CN217880110U - 一种输出电压的振荡抑制电路 - Google Patents

Abstract

一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：电路包括第一开关、第二开关、输出电感、第一电容、第二电容、充电单元和反馈控制单元；其中，第一开关与第二开关均与输出电感连接，以通过交错开启方式实现对输出电感电流的控制；第一电容一端接入至所第一开关和第二开关的连接点上，另一端与充电单元连接，以实现对第一电容的上下极板电压差的调节；反馈控制单元，与第一开关、第二开关和第一电容连接，分别对第一开关的电流和第一电容的上下极板电压进行采集，并在比较后生成反馈控制信号以对第一开关和第二开关的开启或关断状态进行控制。本实用新型方法简单，构思巧妙，利用了现有元件，实现对高占空比下电压转换器的振荡抑制。

Description

一种输出电压的振荡抑制电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，更具体的，涉及一种输出电压的振荡抑制电路。

背景技术

随着电子电力技术的大力发展，电子产品在日常生活中的普及率越来越高，各式各样的供电技术日新月异。由起初的阻容降压到线性稳压器，再由线性稳压器到开关电源，在实现相同功能效果的情况下，元件的体积越来越小，效能越来越高。

随着可移动设备的日益普及，市场中可移动设备的续航能力得到了进一步提升。一方面，设备电池的容量越来越大，能够满足部分设备对续航能力的要求，另一方面，各种快速充电技术日渐强盛，弥补了一部分电池容量无法增加的不足。

现有技术中，各类控制电路、传感器电路均需要较为稳定且幅度合理的电源对其进行可靠的供电。电压电流转换器能够根据负载情况动态的将电源的输出调节为各类控制电路所需要的幅度范围，并能够提供稳定安全的输出。

然而，在这类电路当中，经常由于前级输入电源条件恶劣，导致其输入电压范围波动范围较大，因而时常会出现输出电压不够稳定的问题。例如，当前级输入电源的荷电状态较低时，可能会出现输入电压接近于输出设定电压的情况。在这种情况下，由于电感、电容等非线性元件的延迟效应，电压电流转换器电路可能会由于环路调整出现超调或失调问题，并进一步导致电路发生振荡。此时，输出电压不够稳定，降低了电压电流转换器的输出精度，导致了较大的输出纹波，严重时甚至会导致电路烧毁。

针对上述问题，本实用新型提供了一种输出电压的振荡抑制电路。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种输出电压的振荡抑制电路，通过对第一电容进行选择性充电和上下极板电压采集，从而实现对控制信号的反馈控制。

本实用新型采用如下的技术方案。

本实用新型涉及一种输出电压的振荡抑制电路，其中，电路包括第一开关、第二开关、输出电感、第一电容、第二电容、充电单元和反馈控制单元；第一开关与第二开关均与所述输出电感连接，以通过交错开启方式实现对输出电感电流的控制；第一电容一端接入至第一开关和第二开关的连接点上，另一端与充电单元连接，以实现对第一电容的上下极板电压差的调节；反馈控制单元，与第一开关、第二开关和第一电容连接，分别对第一开关的电流和第一电容的上下极板电压进行采集，并在比较后生成反馈控制信号以对第一开关和第二开关的开启或关断状态进行控制。

优选的，第一开关与第二开关串联并接入至电路输入端和地之间；输出电感一端连接在第一开关与第二开关的连接点上，另一端作为电路的输出；第二电容接入电路的输出端与地之间；第一开关和所述第二开关的控制端分别接收反馈控制单元的输出。

优选的，反馈控制单元包括电流采集单元、电压采集单元、比较器和控制模块；其中，电流采集单元的输入端与第一开关的一端连接，以采集第一开关的电流并生成第一采样电压；电压采集单元与第一电容的两端连接，以采集第一电容的上下极板电压并生成第二采样电压；比较器对于第一采样单元和第二采样单元进行比较，以生成比较信号；控制模块，接收比较信号并生成反馈控制信号。

优选的，控制模块与第一开关和第二开关的连接点连接，基于连接点上的信号状态实现原有控制逻辑；控制模块还接收比较信号，并依据原有控制逻辑生成反馈控制信号。

优选的，充电单元一端与输入电压连接，另一端与第一电容的上极板连接；当第一开关开启、第二开关关断时，第一电容下极板电压为输入电压，充电单元处于非充电状态，第一电容放电以控制第二采样电压逐渐降低；当第一开关关断、第二开关开启时，第一电容下极板电压为地电平，充电单元处于充电状态，第一电容充电以控制第二采样电压逐渐升高。

优选的，当第一开关开启、第二开关关断时，第一采样电压逐渐升高；当第一开关关断、第二开关开启时，第一采样电压为零电平。

优选的，当第一采样电压大于第二采样电压时，反馈控制信号控制第一开关提前于原有控制逻辑关断，以对输出电感电流的峰值进行抑制。

优选的，电压采集单元中还包括电平平移器，以对采集到的第一电容的上下极板电压的取值范围进行调节。

优选的，充电单元为电压源与续流二极管的串联电路，第一电容复用电路中第一开关的自举电容；第一开关和第二开关为MOS管。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中的一种输出电压的振荡抑制电路，能够通过对第一电容进行选择性充电和上下极板电压采集，从而实现对控制信号的反馈控制。本实用新型方法简单，充分利用了现有技术中电压转换器电路的现有元件，实现了对于工作在占空比较高状态下的电压转换器电路的振荡抑制。

本实用新型的有益效果还包括：

1、采用本实用新型的电路，不仅是可以对震荡周期电感电流峰值异常的增加加以限制，而且从总的震荡过程中该电路均能够削减震荡的幅度，并对震荡起到抑制作用。

2、本实用新型中无需增加过多新的电路结构或元件，能够复用第一开关上的自举电容，并通过采集单元获取第一开关的电流和自举电容的上下极板电压从而比较得到反馈控制信号。通过这种方式，本实用新型充分提高了功率利用率，简化了电路结构，能够广泛的应用于各类电路中。

3、本实用新型的电路结构，在电路不处于较高占空比的情况下，第一开关的导通时间较短，不会造成第一电容的长时间放电，因此通过合理设计电路参数，第二采样电压也不会降低至与第一采样电压相等的状态。在较低占空比的情况下，该反馈控制信号不会影响电路的原有逻辑。而在较高占空比时，第一开关的导通时间较长，从而导致了第一电容的充分放电。通过这种巧妙的设计，使得电路能够充分识别大占空比时的电路振荡，并提供适应性的调节。

附图说明

图1为本实用新型中一种输出电压的振荡抑制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

图1为本实用新型中一种输出电压的振荡抑制电路的电路结构示意图。如图1所示，本实用新型第一方面，涉及一种输出电压的振荡抑制电路，电路包括第一开关、第二开关、输出电感、第一电容、第二电容、充电单元和反馈控制单元；其中，第一开关与第二开关均与所述输出电感连接，以通过交错开启方式实现对输出电感电流的控制；第一电容一端接入至第一开关和第二开关的连接点上，另一端与充电单元连接，以实现对第一电容的上下极板电压差的调节；反馈控制单元，与第一开关、第二开关和第一电容连接，分别对第一开关的电流和第一电容的上下极板电压进行采集，并在比较后生成反馈控制信号以对第一开关和第二开关的开启或关断状态进行控制。

可以理解的是，本实用新型中的振荡抑制电路，可以通过第一开关、第二开关的开启和关断的状态来控制输出电感上电流的大小，当输出电感上电流较大时，输出电压可能会随着缓慢升高，而当输出电感上电流较小时，输出电压则缓慢降低。

本实用新型中的反馈控制单元也可以采集第一开关和第二开关连接点上的电压大小，并通过该点的电压情况，来及时的获取输出电感的输出特性，从而反馈回电路的输出状态，并控制第一开关和第二开关的开启与关断。

需要说明的是，本实用新型中的第二电容，连接在输出端，该电容可以充放电行为来调节输出电压的进一步稳定。

另外，本实用新型中的第一电容，其作用是提供合理的压差，并将该压差提供给反馈控制单元，以实现振荡过程中输出电感电流峰值的抑制。

优选的，第一开关与第二开关串联并接入至电路输入端和地之间；输出电感一端连接在第一开关与第二开关的连接点上，另一端作为电路的输出；第二电容接入电路的输出端与地之间；第一开关和第二开关的控制端分别接收反馈控制单元的输出。

可以理解的是，本实用新型中的第一开关和第二开关可以采用现有技术中常用的MOS管结构实现，其栅极作为开关的控制端，而MOS管的类型则决定了源极和栅极的具体连接方式。

优选的，反馈控制单元包括电流采集单元、电压采集单元、比较器和控制模块；其中，电流采集单元的输入端与第一开关的一端连接，以采集第一开关的电流并生成第一采样电压；电压采集单元与第一电容的两端连接，以采集第一电容的上下极板电压并生成第二采样电压；比较器对于第一采样单元和第二采样单元进行比较，以生成比较信号；控制模块，接收比较信号并生成反馈控制信号。

可以理解的是，本实用新型中的反馈控制单元可以分别采集第一开关上的电流和第一电容的上下极板电压，并分别将其转化为合适大小的采样电压，也就是第一和第二采样电压。当两个采样电压的大小发生翻转时，就说明此时的第一电容放电过多，这也说明电路工作在较大的占空比情况下，且电感电流升高的较高。通过及时的翻转第一开关和第二开关的状态，就能够使得电感电流的峰值可以被限制下来，从而抑制振荡。

优选的，控制模块与第一开关和第二开关的连接点连接，基于连接点上的信号状态实现原有控制逻辑；控制模块还接收比较信号，并依据原有控制逻辑生成反馈控制信号。

这里的信号状态，可以是先采集到连接点上的电压，然后对该电压进行一定程度的滤波后，得到去除干扰的信号，并将该信号作为反馈参考输入至控制模块，从而使得该控制模块实现对第一开关和第二开关的控制。这种控制方式也是现有技术中常用的一种方法。

可以理解的是，本实用新型中的控制模块可以采用现有技术中的多种方式实现，例如，控制模块中可以包含PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)单元等，也能够通过反馈电压的高低来实现开关导通或关断时间的调节。

具体来说，控制模块还可以根据电路输出端的情况，或者是第一开关与第二开关连接点上的电压情况来对控制的方式进行反馈调节。因为开关连接点上接入了输出电感，因此输出电压上一端电压的大小能够在一定程度上表征电路的实际状态，而控制单元在获取到该点的电压后，就可以考虑第一开关和第二开关的导通与关断的时长是否仍然能够保证电路输出电压的问题。如果此时连接点上的电压过高，则控制模块可以减少第一开关的导通时间，反之则增加第一开关的导通时间。通过这种方式，就可以将电路的输出电压维持在理想的稳定状态。这一控制模块的控制过程也就是前文中所述的原有控制逻辑。

在此逻辑之上，如果电路的占空比不会过大，则本实用新型中新增的电路结构不会影响控制模块的原有逻辑。而当新增的电路结构对现有技术中的控制模块发生影响时，则会导致第一开关的提前关断。

优选的，充电单元一端与输入电压连接，另一端与第一电容的上极板连接；当第一开关开启、第二开关关断时，第一电容下极板电压为输入电压，充电单元处于非充电状态，第一电容放电以控制第二采样电压逐渐降低；当第一开关关断、第二开关开启时，第一电容下极板电压为地电平，充电单元处于充电状态，第一电容充电以控制第二采样电压逐渐升高。

可以理解的是，本实用新型中的第一电容可以采用现有技术中常用的自举电容来实现。该电容在电路中原本的作用可以是为第一开关的驱动提供临时电源。然而，本实用新型中，可以简单复用该电容，从而达到对振荡的抑制。

优选的，当第一开关开启、第二开关关断时，第一采样电压逐渐升高；当第一开关关断、第二开关开启时，第一采样电压为零电平。

第一采集电压是由于电流采集单元输出的，当电路开始发生振荡时，电感电流会随着干扰而迅速升高。此时，随着电路原有控制逻辑，为了确保电感电流的升高，第一开关控制信号的占空比也会增加，此时第一开关在一个周期内长时间导通，短时间关断。在这种情况下，电流采集单元生成的第一采样电压也会在第一开关导通的时间内快速升高，而在短暂的截止时间内随着开关关断降低为0。

与此同时，如上文中所述的，第二采样电压也会受到相应的影响，该电压在第一开关导通时逐渐下降，并在第一开关关断之前就降低到第一采样电压以下，通过这种方式，就可以生成提前于原有关断控制逻辑的比较信号，从而延长了第一开关的关断时间。

另外，当电路并不处于振荡状态，电感电流也较低或已经回落的情况下，电流采集单元的第一采样电压并不会过高，因此也不会与第二采样电压生成比较信号。因此电路仍然按照原有逻辑实现开关的控制。

可以理解的，本实用新型中的开关状态影响第一采样电压的大小。而第二采样电压则受到第一电容的控制。

优选的，当第一采样电压大于第二采样电压时，反馈控制信号控制第一开关提前于原有控制逻辑关断，以对输出电感电流的峰值进行抑制。

根据本实用新型电路中的原有控制逻辑，第一电感电流会上升到S2区域所在的峰值，而后第一开关关断，第二开关开启，此时电感电流顺着第二开关流出，电流的大小逐渐降低。而在增加了反馈控制信号后，输出电感的电流峰值只会到达S1所在的区域的峰值，随着第一采样电压和第二采样电压高低的翻转，反馈控制信号控制第一开关提前关断，同时第二开关提前开启，电感电流的峰值不再达到更高的S2区域上所对应的峰值，而是提前降低下来。随着电感电流的提前降低，输出电压，也就是第二电容上的电压，也提前降低下来，保持在较低的水平上并维持相对的稳定。

优选的，电压采集单元中还包括电平平移器，以对采集到的第一电容的上下极板电压的取值范围进行调节。

可以理解的是，本实用新型中的电压采集单元中还包括移相器，该移相器能够合理的调节器采集到的第一电容的上下极板电压，使得第二采样电压的取值范围达到预先设计的范围。通过移相器的调节，第二采样电压能够在合理的时间上降低到与第一采样电压相等的状态，从而合理的抑制电感电流的振荡。

优选的，充电单元为电压源与二极管的串联电路，第一电容复用电路中第一开关的自举电容；第一开关和第二开关为MOS管。

本实用新型一实施例中，可以采用电压源接通续流二极管的方式来作为第一电容的充电单元，该二极管的正端与输入电压连接，负端与自举电容的上极板连接，在第二开关打开后，从而实现对自举电容的充电。本实用新型中，可以考虑采用现有技术中第一开关的自举电容来实现这一功能。具体来说，第一开关的自举电容能够设置在第一开关控制端的控制元件上，例如为反相器提供器件电压，通过自举来防止第一开关的快速关断。而本实用新型中可以复用该元件，更进一步的使得自举电容在第一开关开启时实现放电，第一开关关断时实现充电，从而通过控制开关状态更加增强了自举电容对输出电压振荡的抑制。由于本实用新型复用了现有技术中的相关元件，因此控制电路不会对原有芯片的主要功能造成较大的负担或影响，提高了电路的效率，节约了芯片面积。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中的一种输出电压的振荡抑制电路，能够通过对第一电容进行选择性充电和上下极板电压采集，从而实现对控制信号的反馈控制。本实用新型方法简单，充分利用了现有技术中电压转换器电路的现有元件，实现了对于工作在占空比较高状态下的电压转换器电路的振荡抑制。

本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：

所述电路包括第一开关、第二开关、输出电感、第一电容、第二电容、充电单元和反馈控制单元；其中，

所述第一开关与第二开关均与所述输出电感连接，以通过交错开启方式实现对输出电感电流的控制；

所述第一电容一端接入至所述第一开关和第二开关的连接点上，另一端与所述充电单元连接，以实现对所述第一电容的上下极板电压差的调节；

所述反馈控制单元，与所述第一开关、第二开关和第一电容连接，分别对所述第一开关的电流和所述第一电容的上下极板电压进行采集，并在比较后生成反馈控制信号以对所述第一开关和第二开关的开启或关断状态进行控制。

2.根据权利要求1中所述的一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：

所述第一开关与所述第二开关串联并接入至电路输入端和地之间；

所述输出电感一端连接在第一开关与第二开关的连接点上，另一端作为所述电路的输出；

所述第二电容接入所述电路的输出端与地之间；

所述第一开关和所述第二开关的控制端分别接收所述反馈控制单元的输出。

3.根据权利要求2中所述的一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：

所述反馈控制单元包括电流采集单元、电压采集单元、比较器和控制模块；其中，

所述电流采集单元的输入端与所述第一开关的一端连接，以采集所述第一开关的电流并生成第一采样电压；

所述电压采集单元与所述第一电容的两端连接，以采集所述第一电容的上下极板电压并生成第二采样电压；

所述比较器对于所述第一采样单元和第二采样单元进行比较，以生成比较信号；

所述控制模块，接收所述比较信号并生成所述反馈控制信号。

4.根据权利要求3中所述的一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：

所述电压采集单元中还包括电平平移器，以对采集到的所述第一电容的上下极板电压的取值范围进行调节。

5.根据权利要求4中所述的一种输出电压的振荡抑制电路，其特征在于：

所述充电单元为电压源与二极管的串联电路，所述第一电容复用所述电路中第一开关的自举电容；

所述第一开关和第二开关为MOS管。

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