CN116722729B - 一种降低开关管关断尖峰电压的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池充电技术领域，公开了一种降低开关管关断尖峰电压的电路，该电路包括功率电感、第一开关管、第一电阻、开关管电流检测电路和关断驱动电路；功率电感的一端与第一电源连接；第一开关管的一个连接端与功率电感的另一端连接，第一开关管的控制端与关断驱动电路连接；开关管电流检测电路在第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发关断驱动电路开始关断第一开关管；关断驱动电路在开始关断第一开关管时，将第一开关管的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在驱动电压被拉低至第一电压之后，通过关断驱动电路再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管完全关断。本发明能够在保证电路工作效率的同时，降低开关管的关断尖峰电压。

Description

一种降低开关管关断尖峰电压的电路
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种降低开关管关断尖峰电压的电路。
背景技术
电池充电电路的主电路通常可采用常见的DC-DC（Direct Current-DirectCurrent，直流-直流）变换器，如反激变换器或推挽变换器等。
在相关技术中，为了追求电池充电电路的充电效率，通常将电池充电电路的主电路中的主功率开关管的关断速度设置的较快，但是当主功率开关管的关断速度过快时，会导致主功率开关管的关断尖峰电压较大，从而影响电池充电电路的主电路中功率电感的工作状态，使得电池充电电路的主电路的工作出现紊乱，降低了电池充电电路的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种降低开关管关断尖峰电压的电路，以解决在提高电路工作效率时导致的主功率开关管关断尖峰电压高的问题。
第一方面，本发明提供了一种降低开关管关断尖峰电压的电路，所述降低开关管关断尖峰电压的电路包括功率电感、第一开关管、第一电阻、开关管电流检测电路和关断驱动电路；所述功率电感的一端与第一电源连接；所述第一开关管的一个连接端与所述功率电感的另一端连接，所述第一开关管的另一个连接端与所述第一电阻串联后接地，所述第一开关管的控制端与所述关断驱动电路连接；所述开关管电流检测电路，用于在所述第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发所述关断驱动电路开始关断所述第一开关管；所述关断驱动电路在开始关断所述第一开关管时，用于将所述第一开关管的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，通过所述关断驱动电路再将所述驱动电压拉低至第二电压，使所述第一开关管处于关断状态，所述第一电压大于所述第二电压。
本发明实施例提供的降低开关管关断尖峰电压的电路，通过设置开关管电流检测电路和关断驱动电路，能够在第一开关管内的电流达到转换电流时，触发关断驱动电路将第一开关管的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在驱动电压被拉低至第一电压之后，再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管完全关断。本发明通过开关管电流检测电路和关断驱动电路，能够平衡第一开关管的关断尖峰电压和关断时间之间的关系，确保在不影响电路工作效率的同时，降低第一开关管的关断尖峰电压，提高电路的稳定性和可靠性。
在一种可选的实施方式中，所述开关管电流检测电路包括第一电流源、第二电阻、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；所述第二电阻的一端与所述第五开关管的一个连接端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的控制端均与所述第一电流源的一端连接，所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的一个连接端均与第二电源连接，所述第二开关管的另一个连接端连接所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端，所述第三开关管的另一个连接端与所述第六开关管的一个连接端连接，所述第四开关管的另一个连接端与所述第一电流源的一端连接，所述第一电流源的另一端接地，所述第五开关管的另一个连接端与所述第二开关管的另一个连接端连接，所述第六开关管的另一个连接端连接所述第一开关管的另一个连接端和所述第一电阻的一端，第一接点处的电压用于触发所述关断驱动电路开始关断所述第一开关管，所述第一接点为所述第三开关管的另一个连接端与所述第六开关管的一个连接端的连接点。
在一种可选的实施方式中，所述关断驱动电路包括第二电流源、第一反相器、第二反相器、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管和第十五开关管；所述第七开关管的控制端通过所述第一反相器与所述第一接点连接，所述第七开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第七开关管的另一个连接端与所述第九开关管的控制端连接；所述第八开关管的控制端与所述第一电压连接，所述第八开关管的一个连接端连接所述第九开关管的一个连接端和所述第二电源连接，所述第八开关管的另一个连接端与所述第十一开关管的一个连接端连接；所述第九开关管的另一个连接端连接所述第十开关管的一个连接端、所述第十开关管的控制端和所述第十一开关管的控制端连接；所述第十开关管的另一个连接端和所述第十一开关管的另一个连接端接地；所述第十二开关管的控制端与第二接点连接，所述第十二开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第十二开关管的另一个连接端接地，所述第二接点为所述第八开关管的另一个连接端与所述第十一开关管的一个连接端的连接点；所述第十三开关管的控制端通过第二反相器与所述第二接点连接，所述第十三开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第十三开关管另一个连接端通过所述第二电流源接地，在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，通过所述第二电流源将所述驱动电压拉低至所述第二电压；所述第十四开关管的控制端与所述第一反相器的输出端连接，所述第十四开关管的一个连接端与所述第二接点连接，所述第十四开关管的另一个连接端接地；所述第十五开关管的控制端与所述第一反相器的输出端连接，所述第十五开关管的一个连接端与所述第十三开关管的控制端连接，所述第十五开关管的另一个连接端接地。
在一种可选的实施方式中，所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管、所述第十一开关管、所述第十三开关管、所述第十四开关管和所述第十五开关管均为MOS管或者三极管。
在一种可选的实施方式中，所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第七开关管、所述第八开关管和所述第九开关管均为P型MOS管，所述第五开关管、所述第六开关管、所述第十开关管、所述第十一开关管、所述第十二开关管、所述第十三开关管、所述第十四开关管和所述第十五开关管均为N型MOS管。
在一种可选的实施方式中，所述转换电流的公式为：
；
其中，为所述转换电流，/>为所述第一电流源的电流，/>为所述第一电阻的电阻值，/>为所述第二电阻的电阻值。
在一种可选的实施方式中，所述第一电压为1.2伏特。
第二方面，本发明提供了一种直流-直流变换器，该直流-直流变换器包括：上述第一方面或其对应的任一实施方式的降低开关管关断尖峰电压的电路。
本实施例将直流-直流变换器设计为包括该降低开关管关断尖峰电压的电路，从而可根据直流-直流变换器的实际需求，控制主功率开关管的关断时间，确保直流-直流变换器处于高工作效率状态的同时，降低第一开关管的关断尖峰电压，提高直流-直流变换器的稳定性和可靠性。
第三方面，本发明提供了一种电池充电电路，该电池充电电路包括：上述第一方面或其对应的任一实施方式的降低开关管关断尖峰电压的电路。
本实施例将电池充电电路设计为包括该降低开关管关断尖峰电压的电路，从而可根据电池充电电路的实际需求，控制第一开关管的关断时间，确保电池充电电路处于高工作效率状态的同时，降低第一开关管的关断尖峰电压，提高电池充电电路的稳定性和可靠性。
第四方面，本发明提供了一种降低开关管关断尖峰电压的方法，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的降低开关管关断尖峰电压的电路，所述方法包括：开关管电流检测电路在第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发关断驱动电路开始关断所述第一开关管；所述关断驱动电路在开始关断所述第一开关管时，将所述第一开关管的驱动电压拉低至第一电压；所述关断驱动电路在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，再将所述驱动电压拉低至第二电压，使所述第一开关管处于关断状态，所述第一电压大于所述第二电压。
本实施例提供的降低开关管关断尖峰电压的方法，当第一开关管的电流上升到转换电流时，关断驱动电路迅速拉低第一开关管控制端的驱动电压至第一电压。之后，再继续拉低第一开关管控制端的驱动电压至第二电压，得到所需的关断时间，从而在确保电路处于高工作效率状态的同时，降低主功率开关管的关断尖峰电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1是根据本发明实施例的一种降低开关管关断尖峰电压的电路的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种与第一开关管相关的理想波形示意图；
图3是根据本发明实施例的一种与第一开关管相关的实际波形示意图；
图4是根据本发明实施例的另一种与第一开关管相关的实际波形示意图；
图5是根据本发明实施例的开关管电流检测电路的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的关断驱动电路的结构示意图；
图7是根据本发明实施例的另一种降低开关管关断尖峰电压的电路的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的一种降低开关管关断尖峰电压的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种降低开关管关断尖峰电压的电路，可以应用于DC-DC变换器或者电池充电电路等场景。
本发明实施例提供的一种降低开关管关断尖峰电压的电路，通过设置开关管电流检测电路和关断驱动电路，能够在保证电池充电电路工作效率的同时，降低主功率开关管（即第一开关管）的关断尖峰电压，提高电池充电电路的稳定性和可靠性。
图1是本发明实施例提供的一种降低开关管关断尖峰电压的电路的结构示意图。下面结合图1对降低开关管关断尖峰电压的电路进行说明。如图1所示，该降低开关管关断尖峰电压的电路包括第一电阻R1、功率电感L1、第一开关管M1、开关管电流检测电路110和关断驱动电路120。
其中，功率电感L1的一端与第一电源VD连接，功率电感L1的另一端与第一开关管M1的一个连接端连接。即第一开关管M1的一个连接端通过功率电感L1与第一电源VD连接。第一开关管M1的另一个连接端与第一电阻R1串联后接地。第一开关管M1的另一个连接端通过连接点A与开关管电流检测电路110连接。第一开关管M1的控制端通过连接点T与关断驱动电路120连接。
示例性的，第一开关管M1可以为三极管或者金属氧化物半导体型场效应晶体（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOS）管；图1中示出的第一开关管M1为MOS管，该示例中第一开关管M1的一个连接端为漏极（D极），第一开关管M1的另一个连接端为源极（S极），第一开关管M1的控制端为栅极（G极）。第一电源VD可以为供电电源，例如，市电转换为直流电之后的电源等。
开关管电流检测电路110用于在第一开关管M1的电流达到（大于或者等于）转换电流的情况下，触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。转换电流为预设值，可以由工作人员配置。例如，转换电流为10毫安（Milliampere，mA）。关断驱动电路120在开始关断第一开关管M1时，用于将第一开关管M1的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在驱动电压被拉低至第一电压之后，再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管M1处于关断状态。其中，第一电压大于第二电压。第一电压和第二电压均可以为预设值，可以由工作人员配置。例如，第一电压可以为1.2伏特（Volt，V），第二电压可以为0V。
下面以第一开关管M1为N型MOS管为例，结合附图对第一开关管M1的关断过程进行说明。
首先，结合图2对与第一开关管M1导通或者关断相关的理想波形进行说明。参见图2，T表示第一开关管M1控制端的驱动电压波形，IM1表示流过第一开关管M1的功率电流波形，VI表示第一开关管M1的连接端电压波形。由图2可知，在理论上，当第一开关管M1控制端的驱动电压为高电平时，第一开关管M1处于导通状态，第一开关管M1的连接端电压VI被拉低，而流过第一开关管M1的功率电流IM1在功率电感L1的作用下逐渐升高，当流过第一开关管M1的功率电流IM1升高到峰值电流IP时，第一开关管M1控制端的驱动电压变为低电平，第一开关管M1处于关断状态，流过第一开关管M1的功率电流IM1变为0。
其次，结合图3对与第一开关管M1导通或者关断相关的实际波形进行说明。在实际工作时，当第一开关管M1控制端的驱动电压变为低电平后，由于第一开关管M1无法实现瞬间关断，因此，功率电流IM1仍会逐渐上升，实际波形可以如图3所示。由图3可知，当第一开关管M1控制端的驱动电压变为低电平时，功率电流IM1此时并没有达到峰值电流IP，为方便描述，将此刻对应的电流称为转换电流IS。之后，第一开关管M1逐渐关断，流过第一开关管M1的功率电流IM1逐渐升高到峰值电流IP，当功率电流IM1升高到峰值电流IP后，第一开关管M1完全关断。
基于上述描述，通过设置开关管电流检测电路110和关断驱动电路120，本发明实施例的与第一开关管M1关断过程相关的实际波形可以如图4所示。由图4可知，当流过第一开关管M1的功率电流IM1达到转换电流IS时，开关管电流检测电路110触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1，关断驱动电路120受到触发之后，开始迅速拉低第一开关管M1控制端的驱动电压，当第一开关管M1控制端的驱动电压被拉低到第一电压VR后，再控制第一开关管M1控制端的驱动电压的下拉速度，当第一开关管M1控制端的驱动电压被彻底拉到第二电压（处于低电平）时，流过第一开关管M1的功率电流IM1上升到峰值电流IP，第一开关管M1完成关断过程。
本发明实施例提供的降低开关管关断尖峰电压的电路，通过设置开关管电流检测电路110和关断驱动电路120，能够在第一开关管M1内的电流达到转换电流时，触发关断驱动电路120将第一开关管的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在驱动电压被拉低至第一电压之后，再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管M1完全关断。本发明通过开关管电流检测电路110和关断驱动电路120，能够平衡第一开关管M1的关断尖峰电压和关断时间之间的关系，确保在不影响电路工作效率的同时，降低第一开关管M1的关断尖峰电压，提高电路的稳定性和可靠性。
本发明对开关管电流检测电路110的结构不做限定，只要能够在第一开关管M1的电流达到转换电流的情况下，触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1即可。
示例性的，如图5所示，开关管电流检测电路110包括第一电流源B1、第二电阻R2、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5和第六开关管M6。
其中，第二电阻R2的一端与第五开关管M5的一个连接端连接，第二电阻R2的另一端接地。即第五开关管M5的一个连接端串联第二电阻R2之后接地。第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4的控制端均与第一电流源B1的一端连接。第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4的一个连接端均与第二电源VDD连接。第二开关管M2的另一个连接端连接第五开关管M5的控制端和第六开关管M6的控制端。第三开关管M3的另一个连接端与第六开关管M6的一个连接端在连接点（第一接点C）处连接。第四开关管M4的另一个连接端与第一电流源B1的一端连接，第一电流源B1的另一端接地。即第四开关管M4的另一个连接端串联第一电流源B1之后接地。第五开关管M5的另一个连接端与第二开关管M2的另一个连接端连接。第六开关管M6的另一个连接端连接第一开关管M1的另一个连接端和第一电阻R1的一端。即第六开关管M6的另一个连接端与第一开关管M1和第一电阻R1的连接点A连接。开关管电流检测电路110通过第一接点C处的电压变化触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。
示例性的，第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5和第六开关管M6均可以为MOS管或者三极管。第二电源VDD可以为直流-直流控制器芯片的电源。
在一个可选的实施方式中，第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4均为P型MOS管，第一开关管M1、第五开关管M5和第六开关管M6均为N型MOS管。下面以本实施例为例，对开关管电流检测电路110触发关断驱动电路120的过程进行说明。
具体地，降低开关管关断尖峰电压的电路的初始状态为第一开关管M1的驱动电压处于高电平的状态。此时，由前述分析可知，流过第一开关管M1的功率电流IM1逐渐升高，第一电阻R1的端电压。
与此同时，第一电流源B1拉低第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4的栅极电压，第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4均处于导通状态。此时，第五开关管M5和第六开关管M6的栅极电压被第二开关管M2拉高，第五开关管M5和第六开关管M6也均处于导通状态。由于第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4构成电流镜结构，且流过第四开关管M4的电流为第一电流源B1产生的第一电流I1，故此时，流过第二开关管M2和第三开关管M3的电流均为第一电流I1。另外，由于第二开关管M2、第五开关管M5和第二电阻R2串联连接，因此，流过第五开关管M5和第二电阻R2的电流也为第一电流I1。此时，第五开关管M5的源极电压。
此时，当第一电阻R1的端电压小于第五开关管M5的源极电压时，即时，由于第五开关管M5和第六开关管M6的栅极相连，故此时，第六开关管M6的栅极和源极之间的电压差大于第五开关管M5的栅极和源极之间电压差。即此时，流入第六开关管M6的电流大于流入第五开关管M5的电流，即流入第六开关管M6的电流大于第一电流I1。同时，从第三开关管M3流入C点的电流为第一电流I1，其中，第一接点C和关断驱动电路之间没有电流的流入或流出。即从C点流入第六开关管M6中的电流大于第一电流I1。即此时，流出C点的电流大于流入C点的电流，C点电压为低电平。
随着流过第一开关管M1的功率电流IM1逐渐升高，第一电阻R1的端电压也逐渐增大，当第一电阻R1的端电压增大到大于或者等于第五开关管M5的源极电压时，即当时，第六开关管M6的栅极和源极之间的电压差小于第五开关管M5的栅极和源极之间的电压差，因此，流入第六开关管M6的电流小于第一电流I1。即此时，流出C点的电流小于流入C点的电流，C点电压变为高电平。
也就是说，在上述过程中，当第一开关管的电流时，C点电压会由低电平变为高电平，本发明可以利用C点处高低电平的变化（电压变化）触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。
即在上述实施例中，转换电流的表达式可以如公式（1）所示。
；
其中，为转换电流，/>为第一电流源B1的电流，/>为第一电阻R1的电阻值，/>为第二电阻R2的电阻值。
本实施例可以通过配置第一电流源B1的电流、第一电阻R1的电阻值和第二电阻R2的电阻值调整转换电流。
本发明对关断驱动电路120的形式不做限定，只要能够在开始关断第一开关管M1时，将第一开关管M1的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在驱动电压被拉低至第一电压之后，再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管M1处于关断状态即可。
示例性的，如图6所示，关断驱动电路120包括第二电流源B2、第一反相器A1、第二反相器A2、第七开关管M7、第八开关管M8、第九开关管M9、第十开关管M10、第十一开关管M11、第十二开关管M12、第十三开关管M13、第十四开关管M14和第十五开关管M15。
其中，第七开关管M7的控制端通过第一反相器A1输入端的第一接点C与开关管电流检测电路110连接，第七开关管M7的一个连接端与第一开关管M1的控制端的连接点T连接，第七开关管M7的另一个连接端与第九开关管M9的控制端连接。第八开关管M8的控制端与第一电压VR连接，第八开关管M8的一个连接端连接第九开关管M9的一个连接端和第二电源VDD连接，第八开关管M8的另一个连接端与第十一开关管M11的一个连接端连接。第九开关管M9的另一个连接端连接第十开关管M10的一个连接端、第十开关管M10的控制端和第十一开关管M11的控制端连接。第十开关管M10的另一个连接端和第十一开关管M11的另一个连接端接地。第十二开关管M12的控制端与第二接点D连接，第十二开关管M12的一个连接端与第一开关管M1的控制端连接，第十二开关管M12的另一个连接端接地，第二接点D为第八开关管M8的另一个连接端与第十一开关管M11的一个连接端的连接点。第十三开关管M13的控制端通过第二反相器A2与第二接点D连接，第十三开关管M13的一个连接端与第一开关管M1的控制端连接，第十三开关管M13另一个连接端通过第二电流源B2接地。第十四开关管M14的控制端与第一反相器A1的输出端连接，第十四开关管M14的一个连接端与第二接点D连接，第十四开关管M14的另一个连接端接地。第十五开关管M15的控制端与第一反相器A1的输出端连接，第十五开关管M15的一个连接端与第十三开关管M13的控制端连接，第十五开关管M15的另一个连接端接地。
在本实施例中，当第一开关管M1控制端的驱动电压被拉低至第一电压之后，通过第二电流源B2控制第一开关管M1控制端的驱动电压的下拉速度，驱动电压拉低至第二电压。
示例性的，第七开关管M7、第八开关管M8、第九开关管M9、第十开关管M10、第十一开关管M11、第十三开关管M13、第十四开关管M14和第十五开关管M15均可以为MOS管或者三极管。第十二开关管M12可以为MOS管。
在一个可选的实施方式中，第七开关管M7、第八开关管M8和第九开关管M9均为P型MOS管，第十开关管M10、第十一开关管M11、第十二开关管M12、第十三开关管M13、第十四开关管M14和第十五开关管M15均为N型MOS管。下面以本实施例为例，对关断驱动电路120关断第一开关管M1的过程进行详细说明。
具体地，在第七开关管M7处于导通状态时，关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。当第七开关管M7导通后，第九开关管M9的栅极电压等于第一开关管M1的栅极电压，第八开关管M8和第九开关管M9的源极相连，第八开关管M8的栅极用于接入第一电压VR。因此，当第一开关管M1的栅极电压大于第一电压VR时，第八开关管M8的源极和栅极之间的电压差大于第九开关管M9的源极和栅极之间的电压差。此时，流出第八开关管M8的电流大于流出第九开关管M9的电流。与此同时，由于第九开关管M9与第十开关管M10串联连接，因此，流入第十开关管M10的电流等于流出第九开关管M9的电流。此时，第十开关管M10和第十一开关管M11构成电流镜结构。因此，流入第十开关管M10的电流等于流入第十一开关管M11的电流，即流出第九开关管M9的电流等于流入第十一开关管M11的电流，由此可得，流出第八开关管M8的电流大于流入第十一开关管M11的电流。而又由于MOS管的栅极不流入或流出电流，因此，在流出第八开关管M8的电流和流入第十一开关管M11的电流的共同作用下，D点电压为高电平，第十二开关管M12导通，D点的高电平经过第二反相器A2变为低电平输入第十三开关管M13的栅极中后，第十三开关管M13处于关断状态。
即在第一开关管M1的栅极电压大于第一电压VR时，第十二开关管M12导通，第十三开关管M13关断，第一开关管M1的栅极电压被第十二开关管M12迅速下拉。
当第一开关管M1的栅极电压被第十二开关管M12下拉到小于第一电压VR时，第八开关管M8的源极和栅极之间的电压差小于第九开关管M9的源极和栅极之间的电压差。此时，流出第八开关管M8的电流小于流出第九开关管M9的电流。同时，由于流出第九开关管M9的电流等于流入第十一开关管M11的电流。由此可得，流出第八开关管M8的电流小于流入第十一开关管M11的电流，而又由于MOS管的栅极不流入或流出电流。因此，在流出第八开关管M8的电流和流入第十一开关管M11的电流的共同作用下，D点电压转变为低电平，第十二开关管M12关断，D点的低电平经过第二反相器A2变为高电平输入第十三开关管M13的栅极中后，第十三开关管M13导通。
即在第一开关管M1的栅极电压被拉低到小于第一电压VR时，第十二开关管M12关断，第十三开关管M13导通，第一开关管M1的栅极通过第十三开关管M13与第二电流源B2相连。此时，第一开关管M1的栅极电压在第二电流源B2的作用下继续被拉低，且第一开关管M1栅极的放电速度由第二电流源B2控制，并在第一开关管M1的栅极电压被拉低至第二电压时，使第一开关管M1处于关断状态。
在一些可选的实施方式中，第一电压可以为1.2V。由于当第一开关管M1控制端的驱动电压高于1.2V时，第一开关管M1仍处于线性电阻区，故此时，关断驱动电路迅速拉低第一开关管M1控制端的驱动电压至1.2V。当第一开关管M1控制端的驱动电压低于1.2V后，第一开关管M1工作于饱和区，此时，通过第二电流源B2控制第一开关管M1控制端的驱动电压的下拉速度，从而得到所需的关断时间。
应理解，第一开关管M1的具体关断时间由峰值电流IP和转换电流IS之间的差值、第二电流源B2的大小以及第一开关管M1的栅电容决定。同时，不同工艺、不同材料以及不同面积下的第一开关管M1的栅电容参数均不同，且不同电池充电电路中，功率电流IM1的上升斜率以及实际电路所需的具体关断时间也不同。因此，本发明需要针对特定的主功率开关管，根据实际电路中功率电流IM1的上升斜率以及所需的具体关断时间，选取合适大小的第二电流源B2和转换电流IS，以在保证电路工作效率的同时降低第一开关管M1的关断尖峰电压。
下面在开关管电流检测电路110为图5所示的结构和关断驱动电路120为如图6所示的结构的情况下，对本发明提供的降低开关管关断尖峰电压的电路作进一步说明。
示例性的，如图7所示，第七开关管M7通过第一反相器A1与第一接点C连接。在时，即在第一开关管M1的电流未达到设置的转换电流IS时，C点处电压为低电平，C点的低电平经过第一反相器A1变为高电平输入第七开关管M7的栅极后，第七开关管M7处于关断状态。同时，C点的低电平经过第一反相器A1变为高电平输入第十四开关管M14和第十五开关管M15的控制端后，第十四开关管M14和第十五开关管M15导通。此时，第十二开关管M12的控制端电压被第十四开关管M14拉低，第十三开关管M13的控制端电压被第十五开关管M15拉低，即第十二开关管M12和第十三开关管M13处于关断状态，从而确保关断驱动电路120不会影响第一开关管M1的正常工作。
在时，即在第一开关管M1的电流达到转换电流IS时，C点处电压为高电平，C点的高电平经过第一反相器A1变为低电平输入第七开关管M7的栅极后，导通第七开关管M7，即开关管电流检测电路110触发关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。同时，C点的低电平经过第一反相器A1变为低电平输入第十四开关管M14和第十五开关管M15的控制端后，第十四开关管M14和第十五开关管M15关断，从而确保第十四开关管M14和第十五开关管M15不会影响关断驱动电路120的正常工作。
在C点的电压为高电平时，C点的高电平经过第一反相器A1变为低电平输入第七开关管M7的栅极后，导通第七开关管M7，关断驱动电路120开始关断第一开关管M1。此时，在第一开关管M1的栅极电压大于第一电压VR时，第十二开关管M12导通，第十三开关管M13关断，第一开关管M1的栅极电压被第十二开关管M12迅速下拉。在第一开关管M1的栅极电压被第十二开关管M12下拉至第一电压VR之后，第十二开关管M12关断，第十三开关管M13导通，第一开关管M1的栅极通过第十三开关管M13与第二电流源B2相连。此时，第一开关管M1的栅极电压在第二电流源B2的作用下继续被拉低至第二电压（低电平），使第一开关管M1完全关断。
本发明针对特定的主功率开关管（第一开关管），根据实际电路中功率电流IM1的上升斜率以及所需的具体关断时间，选取合适大小的第二电流源B2和转换电流IS，当功率电流IM1上升到转换电流IS时，关断驱动电路120迅速拉低第一开关管M1控制端的驱动电压至第一电压VR。之后，通过设计得到的第二电流源B2继续拉低第一开关管M1控制端的驱动电压至第二电压，得到所需的关断时间，从而在确保电路处于高工作效率状态的同时，降低第一开关管M1的关断尖峰电压。
本发明还提供了一种直流-直流变换器，该直流-直流变换器包括前述任一实施例所述的降低开关管关断尖峰电压的电路。
本实施例将直流-直流变换器设计为包括该降低开关管关断尖峰电压的电路，从而可根据直流-直流变换器的实际需求，控制主功率开关管的关断时间，确保直流-直流变换器处于高工作效率状态的同时，降低第一开关管的关断尖峰电压，提高直流-直流变换器的稳定性和可靠性。
本发明还提供了一种电池充电电路，该电池充电电路包括前述任一实施例所述的降低开关管关断尖峰电压的电路。
本实施例将电池充电电路设计为包括该降低开关管关断尖峰电压的电路，从而可根据电池充电电路的实际需求，控制第一开关管的关断时间，确保电池充电电路处于高工作效率状态的同时，降低第一开关管的关断尖峰电压，提高电池充电电路的稳定性和可靠性。
在本实施例中提供了一种降低开关管关断尖峰电压的方法，可用于上述任一实施例提供的降低开关管关断尖峰电压的电路。图8是根据本发明实施例的一种降低开关管关断尖峰电压的方法的流程示意图。如图8所示，该方法包括如下步骤：
步骤S801，开关管电流检测电路在第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发关断驱动电路开始关断第一开关管。
步骤S802，关断驱动电路在开始关断第一开关管时，将第一开关管的驱动电压拉低至第一电压。
其中，第一电压为参考电压，参考电压可以为预设值，例如，第一电压可以为1.2V。
步骤S803，关断驱动电路在驱动电压被拉低至第一电压之后，再将驱动电压拉低至第二电压，使第一开关管处于关断状态。
其中，第一电压大于第二电压。第二电压可以为低电平。
本实施例提供的降低开关管关断尖峰电压的方法，当第一开关管的电流上升到转换电流时，关断驱动电路迅速拉低第一开关管控制端的驱动电压至第一电压。之后，再继续拉低第一开关管控制端的驱动电压至第二电压，得到所需的关断时间，从而在确保电路处于高工作效率状态的同时，降低主功率开关管的关断尖峰电压。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，所述降低开关管关断尖峰电压的电路包括功率电感、第一开关管、第一电阻、开关管电流检测电路和关断驱动电路；
所述功率电感的一端与第一电源连接；
所述第一开关管的一个连接端与所述功率电感的另一端连接，所述第一开关管的另一个连接端与所述第一电阻串联后接地，所述第一开关管的控制端与所述关断驱动电路连接；
所述开关管电流检测电路，用于在所述第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发所述关断驱动电路开始关断所述第一开关管，其中，所述开关管电流检测电路包括第一电流源、第二电阻、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第二电阻的一端与所述第五开关管的一个连接端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的控制端均与所述第一电流源的一端连接，所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的一个连接端均与第二电源连接，所述第二开关管的另一个连接端连接所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端，所述第三开关管的另一个连接端与所述第六开关管的一个连接端连接，所述第四开关管的另一个连接端与所述第一电流源的一端连接，所述第一电流源的另一端接地，所述第五开关管的另一个连接端与所述第二开关管的另一个连接端连接，所述第六开关管的另一个连接端连接所述第一开关管的另一个连接端和所述第一电阻的一端，第一接点处的电压用于触发所述关断驱动电路开始关断所述第一开关管，所述第一接点为所述第三开关管的另一个连接端与所述第六开关管的一个连接端的连接点；
所述关断驱动电路在开始关断所述第一开关管时，用于将所述第一开关管的控制端的驱动电压拉低至第一电压，并在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，通过所述关断驱动电路再将所述驱动电压拉低至第二电压，使所述第一开关管处于关断状态，所述第一电压大于所述第二电压。
2.根据权利要求1所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，所述关断驱动电路包括第二电流源、第一反相器、第二反相器、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管和第十五开关管；
所述第七开关管的控制端通过所述第一反相器与所述第一接点连接，所述第七开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第七开关管的另一个连接端与所述第九开关管的控制端连接；
所述第八开关管的控制端与所述第一电压连接，所述第八开关管的一个连接端连接所述第九开关管的一个连接端和所述第二电源连接，所述第八开关管的另一个连接端与所述第十一开关管的一个连接端连接；
所述第九开关管的另一个连接端连接所述第十开关管的一个连接端、所述第十开关管的控制端和所述第十一开关管的控制端连接；
所述第十开关管的另一个连接端和所述第十一开关管的另一个连接端接地；
所述第十二开关管的控制端与第二接点连接，所述第十二开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第十二开关管的另一个连接端接地，所述第二接点为所述第八开关管的另一个连接端与所述第十一开关管的一个连接端的连接点；
所述第十三开关管的控制端通过第二反相器与所述第二接点连接，所述第十三开关管的一个连接端与所述第一开关管的控制端连接，所述第十三开关管另一个连接端通过所述第二电流源接地，在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，通过所述第二电流源将所述驱动电压拉低至所述第二电压；
所述第十四开关管的控制端与所述第一反相器的输出端连接，所述第十四开关管的一个连接端与所述第二接点连接，所述第十四开关管的另一个连接端接地；
所述第十五开关管的控制端与所述第一反相器的输出端连接，所述第十五开关管的一个连接端与所述第十三开关管的控制端连接，所述第十五开关管的另一个连接端接地。
3.根据权利要求2所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管、所述第十一开关管、所述第十三开关管、所述第十四开关管和所述第十五开关管均为MOS管或者三极管。
4.根据权利要求2所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，
所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第七开关管、所述第八开关管和所述第九开关管均为P型MOS管，所述第五开关管、所述第六开关管、所述第十开关管、所述第十一开关管、所述第十二开关管、所述第十三开关管、所述第十四开关管和所述第十五开关管均为N型MOS管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，所述转换电流的公式为：
其中，为所述转换电流，/>为所述第一电流源的电流，/>为所述第一电阻的电阻值，为所述第二电阻的电阻值。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，其特征在于，所述第一电压为1.2伏特。
7.一种直流-直流变换器，其特征在于，包括：如权利要求1至6中任一项所述的降低开关管关断尖峰电压的电路。
8.一种电池充电电路，其特征在于，包括：如权利要求1至6中任一项所述的降低开关管关断尖峰电压的电路。
9.一种降低开关管关断尖峰电压的方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的降低开关管关断尖峰电压的电路，所述方法包括：
开关管电流检测电路在第一开关管的电流达到转换电流的情况下，触发关断驱动电路开始关断所述第一开关管；
所述关断驱动电路在开始关断所述第一开关管时，将所述第一开关管的驱动电压拉低至第一电压；
所述关断驱动电路在所述驱动电压被拉低至所述第一电压之后，再将所述驱动电压拉低至第二电压，使所述第一开关管处于关断状态，所述第一电压大于所述第二电压。
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