CN201409085Y - 直流升压转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流升压转换器，包括电源输入端，一头与电源输入端连接的电感，电源输出端，串接在电源输出端与地之间的第一电容，串联在一起接在电源输出端与地之间的第一电压检测电阻、第二电压检测电阻，还包括接在电源输入端与电源输出端之间的控制装置。本实用新型噪声低、带负载能力高，综合了国外同类电路的优良性能，结合国内现有产线，由于采用启动振荡频率与工作振荡频率这样的双工作频率，减小了启动冲击，提高了工作时的频率，使外接电感的体积减小，从而减少了电磁干扰，转换效率高达94％以上，节能环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源管理电路，尤其涉及一种直流升压转换器。
背景技术
随着便携式电子数码产品的普及，如MP3/MP4，数码相机，掌上电脑等，市场对能应用于中等功率的升压DC-DC转换器需求非常高，但现在国内大量使用的转换器存在效率低、噪声大、带带负载能力弱、工作频率低的问题。制造出性能优良，价廉物美的升压DC-DC转换器，是业内急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型是要解决现有升压转换器效率低、噪声大、带带负载能力弱、工作频率低的问题，提出一种高效率、低噪声、高带负载能力、高工作频率的直流升压转换器。为解决所述技术问题，本实用新型提出的技术方案是： 一种直流升压转换器，包括电源输入端，一头与电源输入端连接的电感，电源输出端，串接在电源输出端与地之间的第一电容，串联在一起接在电源输出端与地之间的第一电压检测电阻、第二电压检测电阻，其还包括接在电源输入端与电源输出端之间的控制装置，所述控制装置包括与所述电源输入端连接的输入端，与所述电源输出端连接的输出端，控制所述控制装置启/停的使能端，接第一电压检测电阻与第二电压检测电阻公共点的电压检测端，连接所述电感另一头的电感端，和接地端。
所述控制装置包括：软启动模块，选择模块，工作振荡信号发生模块，输出驱动模块；其中，软启动模块，与所述的使能端连接，当使能端为高电平且输入端电平超过输入阀值时运行软启动模块，向所述的选择模块输送启动振荡信号；选择模块，从所述的输出端取样，分别连接所述的软启动模块、工作振荡信号发生模块与输出驱动模块，当控制装置上电时选通软启动模块向输出驱动模块输出的所述的启动振荡信号，当输出端的电压值超过输出阀值时选通工作振荡信号发生模块向输出驱动模块输出的工作振荡信号。工作振荡信号发生模块，与所述的选择模块连接，向其发出所述的工作振荡信号；输出驱动模块，分别连接所述的输出端与电感端，接收所述的选择模块送来的启动振荡信号或工作振荡信号，使所述输出端得到稳定的电源输出。
所述的软启动模块包括串接的缓冲模块和启动振荡器。
所述的选择模块包括彼此连接的电压比较器和选择器，所述的电压比较器从所述的输出端取样；所述的选择器分别与所述的启动振荡器和所述的工作振荡信号发生模块连接。
所述的工作振荡信号发生模块包括依次串接的脉冲宽度调节器、工作振荡器、斜率补偿器、电流比较器、误差放大器、基准电源；其中，所述的工作振荡器与所述的选择器连接，向其发送所述的工作振荡信号；所述的脉冲宽度调节器与所述的电流比较器连接，接受电流比较信号，以调整脉冲宽度；所述的误差放大器连接所述的电压检测端，用该端的电压信号和基准电源做对比进行误差计算，在将误差计算结果送所述的电流比较器。
所述的输出驱动模块包括依次串接的主开关装置、同步驱动控制器、同步开关装置，所述主开关装置与同步开关装置的公共端接所述电感端；所述同步开关装置的另一端接所述输出端；所述同步驱动控制器连接所述的选择器，并接受所述的启动振荡信号或工作振荡信号；所述同步驱动控制器控制所述主开关装置与同步开关装置轮流导通，直流电源经所述电感向所述输出端供电。
所述的主开关装置为N型场效应管NMOS，所述的同步开关装置为P型场效应管，所述的同步驱动控制器包括串接的死区控制器和双稳态多谐振荡器，所述的死区控制器分别向所述的NMOS管和PMOS管的栅极发出主驱动控制信号和同步驱动控制信号。
所述的输入阀值为直流0.95伏，所述的输出阀值为直流1.8伏
本实用新型公开的直流升压转换器，噪声低、带负载能力高，综合了国外同类电路的优良性能，结合国内现有产线，由于采用启动振荡频率与工作振荡频率这样的双工作频率，减小了启动冲击，提高了工作时的频率，使外接电感的体积减小，从而减少了电磁干扰，转换效率高达94％以上，节能环保。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作出详细的说明，其中：
图1为本实用新型较佳实施例电路示意图；
图2为控制装置组成模块示意图；
图3为工作振荡器及时钟电路图；
图4为工作振荡信号与时钟信号波形图；
图5为输出驱动模块电路图；
图6为同步驱动信号时序图。
具体实施方式
图1为本实用新型较佳实施例电路示意图，从图中可以看出本实用新型包括电源输入端，一头与电源输入端连接的电感L1，电源输出端，串接在电源输出端与地之间的第一电容C2，串联在一起接在电源输出端与地之间的第一电压检测电阻R1、第二电压检测电阻R2，接在电源输入端与电源输出端之间的控制装置，控制装置包括与电源输入端连接的输入端VIN，与电源输出端连接的输出端VOUT，控制控制装置启/停的使能端EN，接第一电压检测电阻R1与第二电压检测电阻R2公共点的电压检测端，连接电感L1另一头的电感端SW，和接地端。当使能端EN为高电平时，控制装置启动工作，通过内部的软启动模块，使内部的输出模块运作，向输出端VOUT输出比输入端VIN电压高的直流电压，电压检测端FB反馈输出电压，经内部电路处理后，通过输出端VOUT输出稳定的电压电流。
图2为控制装置组成模块示意图，图5为输出驱动模块电路图，从两图中可以看出控制装置包括软启动模块1、选择模块2、工作振荡信号发生模块3和输出驱动模块4。软启动模块1包括缓冲模块和启动振荡器；选择模块包括电压比较器和选择器；工作振荡信号发生模块包括脉冲宽度调节器、工作振荡器、斜率补偿器、电流比较器、误差放大器、基准电源；输出驱动模块包括依次串接的主开关装置、同步驱动控制器、同步开关装置。在较佳实施例中软启动模块中的缓冲模块是上电电容，主开关装置为N型场效应管NMOS，同步开关装置为P型场效应管PMOS。使能端控制电路的关断，当使能端为低电平时，整个电路关断，当使能端为高电平时并且电源电压大于输入阀值0.95V时，转换器开始工作。为防止突然上电有突发电流，上电电流经缓冲模块连接启动振荡器，启动振荡器向选择器输送一个约150Khz的启动振荡信号，该信号频率会随着输入电压的变化而呈线性变化，选择器上电初期选通软启动模块1向输出驱动模块4输出的启动振荡信号，该信号加到主开关N型场效应管NMOS栅极，主开关NMOS驱动电感L1，从而不断抬高SW端的电平。这时同步开关P型场效应管PMOS等效于一个正向二极管，输出电压Vout＝Vsw-0.6V，Vout随Vsw升高也不断升高，Vout同时也作为电源电压给电路内部除软启动模块1之外的其它模块供电。当Vout大于1.8V时，基准电源开始为电路内部提供恒定的电压和电流，选择器选断启动振荡器启动振荡信号，而选通工作振荡器产生的频率为1.4Mhz的工作振荡信号，该信号频率不会随供电电压和电路温度变化，因而能保证电路能输出电压恒定和驱动电流恒定。主开关N型场效应管NMOS的开关信号Ah24的频率切换到1.4Mhz，Ah24的脉冲宽度由误差放大器和电流比较器决定，当Vout大于2.3V时，同步开关PMOS管开始工作，同步驱动信号Ah23和主开关驱动信号Ah24有着严格时序要求，使之不能同时导通，也要控制不能引起电感太大的过冲，当输出电压达到预定值时，电路环路就能稳定工作，能提供稳定的电压和恒定的电流输出。
图3为工作振荡器及时钟电路图，图4为工作振荡信号与时钟信号波形图，从图中可以看出工作振荡器包括两个PMOS管M0、M1组成的镜像电流源、运算放大器OP AMP、电阻RT、电容CT、2个NMOS管M2、M3。参看图3，图中最左边的运算放大器(OP AMP)的输入是Vref，Vref为基准电压输出，是一恒定值，它在电阻RT上产生一恒定电流I1，I1＝Vref/RT，PMOS管M0、M1组成镜像电流源，当M0、M1完全对称时，对电容CT的充电电流为I1，对电容CT的放电则由PMOS管M2决定，在这个设计中，放电电流I2＞＞I1，Vramp的输出即为一斜波信号，它的频率Framp＝I1/[(VH-VL)RT]。同时，两个运算放大器和RS触发器组成了一个双电平比较振荡器，振荡器的频率Fosc＝Vref/[(VH-VL)RTCT]，因为I1＝Vref/RT，所以斜波信号和振荡器产生的时钟信号是同步的，两者波形可参看图4。
从图5中可以看出输出驱动模块包括主开关管NMOS、同步开关管PMOS、死区控制器dead-time和双稳态多谐振荡器RS flip-flop。主开关管NMOS与同步开关管PMOS对电感充电，这两个开关管的栅极驱动信号ah23和ah24使两个开关管不会同时导通，两管导通期之间存在一个两管都不导通的死区，这样既保证主开关NMOS管关断一定时间后同步开关PMOS管才打开，同样同步开关PMOS管关断一定时间后才打开NMOS管。图6示出了主开关信号ah24、同步开关信号ah23、电感端SW三者的时序关系。
本使用新型用于适用于MP3、MP4、DVD、机顶盒、GPS、数码相框、数码相机等便携式电子产品，转换效率高达94％。
Claims (8)
1、一种直流升压转换器，包括电源输入端，一头与电源输入端连接的电感，电源输出端，串接在电源输出端与地之间的第一电容，串联在一起接在电源输出端与地之间的第一电压检测电阻、第二电压检测电阻，其特征在于：还包括接在电源输入端与电源输出端之间的控制装置，所述控制装置包括与所述电源输入端连接的输入端，与所述电源输出端连接的输出端，控制所述控制装置启/停的使能端，接第一电压检测电阻与第二电压检测电阻公共点的电压检测端，连接所述电感另一头的电感端，和接地端。
2、如权利要求1所述的直流升压转换器，其特征在于：所述控制装置包括：软启动模块(1)，选择模块(2)，工作振荡信号发生模块(3)，输出驱动模块(4)；其中，
软启动模块(1)，与所述的使能端连接，当使能端为高电平且输入端电平超过输入阀值时运行软启动模块，向所述的选择模块(2)输送启动振荡信号；
选择模块(2)，从所述的输出端取样，分别连接所述的软启动模块(1)、工作振荡信号发生模块(3)与输出驱动模块(4)，当控制装置上电时选通软启动模块(1)向输出驱动模块(4)输出的所述的启动振荡信号，当输出端的电压值超过输出阀值时选通工作振荡信号发生模块(3)向输出驱动模块(4)输出的工作振荡信号。
工作振荡信号发生模块(3)，与所述的选择模块(2)连接，向其发出所述的工作振荡信号；
输出驱动模块(4)，分别连接所述的输出端与电感端，接收所述的选择模块(2)送来的启动振荡信号或工作振荡信号，使所述输出端得到稳定的电源输出。
3、如权利要求2所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的软启动模块包括串接的缓冲模块和启动振荡器。
4、如权利要求3所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的选择模块包括彼此连接的电压比较器和选择器，所述的电压比较器从所述的输出端取样；所述的选择器分别与所述的启动振荡器和所述的工作振荡信号发生模块连接。
5、如权利要求4所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的工作振荡信号发生模块包括依次串接的脉冲宽度调节器、工作振荡器、斜率补偿器、电流比较器、误差放大器、基准电源；其中，
所述的工作振荡器与所述的选择器连接，向其发送所述的工作振荡信号；
所述的脉冲宽度调节器与所述的电流比较器连接，接受电流比较信号，以调整脉冲宽度；
所述的误差放大器连接所述的电压检测端，用该端的电压信号和基准电源做对比进行误差计算，在将误差计算结果送所述的电流比较器。
6、如权利要求5所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的输出驱动模块包括依次串接的主开关装置、同步驱动控制器、同步开关装置，所述主开关装置与同步开关装置的公共端接所述电感端；所述同步开关装置的另一端接所述输出端；所述同步驱动控制器连接所述的选择器，并接受所述的启动振荡信号或工作振荡信号；所述同步驱动控制器控制所述主开关装置与同步开关装置轮流导通，直流电源经所述电感向所述输出端供电。
7、如权利要求6所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的主开关装置为N型场效应管NMOS，所述的同步开关装置为P型场效应管，所述的同步驱动控制器包括串接的死区控制器和双稳态多谐振荡器，所述的死区控制器分别向所述的NMOS管和PMOS管的栅极发出主驱动控制信号和同步驱动控制信号。
8、如权利要求1所述的直流升压转换器，其特征在于：所述的输入阀值为直流0.95伏，所述的输出阀值为直流1.8伏。
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