CN203071816U - 开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种开关电源电路。所述开关电源电路包括：输入端口，接收输入信号；储能端口，提供储能电压；电感，具有第一端和第一端，其第一端耦接至输入端口；功率级电路，耦接在所述电感的第二端和储能端口之间；储能电容耦接在储能端口和参考地之间；升压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号大于升压阈值时，所述升压控制器输出升压控制信号；以及降压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号小于降压阈值，同时储能电压大于输入信号时，所述降压控制器输出降压控制信号。所述开关电源电路降低了电路功耗，提高了系统效率。

Description

开关电源电路
技术领域
本实用新型涉及一种电子电路，更具体地说，本实用新型涉及一种开关电源电路。
背景技术
在典型的数字用户线路应用、非对称数字用户环路以及固态硬盘驱动等应用中。为了在系统掉电时给系统供电，常将多个储能电容并联耦接在一起。但这将增加系统成本。
以高压形式存储电能，并在掉电时释放该电能，能够减少储能电容的数量。现有技术采用电荷泵和LDO(低压差)电路的结合来管理能量，其中电荷泵将系统的输入信号转换为高压信号，而LDO则负责在系统掉电时释放该高压信号，以维持系统的工作。但是，电荷泵包括多个开关，将使系统变得复杂。尤其是需要将输入信号转化为电压值很高的高压信号时，电荷泵所需的开关就更多了。同时，在释放高压信号时，LDO电路的功耗较大，加重了系统的负担，严重影响了系统的效率。
实用新型内容
因此本实用新型的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种
根据上述目的，本实用新型提出了一种开关电源电路，其特征在于，包括：输入端口，接收输入信号；储能端口，提供储能电压；电感，具有第一端和第一端，其中所述第一端耦接至输入端口接收输入信号；功率级电路，耦接在所述电感的第二端和储能端口之间；储能电容耦接在储能端口和参考地之间；升压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号大于升压阈值时，所述升压控制器输出升压控制信号；以及降压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号小于降压阈值，同时储能电压大于输入信号时，所述降压控制器输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述的开关电源电路还包括前馈电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至输入端口接收输入信号，所述输出端输出前馈信号。
在一个实施例中，所述的开关电源电路还包括输入电容，所述输入电容耦接在输入端口和参考地之间。
在一个实施例中，所述功率级电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述上拉功率管和所述下拉功率管串联耦接在储能端口和参考地之间，两者的共同连接节点耦接至电感的第二端。
在一个实施例中，所述升压控制器包括：第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与所述升压阈值相关的第一阈值信号，所述输出端输出升压指示信号；以及升压控制逻辑电路，具有输入端和输出端，其中所述输入端耦接至第一比较器的输出端接收升压指示信号，所述输出端输出升压控制信号。
在一个实施例中，所述降压控制器包括：第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；以及降压控制逻辑电路，具有输入端和输出端，其中，所述输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述降压控制器包括：第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；迟滞比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，第二输入端接收参考信号，所述输出端输出开关控制信号；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述第二输入端耦接至迟滞比较器的输出端接收开关控制信号，所述输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述降压控制器包括：第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；恒定导通时长电路，接收表征输入信号的前馈信号，输出开关控制信号；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述第二输入端耦接至恒定导通时长电路接收开关控制信号，所述输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述逻辑电路包括与门。
根据本实用新型各方面的上述开关电源电路降低了电路功耗，提高了系统效率。
附图说明
图1为图1为根据本实用新型一实施例的开关电源电路100的电路示意图；
图2为根据本实用新型一实施例的开关电源电路200的电路示意图；
图3为根据本实用新型一实施例的开关电源电路300的电路示意图；
图4为根据本实用新型一实施例的开关电源电路400的电路示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1为根据本实用新型一实施例的开关电源电路100的电路示意图。如图1所示，开关电源电路100包括：输入端口，接收输入信号VIN；储能端口，提供储能电压VS；电感103，具有第一端和第一端，其中所述第一端耦接至输入端口接收输入信号VIN；功率级电路110，耦接在所述电感103的第二端和储能端口之间；储能电容104耦接在储能端口和参考地之间，用以储能；升压控制器105，接收表征输入信号VIN的前馈信号，在输入信号VIN大于升压阈值时，所述升压控制器105输出升压控制信号来控制功率级电路110工作在升压模式；以及降压控制器106，接收表征输入信号VIN的前馈信号，在输入信号VIN小于降压阈值，同时储能电压VS大于输入信号VIN时，所述降压控制器106输出降压控制信号来控制功率级电路110工作在降压模式；其中，所述降压阈值小于所述升压阈值。
在一个实施例中，所述开关电源电路100还包括欠压锁定电路(图中未示出)。所述欠压锁定电路将输入信号VIN与欠压锁定参考信号相比较：当输入信号VIN大于欠压锁定参考信号时，所述开关电源电路100开始正常工作；当输入信号VIN小于或等于欠压锁定参考信号时，所述开关电源电路100停止工作。
在一个实施例中，所述开关电源电路100还包括输入电容107。所述输入电容107耦接在输入端口和参考地之间，用来平滑输入信号VIN的波形。
在一个实施例中，所述功率级电路110包括上拉功率管101和下拉功率管102。所述上拉功率管101和所述下拉功率管102串联耦接在储能端口和参考地之间，两者的共同连接节点耦接至电感103的第二端。
在一个实施例中，所述上拉功率管101和所述下拉功率管102均包括金属氧化物半导体场效应管。本领域普通技术人员应该知道，上拉功率管101和下拉功率管102也可能包括例如绝缘栅门极晶体管、三极管之类的其它半导体器件。
当输入信号VIN大于欠压锁定参考信号时，所述开关电源电路100正常工作。在输入信号VIN大于升压阈值时，降压控制器106被屏蔽，升压控制器105提供升压控制信号给功率级电路110，使功率级电路110工作在升压模式。在该模式下，储能端口的储能电压VS被抬高；在输入信号VIN小于降压阈值，同时储能电压VS的值大于输入信号VIN的值时，升压控制器105被屏蔽，降压控制器106提供降压控制信号给功率级电路110，使功率级电路110工作在降压模式。在该模式下，储存在储能电容104中的能量释放至功率级电路110和电感103；在输入信号VIN小于升压阈值但大于降压阈值时，所述功率级电路110维持原先的工作模式。
图2为根据本实用新型一实施例的开关电源电路200的电路示意图。在图2中，采用与图1类似的附图标记表示相同的元件，其中附图标记是三位数字，第一位是“2”，第二位和第三位与图1中的相应元件的相应数字相同。为叙述简明，对两个实施例中相同的元件将不再详述。
所述开关电源电路200包括升压控制器205和降压控制器206。如图2所示，所述升压控制器205包括：第一比较器51，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号，所述第二输入端接收第一阈值信号Vref1，基于前馈信号和第一阈值信号Vref1，所述第一比较器51在输出端输出升压指示信号PWM_boost；以及升压控制逻辑电路52，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一比较器51的输出端接收升压指示信号PWM_boost，基于升压指示信号PWM_boost，所述升压控制逻辑电路52在输出端输出升压控制信号。所述降压控制器206包括：第二比较器61，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号，所述第二输入端接收第二阈值信号Vref2，基于所述前馈信号和第二阈值信号Vref2，所述第二比较器61在输出端输出降压指示信号PWM_buck；以及降压控制逻辑电路62，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第二比较器61的输出端接收降压指示信号PWM_buck，基于所述降压指示信号PWM_buck，所述降压控制逻辑电路62在输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述第一阈值信号Vref1大于所述第二阈值信号Vref2。其中，第一阈值信号Vref1与升压阈值相关，第二阈值信号Vref2与降压阈值相关。
在一个实施例中，所述开关电源电路200还包括前馈电路208。所述前馈电路208具有输入端和输出端，所述输入端耦接至输入端口接收输入信号VIN，并且基于输入信号VIN，所述前馈电路208在输出端输出前馈信号。在一个实施例中，前馈电路208包括第一电阻和第二电阻。所述第一电阻和第二电阻串联耦接在输入端口和参考地之间，两者的共同连接节点提供前馈信号。
图3为根据本实用新型一实施例的开关电源电路300的电路示意图。在图3中，采用与图1类似的附图标记表示相同的元件，其中附图标记是三位数字，第一位是“3”，第二位和第三位与图1中的相应元件的相应数字相同。为叙述简明，对两个实施例中相同的元件将不再详述。
所述开关电源电路300包括降压控制器306。如图3所示，所述降压控制器306包括：第二比较器61具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号，所述第二输入端接收第二阈值信号Vref2，基于所述前馈信号和所述第二阈值信号Vref2，所述第二比较器61在输出端输出降压指示信号PWM_buck；迟滞比较器63具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号，第二输入端接收参考信号VR，基于所述前馈信号、参考信号VR和迟滞比较器63的迟滞宽度(inherent hysteresis)，所述迟滞比较器63在输出端输出开关控制信号；以及逻辑电路64，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器61的输出端接收降压指示信号PWM_buck，所述第二输入端耦接至迟滞比较器63的输出端接收开关控制信号，基于所述降压指示信号PWM_buck和开关控制信号，所述逻辑电路64在输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述逻辑电路64包括与门。
当输入信号VIN大于欠压锁定参考信号时，所述开关电源电路300正常工作。在前馈信号大于所述第一阈值信号Vref1时，也就是在输入信号VIN的值大于升压阈值时，降压控制器306被屏蔽，升压控制器305正常工作，所述功率级电路310工作在升压模式；在前馈信号的值小于第二阈值信号Vref2，也就是输入信号VIN小于降压阈值，并且储能电压VS大于输入信号VIN时，升压控制器305被屏蔽，降压控制器306正常工作，所述功率级电路310工作在降压模式。具体而言，当功率级电路310工作在降压模式时，一方面，所述第二比较器61提供逻辑高电平的降压指示信号PWM_buck给与门；另一方面，前馈信号与迟滞比较器63的上下限相比较，其中迟滞比较器63的上下限由参考信号VR和迟滞比较器63的迟滞宽度决定。当前馈信号低于迟滞比较器63的下限时，开关控制信号为逻辑高电平，从而逻辑电路64产生的降压指示信号PWM_buck为高电平。此时，上拉功率管301导通，下拉功率管302关断，使得上拉功率管301的导通时间被延长，而下拉功率管302的导通时间被缩短，导致输入信号VIN的值上升。当输入信号VIN的值上升至使前馈信号达到迟滞比较器63的上限时，迟滞比较器63输出的开关控制信号跳转为低电平，使得逻辑电路64产生的降压指示信号PWM_buck也为低电平。相应地，上拉功率管301关断，下拉功率管302导通，使得上拉功率管301的导通时间被缩短，下拉功率管的导通时间被延长，导致输入信号VIN的值下降。当输入信号VIN的值降低至使前馈信号达到迟滞比较器63的下限时，降压控制器306重新导通上拉功率管301，并且关断下拉功率管302，上述工作过程重复。当开关电源电路工作在降压模式下时，通过上述电压调节方式，迟滞比较器63使得输入信号VIN的值能够跟随参考信号VR的值。
图4为根据本实用新型一实施例的开关电源电路400的电路示意图。在图4中，采用与图1类似的附图标记表示相同的元件，其中附图标记是三位数字，第一位是“4”，第二位和第三位与图1中的相应元件的相应数字相同。为叙述简明，对两个实施例中相同的元件将不再详述。
所述开关电源电路400包括降压控制器406。如图4所示，所述降压控制器406包括：第二比较器61，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号，所述第二输入端接收第二阈值信号Vref2，基于所述前馈信号和第二阈值信号Vref2，所述第二比较器61在输出端输出降压指示信号PWM_buck；恒定导通时长电路65，接收表征输入信号VIN的前馈信号，基于所述前馈信号，所述恒定导通时长电路65输出开关控制信号；以及逻辑电路64，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器61的输出端接收降压指示信号PWM_buck，所述第二输入端耦接至恒定导通时长电路65接收开关控制信号，基于所述降压指示信号PWM_buck和开关控制信号，所述逻辑电路64在输出端输出降压控制信号。
在一个实施例中，所述逻辑电路64包括与门。
当输入信号VIN大于欠压锁定参考信号时，所述开关电源电路400正常工作。当开关电源电路400工作在降压模式时，恒定导通时长电路65输出的开关控制信号在每一开关周期内都具有固定的导通时长和可变的关断时长，因此，通过调节开关控制信号的关断时长可将输入信号VIN的值固定在预设值上。
以上列出了根据本实用新型实施例的部分开关电源电路。与传统电路相比，上述开关电源电路只需用到一个功率级电路(即只需要串联连接的两个功率管)，通过升降压工作模式的转换，即可实现电能的存储和释放。并且，上述开关电源电路可通过调节功率级电路得到具有任意值的储能电压，无需像电荷泵一样变更开关数量。此外，所述功率级电路工作在开关模式，降低了电路的功耗，从而提高了系统的效率。
虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括：
输入端口，接收输入信号；
储能端口，提供储能电压；
电感，具有第一端和第一端，其中所述第一端耦接至输入端口接收输入信号；
功率级电路，耦接在所述电感的第二端和储能端口之间；
储能电容耦接在储能端口和参考地之间；
升压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号大于升压阈值时，所述升压控制器输出升压控制信号；以及
降压控制器，接收表征输入信号的前馈信号，在输入信号小于降压阈值，同时储能电压大于输入信号时，所述降压控制器输出降压控制信号。
2.如权利要求1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前馈电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至输入端口接收输入信号，所述输出端输出前馈信号。
3.如权利要求1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输入电容，所述输入电容耦接在输入端口和参考地之间。
4.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述功率级电路包括上拉功率管和下拉功率管，所述上拉功率管和所述下拉功率管串联耦接在储能端口和参考地之间，两者的共同连接节点耦接至电感的第二端。
5.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述升压控制器包括：
第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与所述升压阈值相关的第一阈值信号，所述输出端输出升压指示信号；以及
升压控制逻辑电路，具有输入端和输出端，其中所述输入端耦接至第一比较器的输出端接收升压指示信号，所述输出端输出升压控制信号。
6.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述降压控制器包括：
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；以及
降压控制逻辑电路，具有输入端和输出端，其中，所述输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述输出端输出降压控制信号。
7.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述降压控制器包括：
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；
迟滞比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，第二输入端接收参考信号，所述输出端输出开关控制信号；以及
逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述第二输入端耦接至迟滞比较器的输出端接收开关控制信号，所述输出端输出降压控制信号。
8.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述降压控制器包括：
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端接收表征输入信号的前馈信号，所述第二输入端接收与降压阈值相关的第二阈值信号，所述输出端输出降压指示信号；
恒定导通时长电路，接收表征输入信号的前馈信号，输出开关控制信号；以及
逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端耦接至第二比较器的输出端接收降压指示信号，所述第二输入端耦接至恒定导通时长电路接收开关控制信号，所述输出端输出降压控制信号。
9.如权利要求7或8任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述逻辑电路包括与门。
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