CN205753979U - 开关电源转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电源转换器。包括，输入电压端，SW端，接地端，第一开关器件，第二开关器件，第一驱动电路，连接BOOT端和SW端，在一脉宽调制信号的作用下提供BOOT端的电压至第一开关器件的控制端或SW端电压至第一开关器件的控制端；一运算放大器和场效应管组成的单元电路，对BOOT端、SW端的电压进行运算后提供给BOOT端，在开关电源转换器的芯片外部，自举升压端SW与SW端之间连接一充电电容。本实用新型结构简单，可以对开关电源转换器的第一驱动电路供电电压之间的差值进行实时检测，以驱动开关管的导通，实现对开关电源有效控制和保护。

Description

开关电源转换器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电源转换器。

背景技术

对于高压或大电流的开关电源转换芯片来说，由于N沟道MOS管的导通电阻较小，一般是P沟道MOS管的三分之一左右，采用N沟道MOS管的芯片可以比采用P沟道MOS管占用更小的面积，具有更小的导通损耗，因而通常采用N沟道MOS管作为开关电源转换器的开关器件。 N沟道MOS管需要在栅极和源极之间的电压降Vgs大于一阈值电压时，才会导通，阈值电压的存在会产生较大的功耗；如图1所示，对于上下管都是N管的拓扑来说，通常设置自举升压电路以便让上管的阈值电压，不会影响到电源端VDD到开关节点SW的压降；具体通过在BS端和开关节点SW之间设置一电容C2，一5V电源电压通过二极管D1给电容C2充电，BS端提供驱动电路所需的高端电压。理想情况下，当下管M2导通时，开关节点SW处于零电压，5V电源电压通过二极管D1给电容C2快速充电，使得电容C2两端的电压为+5V，此时BS端电压为+5V；当上管M2导通时，SW端电压会由零电压升高至输入电压VDD，由于电容两端的电压不能突变，这时BS电压为5V+VDD，然而轻载模式下上管M1和下管M2都关掉时，开关节点SW为悬浮状态，此时开关节点SW近似等于输出端电压Vout，使得 轻载时上管M1的栅极和源极之间没有压降，升压电路不起作用；或者当下管M2导通时，如果开关节点SW为负值，而BS端电压则可能会偏高，上述的电路环境下会使得电路呈现不受控的状态，影响电路的正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种开关电源转换器以解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种开关电源转换器，其特征在于，包括，

一输入电压端IN，

一SW端，

一接地端GND，

一第一开关器件M1，设置于输入电压端IN与SW端之间的电路上；

一第二开关器件M2，设置于SW端与接地端GND之间的电路上；

一第一驱动电路，连接BOOT端和SW端，在一脉宽调制信号的作用下提供BOOT端的电压至第一开关器件M1的控制端或SW端电压至第一开关器件M1的控制端；

一运算放大器和场效应管组成的控制电路，对BOOT端、SW端的电压进行运算后提供给BOOT端，在开关电源转换器的芯片外部，自举升压端SW与SW端之间连接一充电电容。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，第一开关器件M1和第二开关器件M2都采用N沟通MOS管。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，所述第一开关器件M1的漏极连接输入电压端IN，第一开关器件M1的源极连接SW端，第一开关器件M1的栅极连接第一驱动电路的信号输出端；第二开关器件M2的漏极连接SW端，第二开关器件M2的源极连接接地端GND。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，所述脉宽调制信号通过一控制电路产生，控制电路包括，

一误差放大器，用以对一电压反馈信号FB与参考电压进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用以对一电流检测信号及误差放大信号进行比较，产生一比较信号；

一振荡器，用于产生时钟信号；

一RS触发器，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号。RS 触发器的Q端连接第一驱动电路，RS触发器的Q负端连接一缓冲器，缓冲器的信号输出端连接第二开关器件M2的控制端。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，所述振荡器还用于输出一矩形补偿信号，用于对电流检测信号进行补偿。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，所述电压反馈信号FB，所述通过一输出端引出的反馈网络实现，所述反馈网络连接于SW端与接地端GND之间。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，所述电流检测信号通过一电流检测支路实现，电流检测支路包括一检测电阻，串联与输入电压端和第一开关器件M1之间的电路上，检测电阻的两端分别连接一差分放大器，用于产生电流检测信号。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，当电压反馈信号FB低于0.7V时，振荡器工作于低频率输出模式，当电压反馈信号FB高于0.7V时，振荡器工作于高频率输出模式。

优选地，上述的开关电源转换器，其中，还包括软启动电路， 软启动电路的输出端连接误差放大器，用于在电路的输入端上电时，使误差放大器的输出电压缓慢抬升，让系统逐渐进入稳定的工作状态，一旦系统启动，软启动电路将不再发生作用。

有益效果：由于采用以上技术方案，本实用新型结构简单，可以对开关电源转换器的第一驱动电路供电电压之间的差值进行实时检测，以驱动开关管M1的导通，实现对开关电源有效控制和保护。

附图说明

图1为现有技术的电路示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

一种具体实施例，开关电源转换器，如图2所示，

包括，

一输入电压端IN，

一SW端，

一接地端GND，

一第一开关器件M1，设置于输入电压端IN与SW端之间的电路上；

一第二开关器件M2，设置于SW端与接地端GND之间的电路上；

一第一驱动电路1，连接BOOT端和SW端，在一脉宽调制信号的作用下提供BOOT端的电压至第一开关器件M1的控制端或SW端电压至第一开关器件M1的控制端；

一运算放大器211和场效应管221组成的控制电路2，对BOOT端、SW端的电压进行运算后提供给BOOT端，在开关电源转换器的芯片外部，自举升压端SW与SW端之间连接一充电电容。其中，运算放大器211的反相输入端（-）通过一第三电阻R3连接一参考电压Vref，运算放大器211的同相输入端（+）与第二输入端之间的电路上串联第二电阻R2。运算放大器的同相输入端（+）通过一第一电阻R1连接接地端PGND。 第二输入端与BOOT端之间串联一第五电阻R5。 第一电阻R1与第三电阻R3的阻值相等，第二电阻R2与第四电阻R4的阻值相等。第二电阻R2的阻值是第一电阻R1阻值的m倍，其中m的取值范围为1至10倍。参考电压的取值为1.03V时，m的取值为5至6倍。场效应管221的源极连接输入电压端IN，场效应管221的漏极串联一二极管222的阳极，二极管222的阴极连接第二输入端。

本实用新型结构简单，可以对第一驱动电路供电电压之间的差值进行实时检测，以驱动开关管M1的导通，实现对开关电源有效控制和保护。

作为本实用新型的一种优选的实施例，第一开关器件M1和第二开关器件M2都采用N沟通MOS管，第一开关器件M1的漏极连接输入电压端IN，第一开关器件M1的源极连接SW端，第一开关器件M1的栅极连接第一驱动电路1的信号输出端；第二开关器件M2的漏极连接SW端，第二开关器件M2的源极连接接地端GND。

作为本实用新型的一种优选的实施例，脉宽调制信号通过一控制电路产生，控制电路包括，

一误差放大器3，用以对一电压反馈信号FB与参考电压进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器4，用以对一电流检测信号及误差放大信号进行比较，产生一比较信号；

一振荡器5，用于产生时钟信号；

一RS触发器6，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号。RS 触发器6的Q端连接第一驱动电路1，RS触发器6的Q负端连接一缓冲器7，缓冲器7的信号输出端连接第二开关器件M2的控制端。

由于最终控制信号要控制的是大功率开关管，而功率管一般W/L比较大，其寄生电容也相对较大，在开关频率较高的情况下，需要较大的驱动电流来驱动功率管，因此，开关控制信号需要一定的驱动电路来加强信号的驱动能力。

作为本实用新型的一种优选的实施例，振荡器5还用于输出一矩形补偿信号，用于对电流检测信号进行矩形补偿。具体地，设置累加器11将矩形补偿信号与电流检测信号进行累加。累加后的信号输入比较器4以和误差放大信号进行比较产生比较信号。

作为本实用新型的一种优选的实施例，电压反馈信号FB通过一输出端引出的反馈网络实现。反馈网络连接于SW端与接地端GND之间。

作为本实用新型的一种优选的实施例，电流检测信号通过一电流检测支路实现，电流检测支路包括一检测电阻，串联与输入电压端和第一开关器件M1之间的电路上，检测电阻的两端分别连接一差分放大器8，用于产生电流检测信号。

作为本实用新型的一种优选的实施例，控制电路还包括一振荡器5，用于产生脉冲信号，并依据电压反馈信号可选择地工作于高频率输出模式或低频率输出模式。具体通过将电压反馈信号FB与一0.7V的参考电压进行比较，当电压反馈信号FB低于0.7V时，振荡器5工作于低频率输出模式，当电压反馈信号FB高于0.7V时，振荡器5工作于高频率输出模式。

作为本实用新型的一种优选的实施例，本实用新型还包括软启动电路9， 软启动电路9的输出端连接误差放大器3，用于在电路的输入端上电时，使误差放大器3的输出电压缓慢抬升，让系统逐渐进入稳定的工作状态，一旦系统启动，软启动电路将不再发生作用。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种开关电源转换器，其特征在于，包括，

一输入电压端IN，

一SW端，

一接地端GND，

一第一开关器件M1，设置于输入电压端IN与SW端之间的电路上；

一第二开关器件M2，设置于SW端与接地端GND之间的电路上；

一第一驱动电路，连接BOOT端和SW端，在一脉宽调制信号的作用下提供BOOT端的电压至第一开关器件M1的控制端或SW端电压至第一开关器件M1的控制端；

一运算放大器和场效应管组成的控制电路，对BOOT端、SW端的电压进行运算后提供给BOOT端，在开关电源转换器的芯片外部，自举升压端SW与SW端之间连接一充电电容。

2.根据权利要求1所述的开关电源转换器，其特征在于，第一开关器件M1和第二开关器件M2都采用N沟通MOS管。

3.根据权利要求2所述的开关电源转换器，其特征在于，所述第一开关器件M1的漏极连接输入电压端IN，第一开关器件M1的源极连接SW端，第一开关器件M1的栅极连接第一驱动电路的信号输出端；第二开关器件M2的漏极连接SW端，第二开关器件M2的源极连接接地端GND。

4.根据权利要求1所述的开关电源转换器，其特征在于，所述脉宽调制信号通过一控制电路产生，控制电路包括，

一误差放大器，用以对一电压反馈信号FB与参考电压进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用以对一电流检测信号及误差放大信号进行比较，产生一比较信号；

一振荡器，用于产生时钟信号；

一RS触发器，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号，RS 触发器的Q端连接第一驱动电路，RS触发器的Q负端连接一缓冲器，缓冲器的信号输出端连接第二开关器件M2的控制端。

5.根据权利要求4所述的开关电源转换器，其特征在于，所述振荡器还用于输出一矩形补偿信号，用于对电流检测信号进行矩形补偿。

6.根据权利要求1所述的开关电源转换器，其特征在于，所述电压反馈信号FB，所述通过一输出端引出的反馈网络实现，所述反馈网络连接于SW端与接地端GND之间。

7.根据权利要求4所述的开关电源转换器，其特征在于，所述电流检测信号通过一电流检测支路实现，电流检测支路包括一检测电阻，串联与输入电压端和第一开关器件M1之间的电路上，检测电阻的两端分别连接一差分放大器，用于产生电流检测信号。

8.根据权利要求6所述的开关电源转换器，其特征在于，当电压反馈信号FB低于0.7V时，振荡器工作于低频率输出模式，当电压反馈信号FB高于0.7V时，振荡器工作于高频率输出模式。

9.根据权利要求1所述的开关电源转换器，其特征在于，还包括软启动电路， 软启动电路的输出端连接误差放大器，用于在电路的输入端上电时，使误差放大器的输出电压缓慢抬升，让系统逐渐进入稳定的工作状态。