CN113726157B - 一种同步直流转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步直流转换器，其利用电流检测模块采集电感L1的电流信号，并对电感L1的电流信号与指定的电压信号进行比较，当电感L1的电流信号较大时，控制模块控制第一开关管组中的开关管Q1以及开关管Q2工作，当电感L1的电流信号较小时，控制模块控制第二开关管组中的开关管Q3以及开关管Q4工作，由于第二开关管组中的开关管Q3以及开关管Q4的导通电阻较大，在电感L1的电流信号较小的情况小同样能够对开关管源极和漏极之间的电压进行准确的测量。

Description

一种同步直流转换器
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地说涉及一种同步直流转换器。
背景技术
现有的同步直流转换器结构，如图1所示。常见的同步直流转换器主要工作在两种模式，一种是连续导通模式，一种是不连续导通模式，其中所谓连续导通模式指的是同步直流转换器中的电感始终存在。正常情况下，同步直流转换器在负载电流较大的情况下是运行在连续导通模式下，在负载电流较小的情况下是运行在不连续导通模式下。
在连续导通模式下，同步直流转换器通过测量平均电感器电流来获得负载电流：
Figure BDA0002845106680000011
其中IMAX以及IMIN分别表示连续导通模式下电感器电流的最大值与最小值。
在不连续导通模式下，同步直流转换器可以通过测量峰值电感器电流、总导通时间和总循环时间获得负载电流：
Figure BDA0002845106680000012
其中IMAX表示不连续导通模式下电感器电流的最大值，tHS+tLS表示总导通时间，tHS+tLS+tRECT表示总循环时间。
现有同步直流转换器的电流检测方案中总导通时间和总循环时间可以通过计时器进行测量，但是电流IMAX和电流IMIN只能间接测量，当图1中开关管Q1导通时，在开关管Q1的源极和漏极之间存在一个电压，电流IMAX和电流IMIN能通过开关管Q1的源极和漏极之间电压间接检测，同理当图1中开关管Q2导通时，也可以通过开关管Q2的源极和漏极之间电压间接检测。通常同步直流转换器中的开关管导通电阻较低，当负载电流较高时，可用上述方式进行测量，但是当负载电流较小时，开关管源极和漏极之间的电压极低，无法进行精准测量。
发明内容
本发明目的在于提供一种同步直流转换器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种同步直流转换器，包括：
输入端口，用于与外部的直流电相连接；
输出端口，用于与外部的负载相连接；
第一开关管组，所述第一开关管组包括开关管Q1以及开关管Q2；
第二开关管组，所述第二开关管组包括开关管Q3以及开关管Q4；
电感L1以及电容C1；
所述第二开关管组中的两个开关管的导通电阻，比所述第一开关管组中的两个开关管的导通电阻大；
所述开关管Q1的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q1的漏极与所述开关管Q2的漏极相连接，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q3的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q3的漏极与所述开关管Q4的漏极相连接，所述开关管Q4的源极接地，所述电感L1的一端分别与所述开关管Q1的漏极以及所述开关管Q3的漏极相连接，所述电感L1的另一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的另一端接地；
所述同步直流转换器还包括：
漏极电压检测模块，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于采集所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及开关管Q4的漏极电压；
过零检测模块，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号与电压零信号进行比较；
电流检测模块，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号与指定的电压信号进行比较；
控制模块，其输入端分别与所述漏极电压检测模块的输出端、所述过零检测模块的输出端以及所述电流检测模块的输出端相连接，其输出端分别与所述开关管Q1的栅极、所述开关管Q2的栅极、所述开关管Q3的栅极以及所述开关管Q4的栅极相连接；
所述控制模块被配置为根据所述电流检测模块的传输信号，控制所述第一开关管组或者所述第二开关管组工作。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电流检测模块包括：
误差放大器，其输入端与所述电感L1的所述另一端相连接以采集反馈信号，用于计算反馈信号与指定的参考信号的差值，并对该差值进行放大；
振荡器，用于产生斜度补偿信号；
迭加混合器，其输入端分别与所述误差放大器的输出端以及所述振荡器的输出端相连接；
第一比较器，其中一个输入端与所述迭加混合器的输出端相连接，另一个输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
所述第一比较器的输出端与所述控制模块的输入端相连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述漏极电压检测模块包括：
采样电路，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
第二比较器，其同相输入端与所述采样电路的输出端相连接，其反相输入端通过电阻R1与所述输入端口相连接；
开关管Q5，其栅极与所述第二比较器的输出端相连接，其源极与所述第二比较器的反相输入端相连接，其漏极通过电阻R2接地；
模数转换器，其输入端与所述开关管Q5的漏极相连接，其输出端与所述控制模块相连接。
作为上述技术方案的进一步改进，本技术方案还包括驱动模块，所述控制模块的输出端分别通过所述驱动模块与所述开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极、开关管Q3的栅极以及开关管Q4的栅极相连接。
本发明的有益效果是：本技术方案中利用电流检测模块采集电感L1的电流信号，并对电感L1的电流信号与指定的电压信号进行比较，当电感L1的电流信号较大时，控制模块控制第一开关管组中的开关管Q1以及开关管Q2工作，当电感L1的电流信号较小时，控制模块控制第二开关管组中的开关管Q3以及开关管Q4工作，由于第二开关管组中的开关管Q3以及开关管Q4的导通电阻较大，在电感L1的电流信号较小的情况小同样能够对开关管源极和漏极之间的电压进行准确的测量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是现有技术的同步直流转换器的电路示意图；
图2是本发明的同步直流转换器的电路示意图。
附图标记说明：
100、漏极电压检测模块，110、采样电路，120、第二比较器，130、模数转换器，200、过零检测模块，300、电流检测模块，310、误差放大器，320、振荡器，330、迭加混合器，340、第一比较器，400、控制模块，500、驱动模块。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图2，本申请一种同步直流转换器，包括：
输入端口，用于与外部的直流电相连接；
输出端口，用于与外部的负载相连接；
第一开关管组，所述第一开关管组包括开关管Q1以及开关管Q2；
第二开关管组，所述第二开关管组包括开关管Q3以及开关管Q4；
电感L1以及电容C1；
所述第二开关管组中的两个开关管的导通电阻，比所述第一开关管组中的两个开关管的导通电阻大；
所述开关管Q1的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q1的漏极与所述开关管Q2的漏极相连接，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q3的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q3的漏极与所述开关管Q4的漏极相连接，所述开关管Q4的源极接地，所述电感L1的一端分别与所述开关管Q1的漏极以及所述开关管Q3的漏极相连接，所述电感L1的另一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的另一端接地；
所述同步直流转换器还包括：
漏极电压检测模块100，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于采集所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及开关管Q4的漏极电压；
过零检测模块200，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号与电压零信号进行比较；
电流检测模块300，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号(本质上也是电压信号)与指定的电压信号进行比较；
控制模块400，其输入端分别与所述漏极电压检测模块100的输出端、所述过零检测模块200的输出端以及所述电流检测模块300的输出端相连接，其输出端分别与所述开关管Q1的栅极、所述开关管Q2的栅极、所述开关管Q3的栅极以及所述开关管Q4的栅极相连接；
所述控制模块400被配置为根据所述电流检测模块300的传输信号，控制所述第一开关管组或者所述第二开关管组工作，具体地，本实施例中当所述控制模块400通过所述电流检测模块300的输入信号判断出所述电感L1的电流信号高于指定的电压信号时，所述控制模块400控制所述第一开关管组中的开关管Q1以及开关管Q2工作，此时即便所述开关管Q1的导通电阻以及所述开关管Q2的导通电阻较小，但是由于电感L1的电流较大也能够准确地测量出开关管Q1以及开关管Q2源极与漏极间的电压，当所述控制模块400通过所述电流检测模块300的输入信号断出所述电感L1的电流信号低于指定的电压信号时，所述控制模块400控制所述第二开关管组中的开关管Q3以及开关管Q4工作，此时即便电感L1的电流较小，由于所述开关管Q3的导通电阻以及所述开关管Q4的导通电阻较大，也能够准确地测量出开关管Q3以及开关管Q4源极与漏极间的电压。
本实施例中所述控制模块400通过所述电流检测模块300的输入信号判断所述电感L1的电流大小，并根据所述电感L1的电流大小选择合适的开关管组工作，无论负载电流大小如何，本实施例均能够准确地测量出工作中开关管的源极与漏极间的电压，从而准确地测量出本实施例供电过程中的负载电流。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述电流检测模块300包括：
误差放大器310，其输入端与所述电感L1的所述另一端相连接以采集反馈信号，用于计算反馈信号与指定的参考信号的差值，并对该差值进行放大；
振荡器320，用于产生斜度补偿信号；
迭加混合器330，其输入端分别与所述误差放大器310的输出端以及所述振荡器320的输出端相连接；
第一比较器340，其反相输入端与所述迭加混合器330的输出端相连接，其同相输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
所述第一比较器340的输出端与所述控制模块400的输入端相连接。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述漏极电压检测模块100包括：
采样电路110，其输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
第二比较器120，其同相输入端与所述采样电路110的输出端相连接，其反相输入端通过电阻R1与所述输入端口相连接；
开关管Q5，其栅极与所述第二比较器120的输出端相连接，其源极与所述第二比较器120的反相输入端相连接，其漏极通过电阻R2接地；
模数转换器130，其输入端与所述开关管Q5的漏极相连接，其输出端与所述控制模块400相连接。
进一步作为优选的实施方式，本实施例还包括驱动模块500，所述控制模块400的输出端分别通过所述驱动模块500与所述开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极、开关管Q3的栅极以及开关管Q4的栅极相连接。本实施例通过所述驱动模块500的设置提高所述控制模块400对各个开关管的驱动能力。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种同步直流转换器，其特征在于：包括：
输入端口，用于与外部的直流电相连接；
输出端口，用于与外部的负载相连接；
第一开关管组，所述第一开关管组包括开关管Q1以及开关管Q2；
第二开关管组，所述第二开关管组包括开关管Q3以及开关管Q4；
电感L1以及电容C1；
所述第二开关管组中的两个开关管的导通电阻，比所述第一开关管组中的两个开关管的导通电阻大；
所述开关管Q1的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q1的漏极与所述开关管Q2的漏极相连接，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q3的源极与所述输入端口相连接，所述开关管Q3的漏极与所述开关管Q4的漏极相连接，所述开关管Q4的源极接地，所述电感L1的一端分别与所述开关管Q1的漏极以及所述开关管Q3的漏极相连接，所述电感L1的另一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的一端与所述输出端口相连接，所述电容C1的另一端接地；
所述同步直流转换器还包括：
漏极电压检测模块（100），其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于采集所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及开关管Q4的漏极电压；
过零检测模块（200），其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号与电压零信号进行比较；
电流检测模块（300），其输入端与所述电感L1的所述一端相连接，用于对所述电感L1的电流信号与指定的电压信号进行比较；
控制模块（400），其输入端分别与所述漏极电压检测模块（100）的输出端、所述过零检测模块（200）的输出端以及所述电流检测模块（300）的输出端相连接，其输出端分别与所述开关管Q1的栅极、所述开关管Q2的栅极、所述开关管Q3的栅极以及所述开关管Q4的栅极相连接；
所述控制模块（400）被配置为根据所述电流检测模块（300）的传输信号，控制所述第一开关管组或者所述第二开关管组工作；
所述漏极电压检测模块（100）包括：
采样电路（110），其输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
第二比较器（120），其同相输入端与所述采样电路（110）的输出端相连接，其反相输入端通过电阻R1与所述输入端口相连接；
开关管Q5，其栅极与所述第二比较器（120）的输出端相连接，其源极与所述第二比较器（120）的反相输入端相连接，其漏极通过电阻R2接地；
模数转换器（130），其输入端与所述开关管Q5的漏极相连接，其输出端与所述控制模块（400）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种同步直流转换器，其特征在于：所述电流检测模块（300）包括：
误差放大器（310），其输入端与所述电感L1的所述另一端相连接以采集反馈信号，用于计算反馈信号与指定的参考信号的差值，并对该差值进行放大；
振荡器（320），用于产生斜度补偿信号；
迭加混合器（330），其输入端分别与所述误差放大器（310）的输出端以及所述振荡器（320）的输出端相连接；
第一比较器（340），其中一个输入端与所述迭加混合器（330）的输出端相连接，另一个输入端与所述电感L1的所述一端相连接；
所述第一比较器（340）的输出端与所述控制模块（400）的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的一种同步直流转换器，其特征在于：所述同步直流转换器还包括驱动模块（500），所述控制模块（400）的输出端分别通过所述驱动模块（500）与所述开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极、开关管Q3的栅极以及开关管Q4的栅极相连接。
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