CN107592013A - 应用于dc‑dc变换器中自举电容掉电恢复的控制电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了应用于DC‑DC变换器中自举电容器掉电恢复的控制电路和方法，包括第一主开关管、第二主开关管、电感、自举电容、第二二极管、第一开关管驱动电路、第二开关管驱动电路、D触发器和电平转换电路，本控制电路可以解决在DC‑DC变换器中自举电容因为小负载/空载导致自举电容器掉电而引起***输出异常或者***停止工作的现，以及在自举电容和第二二极管的节点BS和开关节点SW短路撤销后，自举电容器自动恢复充电，从而保证***的正常运行，且本发明无需输出虚拟负载，负载欠压检测，计时电路，或者增加额外触发器，从而简化电路设计难度，增强***稳定性，同时，本发明为逐周期实现自举电容器电压抬升，实现***快速恢复稳定。
Description
技术领域
本发明涉及带有自举电容的DC-DC变换器，特别涉及应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复的控制电路和方法。
背景技术
采用自举电容的DC-DC变换器，在小负载或空载时，开关节点周期变大，自举电容充电能力降低，导致第一开关管无法正常开/关，***工作异常或停止工作。
为解决该问题，一种方法是在***输出增加虚拟负载，但会增加***功耗。另一种方法是增加自举电容电压检测电路，当电压低于预设值时，拉低开关节点，强制给自举电容充电；这种办法会引入较大的功耗，降低***效率。还有一种是增加多个计时电路，触发器，以及逻辑控制电路来确保自举电容的充电周期和时间，这种办法增加了芯片成本和电路设计复杂性。
如图1所示的带自举电容DC-DC变换器的电路，主要包括以下电路：包括第一主开关管和第二主开关管，所述第一主开关管的漏极连接第一电源输入端，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，将连接点设为开关节点SW，所述第二开关管的源极接地，得电流能从第二开关管的源极经过流向第二开关管的漏极，还包括电感，所述电感的一端与开关节点SW连接，电感的另一端为负载输出端，还包括自举电容和第二二极管，所述自举电容的一端与开关节点SW连接，自举电容的另一端依次连接第二二极管和第二电源输入端，自举电容与第二二极管的连接点为节点BS，使得第二电源输出的电流只能从第二电源输入端流向自举电容，所述第一主开关管的栅极连接第一开关管驱动电路，第二主开关管的栅极连接第二开关管驱动电路，所述自举电容用于给第一开关管驱动电路提供电源；在正常带载情况下，如图2所示，开关节点SW周期性变化；第一开关管开启，开关节点SW上升，自举电容电压不能突变，节点BS电压随SW上升；第一开关管关闭，第二开关管开启，开关节点SW下降，SW点较低时第二电源开始对自举电容开始充电；开关管以上述两步循环工作，自举电容电压维持稳定电压，当变换器负载电流变小，如图3所示，开关节点SW开关周期变长，自举电容充电时间变短，内部电路电荷消耗，自举电容电压逐渐下降；当变换器转变为空载时，开关节点SW开关周期更长，节点SW会趋于等于输出，自举电容缺少充电周期，出现需要第一开关管开启而无法开启的现象，同时输出电压逐步下降。该问题直接导致变换器工作异常或停止工作。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种使得自举电容电压掉电逐周期快速恢复的控制电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复控制电路，包括第一主开关管和第二主开关管，所述第一主开关管的漏极连接第一电源输入端，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，将连接点设为开关节点SW，所述第二开关管的源极接地，使得电流能从第二开关管的源极经过流向第二开关管的漏极，还包括电感，所述电感的一端与开关节点SW连接，电感的另一端为负载输出端，开包括自举电容和第二二极管，所述自举电容的一端与开关节点SW连接，自举电容的另一端依次连接第二二极管和第二电源输入端，使得第二电源输出的电流只能从第二电源输入端流向自举电容，所述第一主开关管的栅极连接第一开关管驱动电路，第二主开关管的栅极连接第二开关管驱动电路，所述自举电容用于给第一开关管驱动电路提供电源；
还包括D触发器，所述D触发器的Q输出端通过电平转换电路与第一开关管驱动电路连接，所述D触发器的Qn输出端与第二开关管驱动电路连接，所述D触发器的D输入端连接第三输入电源，所述D触发器的触发端连接CLK时钟电路，还包括反相器和与门电路，所述与门电路的输出端连接至D触发器的复位端，所述与门电路的第一输入端与反相器的输出端连接，所述与门电路的第二输入端连接脉冲宽度调制信号，所述反相器的输入端与CLK时钟电路连接，还包括连接在开关节点SW和第一主开关管栅极的电阻。
本发明的有益效果是：本发明的控制电路可以解决在DC-DC变换器中自举电容因为小负载/空载导致自举电容掉电而引起***输出异常或者***停止工作的现象，以及在自举电容和第二二极管的节点BS和开关节点SW短路撤销后，自举电容自动恢复充电，从而保证***的正常运行，且本发明无需输出虚拟负载，负载欠压检测，计时电路，或者增加额外触发器，从而简化电路设计难度，增强***稳定性，同时，本发明为逐周期实现自举电容电压抬升，实现***快速恢复稳定。
附图说明
图1为现有技术中，带有自举电容的DC-DC变换器的部分电路示意图。
图2为现有技术中在较大稳定负载下，带有自举电容的DC-DC变换器的部分节点波形图。
图3为现有技术中在小负载或空载情况下，带有自举电容的DC-DC变换器的部分节点波形图。
图4为本控制电路的电路示意图。
图5为本控制电路在小负载或空载情况下的部分节点电压波形图。
图中标记为：第一主开关管1、第二主开关管2、电感4、自举电容5、第二二极管6、D触发器7、第一开关管驱动电路8、第二开关管驱动电路9、电平转换电路10、反相器11、与门电路12、电阻13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图4及图5所示，一种应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复的控制电路，包括第一主开关管1和第二主开关管2，所述第一主开关管1的漏极连接第一电源输入端，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，将连接点设为开关节点SW，所述第二开关管的源极接地，，使得电流能从第二开关管的源极经过流向第二开关管的漏极，还包括电感4，所述电感4的一端与开关节点SW连接，电感4的另一端为负载输出端，开包括自举电容5和第二二极管6，所述自举电容5的一端与开关节点SW连接，自举电容5的另一端依次连接第二二极管6和第二电源输入端，自举电容5与第二二极管6的连接点设为节点BS，使得第二电源输出的电流只能从第二电源输入端流向自举电容5，所述第一主开关管1的栅极连接第一开关管驱动电路8，第二主开关管2的栅极连接第二开关管驱动电路9，所述自举电容5用于给第一开关管驱动电路8提供电源；
还包括D触发器7，所述D触发器7的Q输出端通过电平转换电路10与第一开关管驱动电路8连接，所述D触发器7的Qn输出端与第二开关管驱动电路9连接，所述D触发器7的D输入端连接第三输入电源，所述D触发器7的触发端连接CLK时钟电路，还包括反相器11和与门电路12，所述与门电路12的输出端连接至D触发器7的复位端，所述与门电路12的第一输入端与反相器11的输出端连接，所述与门电路12的第二输入端连接脉冲宽度调制信号，所述反相器11的输入端与CLK时钟电路连接，还包括连接在开关节点SW和第一主开关管1栅极的电阻13。
上述电路的工作原理如下所述：设D触发器7的Q输出端的输出信号为PWMH，D触发器7的Qn输出端的输出信号为PWML，在较大负载情况下，PWM信号周期固定，控制信号PWM为低电平，D触发器7的复位端收到的信号也一直为低电平，时钟CLK下降沿触发D触发器7，使得D触发器7的输出信号PWMH为高电平，PWML为低电平，信号PWMH经电平转变电路和第一开关管驱动电路8产生第一开关管驱动信号V_Qh，第一开关管开启，第二开关管处于关闭状态，当控制信号PWM由低电平转变为高电平时，CLK下降沿变为低电平，从而使得D触发器7的复位端收到的信号变为高电平，D触发器7复位，信号PWML由低电平转变为高电平，使得第二开关管驱动电路9产生驱动信号V_QL开启第二开关管，同时为自举电容5充电，循环上述步骤，***处于稳定状态；在小负载/空载情况下，自举电容5充电周期变长，自举电容5电压降低；自举电容5电压无法为第一开关管提供驱动能力，电阻13将第一开关管的栅极下拉至开关节点SW，第一开关管关闭，***输出电压降低，PWM信号为低电平，在T1时刻，时钟CLK下降沿触发器产生控制信号PWMH，而自举电容5因电压掉电无法为第一开关管提供驱动，电阻13维持第一开关管关闭状态，T2时刻时钟CLK在窄脉冲高电平，PWM信号仍为低电平，使得与门输出高电平，将D触发器7复位，控制信号PWML输出高电平，第二开关管产生驱动信号V_QL为高电平，使得第二开关管开启，从而为自举电容5充电，T3时刻，若自举电容5仍然无法为第一开关管驱动电路8提供驱动，则重复上述过程，本发明的控制电路可以解决在DC-DC变换器中自举电容5因为小负载/空载导致自举电容5掉电而引起***输出异常或者***停止工作的现，以及在自举电容5和第二二极管6的节点BS和开关节点SW短路撤销后，自举电容5自动恢复充电，从而保证***的正常运行，且本发明无需输出虚拟负载，负载欠压检测，计时电路，或者增加额外触发器，从而简化电路设计难度，增强***稳定性，同时，本发明为逐周期实现自举电容5电压抬升，实现***快速恢复稳定。
本发明还公开了一种应用于DC-DC变换器中自举电容5掉电恢复的控制方法，当在较大负载情况下，PWM信号周期固定，控制信号PWM为低电平，D触发器7的复位端收到的信号也一直为低电平，时钟CLK下降沿触发D触发器7，使得D触发器7的输出信号PWMH为高电平，PWML为低电平，信号PWMH经电平转变电路和第一开关管驱动电路8产生第一开关管驱动信号V_Qh，第一开关管开启，第二开关管处于关闭状态，当控制信号PWM由低电平转变为高电平时，CLK下降沿变为低电平，从而使得D触发器7的复位端收到的信号变为高电平，D触发器7复位，信号PWML由低电平转变为高电平，使得第二开关管驱动电路9产生驱动信号V_QL开启第二开关管，同时为自举电容5充电，循环上述步骤，***处于稳定状态；
当在小负载/空载情况下，自举电容5充电周期变长，自举电容5电压降低；自举电容5电压无法为第一开关管提供驱动能力，电阻13将第一开关管的栅极下拉至开关节点SW，第一开关管关闭，***输出电压降低，PWM信号为低电平，当时钟CLK下降沿触发器产生控制信号PWMH，而自举电容5因电压掉电无法为第一开关管提供驱动，电阻13维持第一开关管关闭状态，当时钟CLK在窄脉冲高电平时，PWM信号仍为低电平，使得与门输出高电平，将D触发器7复位，控制信号PWML输出高电平，第二开关管产生驱动信号V_QL为高电平，使得第二开关管开启，从而为自举电容5充电，后续时刻若自举电容5仍然无法为第一开关管驱动电路8提供驱动，则重复上述过程。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复的控制电路，包括第一主开关管(1)和第二主开关管(2)，所述第一主开关管(1)的漏极连接第一电源输入端，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，将连接点设为开关节点SW，所述第二开关管的源极接地，使得电流能从第二开关管的源极经过流向第二开关管的漏极，还包括电感(4)，所述电感(4)的一端与开关节点SW连接，电感(4)的另一端为负载输出端，开包括自举电容(5)和第二二极管(6)，所述自举电容(5)的一端与开关节点SW连接，自举电容(5)的另一端依次连接第二二极管(6)和第二电源输入端，使得第二电源输出的电流只能从第二电源输入端流向自举电容(5)，所述第一主开关管(1)的栅极连接第一开关管驱动电路(8)，第二主开关管(2)的栅极连接第二开关管驱动电路(9)，所述自举电容(5)用于给第一开关管驱动电路(8)提供电源；其特征在于：
还包括D触发器(7)，所述D触发器(7)的Q输出端通过电平转换电路(10)与第一开关管驱动电路(8)连接，所述D触发器(7)的Qn输出端与第二开关管驱动电路(9)连接，所述D触发器(7)的D输入端连接第三输入电源，所述D触发器(7)的触发端连接CLK时钟电路，还包括反相器(11)和与门电路(12)，所述与门电路(12)的输出端连接至D触发器(7)的复位端，所述与门电路(12)的第一输入端与反相器(11)的输出端连接，所述与门电路(12)的第二输入端连接脉冲宽度调制信号，所述反相器(11)的输入端与CLK时钟电路连接，还包括连接在开关节点SW和第一主开关管(1)栅极的电阻(13)。
2.一种应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复的控制方法，其特征在于：包括权利要求1所述的一种应用于DC-DC变换器中自举电容掉电恢复的控制电路；
当在较大负载情况下，PWM信号周期固定，控制信号PWM为低电平，D触发器(7)的复位端收到的信号也一直为低电平，时钟CLK下降沿触发D触发器(7)，使得D触发器(7)的输出信号PWMH为高电平，PWML为低电平，信号PWMH经电平转变电路和第一开关管驱动电路(8)产生第一开关管驱动信号V_Qh，第一开关管开启，第二开关管处于关闭状态，当控制信号PWM由低电平转变为高电平时，CLK下降沿变为低电平，从而使得D触发器(7)的复位端收到的信号变为高电平，D触发器(7)复位，信号PWML由低电平转变为高电平，使得第二开关管驱动电路(9)产生驱动信号V_QL开启第二开关管，同时为自举电容(5)充电，循环上述步骤，***处于稳定状态；
当在小负载/空载情况下，自举电容(5)充电周期变长，自举电容(5)电压降低；自举电容(5)电压无法为第一开关管提供驱动能力，电阻(13)将第一开关管的栅极下拉至开关节点SW，第一开关管关闭，***输出电压降低，PWM信号为低电平，当时钟CLK下降沿触发器产生控制信号PWMH，而自举电容(5)因电压掉电无法为第一开关管提供驱动，电阻(13)维持第一开关管关闭状态，当时钟CLK在窄脉冲高电平时，PWM信号仍为低电平，使得与门输出高电平，将D触发器(7)复位，控制信号PWML输出高电平，第二开关管产生驱动信号V_QL为高电平，使得第二开关管开启，从而为自举电容(5)充电，后续时刻若自举电容(5)仍然无法为第一开关管驱动电路(8)提供驱动，则重复上述过程。
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