CN113783421A - 一种直流升压转换装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种直流升压转换装置，涉及电力电子技术领域。该直流升压转换装置可包括：控制器以及升压转换器，该升压转换器包括：开关模块、充放电模块、第一开关、升压模块以及稳压模块；开关模块用于接入输入电压；充放电模块的一端分别与开关模块以及第一开关的第一端连接，充放电模块的另一端与开关模块连接；第一开关的第二端与该升压模块的一端连接，第一开关的第三端与该控制器连接；升压模块的另一端与稳压模块连接；该控制器与开关模块连接，控制器用于向开关模块以及第一开关输出控制信号以控制开关模块以及第一开关的开断，以使得升压转换器输出升压后的输出电压。这样可以使直流升压转换装置中的升压转换器的性能得到改善。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种直流升压转换装置。
背景技术
电源管理系统是集成电路中不可缺少的一部分，其中，电源管理系统中的直流升压转化器可将电源电压升压到一个固定的电压值，可为各种类型的负载提供工作电压。
目前，直流升压转换器中可包括多个开关、飞跨电容、电感，其中，飞跨电容与电感直接连接。基于低功耗的需求，直流升压转换器中的电路元器件可通过上述连接方式使直流升压转换器工作在电流不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)中。
然而，在直流升压转换器工作在DCM中时，飞跨电容在开关周期内的充电时间会受到限制，进而影响直流升压转换器的性能。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种直流升压转换装置，可以改善直流升压转换装置中升压转换器的性能。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例提供了一种直流升压转换装置包括：控制器以及升压转换器，所述升压转换器包括：开关模块、充放电模块、第一开关、升压模块以及稳压模块；
所述开关模块用于接入输入电压；
所述充放电模块的一端分别与所述开关模块以及所述第一开关的第一端连接，所述充放电模块的另一端与所述开关模块连接；
所述第一开关的第二端与所述升压模块的一端连接，所述第一开关的第三端与所述控制器连接；
所述升压模块的另一端与所述稳压模块连接；
所述控制器与所述开关模块连接，所述控制器用于向所述开关模块以及所述第一开关输出控制信号以控制所述开关模块以及所述第一开关的开断，以使得所述升压转换器输出升压后的输出电压。
可选地，所述第一开关为三端子晶体管。
可选地，所述开关模块包括：第二开关、第三开关以及第四开关；
所述第二开关的第一端用于接入所述输入电压，所述第二开关的第二端分别与所述第一开关的第一端以及所述充放电模块的一端连接，所述第二开关的第三端与所述控制器连接；
所述第三开关的第一端用于接入所述输入电压，所述第三开关的第二端分别与所述第四开关的第一端以及所述充放电模块的另一端连接，所述第三开关的第三端与所述控制器连接；
所述第四开关的第一端分别与所述第三开关的第二端以及所述充放电模块的另一端连接，所述第四开关的第二端接地，所述第四开关的第三端与所述控制器连接。
可选地，所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关分别为三端子晶体管。
可选地，所述充放电模块包括：第一电容。
可选地，所述升压模块包括：电感。
可选地，所述稳压模块包括：第二电容。
可选地，所述直流升压转换装置还包括：电压检测模块；
所述电压检测模块分别与所述第一开关的第一端、第二端以及所述控制器连接。
可选地，所述控制器用于通过所述电压检测模块检测所述第一开关的第一端的和第二端的电压差，并在所述电压差达到第一预设阈值时向所述第一开关输出指示断开的控制信号。
可选地，所述控制器包括钟控比较器、双时钟振荡器、反馈电阻网络以及开关控制模块；
所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关中分别包括多个开关管；
所述反馈电阻网络的输入端与所述升压转换器的输出端连接，所述反馈电阻网络用于将所述升压转换器的输出电压转换为反馈电压信号；
所述钟控比较器的输入端与所述反馈电阻网络的输出端连接，所述钟控比较器用于根据接收到的所述反馈电压信号以及基准电压，生成时钟选择信号；
所述双时钟振荡器的输入端与所述钟控比较器的输出端连接，所述双时钟振荡器用于根据所述时钟选择信号确定是否开启所述双时钟振荡器中的快时钟，且在所述快时钟开启时，记录所述快时钟从开启到关闭时段对应的工作周期；
所述开关控制模块与所述钟控比较器的输出端以及所述双时钟振荡器的输出端连接，所述开关控制模块用于根据所述时钟选择信号以及前一次开启所述快时钟对应的所述工作周期向所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关分别输出开关尺寸控制信号，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关中各开关管的开断，以使得所述升压转换器输出升压后的输出电压。
可选地，所述反馈电阻网络包括：第五开关、第六开关、第七开关、第一电阻、第二电阻、第三电容；
所述第五开关的一端与所述升压转换器的输出端连接，所述第五开关的另一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接的节点与所述第六开关的一端连接，所述第五开关的另一端分别连接所述钟控比较器的输入端以及所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端接地；
所述第二电阻的另一端与所述第七开关的一端连接，所述第七开关的另一端接地；
所述钟控比较器的输入端还与所述双时钟振荡器的输出端连接，所述钟控比较器还用于根据所述快时钟的工作周期或慢时钟的时钟频率，对所述反馈电压信号以及所述基准电压进行比较；
所述双时钟振荡器的输出端还与所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关连接，所述双时钟振荡器还用于根据所述快时钟的工作周期或所述慢时钟的工作周期，控制器所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关的开断。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供一种直流升压转换模块，该直流升压转换模块可包括：控制器以及升压转换器，该升压转换器包括：开关模块、充放电模块、第一开关、升压模块以及稳压模块；该开关模块用于接入输入电压；该充放电模块的一端分别与该开关模块以及该第一开关的第一端连接，该充放电模块的另一端与该开关模块连接；该第一开关的第二端与该升压模块的一端连接，该第一开关的第三端与该控制器连接；该升压模块的另一端与该稳压模块连接；该控制器与该开关模块连接，该控制器用于向该开关模块以及该第一开关输出控制信号以控制该开关模块以及该第一开关的开断，以使得该升压转换器输出升压后的输出电压。
采用本申请实施例提供的直流升压转换装置，将直流升压转换装置中的升压转换器中各电路器件组成的模块按照上述的连接方式进行连接，并结合直流升压转换装置中控制器对升压转换器中开关模块以及第一开关在各开关周期内的开断控制，可使升压转换器中的充放电模块的充电时间得到延长，使充放电模块具有更多的电荷容量，由于充放电模块的电荷容量与升压模块性能正相关，所以在充放电模块具有更多的电荷容量的情况下，可以使升压转换器的性能得到改善。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种直流升压转换装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的拓扑结构；
图4为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第一状态时的电流流向示意图；
图5为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第二状态时的电流流向示意图；
图6为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第三状态时的电流流向示意图；
图7为本申请实施例提供的一种电感在一个开关周期内流过的电流的变化情况；
图8为本申请实施例提供的一种升压转换器的启动时间的记录示意图；
图9为本申请实施例提供的又一种直流升压转换装置的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的一种反馈电阻网络的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图1为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的结构示意图。如图1所示，直流升压转换装置100包括：控制器10以及升压转换器20，升压转换器20包括：开关模块101、充放电模块102、第一开关103、升压模块104以及稳压模块105。
开关模块101用于接入输入电压；充放电模块102的一端分别与开关模块101以及第一开关103的第一端连接，充放电模块102的另一端与开关模块101连接；第一开关103的第二端与升压模块104的一端连接，第一开关103的第三端与控制器10连接；升压模块104的另一端与稳压模块105连接。
控制器10与开关模块101连接，控制器10用于向开关模块101以及第一开关103输出控制信号以控制开关模块101以及第一开关103的开断，以使得升压转换器20输出升压后的输出电压。
其中，升压转换器20是一种DC/DC转换器(Direct current-Direct currentconverter，直流-直流转换器)，指的是在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置，可广泛应用于电动汽车、新能源发电、不间断电源、电源管理系统等领域的集成电路中，需要说明的是，本申请不对升压转换器的具体应用领域进行限定。
下面对升压转换器20中各模块的连接关系进行描述。具体的，升压转换器20中的开关模块101可接入输入电压(Vin)，输入电压(Vin)的具体数值可根据实际需求进行设置，如2V、3V。升压转换器20中的充放电模块102是一种具有充电和放电的电路器件组成的模块，可根据充放电模块102在升压转换器20中的充放电特性，将其与开关模块101的一端以及与第一开关103的第一端共同连接的一端称为正极端，将其与开关模块101的另一端连接的一端称为负极端。
升压模块104是一种可将开关模块101接入的输入电压(Vin)进行升压的电路器件组成的模块，连接在第一开关103的第二端与稳压模块105之间，升压模块104与稳压模块105相连接的节点M可以与负载106连接，其中，稳压模块105可在升压转换器20输出端上的电压下降时，使升压转换器20输出端上的电压达到升压后的目标电压以及使该目标电压保持稳定，负载106可基于该目标电压进行相应工作。
节点M可与控制器10连接，用于将升压转换器20升压后的输出电压反馈给控制器10，控制器10基于升压转换器20升压后的输出电压生成控制信号以控制开关模块101以及第一开关103的开断。具体的，控制器10可分别与开关模块101以及第一开关103连接，具体与第一开关103的第三端连接，控制器10可用于分别向开关模块101以及第一开关103发送开断指令(控制信号)，使开关模块101以及第一开关103打开(导通)或断开。
升压转换器20可工作在电流不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)下，在升压转换器20工作在DCM下时，控制器10可将升压转换器20升压后的输出电压转换为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，并基于PWM信号向升压转换器20中的各开关发送控制指令，升压转换器20中的开关模块101以及第一开关103在控制器10的各开关周期的控制下，可使升压转换器20工作在DCM下时，分别处于三个状态，其中，第一状态为升压模块104充电阶段，第二状态为升压模块104放电阶段，第三状态为升压模块104上的电流为0阶段。那么控制器10可在第一状态以及第二状态下使第一开关103均处于导通状态，控制器10可在第三状态下使第一开关103处于断开状态，这样可在在升压转换器20处于第二状态以及第三状态时，充放电模块102均处于充电状态。
需要说明的是，图1是一种升压转换器20中各电路器件组成的模块的连接拓扑电路图，不作为实际物理连接关系的展示。
采用上述图1所示的直流升压转换装置，该直流升压转换装置可包括：控制器以及升压转换器，该升压转换器包括：开关模块、充放电模块、第一开关、升压模块以及稳压模块；该开关模块用于接入输入电压；该充放电模块的一端分别与该开关模块以及该第一开关的第一端连接，该充放电模块的另一端与该开关模块连接；该第一开关的第二端与该升压模块的一端连接，该第一开关的第三端与该控制器连接；该升压模块的另一端与该稳压模块连接；该控制器与该开关模块连接，该控制器用于向该开关模块以及该第一开关输出控制信号以控制该开关模块以及该第一开关的开断，以使得该升压转换器输出升压后的输出电压。
采用本申请实施例提供的直流升压转换装置，在直流升压转换装置中的升压转换器中增加第一开关，并将升压转换器中的各电路器件组成的模块以及第一开关按照上述的连接方式进行连接，且结合直流升压转换装置中控制器对升压转换器中开关模块以及第一开关在各开关周期内的开断控制，可使升压转换器中的充放电模块的充电时间得到延长，使充放电模块具有更多的电荷容量，由于充放电模块的电荷容量与升压模块性能正相关，所以在充放电模块具有更多的电荷容量的情况下，可以使升压转换器的性能得到改善。
可选地，上述提到的第一开关103可为三端子晶体管，具体可为金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET管)、双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)等，需要说明的是，本申请不对三端子晶体管的具体形态进行限定。此处以第一开关为MOSFET管为例进行说明。第一开关103的第一端可称为漏极，该漏极分别与开关模块101以及充放电模块102的一端连接；第一开关103的第二端可称为源极，该源极与升压模块104的一端连接；第一开关103的第三端可称为栅极，该栅极与控制器10连接。
图2为本申请实施例提供的另一种直流升压转换装置的结构示意图。如图2所示，开关模块101可包括第二开关201、第三开关202、第四开关203。
第二开关201的第一端用于接入输入电压，第二开关201的第二端分别与第一开关103的第一端以及充放电模块102的一端连接，第二开关201的第三端与控制器10连接；
第三开关202的第一端用于接入该输入电压，第三开关202的第二端分别与第四开关203的第一端以及充放电模块102的另一端连接，第三开关202的第三端与控制器10连接；第四开关203的第一端分别与第三开关202的第二端以及充放电模块102的另一端连接，第四开关203的第二端接地，第四开关203的第三端与控制器10连接。
其中，可将控制器10分别向第一开关103、第二开关201、第三开关202以及第四开关203发送的控制信号用S1、S2、S3、S4表示，控制器10可在每个开关周期内向第一开关103、第二开关201、第三开关202以及第四开关203开关发送相应的开断指令，使升压转换器20工作在每个开关周期内时，分别处于上述提到的三个状态。
在一种可实现的实施例中，上述提到的第一开关103、第二开关201、第三开关202以及第四开关203可均为三端子晶体管，具体可为MOSFET管，其中，第一开关103、第二开关201以及第三开关202可均为P沟道MOSFET管，第四开关203可为N沟道MOSFET管。第二开关201的第一端、第二端、第三端可分别称为漏极、源极、栅极，第三开关202的第一端、第二端、第三端可分别称为源极、漏极、栅极，第四开关203的第一端、第二端、第三端可分别称为漏极、源极、栅极。充放电模块102可包括第一电容Cf，第一电容Cf通常称为飞跨电容，升压模块104可包括电感L，稳压模块105可包括第二电容C0。
下述以充放电模块102为第一电容Cf、升压模块104为电感L、稳压模块105为第二电容C0的角度去描述升压转换器20的电路结构。
图3为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的拓扑结构。如图3所示，第一开关103、第二开关201、第三开关202以及第四开关203在图3中均用K1、K2、K3、K4符号表示，充放电模块102(第一电容)用Cf符号表示，升压模块104(电感)用L符号表示，稳压模块105(第二电容)用C0符号表示，负载106用RLoad符号表示。
第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)各自对应的栅极可分别与控制器10连接，控制器10可基于控制信号S1、S2、S3、S4分别控制第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)的开断，使第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)处于导通或断开状态。各开关对应的源极、漏极与升压转换器20中其他电路器件之间的连接关系可参考各自第一端、第二端与其他电路器件之间的连接关系，此处不再进行说明。从图3中可以看出，接地端可包括第四开关(K4)的源极、第二电容C0的一端、负载RLoad的一端。
需要说明的是，直流升压转换装置100在DCM下需要将一个输入电压升压到一个固定电压值的目标电压时，控制器10需要经过多个开关周期才能使升压转换器20输出的电压达到目标电压，控制器10在每个开关周期内可使升压转换器20处于三个状态，每种状态下，图3中的第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)都对应有一组开断指令。可用T1、T2、T3分别表示升压转换器20分别处于三个状态的时间。
下述以一个开关周期为例，对升压转换器20分别处于这三个状态时各开关的开断状态以及电路中电流流向行说明。
图4为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第一状态时的电流流向示意图。如图4所示，控制器10可分别向第一开关(K1)、第三开关(K3)发送导通指令，分别向第二开关(K2)、第四开关(K4)发送断开指令，图4中用阴影状态表示MOSFET管处于截止状态(断开状态)，可用虚线表示电流流向。从图4中可以看出，在控制器10对各开关进行上述描述的控制下，升压转换器20中的第一电容(Cf)处于放电状态，电感(L)处于充电状态，第二电容(C0)处于充电状态，其中，流过电感(L)的电流在图4中用IL表示，那么IL在第一状态(T1)是逐渐增大的。在图4中，用Iin表示输入电压(Vin)对应的电流，用Icf表示第一电容(Cf)所在支路上的电流，用Ico表示第二电容(C0)所在支路上的电流，用ILoad表示负载(RLoad)所在支路上的电流，用VOUT表示升压转换器20输出端输出的电压；可用VL表示电压(L)两端的电压，可用VCf表示第一电容(Cf)两端的电压。
图5为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第二状态时的电流流向示意图。如图5所示，控制器10可分别向第一开关(K1)、第二开关(K2)以及第四开关(K4)发送导通指令，向第三开关(K3)发送断开指令，图5中用阴影状态表示MOSFET管处于截止状态(断开状态)，可用虚线表示电流流向。从图5中可以看出，在控制器10对各开关进行上述描述的控制下，升压转换器20中的第一电容(Cf)处于充电状态，电感(L)处于放电状态，第二电容(C0)处于充电状态，其中，流过电感(L)的电流IL在第二状态(T2)是逐渐减少的。其他标号可参考图4中的描述，此处不再进行解释。
图6为本申请实施例提供的一种升压转换器处于第三状态时的电流流向示意图。如图6所示，控制器10可分别向第二开关(K2)、第四开关(K4)发送导通指令，向第一开关(K1)、第三开关(K3)发送断开指令，图6中用阴影状态表示MOSFET管处于截止状态(断开状态)以及电感(L)上没有电流流过的状态，可用虚线表示电流流向。从图6中可以看出，在控制器10对各开关进行上述描述的控制下，升压转换器20中的第一电容(Cf)处于充电状态，电感(L)也相当处于放电状态，只是此时流过电感(L)的电流IL为0，即电感(L)的电流IL在第三状态(T3)为0；第二电容(C0)处于放电状态，可使升压转换器输出端输出的电压(VOUT)达到升压后的目标电压以及使达到后的目标电压保持稳定。其他标号可参考图4中的描述，此处不再进行解释。
需要说明的是，由于电感(L)的充电能力与第一电容(Cf)的电荷容量相关，所以升压转换器20的性能取决于第一电容(Cf)的电荷容量，第一电容(Cf)的电荷容量越大，越能提升升压转换器20的性能。
从图4-图6中可以看出，第一电容(Cf)在第二状态(T1)以及第三状态(T3)下均为充电状态，那么可根据下述公式得到第一电容(Cf)在每个开关周期下的电压(VCf)：
其中，V0为电容在每个周期的初始电压值，Vin为输入电压。
由于第一电容(Cf)可在第三状态(T3)下继续保持充电，使第一电容(Cf)两端的电压(VCf)更接近输入电压(Vin)。也就是说，第一电容(Cf)两端可保持最大的电压，进而使升压转换器具有最大输出功率。
根据流过电感(L)的电流IL在每个开关周期内的变化情况，可用图7进行展示。图7为本申请实施例提供的一种电感在一个开关周期内流过的电流的变化情况。为了更清楚的对本申请中的升压转换器的性能进行说明，以电感电流(IL)的变化情况为基准，将本申请中的第一电容(Cf)分别在三个状态下对应的电流(ICf)的变化情况与传统方案中飞跨电容(相当于第一电容(Cf))在三个状态下对应的电流(I'Cf)的变化情况进行比较。由于本申请中的第一电容(Cf)在第三阶段(T3)下继续保持充电，所以本申请中的第一电容(Cf)对应的电压(VCf)大于传统方案中飞跨电容对应的电压(V′Cf)，进而本申请中的第一电容(Cf)对应的电流(ICf)最大值(F)小于传统技术中飞跨电容对应的电流(I'Cf)最大值(G)。也就是说，本申请中的升压转换器在升压的过程中产生的损耗会更小，即将输入电压转换为目标电压的效率得到提高。
需要说明的是，升压转换器进行升压时，可分为两个阶段，一个是启动阶段，另一个是稳定阶段，其中，启动阶段指的是将输入电压升为目标电压的过程，稳定阶段指的是使输出端输出的电压保持在目标电压。
从升压转换器启动的角度来说，由于第一电容(Cf)可充电的时间变长，所以可以更快的为负载提供足够的电压，也就是说，减少了启动时间。为了更清楚的对本申请中的升压转换器的性能进行说明，将本申请中升压转换器的启动时间与传统升压转换器的启动时间进行了比较，比较结果可用图8进行展示。图8为本申请实施例提供的一种升压转换器的启动时间的记录示意图。如图8所示，示例性的，将数值为2V的输入电压升压(Vin)为数值为3.2V的目标电压(Vout)，从图8中可以看出，本申请中的升压转换器的启动时间为66μs，传统的升压转换器的启动时间为103.6μs，可以看出，本申请中的升压转换器的启动时间比传统的升压转换器的启动时间减少了36％。
图9为本申请实施例提供的又一种直流升压转换装置的结构示意图。如图9所示，直流升压转换装置100还可以包括：电压检测模块900，电压检测模块900分别与第一开关103的第一端、第二端以及控制器10连接。
控制器10用于通过电压检测模块900检测第一开关103的第一端的和第二端的电压差，并在该电压差达到第一预设阈值时向第一开关103输出指示断开的控制信号。
其中，电压检测模块900具体可为电感零电流检测器。上述提到的第三状态指的是流过升压模块104(电感L)上的电流为0的状态，也就是说，在升压模块104上的电流为0时，需要将升压转换器20处于第三状态，流过升压模块104上的电流可通过第一开关103第一端与第二端两端之间的电压差间接获取，控制器10可通过电压检测模块900检测第一开关103第一端与第二端两端之间的电压差，在电压差为0时，代表着流过升压模块104上的电流为0，其中，第一预设阈值此处为0。
由于第一开关103与升压模块104之间处于串联关系，所以可以使得检测到的电流数值更接近流过电感L的电流，也就是说，这样可以提高检测电流过零点(Zero CurrentDetection，ZCD)的精确度。
图10为本申请实施例提供的一种直流升压转换装置的结构示意图，如图10所示，直流升压转换装置中的控制器10包括钟控比较器1001、双时钟振荡器1002、反馈电阻网络1003以及开关控制模块1004。
第一开关103(K1)、第二开关201(K2)、第三开关202(K3)以及第四开关203(K4)中分别包括多个开关管；反馈电阻网络1003的输入端与升压转换器20的输出端连接，反馈电阻网络1003用于将升压转换器20的输出电压转换为反馈电压信号；钟控比较器1001的输入端与反馈电阻网络1003的输出端连接，钟控比较器1001用于根据接收到的反馈电压信号以及基准电压，生成时钟选择信号。
双时钟振荡器1002的输入端与钟控比较器1001的输出端连接，双时钟振荡器1002用于根据该时钟选择信号确定是否开启双时钟振荡器1002中的快时钟，且在该快时钟开启时，记录该快时钟从开启到关闭时段对应的工作周期。
开关控制模块1004与钟控比较器1001的输出端以及双时钟振荡器1002的输出端连接，用于根据时钟选择信号以及前一次开启该快时钟对应的工作周期向第一开关103(K1)、第二开关201(K2)、第三开关202(K3)以及第四开关203(K4)分别输出开关尺寸控制信号，以控制第一开关103(K1)、第二开关201(K2)、第三开关202(K3)以及第四开关203(K4)中各开关管的开断，以使得升压转换器20输出升压后的输出电压。
参考图10所示，第一开关103(K1)、第二开关201(K2)、第三开关202(K3)以及第四开关203(K4)中可分别包括多个开关管，如第一开关103(K1)中可包括开关管K1-1、开关管K1-2以及开关管K1-3，其他开关类似，需要说明的是，本申请不对各开关中包括的开关管数量进行限定。其中，各开关中的开关管具体为三端子晶体管(如MOSFET)，需要说明的是，各开关中所包括的开关管的类型一致，举例来说，第一开关103(K1)为P沟道MOSFET管，那么第一开关103(K1)中包括的各开关管均为P沟道MOSFET管，每个开关中所包含的各开关管并联连接，各开关管具体连接方式可参考本领域相关记载，此处不再进行说明。可以理解的是，上述升压转换器20中各器件的连接关系是以开关中包括一个开关管维度描述的，那么可参考上述描述，得到各开关中各开关管三级(源极、漏记、栅极)与升压转换器20中其他器件的连接关系，此处不再进行说明。
继续参考图10所示，钟控比较器1001可包括三个输入端，这三个输入端可分别用于输入反馈电阻网络1003的输出端输出的反馈电压信号(VFB)、基准电压以及双时钟振荡器1002输出端输出的信号。其中，可根据输入电压(Vin)生成基准电压(VREF1)，一般情况下，基准电压(VREF1)为升压后的目标电压的一半。反馈电压信号(VFB)为升压转换器20输出端的输出电压(VOUT)经过降压处理后得到的电压信号。
钟控比较器1001在工作电压VDDL下，可将反馈电压信号(VFB)与基准电压(VREF1)进行比较，根据比较结果生成时钟选择信号(VEN)，需要说明的是，图10中的VEN信号与VEN-INV信号是两个相反的信号，即在时钟选择信号(VEN)的电平为1时，那么VEN-INV信号的电平就为0，反之亦然。具体的，当反馈电压信号(VFB)大于基准电压(VREF1)时，时钟选择信号(VEN)的电平为1，当反馈电压(VFB)小于或等于基准电压(VREF1)时，时钟选择信号(VEN)的电平为0。
双时钟振荡器1002的输入端输入上述提到的时钟选择信号(VEN)，在时钟选择信号(VEN)为1时，双时钟振荡器1002中只有慢时钟在工作，在时钟选择信号(VEN)为0时双时钟振荡器1002中的快时钟开启，在快时钟开启时，该快时钟可根据预设周期工作，当反馈电压信号(VFB)大于基准电压(VREF1)，即时钟选择信号(VEN)的电平从0为1时，双时钟振荡器1002中的快时钟关闭，双时钟振荡器1002可统计出该快时钟从开启到关闭时段内所经过的工作周期，可用Nt表示工作周期个数。在另一种可实现的实施例中，该快时钟从开启到关闭时段内所经过的工作周期也可由开关控制模块1004中的检测单元统计，本申请不对其进行限定。
开关控制模块1004与双时钟振荡器1002的输出端连接，双时钟振荡器1002中的快时钟开启时，可将前一次该快时钟开启时，记录得到的该快时钟开启到关闭时段对应的工作周期个数(Nt-1)发送给开关控制模块1004，开关控制模块1004可根据前一次开启该快时钟对应的工作周期个数(Nt-1)以及钟控比较器1001的输出端输出的时钟选择信号(VEN)以及(VEN-INV)信号生成开关尺寸控制信号。
举例来说，假设升压转换器20处于上述提到的第一状态时，那么开关控制模块1004可向第一开关103(K1)、第三开关202(K3)发送打开部分开关管对应的开关尺寸控制信号，分别向第二开关201(K2)、第四开关203(K4)发送断开所有开关管对应的开关尺寸控制信号。具体的，第一开关103(K1)、第三开关202(K3)中需要打开多少个开关管与快时钟对应的工作周期个数(N)相关，工作周期个数(N)越多，第一开关103(K1)、第三开关202(K3)中需要打开的开关管个数就越多。
可以看出，升压转换器中各开关的尺寸，即开启各开关中开关管的数量与升压转换器输出端的输出电流相关，在输出电流较小时，开关的尺寸变小，在输出电流较大时，开关的尺寸变大，这样可以使升压转换器在升压的过程中产生的损耗更小，进一步提高输入电压转换为目标电压的效率。
图11为本申请实施例提供的一种反馈电阻网络的结构示意图，如图11所示，反馈电阻网络1003包括第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容CS。
第五开关K5的一端与升压转换器20的输出端连接，第五开关K5的另一端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接的节点与第六开关K6的一端连接，第五开关K5的另一端分别连接钟控比较器1001的输入端以及第三电容CS的一端连接，第三电容CS的另一端接地。第二电阻R2的另一端与第七开关K7的一端连接，第七开关K7的另一端接地。
钟控比较器1001的输入端还与双时钟振荡器1002的输出端连接，钟控比较器1001还用于根据快时钟的工作周期或慢时钟的工作周期，对反馈电压信号以及基准电压进行比较。双时钟振荡器1002的输出端还与第五开关K5、第六开关K6以及第七开关K7连接，双时钟振荡器1002还用于根据快时钟的工作周期或慢时钟的时钟频率，控制器第五开关K5、第六开关K6以及第七开关K7的开断。
参考图10以及图11，钟控比较器1001何时将反馈电压信号与基准电压进行比较，是由双时钟振荡器1002中慢时钟的时钟周期或快时钟的工作周期决定的。具体的，在该反馈电压信号大于该基准电压时，此时只有慢时钟工作，钟控比较器1001可根据慢时钟的时钟周期对反馈电压信号与基准电压进行比较，在该反馈电压信号小于该基准电压时，此时快时钟工作，钟控比较器1001可根据快时钟的工作周期对反馈电压信号与基准电压进行比较。
根据上述描述可知，钟控比较器1001不是时刻需要反馈电阻网络1003输出端输出的反馈电压，那么可根据双时钟振荡器1002中慢时钟的时钟周期或快时钟的工作周期对反馈电阻网络1003中的各开关的开断时机进行判断。
具体的，从图11中可以看出，反馈电阻网络1003相当于一种分压网络，在快时钟没有开启时，可根据慢时钟的一个固定时钟频率控制反馈电阻网络1003中第五开关K5、第六开关K6以及第七开关K7处于短暂导通状态，在快时钟开启时，可根据快时钟在打开阶段对应的工作周期控制反馈电阻网络1003中第五开关K5、第六开关K6以及第七开关K7处于导通状态。这样可以保证反馈电阻网络1003中具有小电流的前提下，可降低第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值，进而可以达到降低第一电阻R1、第二电阻R2芯片面积的目的。也就是说，反馈电阻网络可实现小型化，进而使直流升压转换装置实现小型化。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种直流升压转换装置，其特征在于，包括：控制器以及升压转换器，所述升压转换器包括：开关模块、充放电模块、第一开关、升压模块以及稳压模块；
所述开关模块用于接入输入电压；
所述充放电模块的一端分别与所述开关模块以及所述第一开关的第一端连接，所述充放电模块的另一端与所述开关模块连接；
所述第一开关的第二端与所述升压模块的一端连接，所述第一开关的第三端与所述控制器连接；
所述升压模块的另一端与所述稳压模块连接；
所述控制器与所述开关模块连接，所述控制器用于向所述开关模块以及所述第一开关输出控制信号以控制所述开关模块以及所述第一开关的开断，以使得所述升压转换器输出升压后的输出电压。
2.根据权利要求1所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述第一开关为三端子晶体管。
3.根据权利要求1所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述开关模块包括：第二开关、第三开关以及第四开关；
所述第二开关的第一端用于接入所述输入电压，所述第二开关的第二端分别与所述第一开关的第一端以及所述充放电模块的一端连接，所述第二开关的第三端与所述控制器连接；
所述第三开关的第一端用于接入所述输入电压，所述第三开关的第二端分别与所述第四开关的第一端以及所述充放电模块的另一端连接，所述第三开关的第三端与所述控制器连接；
所述第四开关的第一端分别与所述第三开关的第二端以及所述充放电模块的另一端连接，所述第四开关的第二端接地，所述第四开关的第三端与所述控制器连接。
4.根据权利要求3所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关分别为三端子晶体管。
5.根据权利要求1所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述充放电模块包括：第一电容。
6.根据权利要求1所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述升压模块包括：电感。
7.根据权利要求1所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述稳压模块包括：第二电容。
8.根据权利要求1-7任一项所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述直流升压转换装置还包括：电压检测模块；
所述电压检测模块分别与所述第一开关的第一端、第二端以及所述控制器连接。
9.根据权利要求8所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述控制器用于通过所述电压检测模块检测所述第一开关的第一端的和第二端的电压差，并在所述电压差达到第一预设阈值时向所述第一开关输出指示断开的控制信号。
10.根据权利要求3所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述控制器包括钟控比较器、双时钟振荡器、反馈电阻网络以及开关控制模块；
所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关中分别包括多个开关管；
所述反馈电阻网络的输入端与所述升压转换器的输出端连接，所述反馈电阻网络用于将所述升压转换器的输出电压转换为反馈电压信号；
所述钟控比较器的输入端与所述反馈电阻网络的输出端连接，所述钟控比较器用于根据接收到的所述反馈电压信号以及基准电压，生成时钟选择信号；
所述双时钟振荡器的输入端与所述钟控比较器的输出端连接，所述双时钟振荡器用于根据所述时钟选择信号确定是否开启所述双时钟振荡器中的快时钟，且在所述快时钟开启时，记录所述快时钟从开启到关闭时段对应的工作周期；
所述开关控制模块与所述钟控比较器的输出端以及所述双时钟振荡器的输出端连接，所述开关控制模块用于根据所述时钟选择信号以及前一次开启所述快时钟对应的所述工作周期向所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关分别输出开关尺寸控制信号，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关中各开关管的开断，以使得所述升压转换器输出升压后的输出电压。
11.根据权利要求10所述的直流升压转换装置，其特征在于，所述反馈电阻网络包括：第五开关、第六开关、第七开关、第一电阻、第二电阻、第三电容；
所述第五开关的一端与所述升压转换器的输出端连接，所述第五开关的另一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接的节点与所述第六开关的一端连接，所述第五开关的另一端分别连接所述钟控比较器的输入端以及所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端接地；
所述第二电阻的另一端与所述第七开关的一端连接，所述第七开关的另一端接地；
所述钟控比较器的输入端还与所述双时钟振荡器的输出端连接，所述钟控比较器还用于根据所述快时钟的工作周期或慢时钟的时钟频率，对所述反馈电压信号以及所述基准电压进行比较；
所述双时钟振荡器的输出端还与所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关连接，所述双时钟振荡器还用于根据所述快时钟的工作周期或所述慢时钟的工作周期，控制器所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关的开断。
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| CN202111202061.2A CN113783421A (zh) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 一种直流升压转换装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114172366A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-03-11 | 澳门大学 | 直流转换器及电子设备 |
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2021
- 2021-10-15 CN CN202111202061.2A patent/CN113783421A/zh active Pending
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