CN210640810U

CN210640810U - 高压buck开关变换器及其相关的集成电路

Info

Publication number: CN210640810U
Application number: CN201921561012.6U
Authority: CN
Inventors: 李伊珂
Original assignee: Jingyi Semiconductor Co ltd
Current assignee: Jingyi Semiconductor Co ltd
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2020-05-29
Anticipated expiration: 2029-09-19

Abstract

公开了一种高压BUCK开关变换器及其相关的集成电路。该开关变换器包括功率管、二极管和集成电路。功率开关的源极和二极管的阴极公共端作为集成电路的接地管脚。该控制电路包括一个反馈电路，用于在二极管续流截止后，检测集成电路接地管脚和开关变换器的参考地之间的电压差，并将其送至集成电路用于判定负载变化情况。该控制电路可用于高压BUCK开关变换器，可快速检测负载变化，有利于提高系统的动态响应速度。

Description

高压BUCK开关变换器及其相关的集成电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路，具体涉及高压BUCK开关变换器及其相关的集成电路。

背景技术

在高压降压运用场合，功率调节器(比如开关模式电压调节器)广泛运用在各种电子设备中。高压降压开关变换器因其电路简单、外围电路元件少、损耗小以及发热低等特点，被广泛运用在小家电控制板电源、工业控制电源供电、 LED照明等电路中。

例如，图1示出了一个传统的高压BUCK开关变换器的电路结构示意图。该高压BUCK开关变换器包括整流电路、输入滤波电容C_IN和高压BUCK开关电路。其中，高压BUCK开关电路包括集成电路501，二极管D，输出电感L_OUT、输出电容C_OUT和反馈电路502。

通常，集成电路501包括输入管脚IN、反馈管脚FB和接地管脚GND2。集成电路501内部包括一个功率开关管，该功率开关管的漏极耦接输入管脚IN，该功率开关管的源极耦接集成电路501接地管脚GND2，并通过二极管D电连接至高压BUCK开关变换器的逻辑地GND1。反馈管脚FB接收一个代表输出端OUT的输出电压信号V_OUT的反馈信号，并根据反馈信号控制功率开关管的导通和关断，进而将输入电容C_IN两端的直流输入电压V_DC转换为输出电压信号 V_OUT。

在图1示出的高压BUCK开关变换器中，由于集成电路501的接地管脚 GND2和AC-DC开关变换器的逻辑地GND1是两个不同的电位，因此，很难直接实时采集输出电压信号V_OUT送至集成电路501进行控制调节。通常，我们采用一个反馈电路502耦接在输出端OUT和集成电路501接地管脚GND2之间。当集成电路501内的主开关管关断，二极管D续流导通时，集成电路501的接地管脚GND2与逻辑地GND1电连接，此时，接地管脚GND2与逻辑地GND1 之间具有一个固定电压差(二极管D的导通压降)，因此，反馈电路502产生的反馈信号可代表输出电压信号V_OUT。

但是，当高压BUCK开关变换器工作在轻载或空载时，反馈管脚FB的电压为零，接地管脚GND2的电压与输出电压信号V_OUT的值相等，输出电压信号 V_OUT由输出电容C_OUT放电维持。与此同时，为了提高效率，系统通常会进入频率调节模式，系统工作频率很低。一旦系统从轻载或空载恢复成重载时，由于反馈管脚FB上接收的反馈信号是上一周期二极管D导通期间采集的，不能及时反应负载的变化，同时，由于工作频率很低，下一切换周期不会立刻到来，因此导致系统的瞬态响应速度慢。输出电容C_OUT不足以维持负载的需求，输出电压信号V_OUT的值掉电严重，系统不能正常工作。因此，对于高压BUCK开关变换器系统，通常会连接一个假负载来保证整个系统不会工作在非常低的频率条件下，但是，假负载又会增加功耗，导致系统效率低下。

因此，我们期望提出一种瞬态响应速度快、功耗低的高压BUCK开关变换器。

实用新型内容

针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种高压BUCK开关变换器及其相关的集成电路。

本实用新型一方面提供了一种高压BUCK开关变换器，包括：二极管；功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端接收输入电压，功率开关的第二端耦接二极管的阴极，功率开关的控制端接收控制信号，其中，二极管的阳极电连接至第一参考地，功率开关第二端和二极管阴极的公共端作为第二参考地；电感，耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间；第一反馈电路，耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压信号的第一反馈信号；第二反馈电路，连接在第一参考地和第二参考地之间，检测第一参考地和第二参考地之间的电压差，并在功率开关和二极管均关断后产生一个代表第一参考地和第二参考地之间的电压差的第二反馈信号；以及控制电路，接收第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号产生控制信号控制功率开关的导通和关断，其中，控制电路被集成在一个集成电路中，第二参考地为集成电路的参考地。

本实用新型又一方面提供了一种用于控制高压BUCK开关变换器的集成电路，所述开关变换器包括二极管、电感、第一反馈电路和第二反馈电路，其中，二极管阴极通过电感耦接开关变换器的输出端，二极管阳极电连接第一参考地，二极管阴极作为第二参考地，第一反馈电路耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间，产生一个代表输出电压的第一反馈信号，第二反馈电路连接在第二参考地和第一参考地之间，检测第一参考地和第二参考地之间的电压差，产生一个代表第一参考地和第二参考地之间的电压差的第二反馈信号，所述集成电路包括：输入管脚，接收输入电压信号；第一反馈管脚，接收第一反馈信号；第二反馈管脚，接收第二反馈信号；接地管脚，耦接第二参考地；功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端耦接输入管脚接收输入电压，功率开关的第二端耦接接地管脚，控制端接收控制信号；以及控制电路，接收第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号产生控制信号控制功率开关的导通和关断。

附图说明

在下面所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。

图1示出了一个传统的高压BUCK开关变换器的电路结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一实施例的高压BUCK开关变换器100的示意性框图；

图3示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路30的高压BUCK开关变换器200的示意性框图；

图4示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路40的高压BUCK开关变换器300的示意性框图；

图5示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路50的高压BUCK开关变换器400的示意性框图；

图6示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路60的高压BUCK开关变换器500的示意性框图；

图7示出了根据本实用新型一实施例的使能电路15的电路原理图；

图8示出了根据本实用新型又一实施例的使能电路15的电路原理图；

图9示出了根据本实用新型实施例的比较电路16的电路原理图；

图10示出了根据本实用新型一实施例的控制单元17的电路原理图；

图11示出了根据本实用新型另一实施例的控制单元17的电路原理图。

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和材料。

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，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连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“直接连接到”或“直接耦接到”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2示出了根据本实用新型一实施例的高压BUCK开关变换器100的示意性框图。如图2所示，高压BUCK开关变换器100包含整流电路10、输入滤波电容C_IN和高压BUCK开关电路。整流电路10接收交流电压信号V_AC，该交流电压信号V_AC通过整流电路10整流和输入电容CIN滤波后得到直流输入电压信号V_IN。高压BUCK开关电路包括功率开关11、二极管12、电感L_OUT、输出电容C_OUT、第一反馈电路13、第二反馈电路14和控制电路20。

功率开关11具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接整流电路10的输出端接收输入电压V_IN，功率开关11的第二端通过二极管12电连接至第一参考地GND1。其中，二极管12的阳极电连接至第一参考地GND1；二极管12 的阴极电连接至功率开关11的第二端，且二极管12的阴极和功率开关11的第二端的公共端标记为第二参考地GND2。在一个实施中，第二参考地GND2为一个集成电路的参考地。电感L_OUT耦接在第二参考地GND2和开关变换器100的输出端OUT之间。输出电容C_OUT耦接在输出端OUT和第一参考地GND1之间。

第一反馈电路13耦接在输出端OUT和第二参考地GND2之间，并在二极管12导通期间产生代表输出电压信号V_OUT的反馈信号V_FB1。在一个实施例中，第一反馈电路13包括串联连接在输出端OUT和第二参考地GND2之间的第一电阻R1和第二电阻R2，其中第一电阻R1和第二电阻R2的公共端耦接作为第一反馈电路13的输出端提供第一反馈信号V_FB1。在二极管12导通期间，第一反馈信号V_FB1与输出电压信号V_OUT成正比例关系；当二极管12续流截止时，流过电感L_OUT的电流为零，第一反馈信号V_FB1等于零。

第二反馈电路14，连接在第一参考地GND1和第二参考地GND2之间，检测第一参考地GND1和第二参考地GND2之间的电压差。并在功率开关11和二极管12均关断后产生一个代表第一参考地GND1和第二参考地GND2之间的电压差的第二反馈信号V_FB2。当二极管12续流截止时，流过电感L_OUT的电流为零，第二参考地GND2的电压与输出电压信号V_OUT相等。因此第二反馈信号 V_FB2直接反映当二极管12续流截至后的输出电压V_OUT的信息。在一个实施例中，第二反馈信号V_FB2包括一个电压信号；在另一个实施例中，第二反馈信号 V_FB2包括一个电流信号。

控制电路20接收第一反馈信号V_FB1和第二反馈信号V_FB2，并根据第一反馈信号V_FB1和第二反馈信号V_FB2产生控制信号PWM并将控制信号PWM送至功率开关11的控制端，用于控制功率开关11的导通和关断切换，进而将直流输入电压信号V_IN转换为输出电压信号V_OUT。在一个实施例中，控制电路20包括使能电路15、比较电路16和控制单元17。

在图2所示实施例中，使能电路15产生使能信号EN，当功率开关11和二极管12均关断后，使能信号EN有效。在一个实施例中，使能电路15根据第一反馈信号V_FB1产生使能信号EN。在另一个实施例中，使能电路15可以根据控制信号PWM产生使能信号EN。

比较电路16接收使能信号EN和第二反馈信号V_FB2，当使能信号EN有效时，比较电路16将第二反馈信号V_FB2分别和欠压阈值与过压阈值比较，产生第二控制信号PWM2；其中，当第二反馈信号V_FB2小于欠压阈值时，第二控制信号PWM2用于导通功率开关11；当第二反馈信号V_FB2大于过压阈值时，第二控制信号PWM2用于保持功率开关11继续关断。在一个实施例中，过压阈值大于欠压阈值，当第二反馈信号V_FB2小于欠压阈值时，代表负载进入重载，功率开关11立刻被导通。在一个实施例中，第二控制信号PWM2包括两个信号。

控制单元17接收第一反馈信号V_FB1和第二控制信号PWM2，并根据第一反馈信号V_FB1和第二控制信号PWM2产生控制信号PWM，用于导通和关断功率开关11。

在图2所示实施例中，该功率开关11被示意为N型金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，在其他实施例中，功率开关11还可以包括其他合适类型的开关器件，例如P型MOSFET、结型场效应管(JunctionField Effect Transistor，JFET)、绝缘栅双极型晶体管 (Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等合适的功率器件。

图3示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路30的高压BUCK开关变换器200的示意性框图。高压BUCK开关变换器200和高压BUCK开关变换器100的结构基本相同，只是在图3所示实施例中，由使能电路15、比较电路16和控制单元17组成的控制电路被集成在一个集成电路30中。如图所示，集成电路30包括第一反馈管脚FB1、第二反馈管脚FB2、接地管脚GND2和驱动管脚DRV。第一反馈管脚FB1耦接第一反馈电路13接收第一反馈信号V_FB1。第二反馈管脚FB2耦接第二反馈电路14接收第二反馈信号V_FB2。接地管脚 GND2耦接第二参考地，也即是功率开关11的第二端和二极管12的阴极的公共端。驱动管脚DRV耦接功率开关11的控制端提供控制信号PWM。

在图3所示实施例中，第二反馈电路14被示意为两个串联连接在第一参考地GND1和第二参考地GND2之间的电阻R3和R4。其中，电阻R3和电阻R4 之间的公共端作为第二反馈电路14的输出端提供第二反馈信号V_FB2。当功率开关11和二极管12均关断后，第二参考地GND2上的电压等于输出电压V_OUT。此时，第二参考地GND2又作为集成电路30的接地管脚，因此，第一参考地 GND1上的电压相对于集成电路30来说为一个负的输出电压V_OUT的值。因此，当功率开关11和二极管12均关断后，第二反馈信号V_FB2代表第一参考地GND1 和第二参考地GND2之间的电压差，也即是代表输出电压V_OUT。在图3所示实施例中，第二反馈信号V_FB2包括一个负电压信号，其值等于-V_OUT×R4/(R3+R4)。由于集成电路30的管脚对负电压的输入要求，通常，电阻R4的值远大于电阻 R3的值。例如，电阻R3的值可为20k欧姆，电阻R4的值可为20M欧姆。

图4示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路40的高压BUCK开关变换器300的示意性框图。在一些实施例中，功率开关11和控制电路可以一起被集成在集成电路中。如图4所示，与高压BUCK开关变换器200相比，高压BUCK开关变换器300中的集成电路40还集成了功率开关11。在图4所示实施例中，集成电路40包括输入管脚IN、第一反馈管脚FB1、第二反馈管脚 FB2和接地管脚GND2。输入管脚IN接收输入电压信号V_IN，第一反馈管脚FB1 耦接第一反馈电路13接收第一反馈信号V_FB1。第二反馈管脚FB2耦接第二反馈电路14接收第二反馈信号V_FB2。接地管脚GND2耦接第二参考地GND2，也即是二极管12的阴极。在集成电路40内部，功率开关11的漏极通过输入引脚IN 接收输入电压信号V_IN，功率开关11的源极耦接接地管脚GND2。

图5示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路50的高压BUCK开关变换器400的示意性框图。高压BUCK开关变换器400和图3所示的高压 BUCK开关变换器200的结构基本相同，由使能电路15、比较电路16和控制单元17组成的控制电路被集成在一个集成电路50中。集成电路50包括第一反馈管脚FB1、第二反馈管脚FB2，接地管脚GND2和驱动管脚DRV。第一反馈管脚FB1耦接第一反馈电路13接收第一反馈信号V_FB1。第二反馈管脚FB2耦接第二反馈电路14接收第二反馈信号V_FB2。接地管脚GND2耦接第二参考地，也即是功率开关11的第二端和二极管12的阴极的公共端。驱动管脚DRV耦接功率开关11的控制端提供控制信号PWM。

与图3所示的高压BUCK开关变换器200不同地是，在高压BUCK开关变换器400中，第二反馈电路14的一部分被集成在集成电路50中。具体地，在图5所示实施例中，第二反馈电路14包括采样电阻Rs、运算放大器51、晶体管52和电流镜53。采样电阻Rs位于集成电路50的外部，运算放大器51、晶体管52和电流镜53被集成在集成电路50中。

采样电阻Rs连接在第一参考地GND1和第二反馈管脚FB2之间。运算放大器51具有第一输入端、第二输入端和输出端。运算放大器51的第一输入端耦接接地管脚GND2；运算放大器51的第二反馈管脚FB2；运算放大器51输出端耦接晶体管52的栅极。晶体管52的漏极耦接电流镜53的第一电流端；晶体管52的源极耦接第二反馈管脚FB2。当功率开关11和二极管12均关断后，第二参考地GND2上的电压等于输出电压V_OUT。此时，第二参考地GND2又作为集成电路60的接地管脚，因此，相对于接地管脚GND2，第一参考地GND1上的电压为一个负的输出电压V_OUT的值。因此第二反馈管脚FB2上的电压被运算放大器51钳位等于接地管脚GND2上的地电位，电流镜53的第一电流端输出一个电流信号，其值等于V_OUT/Rs。同时，电流镜53镜像该电流，并在第二电流输出端输出反馈电流信号I_FB2，其值等于V_OUT/Rs。也即是说，在图6所示实施例中，第二反馈信号V_FB2包括一个电流信号I_FB2，其值等于V_OUT/Rs。

本领域的一般技术人员可以理解，图5所示实施例中，功率开关11也可以被集成在集成电路50中。集成后管脚的连接方式参考图4所示，为了不模糊本实用新型的焦点，这里不再累述。

图6示出了根据本实用新型一实施例的包括一集成电路60的高压BUCK开关变换器500的示意性框图。高压BUCK开关变换器500和图3所示的高压 BUCK开关变换器200的结构基本相同，由使能电路15、比较电路16和控制单元17组成的控制电路被集成在一个集成电路60中。集成电路60包括第一反馈管脚FB1、第二反馈管脚FB2、接地管脚GND2、转换管脚VT和驱动管脚DRV。第一反馈管脚FB1耦接第一反馈电路13接收第一反馈信号V_FB1。第二反馈管脚 FB2耦接第二反馈电路14接收第二反馈信号V_FB2。接地管脚GND2耦接第二参考地，也即是功率开关的第二端和二极管12的阴极的公共端。驱动管脚DRV 耦接功率开关11的控制端提供控制信号PWM。转换管脚VT作为第二反馈电路14的一部分将在下段继续描述。

同图5所示的高压BUCK开关变换器400类似，在高压BUCK开关变换器 500中，第二反馈电路14的一部分被集成在集成电路60中。具体地，在图6所示实施例中，第二反馈电路14包括电阻R5、电阻R6、运算放大器61和晶体管 62。电阻R5和电阻R6位于集成电路60的外部，运算放大器61和晶体管62 被集成在集成电路60中。

电阻R5和电阻R6串联连接在第一参考地GND1和第二反馈管脚FB2之间，且电阻R5和电阻R6之间的公共端耦接转换管脚VT。运算放大器61具有第一输入端、第二输入端和输出端。运算放大器61的第一输入端耦接接地管脚 GND2；运算放大器61的第二输入端耦接转换管脚VT；运算放大器61输出端耦接晶体管62的栅极。晶体管62的漏极耦接供电电源VCC；晶体管62的源极耦接第二反馈管脚FB2。当功率开关11和二极管12均关断后，第二参考地GND2 上的电压等于输出电压V_OUT。此时，第二参考地GND2又作为集成电路60的接地管脚，运算放大器61将转换管脚VT上的电压钳位等于接地管脚GND2上的电压。因此，相对于转换管脚VT上的地电位，第一参考地GND1上的电压为一个负的输出电压V_OUT的值。因此第二反馈管脚FB2上的电压为一个正电压，其值等于V_OUT×R6/R5。也即是说，在图6所示实施例中，第二反馈信号V_FB2包括一个正电压信号，其值等于V_OUT×R6/R5。

同样地，本领域的一般技术人员可以理解，图6所示实施例中，功率开关 11也可以被集成在集成电路60中。集成后管脚的连接方式参考图4所示，为了不模糊本实用新型的焦点，这里不再累述。

图7、图8分别示出了根据本实用新型实施例的使能电路15的电路原理图。使能电路15用于产生使能信号EN用于当功率开关11和二极管12均关断后，使能比较电路16。

在图7所示实施例中，使能电路15包括下降沿触发电路151和延时电路152。下降沿触发电路151接收控制信号PWM，并在控制信号PWM的下降沿时刻产生触发信号Tr。延时电路152接收触发信号Tr，并在一定延时之后产生使能信号EN。延时电路152对触发信号Tr的延时时间可根据具体应用电路设计。在一个实施例中，在触发信号Tr的延时时间段内，认为二极管12已经关断。

在图8所示实施例中，使能电路15包括电压比较器具有正相输入端、反相输入端和输出端。电压比较器的正相输入端接收过零阈值信号V_ZCD，电压比较器的反相输入端接收第一反馈信号V_FB1，电压比较器将第一反馈信号V_FB1和过零阈值信号V_ZCD比较，并在电压比较器的输出端输出使能信号EN。在一个实施例中，过零阈值信号V_ZCD等于零或接近零的值。

图9示出了根据本实用新型实施例的比较电路16的电路原理图。如图所示，比较电路16包括第一比较器161和第二比较器162。第一比较器161和第二比较器162分别具有使能端、反相输入端、正相输入端和输出端。

第一比较器161的使能端接收使能信号EN，第一比较器161的反相输入端接收第二反馈信号V_FB2，第一比较器161的正相输入端接收欠压阈值信号UV，当使能信号EN有效时，第一比较器161将第二反馈信号V_FB2和欠压阈值信号 UV比较，并在第一比较器161的输出端输出第一比较信号CA_UV。在一个实施例中，当第一反馈信号V_FB1小于欠压阈值信号UV时，第一比较信号CA_UV 有效(例如逻辑高)，功率开关11被导通。

第二比较器162的使能端接收使能信号EN，第二比较器162的反相输入端接收第二反馈信号V_FB2，第二比较器162的正相输入端接收过压阈值信号OV，当使能信号EN有效时第二电压比较器将第二反馈信号V_FB2和过压阈值信号OV 比较，并在第二比较器162的输出端输出第二比较信号CA_OV。在一个实施例中，当第二反馈信号V_FB2大于过压阈值信号OV时，第二比较信号CA_OV有效(例如逻辑低)，此时功率开关11被强制保持在关断状态，防止功率开关11 导通后输出电压V_OUT越升越高。在一个实施例中，过压阈值信号OV大于欠压阈值信号UV。

在图9所示实施例中，第二控制信号PWM2包括两个信号。第一比较信号 CA_UV和第二比较信号CA_OV均为第二控制信号PWM2。在一个实施例中，当第二反馈信号V_FB2为一个电压信号时，第一比较器161和第二比较器162为电压比较器；当第二反馈信号V_FB2为一个电流信号时，第一比较器161和第二比较器162为电流比较器。在其他实施例中，比较电路16还可以包括其他合适的可实现类似功能的比较电路。

控制单元17可采用多种控制方式，例如脉冲宽度调制(例如电压控制、电流控制、电压电流双环控制等)、脉冲频率调制(恒定时间导通控制、跳频控制等)或脉冲宽度调制或脉冲频率调制相结合的控制方式。例如，在系统正常带载的情况下，可采用脉冲宽度调制的控制方法；在系统轻载或空载的情况下，可采用脉冲频率的控制方式。

图10示出了一种恒定导通时间(Constant on Time，COT)控制的控制单元 17的电路原理图。如图10所示，控制单元17包括电压比较器171、与门172、或门173、恒定导通时间产生电路174和RS触发器175。其中第一反馈电压信号V_FB1代表二极管12续流导通期间输出电压信号V_OUT的值。电压比较器171 的第二输入端接收第一反馈电压信号V_FB1，电压比较器171将第一反馈电压信号V_FB1和参考电压信号V_REF比较，并在输出端输出第一控制信号PWM1。第一控制信号PWM1为一个逻辑高低信号，当第一反馈电压信号V_FB1小于参考电压信号V_REF时，第一控制信号PWM1有效(例如逻辑高)。与门172接收第二比较信号CA_OV和第一控制信号PWM1并做与运算，输出与信号。或门173接收与信号和第一比较信号CA_UV并做或运算输出置位信号Cs。恒定导通时间产生电路174产生一个固定导通时间的复位信号C_R。RS触发器175的置位端S 接收置位信号Cs。RS触发器175的复位端R接收复位信号C_R，并在输出端Q 输出控制信号PWM。在图10所示实施例中，控制信号PWM为一个逻辑高低信号，当控制信号PWM有效时(例如逻辑高)，功率开关11被导通；当控制信号PWM无效时(例如逻辑低)，功率开关11被关断。

图11示出了根据本实用新型另一实施例的控制单元17的电路原理图。在图11所示实施例中，控制单元17包括电压电流双环控制的峰值电流控制结构。如图11所示，控制单元17包括误差放大器271、电压比较器272、与门273、或门274、电压比较器275和RS触发器276。误差放大器271的第一输入端接收参考电压信号V_REF，误差放大器173的第二输入端接收第一反馈电压信号 V_FB1，误差放大器173将第一反馈电压信号V_FB1和参考电压信号V_REF比较并将误差放大，在输出端输出误差信号EA。电压比较器272的第一输入端接收误差信号EA，电压比较器272的第二输入端接收斜坡信号RAMP，电压比较器272 将误差信号EA和斜坡信号RAMP比较，并在输出端输出第一控制信号PWM1。第一控制信号PWM1为一个逻辑高低信号。在一个实施例中，当斜坡信号RAMP 大于误差信号EA时，第一控制信号PWM1有效(例如逻辑高)。与门273接收第二比较信号CA_OV和第一控制信号PWM1并做与运算，输出与信号。或门274接收与信号和第一比较信号CA_UV并做或运算输出置位信号Cs。电压比较器275的第一输入端接收电流参考信号V_{REF_CS}，电压比较器275的第二输入端接收电流采样信号V_CS，电压比较器275将电流参考信号V_{REF_CS}和电流采样信号V_CS比较，并在输出端输出复位信号C_R。在一个实施例中，电流采样信号V_CS代表流过功率开关11的电流值。RS触发器276的置位端S接收比较信号C_S， RS触发器176的复位端R接收第二比较信号C_R，并在输出端Q输出控制信号PWM。在图11所示实施例中，控制信号PWM为一个逻辑高低信号，当控制信号PWM有效时(例如逻辑高)，功率开关11被导通；当控制信号PWM无效时 (例如逻辑低)，功率开关11被关断。

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

1.一种高压BUCK开关变换器，包括：

二极管；

功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端接收输入电压，功率开关的第二端耦接二极管的阴极，功率开关的控制端接收控制信号，其中，二极管的阳极电连接至第一参考地，功率开关第二端和二极管阴极的公共端作为第二参考地；

电感，耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间；

第一反馈电路，耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压信号的第一反馈信号；

第二反馈电路，连接在第一参考地和第二参考地之间，检测第一参考地和第二参考地之间的电压差，并在功率开关和二极管均关断后产生一个代表第一参考地和第二参考地之间的电压差的第二反馈信号；以及

控制电路，接收第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号产生控制信号控制功率开关的导通和关断，其中，控制电路被集成在一个集成电路中，第二参考地为集成电路的参考地。

2.如权利要求1所述的开关变换器，其中，所述控制电路包括：

使能电路，产生使能信号，当功率开关和二极管均关断后，使能信号有效；

比较电路，接收使能信号和第二反馈信号，当使能信号有效时，将第二反馈信号分别与欠压阈值和过压阈值比较，产生第一控制信号；其中，当第二反馈信号小于欠压阈值时，第一控制信号用于导通功率开关；当第二反馈信号大于过压阈值时，第一控制信号用于保持功率开关关断状态，其中，欠压阈值小于过压阈值；以及

控制单元，接收接收第一反馈信号和第一控制信号，并根据第一反馈信号和第一控制信号产生控制信号。

3.如权利要求1所述的开关变换器，其中，所述集成电路还包括:

第一反馈管脚，耦接第一反馈电路接收第一反馈信号；

第二反馈管脚，耦接第二反馈电路接收第二反馈信号；

接地管脚，耦接第二参考地；以及

驱动管脚，耦接功率开关的控制端提供控制信号。

4.如权利要求1所述的开关变换器，其中，所述功率开关被集成在集成电路内部，所述集成电路还包括:

输入管脚，接收输入电压信号；

第一反馈管脚，耦接第一反馈电路接收第一反馈信号；

第二反馈管脚，耦接第二反馈电路接收第二反馈信号；以及

接地管脚，耦接第二参考地；其中，功率开关的第一端耦接输入管脚，功率开关的第二端耦接接地管脚。

5.如权利要求1所述的开关变换器，其中，所述第二反馈电路包括：

串联在第一参考地和第二参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中，第二反馈包括第一电阻和第二电阻公共端上的电压。

6.如权利要求3或4所述的开关变换器，其中，所述第二反馈电路包括：

采样电阻，具有第一端和第二端，采样电阻第一端耦接第一参考地，采样电阻第二端耦接第二反馈管脚；

运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，运算放大器的第一输入端耦接接地管脚，运算放大器的第二输入端耦接第二反馈管脚；

电流镜，具有第一电流端和第二电流端；以及

晶体管，具有源极、漏极和栅极，晶体管的漏极耦接电流镜的第一电流端，晶体管的源极耦接第二反馈管脚，晶体管的栅极耦接运算放大器的输出端；其中，电流镜的第二电流端作为第二反馈电路的输出端提供第二反馈信号，运算放大器、电流镜和晶体管被集成在集成电路内部。

7.如权利要求3或4所述的开关变换器，其中，所述集成电路还包括转换管脚，所述第二反馈电路包括：

第三电阻，耦接在第一参考地和转换管脚之间；

第四电阻，耦接在第二反馈管脚和转换管脚之间；

运算放大器，具有第一输入端耦接接地管脚、第二输入端耦接转换管脚和输出端；以及

晶体管，具有源极、漏极和栅极，晶体管的漏极耦接供电电源，晶体管的源极耦接第二反馈管脚，晶体管的栅极耦接运算放大器的输出端；其中，晶体管和运算放大器被集成在集成电路内部，晶体管的源极作为第二反馈电路的输出端提供第二反馈信号。

8.如权利要求2所述的开关变换器，其中，所述第一控制信号包括第一比较信号和第二比较信号，所述比较电路包括：

第一比较器，具有使能端、第一输入端、第二输入端和输出端，第一比较器的使能端接收使能信号，第一比较器的第一输入端接收第二反馈信号，第一比较器的第二输入端接收欠压阈值信号，当使能信号有效时第一比较器将第二反馈信号和欠压阈值信号比较，并在第一比较器的输出端输出第一比较信号，其中，当第二反馈信号小于欠压阈值时，第一比较信号用于导通功率开关；以及

第二比较器，具有使能端、第一输入端、第二输入端和输出端，第二比较器的使能端接收使能信号，第二比较器的第一输入端接收第二反馈信号，第二比较器的第二输入端接收过压阈值信号，当使能信号有效时第二比较器将第二反馈信号和过压阈值信号比较，并在第二比较器的输出端输出第二比较信号，其中，当第二反馈信号大于过压阈值时，第二比较信号用于保持功率开关关断状态。

9.如权利要求2所述的开关变换器，其中，所述使能电路包括：

第一电压比较器，接收过零阈值信号和第一反馈信号，并将第一反馈信号和过零阈值信号比较，输出使能信号。

10.如权利要求8所述的开关变换器，其中，所述控制单元包括：

误差放大器，接收第一反馈信号和参考电压信号，并比较第一反馈信号和参考电压信号并将误差放大，输出误差信号；

第二电压比较器，接收误差信号和斜坡信号，并将误差信号和斜坡信号比较，输出第二控制信号；

与门，接收第二比较信号和第二控制信号并做与运算，输出与信号；

或门，接收与信号和第一比较信号并做或运算，输出置位信号；

第五电压比较器，接收电流参考信号和代表流过功率开关的电流的电流采样信号，并将电流参考信号和电流采样信号比较，输出复位信号；以及

RS触发器，包括置位端、复位端和输出端，RS触发器的置位端接收置位信号，RS触发器的复位端接收复位信号，并在RS触发器输出端输出控制信号。

11.一种用于控制高压BUCK开关变换器的集成电路，所述开关变换器包括二极管、电感、第一反馈电路和第二反馈电路，其中，二极管阴极通过电感耦接开关变换器的输出端，二极管阳极电连接第一参考地，二极管阴极作为第二参考地，第一反馈电路耦接在第二参考地和开关变换器的输出端之间，产生一个代表输出电压的第一反馈信号，第二反馈电路连接在第二参考地和第一参考地之间，检测第一参考地和第二参考地之间的电压差，产生一个代表第一参考地和第二参考地之间的电压差的第二反馈信号，所述集成电路包括：

输入管脚，接收输入电压信号；

第一反馈管脚，接收第一反馈信号；

第二反馈管脚，接收第二反馈信号；

接地管脚，耦接第二参考地；

功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端耦接输入管脚接收输入电压，功率开关的第二端耦接接地管脚，控制端接收控制信号；以及

控制电路，接收第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号产生控制信号控制功率开关的导通和关断。