CN1305131A - 能避免开关元件损坏的开关稳压器控制电路 - Google Patents

Abstract

当开关稳压器的输入电源的输出阻抗高时,抑制由大电流造成的对电源电路和开关稳压器中的开关元件的损坏。在起码包括误差放大电路和开关元件驱动电路的能产生高于输入电压的输出电压的升压型开关稳压器控制电路中,误差放大电路由输入电压驱动;开关元件驱动电路由输出电压驱动;该控制电路还包括由输出电压驱动的电压检测电路,后者检测输入电压,当其低于任选电压时,电压检测电路使开关元件驱动电路产生必定能关断开关元件的信号。

Description

能避免开关元件损坏的开关稳压器控制电路

总的说来，本发明涉及开关稳压器控制电路。更明确地说，本发明针对能够避免下面事情发生的稳压控制电路：当开关稳压器的输入电源的阻抗增加时，开关元件被连续地接通，这样，有大的电流流过电源和开关元件，从而损坏开关元件。

图6是代表一种传统的开关稳压器(SW稳压器)控制电路的电路图。即，提供一个误差放大电路13，它放大参考电压电路10的参考电压“Vref”与出现在分压电阻11和分压电阻12连接点的电压“Va”之间的差电压。分压电阻11/12把开关稳压器输出端2的输出电压“Vout”细分。现在假定，误差放大电路13的输出电压是“Verr”，参考电压电路10的输出电压是“Vref”，在分压电阻11和分压电阻12连接点出现的电压是“Va”，如果Vref＞Va，则误差放大电路13的输出电压“Verr”增加，而如果Vref＜Va，则输出电压“Verr”下降。输入误差放大电路13的输出电压“Verr”作为输入信号的脉宽控制电路14随所述输出电压“Verr”而控制开关元件(SW元件)的接通时间和关断时间。所述开关元件连接到开关元件驱动电路16，以便被接通/关断。

开关元件驱动电路16以输出电压“Vout”作为电源而工作。参考电压电路10，误差放大电路13，和脉宽控制电路14以输入端1的电压“Vin”作为电源而工作。例如，当采用功率MOS晶体管作为开关元件驱动电路的开关元件时，如果采用高驱动电压(即栅对源电压)，则这种功率MOS晶体管的导通电阻可以降低。结果，当开关元件驱动电路用升压后的输出电压“Vout”来驱动时，就可以提高开关稳压器的效率。在脉宽控制电路14与开关元件驱动电路16之间采用一个电平移动器(下文中将称为“L/S”)15，后者把来自Vin供电系统的脉宽控制电路14的信号，转换成与Vin供电系统有不同供电电压的Vout供电系统的开关元件驱动电路16的信号电平。

图7表示升压型开关稳压器的一个例子。在这开关稳压器中，线圈21和开关稳压器控制电路30都连接到输入电源20。整流元件23连接在线圈21和输出电容24之间。负载25与输出电容24并联。通常，输入电源20的输出阻抗26低，因此可以忽略。可是，在输入电源20中偶然出现异常状态的情况下，输出阻抗26将具有某一阻抗值。还有，当用电池等作为输入电源20时，输入电源20将有接近几欧到十欧的阻抗值。

图8表示当在图7的输入电源20的阻抗26小到可以忽略的情况下接通电源时所产生的波形。图8(a)表示图7的电源20的电压“V20”和开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”两者，而图8(b)代表开关稳压器的输出电压“Vout”。在这些图中，横坐标表示时间。因为输入电源20的阻抗26小到可以忽略，所以图8(a)中的“V20”波形和“Vin”波形重叠。图8(b)的输出电压“Vout”逐渐上升的原因是开关稳压器控制电路的软启动功能的效果。软启动功能是这样一种功能，即当电源接通时，输出电压逐渐上升，以便不会在输出电压“Vout”中产生过冲现象。在本说明书中不描述软启动功能。

图9表示当在图7的输入电源20的阻抗26在几欧数量级的情况下接通电源时所产生的波形。图9(a)表示图7的电源20的电压“V20”和开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”，图9(b)代表开关稳压器的输出电压“Vout”，而图9(c)表示输入电源20的电流“120”。在图9(a)到图9(c)中，横坐标表示时间。当电流通过输入电源20的阻抗26流过输入电源20时，开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”降低。在图9中，当开关稳压器工作在升压模式下，电流流过输入电源20。结果，开关稳压器控制电路30的输入电压“Vin”减小到低于或等于开关稳压器控制电路30的工作电压，从而开关稳压器控制电路30不能工作在正常状态下。这样，图9代表了这样的状态，即开关元件驱动电路的输出使开关元件连续地导通。例如，在这样一种状态，即输入电源20的输出电压值“V20”是2V，输出阻抗值是1.5Ω，当接通电源时，流过输入电源20的电流是1A，则开关稳压器控制电路30的输入电压“Vin”减小到0.5V。现在假定，开关稳压器控制电路30的最小工作电压选为1V，在这种低压状态下开关稳压器控制电路30无法工作在正常模式下，并且图6的L/S 15的输出也变得不确定。结果，当开关元件驱动电路16的输出端EXT端子的电压在图7的开关元件22接通的状态下被截断时，一个大的电流连续地流过输入电源20，线圈21和开关元件22。这样，就有使这些电路元件退化并在最坏的情况下损坏掉的危险。

可是，在传统的开关稳压器中，当输入电源的输出阻抗增加时，将发生下面的问题。那就是，当开关稳压器工作在升压模式下，开关稳压器控制电路的电源电压被降低，开关稳压器控制电路不能工作在正常状态下，而开关元件连续地导通，以致大的电流流过电源电路和开关元件，可能造成这些元件的损坏。

本发明已经解决了传统的开关稳压器控制电路的这个问题，因此，本发明的一个目的是提供一种这样的开关稳压器控制电路，其中提供由输出电压供电的电压检测电路，由该电压检测电路检测输入电源的电压，并且当输入电源的电压降到低于开关稳压器控制电路的工作电压时，必定关断开关元件。结果，该开关稳压器控制电路既能抑制电源的电流，又能抑制开关电流、即流过开关稳压器中使用的开关元件的电流。

为了达到上述的目的，根据本发明的一个方面，一个开关稳压器控制电路以这样的升压型开关稳压器控制电路为特征，它起码包括误差放大电路和开关元件驱动电路，该升压型开关稳压器控制电路用于产生高于输入电压的输出电压，其中：所述误差放大电路由输入电压供电；所述开关元件驱动电路由输出电压供电；所述升压型开关稳压器控制电路还包括由输出电压供电的电压检测电路；电压检测电路检测输入电压，当输入电压降到低于一个任选电压时，电压检测电路使开关元件驱动电路产生必定能关断开关元件的信号。

结果，当电压检测电路检测到这样的事实、即电源的输入电压降到低于开关稳压器控制电路的工作电压时，必定能关断开关元件，使得既能抑制电源电流的增大，又能抑制开关电流的增大。

为了更好地理解本发明，下面将涉及结合附图解释的详细的描述，附图中：

图1是用于说明根据本发明的第一实施例的开关稳压器控制电路的说明图；

图2是用于说明采用图1的第一实施例的开关稳压器控制电路的开关稳压器的工作说明图；

图3是用于说明根据本发明的第二实施例的开关稳压器控制电路的说明图；

图4是用于说明根据本发明的第三实施例的开关稳压器控制电路的说明图；

图5是用于说明根据本发明的第四实施例的开关稳压器控制电路的说明图；

图6是用于描述传统的开关稳压器控制电路的说明图。

图7是用于说明升压型开关稳压器的说明图。

图8是当输入电源的输出阻抗小时传统的开关稳压器的工作的说明图；和

图9是当输入电源的输出阻抗大时传统的开关稳压器的工作的说明图。

现在将参考附图详细地描述本发明的各种实施例模式。

图1是根据本发明的第一实施例的开关稳压器控制电路的电路框图。在该图中，参考电压电路10，分压电阻11/12，误差放大电路13，脉宽控制电路14,L/S(电平移动器)15和开关元件驱动电路16均与传统的开关稳压器的类似。电压检测电路100是新加到这第一开关稳压器控制电路的。当利用开关稳压器的输出电压“Vout”驱动电压检测电路100时，电压检测电路100检测开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”是否降到低于或等于开关稳压器控制电路的工作电压。逻辑计算电路101对L/S 15的输出信号和电压检测电路100的输出信号进行逻辑计算，然后向开关元件驱动电路16输出逻辑计算结果信号。

现在，作下面的假设。例如，在开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”高于或等于开关稳压器控制电路的工作电压的情况下，电压检测电路100输出“H”，而在开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”低于开关稳压器控制电路的工作电压的情况下，电压检测电路100输出“L”电平。当电压检测电路100的电压输出变为“H”时，L/S 15的输出构成与传统的开关稳压器控制电路类似的开关元件驱动电路的输入信号。当电压检测电路100输出变为“L”时，开关稳压器控制电路以下面的方式给EXT端子3输出这样的信号、即开关元件驱动电路16必定关断开关元件，而不管电平移动器15的输出信号如何。换而言之，在开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”高于或等于电压检测电路100所设的电压的情况下，开关稳压器控制电路以与先有技术的相类似的方式工作。

图2表示在下面的情况下当接通图6所示的开关稳压器电路的电源时的各种电压的波形，这情况就是：输入电源拥有某一阻抗值，同时在开关稳压器控制电路30中采用了示于图1的根据本发明的第一实施例的开关稳压器控制电路。图2(a)表示图6的电源20的电压“V20”和开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”两者，而图2(b)代表开关稳压器的输出电压“Vout”，图2(c)表示输入电源20的电流“I20”。在这些图中，横坐标表示时间。

在图2(a)所标的符号“Vdet”代表电压检测电路100的检测电压值。当电流经输入电源20的阻抗26流过输入电源20时，开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”下降。当电源电压“Vin”降低到低于开关稳压器控制电路30的工作电压(即低于电压检测电路100的检测电压“Vdet”)时，电压检测电路100输出信号变为“L”，使得开关元件22必定被关断。现在假定，电源电压降到大约0.5V，因为由于存储在图7的电容24中的电荷的缘故输出电压“Vout”得以维持，所以由输出电压“Vout”驱动的电压检测电路100能工作在正常状态下。

当关断开关元件22时，输入电源20的电流下降，于是开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”上升。当开关稳压器控制电路30的电源电压“Vin”上升时，电压检测电路100的输出信号变为“H”，这样，根据来自L/S 15的输出信号来控制开关元件22的接通/关断。因为开关元件22再次接通，所以电流流过输入电源20，这样开关稳压器控制电路的电源电压“Vin”降低，这种过程反复地进行。最后，输出电压“Vout”升到所希望的电压。

在某些情况下，输出电压“Vout”不能升到所希望的电压，这取决于开关稳压器的负载。可是，与传统的开关稳压器的情况相反，大电流并不连续地流，因为开关元件连续地导通。

图3是表示根据本发明的第二实施例的开关稳压器控制电路的电路图。与图1的电路比较，第二开关稳压器控制电路有这样的不同点：在电压检测电路100的输出端增加延迟电路102。当电压检测电路100在一段长于或等于任选时间的时间间隔内保持检测状态时，延迟电路102向EXT端子输出一个输出信号。因为附加地采用了延迟电路102，所以在这情况下开关元件驱动电路16只受来自电平移动器15的信号的控制。就是说，即使电压检测电路100检测到输入电压“Vin”由于负载快速变化而暂时下降，和/或输入电压“Vin”由于开关稳压器本身产生的噪声而瞬时下降，开关元件驱动电路16只受电平移动器15的信号控制，除非电压检测电路100在某个时间间隔内检测到输入电压“Vin”下降。换而言之，第二开关稳压器控制电路能避免电压检测电路100由于噪声等而造成错误的检测。

图4是表示根据本发明的第三实施例的开关稳压器控制电路的电路图。与图1的电路相比，这个第三开关稳压器控制电路有这样的不同点：即在电压检测电路100的输出端增加锁存器电路110，锁存器电路110由输出电压驱动。当电压检测电路100检测到一个电压时，锁存器电路110保持这种状态，并且连续地给EXT端子3输出这样的输出信号，使得开关元件驱动电路16连续地关断开关元件。在开关稳压器工作的同时，当从外电路向锁存器电路110提供复位信号时，可以使锁存器电路110复位，另一种方式是，在接通电源时，当通过提高开关稳压器输出电压来提供复位信号时，也可以使锁存器电路110复位。在图1的情况下，当电压检测电路100检测到输入电源电压下降时，关断开关元件，从而输入电源电压再上升，然后电压检测电路100解除(release)检测。重复地执行一连串这种操作。与此相反，在图4的情况下，一旦电压检测电路100检测到输入电源电压下降，就启动锁存器电路110，使得开关元件被连续地关断，直到给锁存器电路110加上复位信号为止。

图5是表示根据本发明的第四实施例的开关稳压器控制电路的电路图。与图3的电路相比，所述第四开关稳压器控制电路有这样的不同点：在延迟电路102的输出端增加锁存器电路110，锁存器电路110由输出电压驱动。一旦电压检测电路100检测到一个电压，锁存器电路110就保持这种状态，并且连续地向EXT端子3输出这样的输出信号，使得开关元件驱动电路16连续地关断开关元件。在开关稳压器工作的同时，当从外电路向锁存器电路110提供复位信号时，可以使锁存器电路110复位，另一种方式是，在接通电源时，当通过提高开关稳压器输出电压来提供复位信号时，也可以使锁存器电路110复位。在图4的情况下，由于在电压检测电路100的输出端不设置延迟电路，所以，一旦电压检测电路100由于噪声而错误地检测到输入电源电压的下降，就会连续地关断开关元件，直到令锁存器电路110复位为止。与此相反，在图5的情况下，因为电压检测电路100被延迟电路102的输出信号锁存，所以有可能避免由于电压检测电路100的错误检测而停止开关稳压器的工作。

如上所述，根据本发明的开关稳压器控制电路工作如下。在输入电源的输出阻抗高的情况下，当开关稳压器控制电路的输入电源电压降到低于或等于开关稳压器控制电路的工作电压，同时开关稳压器在工作，则必定关断开关元件。结果，就得到这样的效果，即没有大的电流连续地流过用于开关稳压器内的开关元件以及设置在电源电路中的开关元件，于是能抑制对电源电路和开关元件的损坏。

Claims (4)

1．一种升压型开关稳压器控制电路，它起码包括误差放大电路和开关元件驱动电路，所述升压型开关稳压器控制电路用于产生高于输入电压的输出电压，其中：

所述误差放大电路由输入电压驱动；

所述开关元件驱动电路由输出电压驱动；

所述升压型开关稳压器控制电路还包括一个由输出电压驱动的电压检测电路；

所述电压检测电路检测输入电压，并且当输入电压降低到低于一个任选的电压时，所述电压检测电路使所述开关元件的所述驱动电路产生这样的信号，后者必定能关断所述开关元件。

2．权利要求1的开关稳压器控制电路，其特征在于所述开关稳压器控制电路还包括：

在所述电压检测电路的输出端采用的延迟电路，所述延迟电路由所述输出电压驱动。

3．权利要求1的开关稳压器控制电路，其特征在于所述开关稳压器控制电路还包括：

在所述电压检测电路的输出端采用的锁存电路，所述锁存电路由所述输出电压驱动。

4．权利要求2开关稳压器控制电路，其特征在于所述开关稳压器控制电路还包括：

在所述延迟电路的输出端采用的锁存电路，所述锁存电路由所述输出电压驱动。

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