CN103051184A

CN103051184A - 一种升压电路

Info

Publication number: CN103051184A
Application number: CN 201210568318
Authority: CN
Inventors: 王玲
Original assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明提出一种升压电路，解决了现有升压电路轻载状态下效率低的问题。一种升压电路，包括：输入端口、输出端口、输入电容器、第一功率开关、第二功率开关、输出电容器、反馈组件、误差放大器、锯齿波产生器和控制及驱动电路。本发明能够提高升压电路在轻载状态下的效率。

Description

一种升压电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种升压电路。

背景技术

升压电路通常应用于当所需电压比供电电源的电压高的场合。典型升压电路包括如图1所示耦接的输入电感器L、第一功率开关S1、第二功率开关S2和输出电容器Co。现有升压电路的开关周期通常由固定频率的时钟信号触发，即其开关频率为固定数值的时钟频率。在重载状态下，固定的开关频率能使升压电路保持高效率。然而在轻载状态下，若开关频率还是重载状态下的开关频率，会使得升压电路的效率降低。

发明内容

本发明提出一种升压电路，解决了现有升压电路在轻载状态下效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种升压电路，包括：输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；输入电感器和第一功率开关，串联耦接在输入端口和参考地之间；第二功率开关，耦接在第一功率开关和输入电感器的串联耦接节点和输出端口之间；输出电容器，耦接在输出端口和参考地之间；反馈组件，耦接至输出端口接收输出电压，并产生反映输出电压的反馈电压；误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压，其同相输入端耦接至反馈组件接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；箝位器，耦接在误差放大器的输出端子和参考地之间；频率比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其输出端子提供时钟信号；锯齿波产生器，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号提供锯齿波信号至频率比较器的同相输入端；控制及驱动电路，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号，产生两路开关驱动信号，以控制第一功率开关和第二功率开关的通断。

可选地，所述反馈组件包括串联耦接在输出端口和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压在第一电阻和第二电阻的串联耦接节点处产生。

可选地，所述箝位器包括齐纳二极管。

可选地，所述升压电路还包括：补偿电容器，耦接在误差放大器的输出端子和反相输入端之间。

可选地，所述锯齿波产生器包括：充电电流源、充电电容器和复位开关，三者并联耦接在频率比较器的同相输入端和参考地之间，其中所述复位开关进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号。

可选地，所述第一功率开关和所述第二功率开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管、双极型晶体管或绝缘栅双极晶体管。

本发明的有益效果是：能够提高升压电路在轻载状态下的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有升压电路的典型电路结构示意图；

图2为本发明一种升压电路100的电路结构示意图；

图3为图2所示升压电路100中的时钟信号CLK、锯齿波信号Vsw、误差放大信号Vc和输出电压Vo的时序波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的升压电路100包括：输入端口101，接收输入电压Vin；输出端口102，提供输出电压Vo；输入电感器103和第一功率开关104，串联耦接在输入端口101和参考地之间；第二功率开关105，耦接在第一功率开关104和输入电感器103的串联耦接节点和输出端口102之间；输出电容器106，耦接在输出端口102和参考地之间；反馈组件107，耦接至输出端口102接收输出电压Vo，并产生反映输出电压Vo的反馈电压Vfb；误差放大器108，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压Vref，其同相输入端耦接至反馈组件107接收反馈电压Vfb，其输出端子产生误差放大信号Vc；箝位器109，耦接在误差放大器108的输出端子和参考地之间；频率比较器110，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器108的输出端子接收误差放大信号Vc，其输出端子提供时钟信号CLK；锯齿波产生器111，耦接至频率比较器110的输出端子接收时钟信号CLK，并基于时钟信号CLK提供锯齿波信号Vsw至频率比较器110的同相输入端；控制及驱动电路112，耦接至频率比较器110的输出端子接收时钟信号CLK，并基于时钟信号CLK，产生两路开关驱动信号，以控制第一功率开关104和第二功率开关105的通断。

优选地，所述锯齿波产生器111包括：充电电流源11、充电电容器12和复位开关13，三者并联耦接在频率比较器110的同相输入端和参考地之间，其中所述复位开关13进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器110输出端子接收时钟信号CLK。当时钟信号CLK为低电平时，复位开关13被断开，则充电电流源11给充电电容器12充电，充电电容器12两端的电压线性增大，当其增大至频率比较器110反相输入端的信号的电压值时，频率比较器110输出的时钟信号CLK变为高电平。相应地，复位开关13被闭合。于是充电电容器12被拉至地，其两端的电压被迅速复位为零，即频率比较器110同相输入端的电压被复位为零。随后，时钟信号CLK变为低电平，复位开关13被断开，充电电流源11重新开始给充电电容器12充电，直至充电电容器12两端电压再次达到频率比较器110反相输入端的信号的电压值而触发时钟信号CLK变为高电平。锯齿波产生器111和频率比较器110如前所述周而复始地工作，从而产生周期性变化的锯齿波信号Vsw和时钟信号CLK。时钟信号CLK、锯齿波信号Vsw、误差放大信号Vc和输出电压Vo的时序波形示意图参见图3。

优选地，所述反馈组件107包括串联耦接在输出端口102和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压Vfb在第一电阻和第二电阻的串联节点处产生。

优选地，所述第一功率开关104和所述第二功率开关105包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

优选地，所述箝位器109包括齐纳二极管，且具有箝位电压Vz。

优选地，所述升压电路100还包括：补偿电容器115，耦接在误差放大器108的输出端子和反相输入端之间。

在升压电路100正常运行时，当时钟信号CLK输出高电平信号，则控制及驱动电路112输出的两路开关驱动信号控制第一功率开关104导通、第二功率开关105断开，输入电压Vin经由输入电感器103和第一功率开关104至参考地，能量存储在输入电感器103中。

在升压电路100的负载相对较重时，输出电压Vo相对较小，反馈电压Vfb也相对较小。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较小，则误差放大信号Vc比较小。即在重载状态下，频率比较器110反相输入端的信号其电压值较小。锯齿波信号Vsw可以较早的达到其峰值，而使时钟信号CLK较早地转换为高电平，缩小了时钟信号CLK的周期，也即此时的开关频率较高。并且随着负载的变化，误差放大信号Vc缓慢地变化，使得开关频率也缓慢的变化，如图3所示，在重载状态下时钟信号CLK的周期为T2。

在升压电路100的负载相对较轻时，输出电压Vo相对较大，反馈电压Vfb也相对较大。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较大，则误差放大信号Vc比较大。即在轻载状态下，频率比较器110反相输入端的信号其电压值较大。锯齿波信号Vsw较晚地达到其峰值，而使时钟信号CLK较晚地转换为高电平，延长了时钟信号CLK的周期，也即此时的开关频率较低。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较小，则误差放大信号Vc比较小。当误差放大信号Vc增大到箝位器109的箝位电压Vz时，误差放大信号Vc被箝位在箝位电压Vz处。此时开关频率达到最小值，从而避免开关频率进入人耳可听到的频率，造成噪声。

如图3所示，在轻载状态下时钟信号CLK的周期为T1；在负载从重载变为轻载时，时钟信号CLK的周期为Ti。由图3可见T2＜Ti＜T1，且在负载跳变的过程中，开关周期逐渐增大。即升压电路100在重载状态下的开关频率大于其在轻载状态下的频开关频率，且在负载跳变的过程中其开关频率逐渐减小。

由上可见，升压电路100在轻载状态下，开关频率被减小，因此降低了其轻载状态下的损耗。进一步地，由于箝位器的应用，升压电路100开关频率的最小值得到限制，避免了噪声。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种升压电路，其特征在于，包括：

输入端口，接收输入电压；

输出端口，提供输出电压；

输入电感器和第一功率开关，串联耦接在输入端口和参考地之间；

第二功率开关，耦接在第一功率开关和输入电感器的串联耦接节点和输出端口之间；

输出电容器，耦接在输出端口和参考地之间；

反馈组件，耦接至输出端口接收输出电压，并产生反映输出电压的反馈电压；

误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压，其同相输入端耦接至反馈组件接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；

箝位器，耦接在误差放大器的输出端子和参考地之间；

频率比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其输出端子提供时钟信号；

锯齿波产生器，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号提供锯齿波信号至频率比较器的同相输入端；

控制及驱动电路，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号，产生两路开关驱动信号，以控制第一功率开关和第二功率开关的通断。

2.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，其中所述箝位器包括齐纳二极管。

3.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述反馈组件包括串联耦接在输出端口和参考地之间的第一电阻和第二电阻，其中反馈电压在第一电阻和第二电阻的串联耦接节点处产生。

4.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述锯齿波产生器包括：

充电电流源、充电电容器和复位开关，三者并联耦接在频率比较器的同相输入端和参考地之间，其中

所述复位开关进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号。

5.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，还包括：补偿电容器，耦接在误差放大器的输出端子和反相输入端之间。

6.如权利要求1所述的升压电路，其特征在于，所述第一功率开关和所述第二功率开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管、双极型晶体管或绝缘栅双极晶体管。