CN215817925U - 一种防驱动信号过冲的dc-dc恒流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防驱动信号过冲的DC‑DC恒流电源，包括依次连接的直流电源模块和同步Buck变换器，所述同步Buck变换器包括主MOS管Q1和续流MOS管Q2，在同步Buck变换器输出端与主MOS管Q1之间依次串接电源控制模块、驱动模块，以及驱动参数控制模块；所述驱动参数控制模块采集主MOS管Q1的栅源电压VGS，根据栅源电压VGS的大小发出相应的选通信号；所述驱动模块包括多个栅极电阻，根据所述选通信号选用对应的栅极电阻，使所述PWM驱动信号通过选用的栅极电阻施加到主MOS管Q1的栅极；本实用新型根据驱动信号的过冲情况，动态调整栅极电阻，保证在一定程度温漂下电源装置工作的可靠性，可降低在生产中因工艺问题导致栅极电阻不合适引起的次品数量。

Description

一种防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源

技术领域

本实用新型涉及恒流电源，尤其涉及一种可检测工作时MOS管的栅-源极电压，在该电压出现过冲时可适当增加栅极电阻，保证电源安全可靠运行的恒流电源。

背景技术

当前，开关电源广泛用于各个领域，小到电子设备充电器，大到航空领域电源。在各类电源中，低导通损耗的同步整流拓扑结构使用频率较高。在DC-DC同步整流拓扑中，往往在主MOS管进行开关动作时，该MOS管的栅-源极电压会产生较大尖峰，严重时会烧毁MOS管，导致电源损坏。

在实际所用电源产品中，如知名电源制造商明纬电源的HLG系列、ELG系类产品，DC-DC变换器的栅极电阻往往是固定不变。因同步整流电路中的主MOS管源极电压只是相对栅极为低电平，一旦源极电压发生漂移，栅极电压也会跟随着漂移。当漂移的幅值较大时，可能会导致DC-DC变换器MOS管的误导通或误关断，轻则变换器输出不稳定，重则导致MOS管烧毁，影响电源装置运行的可靠性。

综上所述，现有方案存在如下问题：1）DC-DC同步整流电路在输入、输出电压越大时，栅-源极电压越容易出现的尖峰，面对不同的尖峰幅值，固定的参数不易保证驱动的可靠性；2）驱动参数往往是根据稳态指标设计的，在出现温漂时，驱动电路的硬件参数就会发生一定程度的偏移，严重时将因过电流烧毁负载或电源；3）因产品批量制板生产时存在生产出次品的概率，固定的驱动参数无法保证适合于同批次的每个产品，可能会增加次品的概率。

因此，设计一种防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有固定驱动参数的电源装置存在的不足，本实用新型提出一种驱动参数可变的DC-DC电源装置，可根据不同的驱动情况调整驱动参数，保证电源装置可靠运行。

本实用新型采用的技术方案是设计一种防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，包括依次连接的直流电源模块和同步Buck变换器，所述同步Buck变换器包括主MOS管Q1和续流MOS管Q2，在同步Buck变换器输出端与主MOS管Q1之间依次串接电源控制模块、驱动模块，以及驱动参数控制模块；所述电源控制模块采集同步Buck变换器的输出电流、并将之转化为误差电压Verr，在将误差电压Verr与三角载波VM进行比较，生成PWM驱动信号；所述驱动参数控制模块采集主MOS管Q1的栅源电压VGS，根据栅源电压VGS的大小发出相应的选通信号；所述驱动模块包括多个栅极电阻，根据所述选通信号选用对应的栅极电阻，使所述PWM驱动信号通过选用的栅极电阻施加到主MOS管Q1的栅极。

所述选通信号包括第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号；所述栅极电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；在栅源电压VGS不过压时，第一、第二和第三电阻R3并联使用；在栅源电压VGS过压时，栅极电阻并联使用2个、或1个、或0个。

所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值彼此相同。

所述电源控制模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、串接在串接在同步Buck变换器输出端与地之间的第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2，第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2的接点连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的同相输入端连接电流基准Iref，第一运算放大器U1的输出端连接第二十电容C20和第二十一电容C21的一端、并送出所述误差电压Verr，第二十电容C20的另一端连接第二十电阻R20，第二十电阻R20和第二十一电容C21的另一端接地，第二运算放大器U2的反相输入端连接所述误差电压Verr、其同相输入端连接三角载波VM、其输出端输出所述PWM驱动信号。

所述驱动参数控制模块包括第一、第二、第三滞回比较器，其中第一滞回比较器包括第三运算放大器U3，所述栅源电压VGS与地之间串接第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8的接点连接第三运算放大器U3的同相输入端和第十电阻R10的一端，第三运算放大器U3的反相输入端通过第九电阻R9连接电压基准Vref，第三运算放大器U3的输出端连接第十电阻R10的另一端、并通过第一反相器送出所述第一选通信号；第二滞回比较器包括第四运算放大器U4，所述栅源电压VGS与地之间串接第十一电阻R11和第十二电阻R12，第十一电阻R11和第十二电阻R12的接点连接第四运算放大器U4的同相输入端和第十四电阻R14的一端，第四运算放大器U4的反相输入端通过第十三电阻R13连接电压基准Vref，第四运算放大器U4的输出端连接第十四电阻R14的另一端、并通过第二反相器送出所述第二选通信号；第三滞回比较器包括第五运算放大器U5，所述栅源电压VGS与地之间串接第十五电阻R15和第十六电阻R16，第十五电阻R15和第十六电阻R16的接点连接第五运算放大器U5的同相输入端和第十八电阻R18的一端，第五运算放大器U5的反相输入端通过第十七电阻R17连接电压基准Vref，第五运算放大器U5的输出端连接第十八电阻R18的另一端、并通过第三反相器送出所述第三选通信号。

所述第七电阻R7比第八电阻R8、第十一电阻R11比第十二电阻R12、第十五电阻R15比第十六电阻R16，这三个比值彼此都不相同。

所述驱动模块包括第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5，所述PWM驱动信号连接第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端并通过串联的缓冲器和第四反相器连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端和续流MOS管Q2的栅极，第六电阻R6的另一端连接续流MOS管Q2的源极，第一电阻R1的另一端连接第三开关Q3的漏极，第二电阻R2的另一端连接第四开关Q4的漏极，第三电阻R3的另一端连接第五开关Q5的漏极，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的栅极分别对应连接第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的源极连接起来后连接第四电阻的一端和主MOS管Q1的栅极，第四电阻的另一端连接主MOS管Q1的源极。

所述同步Buck变换器中的主MOS管Q1和续流MOS管Q2串联，主MOS管Q1的漏极连接直流电源模块输出端的正极，主MOS管Q1和续流MOS管Q2的接点连接电感L的一端，电感L的另一端连接电容C的一端并向外输出直流电，MOS管Q2的源极连接直流电源模块输出端的负极和电容C的另一端并向外输出直流电。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1）根据DC-DC变换器驱动信号的过冲情况，栅极电阻参数可以动态调整；

2）因驱动参数可动态调整，可保证在一定程度温漂下电源装置工作的可靠性；

3）可降低在生产中因工艺问题导致栅极电阻不合适引起的次品数量。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实用新型系统框图；

图2是同步Buck变换器；

图3 是电源控制模块电路图；

图4 是驱动模块电路图；

图5 是驱动参数控制模块中第一滞回比较器电路；

图6 是驱动参数控制模块中第二滞回比较器电路；

图7 是驱动参数控制模块中第三滞回比较器电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型公开了一种防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，参看图1示出的系统框图，DC-DC恒流电源包括依次连接的直流电源模块和同步Buck变换器，所述同步Buck变换器包括主MOS管Q1和续流MOS管Q2，在同步Buck变换器输出端与主MOS管Q1之间依次串接电源控制模块、驱动模块，以及驱动参数控制模块；所述电源控制模块采集同步Buck变换器的输出电流、并将之转化为误差电压Verr，在将误差电压Verr与三角载波VM进行比较，生成PWM驱动信号；所述驱动参数控制模块采集主MOS管Q1的栅源电压VGS，根据栅源电压VGS的大小发出相应的选通信号；所述驱动模块包括多个栅极电阻，根据所述选通信号选用对应的栅极电阻，使所述PWM驱动信号通过选用的栅极电阻施加到主MOS管Q1的栅极。

参看图2示出的较佳实施例同步Buck变换器的电路图，所述同步Buck变换器中的主MOS管Q1和续流MOS管Q2串联，主MOS管Q1的漏极连接直流电源模块输出端的正极，主MOS管Q1和续流MOS管Q2的接点连接电感L的一端，电感L的另一端连接电容C的一端并向外输出直流电，MOS管Q2的源极连接直流电源模块输出端的负极和电容C的另一端并向外输出直流电。图中同步Buck变换器的右侧向直流负载供电。

在较佳实施例中，所述选通信号包括第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号；所述栅极电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；在栅源电压VGS不过压时，第一、第二和第三电阻R3并联使用；在栅源电压VGS过压时，栅极电阻并联使用2个、或1个、或0个。同步Buck变换器在输入、输出电压越大时，栅-源极电压越容易出现的尖峰，面对不同的尖峰幅值，会输出不同的选通信号。在开机初始状态，Q3~Q5三个MOS管都导通，三个电阻并联作为驱动电阻，此时驱动电阻较小；如检测到栅源电压VGS过高，为避免驱动信号过冲，视过冲程度三个MOS管依次关闭，即此时并联的电阻减少，即此时驱动电阻增大。并联使用0个栅极电阻，意味出现过冲故障，Q3~Q5三个MOS管都截止，恒流电源停止工作。这样可以达到避免驱动信号过冲，保护电源的功能。

参看图3示出的较佳实施例中电源控制模块电路图，所述电源控制模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、串接在串接在同步Buck变换器输出端与地之间的第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2，第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2的接点连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的同相输入端连接电流基准Iref，第一运算放大器U1的输出端连接第二十电容C20和第二十一电容C21的一端、并送出所述误差电压Verr，第二十电容C20的另一端连接第二十电阻R20，第二十电阻R20和第二十一电容C21的另一端接地，第二运算放大器U2的反相输入端连接所述误差电压Verr、其同相输入端连接三角载波VM、其输出端输出所述PWM驱动信号。参看图3，电流采样信号经Rf1、Rf2分压后与目标电流值的基准信号Iref进行比较，比较后的误差信号送入跨导型运放后，以电流的形式输出PWM驱动信号至驱动模块。

参看图5、6、7示出的较佳实施例中驱动模块电路图，所述驱动参数控制模块包括第一、第二、第三滞回比较器，参看图5，第一滞回比较器包括第三运算放大器U3，所述栅源电压VGS与地之间串接第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8的接点连接第三运算放大器U3的同相输入端和第十电阻R10的一端，第三运算放大器U3的反相输入端通过第九电阻R9连接电压基准Vref，第三运算放大器U3的输出端连接第十电阻R10的另一端、并通过第一反相器送出所述第一选通信号。参看图6，第二滞回比较器包括第四运算放大器U4，所述栅源电压VGS与地之间串接第十一电阻R11和第十二电阻R12，第十一电阻R11和第十二电阻R12的接点连接第四运算放大器U4的同相输入端和第十四电阻R14的一端，第四运算放大器U4的反相输入端通过第十三电阻R13连接电压基准Vref，第四运算放大器U4的输出端连接第十四电阻R14的另一端、并通过第二反相器送出所述第二选通信号。参看图7，第三滞回比较器包括第五运算放大器U5，所述栅源电压VGS与地之间串接第十五电阻R15和第十六电阻R16，第十五电阻R15和第十六电阻R16的接点连接第五运算放大器U5的同相输入端和第十八电阻R18的一端，第五运算放大器U5的反相输入端通过第十七电阻R17连接电压基准Vref，第五运算放大器U5的输出端连接第十八电阻R18的另一端、并通过第三反相器送出所述第三选通信号。

在较佳实施例中，所述第七电阻R7比第八电阻R8、第十一电阻R11比第十二电阻R12、第十五电阻R15比第十六电阻R16，这三个比值彼此都不相同。三个比值不相同是为了使三个滞回比较器的出发条件不同，区分出高、中、低栅源电压VGS。每个滞回比较器分别基于Vref输出PWM驱动信号1~3至驱动电路的MOS管Q3~Q5。每个滞回比较器收到电流采样信号首先进行分压，再与同一个比较值Vref进行比较，再通过不同的分压电阻R7、R8、R11、R12 、R15、R16改变每个滞回比较器对VGS的衰减率，以保证滞回比较器有一个合适的上升、下降阈值。

参看图4示出的较佳实施例中驱动模块电路图，所述驱动模块包括第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5，所述PWM驱动信号连接第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端并通过串联的缓冲器和第四反相器连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端和续流MOS管Q2的栅极，第六电阻R6的另一端连接续流MOS管Q2的源极，第一电阻R1的另一端连接第三开关Q3的漏极，第二电阻R2的另一端连接第四开关Q4的漏极，第三电阻R3的另一端连接第五开关Q5的漏极，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的栅极分别对应连接第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的源极连接起来后连接第四电阻的一端和主MOS管Q1的栅极，第四电阻的另一端连接主MOS管Q1的源极。参看图4，PWM驱动信号经Q3~Q5、R1~R3与R4分压后送主MOS管Q1的栅极，同时，PWM驱动信号也经缓冲器、反相器、通过中R5与R6分压后送续流MOS管Q2。

结合图1至图7详述本实用新型工作原理，外接直流源为本电源系统供电，同时将恒流电源系统的输出端与负载接好。恒流电源正常加电后，根据VGS的峰值大小情况，驱动参数控制模块发出不同的选通信号控制驱动模块中的Q3~Q5。其中，驱动参数控制模块的三个滞回比较器输出的信号再经反相器后输出三个选通信号，即可对栅极电阻的大小进行选择控制。当VGS超出额定驱动信号幅值的0~33%时，第一选通信号为低电平，第二和第三选通信号为高电平，栅极电阻增大；当幅值超出为33%~66%时，第一和第二选通信号为低电平，第三选通信号为高电平，栅极电阻再增大；当幅值超出66%~100%时，第一、第二和第三选通信号均为低电平，PWM驱动信号无法发送至同步Buck电路MOS管，PWM驱动信号幅值降为初始值后，一、第二和第三选通信号逐渐恢复为高电平，栅极电阻逐渐减小。根据超出额定幅值的范围不同，即超出额定范围越大，驱动电阻越大，可实现动态调整驱动参数。

以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，包括依次连接的直流电源模块和同步Buck变换器，所述同步Buck变换器包括主MOS管Q1和续流MOS管Q2，其特征在于：在同步Buck变换器输出端与主MOS管Q1之间依次串接电源控制模块、驱动模块，以及驱动参数控制模块；

所述电源控制模块采集同步Buck变换器的输出电流、并将之转化为误差电压Verr，在将误差电压Verr与三角载波VM进行比较，生成PWM驱动信号；

所述驱动参数控制模块采集主MOS管Q1的栅源电压VGS，根据栅源电压VGS的大小发出相应的选通信号；

所述驱动模块包括多个栅极电阻，根据所述选通信号选用对应的栅极电阻，使所述PWM驱动信号通过选用的栅极电阻施加到主MOS管Q1的栅极。

2.如权利要求1所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述选通信号包括第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号；所述栅极电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；在栅源电压VGS不过压时，第一、第二和第三电阻R3并联使用；在栅源电压VGS过压时，栅极电阻并联使用2个、或1个、或0个。

3.如权利要求2所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值彼此相同。

4.如权利要求3所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述电源控制模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、串接在同步Buck变换器输出端与地之间的第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2，第一分压电阻Rf1和第二分压电阻Rf2的接点连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的同相输入端连接电流基准Iref，第一运算放大器U1的输出端连接第二十电容C20和第二十一电容C21的一端、并送出所述误差电压Verr，第二十电容C20的另一端连接第二十电阻R20，第二十电阻R20和第二十一电容C21的另一端接地，第二运算放大器U2的反相输入端连接所述误差电压Verr、其同相输入端连接三角载波VM、其输出端输出所述PWM驱动信号。

5.如权利要求4所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述驱动参数控制模块包括第一、第二、第三滞回比较器，其中

第一滞回比较器包括第三运算放大器U3，所述栅源电压VGS与地之间串接第七电阻R7和第八电阻R8，第七电阻R7和第八电阻R8的接点连接第三运算放大器U3的同相输入端和第十电阻R10的一端，第三运算放大器U3的反相输入端通过第九电阻R9连接电压基准Vref，第三运算放大器U3的输出端连接第十电阻R10的另一端、并通过第一反相器送出所述第一选通信号；

第二滞回比较器包括第四运算放大器U4，所述栅源电压VGS与地之间串接第十一电阻R11和第十二电阻R12，第十一电阻R11和第十二电阻R12的接点连接第四运算放大器U4的同相输入端和第十四电阻R14的一端，第四运算放大器U4的反相输入端通过第十三电阻R13连接电压基准Vref，第四运算放大器U4的输出端连接第十四电阻R14的另一端、并通过第二反相器送出所述第二选通信号；

第三滞回比较器包括第五运算放大器U5，所述栅源电压VGS与地之间串接第十五电阻R15和第十六电阻R16，第十五电阻R15和第十六电阻R16的接点连接第五运算放大器U5的同相输入端和第十八电阻R18的一端，第五运算放大器U5的反相输入端通过第十七电阻R17连接电压基准Vref，第五运算放大器U5的输出端连接第十八电阻R18的另一端、并通过第三反相器送出所述第三选通信号。

6.如权利要求5所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述第七电阻R7比第八电阻R8、第十一电阻R11比第十二电阻R12、第十五电阻R15比第十六电阻R16，这三个比值彼此都不相同。

7.如权利要求6所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述驱动模块包括第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5，所述PWM驱动信号连接第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端并通过串联的缓冲器和第四反相器连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端和续流MOS管Q2的栅极，第六电阻R6的另一端连接续流MOS管Q2的源极，第一电阻R1的另一端连接第三开关Q3的漏极，第二电阻R2的另一端连接第四开关Q4的漏极，第三电阻R3的另一端连接第五开关Q5的漏极，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的栅极分别对应连接第一选通信号、第二选通信号和第三选通信号，第三开关Q3、第四开关Q4和第五开关Q5的源极连接起来后连接第四电阻的一端和主MOS管Q1的栅极，第四电阻的另一端连接主MOS管Q1的源极。

8.如权利要求7所述的防驱动信号过冲的DC-DC恒流电源，其特征在于：所述同步Buck变换器中的主MOS管Q1和续流MOS管Q2串联，主MOS管Q1的漏极连接直流电源模块输出端的正极，主MOS管Q1和续流MOS管Q2的接点连接电感L的一端，电感L的另一端连接电容C的一端并向外输出直流电，MOS管Q2的源极连接直流电源模块输出端的负极和电容C的另一端并向外输出直流电。

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