电压Vth设定了电压抬升模块220能够抬升的电压，因为所述第二功率管223的阈值电压Vth相对是一个常数，例如Vth＝1V，通过电阻分压以后，决定了所述第二功率管223第一端端的电压为(1+R1/R2)。在一种实施例中，所述第二功率管223也可以为功率三极管。
在本发明一实施例中，如图2C所示，所述电压抬升模块220，包括第三电阻224，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管203的第二端VN2电耦接；第三功率管227，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管203的第二端VN2和所述第三电阻224的第一端VN2电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻207与地电耦接，第一运放226，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述第三电阻224第二端电耦接，第二输入端与第一基准电压VREF1电耦接，输出端与所述第三功率管227的控制端电耦接；第四电阻225，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一运放226的第一输入端和所述第三电阻224的第二端电耦接，第二端与所述第三功率管227的第二端电耦接。
在一种实施例中，通过第三电阻224，第四电阻225，第一运放226，第三功率管227形成的负反馈环路，设定了电压抬升模块220能够抬升的电压，因为负反馈环路的作用，让第三电阻224和第四电阻225的公共节点电压为第一基准电压VREF1，那么通过电阻分压以后，决定了所述第三功率管227的第一端电压为VREF1*(1+R3/R4)。在一种实施例中，所述第三功率管227也可以为功率三极管。
在一种实施例中，如图2D所示，高压供电模块210，包括高压隔离模块211，具有输入端和输出端，输入端与第一功率管203第一端电耦接，接收所述第一功率管203第一端开关节点的电压VSW，输出端输出一隔离未调节低电压VJ；电压调节器215，具有输入端和输出端，其中输入端与所述高压隔离模块211的输出端电耦接，接收所述隔离未调节低电压VJ，输出端输出一受调制的供电电压VDD对外供电。
在本发明一实施例中，如图2D所示，所述高压隔离模块211为一JFET，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端，或一耗尽型LDMOS管，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端。
在本发明一实施例中，如图2D所示，所述电压调节器215包括：调整管213，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述高压隔离模块211的输出端电耦接，第二端作为输出端输出一受调制的供电电压VDD对外供电；误差放大器212，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与第二基准电压VREF2电耦接，输出端与所述调整管213的控制端电耦接；取样模块214，具有第一端，第二端和第三端，其中第一端与所述调整管213的第二端电耦接，第二端与所述误差放大器212的第二输入端电耦接，第三端与地电耦接。
在本发明一实施例中，如图2D所示，误差放大器212、调整管213和取样模块214形成负反馈环路，受调制的供电电压VDD由反馈系数K和第二基准电压VREF2决定，VDD＝VREF2/K。
在一种实施例中，所述第一功率管203为NMOS管，所述NMOS管的栅极与一控制信号PWM电耦接，源极与所述电压抬升模块220第一端电耦接，漏极与储能电感202电耦接；或所述第一功率管203为三极管，所述三极管的基极与一控制信号PWM电耦接，发射极与所述电压抬升模块220第一端电耦接，集电极与储能电感202电耦接。
图3为根据本发明一实施例的供电方法的流程图，包括步骤301～302，
步骤301，在第一功率管导通期间，提升所述功率管开关节点的电压，并从所述开关节点取电，产生供电电压对外供电；
步骤302，在第一功率管断开期间，直接从所述功率管开关节点取电，产生供电电压对外供电。
图2A为一种电源装置200的示意图，除了有所述的供电电路201，还包括：电流检测电阻207，具有第一端和第二端，其中第一端与电压抬升模块220电耦接，第二端与地电耦接，检测流过第一功率管203和电压抬升模块220的电流，产生一电压检测信号VCS；电流检测控制模块250，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测电阻207的第一端电耦接，接收所述电压检测信号VCS，输出一关断控制信号OFF；驱动控制模块240，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测控制模块250电耦接，接收所述关断控制信号OFF，输出一控制信号PWM，控制所述第一功率管203导通，以对所述储能电感202充电，或者控制所述第一功率管203断开，使得所述储能电感202放电。
图4所示为根据本发明一实施例的典型工作波形示意图，在驱动控制模块240输出控制信号PWM为低电平期间，第一功率管203断开，电感电流IL因为放电而线性降低，电压检测信号VCS保持为低电平，所述功率管203第一端电压VSW保持为高电平，高压隔离模块210从VSW节点取电，输出一隔离未调节低电压VJ，电压调节器215，接收所述隔离未调节低电压VJ，输出端输出一受调制的供电电压VDD对外供电。
在驱动控制模块240输出控制信号PWM为高电平期间，第一功率管203导通，电压抬升模块抬升所述第一开关203第一端开关节点VSW的电压，使得高压供电模210在第一功率管203导通期间也可以从VSW节点取电，同时产生供电电压VDD对外供电，让所述储能电感202保持充电，电感电流IL线性升高，电感电流IL流过第一功率管203和电压抬升模块220，经过电流检测电阻207到地，同时在电流检测电阻207上产生三角波的电压检测信号VCS，电流检测控制模块250检测所述电压检测信号VCS，输出关断信号OFF，驱动控制模块240接收所述关断信号OFF，让控制信号PWM变成低电平，去关断第一功率管203。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种供电电路，应用于具有一储能电感的电源装置中，其特征在于，包括：
第一功率管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端与所述储能电感电耦接，控制端与一控制信号电耦接；
电压抬升模块，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管第二端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接；
高压供电模块，与所述第一功率管第一端电耦接，在所述第一功率管导通期间或断开期间，从所述第一功率管第一端开关节点取电，输出一供电电压对外供电。
2.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电压抬升模块，包括：
第一电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管的第二端电耦接；
第二功率管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管的第二端和所述第一电阻的第一端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接，控制端与所述第一电阻的第二端电耦接；
第二电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第二功率管的控制端和所述第一电阻的第二端电耦接，第二端与所述第二功率管的第二端电耦接。
3.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电压抬升模块，包括：
第三电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一功率管的第二端电耦接；
第三功率管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述第一功率管的第二端和所述第三电阻的第一端电耦接，第二端与地电耦接，或通过一电流检测电阻与地电耦接，第一运放，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述第三电阻第二端电耦接，第二输入端与第一基准电压电耦接，输出端与所述第三功率管的控制端电耦接；
第四电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一运放的第一输入端和所述第三电阻的第二端电耦接，第二端与所述第三功率管的第二端电耦接。
4.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述高压供电模块，包括：
高压隔离模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述第一功率管第一端电耦接，接收所述第一功率管第一端开关节点的电压，输出端输出一隔离未调节低电压；
电压调节器，具有输入端和输出端，其中输入端与所述高压隔离模块的输出端电耦接，接收所述隔离未调节低电压，输出端输出一受调制的供电电压对外供电。
5.如权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述高压隔离模块为一JFET，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端，或所述高压隔离模块为一耗尽型LDMOS管，其中第一端漏极为输入端，第二端源级为输出端。
6.如权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述电压调节器包括：
调整管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端与所述高压隔离模块的输出端电耦接，第二端作为输出端输出一受调制的供电电压对外供电；
误差放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端与第二基准电压电耦接，输出端与所述调整管的控制端电耦接；
取样模块，具有第一端，第二端和第三端，其中第一端与所述调整管的第二端电耦接，第二端与所述误差放大器的第二输入端电耦接，第三端与地电耦接。
7.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述第一功率管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与一控制信号电耦接，源极与所述电压抬升模块第一端电耦接，漏极与储能电感电耦接；或所述第一功率管为三极管，所述三极管的基极与一控制信号电耦接，发射极与所述电压抬升模块第一端电耦接，集电极与储能电感电耦接。
8.一种供电方法，包括：
在第一功率管导通期间，提升所述功率管开关节点的电压，并从所述开关节点取电，产生供电电压对外供电；
在第一功率管断开期间，直接从所述功率管开关节点取电，产生供电电压对外供电。
9.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，包括有如权利要求1至7任一所述的供电电路或采用了如权利要求8所述的供电方法，还包括：
电流检测电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与电压抬升模块第二端电耦接，第二端与地电耦接，检测流过第一功率管和电压抬升模块的电流，产生一电压检测信号；
电流检测控制模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测电阻第一端电耦接，接收所述电压检测信号，输出一关断控制信号；
驱动控制模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述电流检测控制模块电耦接，接收所述关断控制信号，输出一控制信号，控制所述第一功率管导通，以对所述储能电感充电，或者控制所述第一功率管断开，使得所述储能电感放电。
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