CN113890381A

CN113890381A - 开关电源电路及其控制方法、电源芯片及相关系统

Info

Publication number: CN113890381A
Application number: CN202110989106.9A
Authority: CN
Inventors: 顾仲跃
Original assignee: Guangdong Saiwei Electronics Co ltd
Current assignee: Guangdong Saiwei Electronics Co ltd
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2022-01-04

Abstract

本申请涉及电力电子技术领域，公开了开关电源电路及其控制方法、电源芯片及相关系统，该开关电源电路包括：自激振荡电路，自激振荡电路的输入端接收电源电压，自激振荡电路的输出端用于输出第一驱动信号。升压型开关电源电路，与自激振荡电路的输出端连接，升压型开关电源电路接收电源电压，第一驱动信号用于驱动升压型开关电源电路的开关管导通或关断，以使升压型开关电源电路输出供电电压，能够降低开关电源电路工作所需的最低电源电压。基于本申请的技术方案，有利于提高开关电源电路的适用性。

Description

开关电源电路及其控制方法、电源芯片及相关系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及开关电源电路及其控制方法、电源芯片及相关系统。

背景技术

现有技术中，开关电源电路一般用于提供一个比电源电压更高的供电电压，并基于该供电电压对需求输入电压较高的工作电路进行供电。

现有技术的缺陷在于，开关电源电路需接收到一驱动信号才能提供比电源电压更高供电电压，而传统的负反馈波形产生电路因具备放大器等器件导致其所需的输入电压仍较大，这使得电源电压至少需要大于负反馈波形产生电路所需的输入电压，极大地限制了开关电源电路的应用场景，降低了开关电源电路的适用性。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是如何降低开关电源电路工作所需的最低电源电压，以提高开关电源电路的适用性。

为了解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是：1.一种开关电源电路，包括：自激振荡电路，自激振荡电路的输入端接收电源电压，自激振荡电路的输出端用于输出第一驱动信号；升压型开关电源电路，与自激振荡电路的输出端连接，升压型开关电源电路接收电源电压，第一驱动信号用于驱动升压型开关电源电路的开关管导通或关断，以使升压型开关电源电路输出供电电压，能够降低开关电源电路工作所需的最低电源电压。

为了解决上述技术问题，本申请采用的第二个技术方案是：一种开关电源电路的控制方法，应用于上述开关电源电路；控制方法包括：控制切换电路使开关管接收第一驱动信号以进行导通或关断；追踪判断供电电压是否不小于预设电压；若是，则控制切换电路使开关管接收第二驱动信号以进行导通或关断。

为了解决上述技术问题，本申请采用的第三个技术方案是：一种电源芯片，电源芯片包括上述开关电源电路。

为了解决上述技术问题，本申请采用的第四个技术方案是：一种电池管理系统，电池管理系统包括上述电源芯片。

为了解决上述技术问题，本申请采用的第五个技术方案是：一种控制系统，控制系统包括上述电源芯片。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请采用自激振荡电路提供第一驱动信号，并利用第一驱动信号驱动升压型开关电源电路的开关管导通或关断，以使升压型开关电源电路输出比电源电压更高的供电电压，其中，自激振荡电路所需要的输入电压相较于传统的负反馈波形产生电路更低，因此，本申请的技术方案降低开关电源电路工作所需的最低电源电压，进而提高了开关电源电路的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。其中：

图1是本申请开关电源电路的第一实施例的电路示意图；

图2是本申请开关电源电路的第二实施例的电路示意图；

图3是本申请开关电源电路的第三实施例的电路示意图；

图4是本申请开关电源电路的第四实施例的电路示意图；

图5是本申请开关电源电路的第五实施例的电路示意图；

图6是本申请开关电源电路的控制方法的一实施例的流程示意图；

图7是本申请电源芯片的一实施例的结构示意图；

图8是本申请电池管理系统的一实施例的结构示意图；

图9是本申请控制系统的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本申请开关电源电路的第一实施例的电路示意图。

本申请提出一种开关电源电路，如图1所示，开关电源电路包括自激振荡电路101和升压型开关电源电路102。

自激振荡电路101，自激振荡电路101的输入端与电源连接以接收电源电压(如图1中的Vin)，得到供电，自激振荡电路101在接收到电源电压后可进行自激振荡产生并输出第一驱动信号。

升压型开关电源电路102与电源连接以接收电源电压，得到供电。升压型开关电源电路102与自激振荡电路101的输出端连接，且升压型开关电源电路102包括开关管1021，开关管1021可接收到自激振荡电路101输出的第一驱动信号，第一驱动信号的作用是导通或关断开关管1021，以使升压型开关电源电路102输出供电电压(如图1中的Vout)。

传统的用于产生驱动信号以驱动开关管1021的负反馈波形产生电路需要较大的供电电压才能运作(例如：需要2V的供电电压才能运作)，而采用自激振荡电路101则仅需要较小的供电电压就能产生上述第一驱动信号(例如：仅需要0.8V的供电电压就能运作)，因此，采用自激振荡电路101产生并输出第一驱动信号以驱动升压型开关电源电路102的开关管1021以促使升压型开关电源电路102输出供电电压，可降低开关电源电路所需要的电源电压的最小值，使得该开关电源电路可在更多的仅具备较低电源电压的应用场景中使用。

区别于现有技术，本申请采用自激振荡电路101提供第一驱动信号，并利用第一驱动信号驱动升压型开关电源电路102的开关管1021导通或关断，以使升压型开关电源电路102输出比电源电压更高的供电电压，其中，自激振荡电路101所需要的输入电压相较于传统的负反馈波形产生电路更低，因此，本申请的技术方案降低了开关电源电路工作所需的最低电源电压，进而提高了开关电源电路的适用性。

图2是本申请开关电源电路的第二实施例的电路示意图。

可选的，如图2所示，升压型开关电源电路102可包括：电感1022、第一二极管1023和第一电容1024。

电感1022的一端、第一二极管1023的正极分别与电源连接以接收电源电压。第一电容1024的第一端与电感1022的另一端连接，第一电容1024的第二端与第一二极管1023的负极连接。自激振荡电路101的输入端与第一二极管1023的负极和第一电容1024的第二端连接，以接收第一电容1024的第二端的电压。

随着开关管1021因第一驱动信号的驱动而循环于导通与阻断状态，第一电容1024的第一端电压在供电电压和地电压之间不断切换。根据电容的自举效应，在第一电容1024的第一端的电压从供电电压切换为地电压时，第一电容1024的第二端的电压也会骤降，并使得电源电压通过第一二极管1023向第一电容1024的第二端充电。根据电容的自举效应，在第一电容1024的第一端的电压从地电压切换为供电电压时，第一电容1024的第二端的电压虽然会骤升，但因第一二极管1023的反向阻断，第一电容1024的第二端的电压不会下降。基于该工作原理，第一电容1024的第二端的电压会不断上升。

自激振荡电路101所输出的第一驱动信号的最大幅度与自激振荡电路101所接收到的电压存在着正相关的关系，因此，当第一电容1024的第二端的电压增大时，第一驱动信号的最大幅度也会增大，可加快开关管导通或关断的速度，进而加快供电电压增大的速度。

进一步的，如图2所示，开关电源电路还可包括：第二二极管1025和第二电容1026。

第二二极管1025的正极与电感1022和开关管1021的第一端连接，第二二极管1025的负极与第二电容1026的第一端连接，第二电容1026的第二端与开关管1021的第二端连接，开关管1021的第二端接地。开关管1021的控制端与自激振荡电路101的输出端连接，以接收第一驱动信号，并在第一驱动信号的驱动下导通或关断开关管1021的第一端与开关管1021的第二端的连接。第二二极管1025的负极和第二电容1026的第一端即为升压型开关电源电路102的输出端，用以输出供电电压。

在开关管1021导通时，基于电源电压对电感进行充电，电流流向地端。在开关管1021阻断时，基于电感电压与电源电压的叠加电压，对第二电容1026进行充电，以提高供电电压。第二二极管1025起到反向阻断的作用，防止供电电压下降。基于该工作原理，供电电压将会不断上升。

图3是本申请开关电源电路的第三实施例的电路示意图。

可选的，如图3所示，开关电源电路还包括负反馈波形产生电路103和切换电路104。

负反馈波形产生电路103的电源端接收供电电压，负反馈波形产生电路103的负反馈输入端通过至少一个电阻接收供电电压，负反馈波形产生电路103的输出端可输出第二驱动信号，第二驱动信号可用于驱动开关管1021导通或关断。至少一个电阻可包括负反馈波形产生电路103中的第一电阻1031、第二电阻1032和第三电阻1033。

切换电路104分别与自激振荡电路101的输出端、负反馈波形产生电路103的输出端和开关管1021的控制端连接。切换电路104可将自激振荡电路101的输出端与开关管1021的控制端连接，以使开关管1021的控制端接收到第一驱动信号，也可将负反馈波形产生电路103的输出端与开关管1021的控制端连接，以使开关管1021的控制端接收到第二驱动信号，能够使升压型开关电源电路102基于第一驱动信号驱动或第二驱动信号驱动开关管导通或关断。

负反馈波形产生电路103因其负反馈的存在(负反馈输入端通过至少一个电阻接收供电电压)，可根据开关电源电路输出的供电电压对第二驱动信号进行负反馈调节，因此，相较于无负反馈的自激振荡电路101所输出的第一驱动信号，第二驱动信号更稳定可靠。用户可根据当前工作条件，自由选择采用第一驱动信号或第二驱动信号对开关管1021进行驱动，提高了开关电源电路的适用性。

图4是本申请开关电源电路的第四实施例的电路示意图。

进一步的，如图4所示，切换电路104具体可以是单刀双掷开关。

单刀双掷开关包括第一连接端、第二连接端和公共端，第一连接端连接至自激振荡电路的输出端，第二连接端连接至负反馈波形产生电路的输出端，公共端连接至开关管的控制端。随着单刀双掷开关的开关切换，可将第一连接端与公共端进行连接，也可将第二连接端与公共端进行连接。

具体的，切换电路104还可以是其它具备上述切换连接线路功能的电路或器件，此处不作限定。

图5是本申请开关电源电路的第五实施例的电路示意图。

进一步的，如图5所示，负反馈波形产生电路103还包括：误差放大器1034和占空比模数转换模块1035。

误差放大器1034的第一输入端接收一参考电压(如图5中的Vref)，该参考电压由参考电压产生电路发出，误差放大器1034的第二输入端通过至少一个电阻(如第一电阻1031、第二电阻1032和第三电阻1033)接收供电电压。占空比模数转换模块1035的输入端与误差放大器1034的输出端连接，占空比模数转换模块1035的输出端与切换电路104连接，占空比模数转换模块1035的输出端用以输出第二驱动信号。

可选的，自激振荡电路101可以是自反馈振荡器或其它具备自激振荡功能的电路或器件，此处不作限定。

需要说明的是，上文中的负反馈波形产生电路103(误差放大器1034和占空比模数转换模块1035)，由电源电压和供电电压中的较高者进行供电。

图6是本申请开关电源电路的控制方法的一实施例的流程示意图。

本申请还提出一种开关电源电路的控制方法，应用于如图3至5任一实施例的开关电源电路。

如图6所示，控制方法包括：

步骤S1：控制切换电路104使开关管1021接收第一驱动信号以进行导通或关断。

步骤S2：追踪判断供电电压是否不小于预设电压。

在步骤S2的判断结果为是时(供电电压不小于预设电压时)，执行步骤S3。步骤S3：控制切换电路104使开关管1021接收第二驱动信号以进行导通或关断。

前文提到，相较于无负反馈的自激振荡电路101所输出的第一驱动信号，负反馈波形产生电路103所输出的第二驱动信号更稳定可靠，但负反馈波形产生电路103需要比自激振荡电路101更大的电压进行供电，若电源电压较小，则无法在一开始基于电源电压对负反馈波形产生电路103进行供电以输出第二驱动信号。

在本实施例所采用的控制方法中，预设电压为一足够对负反馈波形产生电路103进行供电的电压，负反馈波形产生电路的电源端接收供电电压。在供电电压小于预设电压时(也即开关电源电路刚启动时)，可采用自激振荡电路101(由较低的电源电压供电)输出第一驱动信号，以对开关管1021进行驱动。在供电电压不小于预设电压时(也即开关电源电路运行一段时间且供电电压已得到一定的提升时)，可采用负反馈波形产生电路103(由供电电压供电)输出第二驱动信号，以对开关管1021进行驱动。基于上述工作原理，即可确保能够以较低的电源电压启动自激振荡电路101，以驱动开关管1021，实现对供电电压的初步抬升。之后在供电电压不小于预设电压时，基于供电电压启动负反馈波形产生电路103以提供更稳定的第二驱动信号，以对开关管1021进行驱动，进而保证供电电压的长期稳定。

区别于现有技术，本申请采用的控制方法能够基于极低的电源电压对开关电源电路进行驱动以提升供电电压，并在供电电压大于预设电压时，采用具备负反馈的负反馈波形产生电路103所产生的第二驱动信号对开关电源电路进行驱动，以提高供电电压的长期稳定性。

图7是本申请电源芯片的一实施例的结构示意图。

本申请还提出一种电源芯片，如图7所示，电源芯片70至少包括开关电源电路71，开关电源电路71用于对工作电路进行启动。该开关电源电路71为上述实施例所揭示的开关电源电路，此处不再赘述。

图8是本申请电池管理系统的一实施例的结构示意图。

本申请还提出一种电池管理系统，如图8所示，电池管理系统80包括电源芯片70。该电源芯片70为上述实施例所揭示的电源芯片，此处不再赘述。

具体的，电池管理系统80可以是设备电池管理系统，也可以是汽车电池管理系统，还可以是其它类型的电池管理系统，此处不作限定。

图9是本申请控制系统的一实施例的结构示意图。

本申请还提出一种控制系统，如图9所示，控制系统90包括电源芯片70。该电源芯片70为上述实施例所揭示的电源芯片，此处不再赘述。

具体的，控制系统90可以是电力控制系统，也可以是通讯控制系统，还可以是其它类型的控制系统，此处不作限定。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：

自激振荡电路，所述自激振荡电路的输入端接收电源电压，所述自激振荡电路的输出端用于输出第一驱动信号；

升压型开关电源电路，与所述自激振荡电路的输出端连接，所述升压型开关电源电路接收所述电源电压，所述第一驱动信号用于驱动所述升压型开关电源电路的开关管导通或关断，以使所述升压型开关电源电路输出供电电压，能够降低开关电源电路工作所需的最低电源电压。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述升压型开关电源电路包括：

电感，所述电感的一端接收所述电源电压；

第一二极管，所述第一二极管的正极接收所述电源电压；

第一电容，所述第一二极管的负极通过所述第一电容连接至所述电感的另一端；

所述自激振荡电路的输入端连接至所述第一二极管的负极。

3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：

第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述电感的另一端和所述开关管的第一端；

第二电容，所述第二二极管的负极通过所述第二电容连接至所述开关管的第二端，所述开关管的第二端接地；

所述开关管的控制端与所述自激振荡电路的输出端连接，以接收所述第一驱动信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：

负反馈波形产生电路，所述负反馈波形产生电路的电源端接收所述供电电压，所述负反馈波形产生电路的负反馈输入端通过至少一个电阻接收所述供电电压，所述负反馈波形产生电路的输出端用于输出第二驱动信号；

切换电路，所述切换电路连接所述自激振荡电路的输出端、所述负反馈波形产生电路的输出端和所述开关管的控制端，所述切换电路用于切换所述开关管的控制端接收到的信号，以使所述开关管的控制端接收到所述第一驱动信号或所述第二驱动信号，能够使所述升压型开关电源电路基于所述第一驱动信号或所述第二驱动信号驱动所述开关管导通或关断，从而降低开关电源电路工作所需的最低电源电压并保证所述供电电压的长期稳定。

5.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述切换电路包括：

单刀双掷开关，包括第一连接端、第二连接端和公共端，所述第一连接端连接至所述自激振荡电路的输出端，所述第二连接端连接至所述负反馈波形产生电路的输出端，所述公共端连接至所述开关管的控制端。

6.根据权利要求1至3任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述自激振荡电路为自反馈振荡器。

7.一种开关电源电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求4或5所述的开关电源电路；所述控制方法包括：

控制所述切换电路使所述开关管接收所述第一驱动信号以进行导通或关断；

追踪判断所述供电电压是否不小于预设电压；

若是，则控制所述切换电路使所述开关管接收所述第二驱动信号以进行导通或关断。

8.一种电源芯片，其特征在于，所述电源芯片包括如权利要求1至6任一项所述的开关电源电路。

9.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括如权利要求8所述的电源芯片。

10.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括如权利要求8所述的电源芯片。