CN107947539A - 开关电源驱动供电电路及开关电源 - Google Patents

开关电源驱动供电电路及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源驱动供电电路及开关电源，驱动供电电路连接于开关电源功率管的控制端，包括供电电容，所述供电电容的第一端与所述功率管的控制端连接，通过第一控制信号和脉冲信号来产生电压调节信号，所述供电电容第二端的接收所述电压调节信号；所述第一控制信号为第一状态时，所述电压调节信号则表征为脉冲状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为有效状态，并作为驱动所述功率管开通的供电电压；所述第一控制信号为第二状态时，所述电压调节信号则表征为低电平状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为无效状态，以关断所述功率管。本发明能够实现对开关电源功率管持续驱动供电，且供电电容小，便于集成。

Description

开关电源驱动供电电路及开关电源
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源驱动供电电路及开关电源。
背景技术
在一些开关电源电路，如BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等电路中，需要供电电路供电以驱动功率管通断。现有技术中，以BUCK电路为例，其主管(即主功率开关管)供电电路如图1所示，所述供电电路包括：二极管、驱动电路和电容Cf，在主管M1关断、辅管M2导通时，电源VCC给电容Cf充电；辅管M2关断时，电容Cf放电，通过驱动电路驱动主管M1导通。
在保持主管M1的导通状态时，需要电容Cf持续对主管M1的驱动电路供电，在电容Cf放电过程中，其供电能力减弱，难以维持主管的导通状态，持续供电能力较差。此外，供电电路集成在片内，大电容Cf设置在片外，增加了芯片引脚和制造成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够持续供电，且便于集成的开关电源驱动供电电路及开关电源，以解决现有技术存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种开关电源驱动供电电路，连接于开关电源功率管的控制端，包括供电电容，所述供电电容的第一端与所述功率管的控制端连接，通过第一控制信号和脉冲信号来产生电压调节信号，所述供电电容第二端的接收所述电压调节信号；
所述第一控制信号为第一状态时，所述电压调节信号则表征为脉冲状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为有效状态，并作为驱动所述功率管开通的供电电压；
所述第一控制信号为第二状态时，所述电压调节信号则表征为低电平状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为无效状态，以关断所述功率管。
作为可选，所述供电电路还包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和第二开关管的控制端均接收第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述第一开关管和第二开关管的开关状态，所述第一控制信号经逻辑电路输至所述供电电容的第二端，所述供电电容的第一端分别与所述第一开关管和第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第一端与所述开关电源功率管的控制端连接，所述第一开关管的第二端接收输入电压，所述第二开关管的第二端接地；所述第一开关管与所述供电电容的第一端之间连接有第一单向导通元件，所述供电电容的第一端与所述第二开关管的第一端之间连接有第二单向导通元件。
作为可选，所述逻辑电路分别接收所述第一控制信号和脉冲信号，并输出电压调节信号，所述供电电容的第二端接收所述电压调节信号。
作为可选，所述第一控制信号为第一状态时，使得所述第一开关管导通，所述第二开关管关断；所述第一控制信号为第二状态时，使得所述第一开关管关断，所述第二开关管导通。
作为可选，所述第一控制信号由原始控制信号经反相器取反后得到。
作为可选，所述的第一开关管为PMOS管，所述的第二开关管为NMOS管。
作为可选，所述驱动供电电路还包括第三开关管，在所述第一开关管的控制端和第二端之间连接有第一电阻，所述第三开关管的第一端与所述第一开关管的控制端连接，第三开关管的第二端接地，第三开关管的控制端接收所述原始控制信号。
作为可选，所述第三开关管的第二端经第一电流源连接到地。
作为可选，所述第一单向导通元件为二极管或MOS管，所述第二单向导通元件也为二极管或MOS管。
本发明还提供了一种开关电源，包括上述任意一种开关电源驱动供电电路，所述开关电源驱动供电电路连接于开关电源功率管的控制端。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明在开通所述开关电源功率管时，通过将所述供电电容第一端的电压置为有效，且所述供电电容的第二端接收高频脉冲，以实现驱动供电，在所述开关电源功率管关断状态下，所述供电电容的第一端被置为无效。本发明能够实现对开关电源功率管持续驱动供电，且供电电容小，便于集成。
附图说明
图1为现有技术开关电源驱动供电电路的电路结构示意图；
图2为本发明开关电源驱动供电电路实施例一的电路结构示意图；
图3为本发明开关电源驱动供电电路实施例二的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明开关电源驱动供电电路实施例一的电路结构，所述开关电源以Buck拓扑结构为例。所述开关电源包括功率管M00、续流管D01和电感L，所述功率管M00和续流管D01的公共端SW与电感L的一端连接，所述电感L的另一端与输出电压Co连接。所述续流管D01在图中采用二极管实现，但可以采用MOSFET等来替代。所述开关电源还可以采用Boost、Buck-Boost等拓扑结构。
本发明的开关电源驱动供电电路连接在所述功率管M00的控制端，所述开关电源驱动供电电路包括第一开关管M01、第二开关管M02和供电电容Cf，所述第一开关管M01和第二开关管M02的控制端均接收第一控制信号Vctrl1，图2只是给出了第一控制信号Vctrl1作为第一开关管M01的控制信号信号的例子，并根据所述第一控制信号Vctrl1控制所述第一开关管M01和第二开关管M02的开关状态，所述第一控制信号Vctrl1经逻辑电路输至所述供电电容Cf的第二端，所述供电电容Cf的第一端分别与所述第一开关管M01和第二开关管M02的第一端连接，所述的第一开关管M01和第二开关管M02以MOS管为例，则第一端可以为漏极，第二端为源极。所述第二开关管M02的第一端与所述开关电源功率管M00的控制端连接，所述第一开关管M01的第二端接收输入电压VIN，所述第二开关管M02的第二端接地。所述第一开关管M01与所述供电电容Cf的第一端之间连接有第一单向导通元件D02，所述供电电容Cf的第一端与所述第二开关管M02的第一端之间连接有第二单向导通元件D03。在本实施例中，所述第一单向导通元件D02和第二单向导通元件D03均采用二极管实现，但是也可以采用MOS管实现。
所述逻辑电路分别接收所述第一控制信号Vctrl1和脉冲信号ch，并输出电压调节信号Vreg，所述供电电容Cf的第二端接收所述电压调节信号Vreg。所述逻辑电路有多种实现形式，本实施例中，所述逻辑电路包括或非门U02，所述非门U02的两个输入端分别接收所述第一控制信号Vctrl1和脉冲信号ch，所述脉冲信号ch为高频脉冲信号，所述或非门输出所述电压调节信号Vreg，为了提高所述电压调节信号Vreg的对供电电容的充电能力，故在非门U02与供电电容Cf的第一端之间设置有缓冲器Buffer。
所述第一控制信号Vctrl1由原始控制信号Vctrl0经反相器U01取反后得到。当所述原始控制信号Vctrl0为高电平时，则所述第一控制信号Vctrl1为低电平，即第一状态，使得所述第一开关管M01导通，所述第二开关管M02关断，以所述的第一开关管为PMOS管，所述的第二开关管为NMOS管为例。所述或非门U02分别接收所述第一控制信号Vctrl1和所述脉冲信号ch，从而输出电压调节信号Vreg，所述电压调节信号Vreg则表征为高频脉冲状态，第一开关管导通将供电电容的第一端置为高，高频脉冲状态的电压调节信号Vreg对供电电容持续充电，所述供电电容第一端的电位并作为驱动所述开关电源功率管导通的供电电压。
当所述原始控制信号Vctrl0为低电平时，所述第一控制信号Vctrl1为高电平，即第二状态，使得所述第一开关管M01关断，所述第二开关管M02导通，同样以所述的第一开关管为PMOS管，所述的第二开关管为NMOS管为例。此时，所述或非门U02分别接收所述第一控制信号Vctrl1和所述脉冲信号ch，所述或非门U02输出的所述电压调节信号Vreg表征为低电平状态，所述第二开关管导通将所述供电电容第一端的电位拉低，所述电压调节信号Vreg无法对所述供电电容Cf的第二端充电，此时使得所述开关电源的功率管关断。
如图3所示，示意了本发明开关电源驱动供电电路实施例二的电路结构，仍以Buck拓扑结构为例。本实施例与实施例一不同的是，在输入电压VIN较高的场合，即输入电压VIN大于相应参考电压Vref时，以参考电压Vref为5V为例，可能会造成第一开关管M01无法正常开关的情况。因此，本实施例二增加了用于辅助所述第一开关管M01开关的电路，即辅助驱动电路。在本实施例中，第一开关管M01的控制端不接收所述第一控制信号。
在实施例一的基础上增加第三开关管M03，在所述第一开关管M01的控制端和第二端之间连接有第一电阻R1，所述第三开关管M03的第一端与所述第一开关管M01的控制端连接，第三开关管M03的第二端接地，第三开关管M03的控制端接收所述原始控制信号Vctrl0。所述第三开关管M03的第二端经第一电流源i1连接到地。在当所述原始控制信号Vctrl0为高电平时，控制所述第三开关管M03导通，输入电压VIN在所述第一电阻R1上产生压降，从而使得所述第一开关管M01顺利导通，所述第三开关管M03采用NMOS管。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种开关电源驱动供电电路，连接于开关电源功率管的控制端，其特征在于：包括供电电容，所述供电电容的第一端与所述功率管的控制端连接，通过第一控制信号和脉冲信号来产生电压调节信号，所述供电电容第二端的接收所述电压调节信号；
所述第一控制信号为第一状态时，所述电压调节信号则表征为脉冲状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为有效状态，并作为驱动所述功率管开通的供电电压；
所述第一控制信号为第二状态时，所述电压调节信号则表征为低电平状态，此时将所述供电电容第一端的电位置为无效状态，以关断所述功率管。
2.根据权利要求1所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的控制端接收第一控制信号或连接辅助驱动电路，第二开关管的控制端接收第一控制信号，所述第一控制信号经逻辑电路输至所述供电电容的第二端，所述供电电容的第一端分别与所述第一开关管和第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第一端与所述开关电源功率管的控制端连接，所述第一开关管的第二端接收输入电压，所述第二开关管的第二端接地；所述第一开关管与所述供电电容的第一端之间连接有第一单向导通元件，所述供电电容的第一端与所述第二开关管的第一端之间连接有第二单向导通元件。
3.根据权利要求2所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述逻辑电路分别接收所述第一控制信号和脉冲信号，并输出电压调节信号，所述供电电容的第二端接收所述电压调节信号。
4.根据权利要求2或3所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述第一控制信号为第一状态时，使得所述第一开关管导通，所述第二开关管关断；所述第一控制信号为第二状态时，使得所述第一开关管关断，所述第二开关管导通。
5.根据权利要求2或3所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述逻辑电路包括或非门，所述或非门的两个输入端分别接收所述第一控制信号和脉冲信号，所述或非门输出所述电压调节信号，所述电压调节信号经缓冲器接入所述供电电容的第二端。
6.根据权利要求1所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述第一控制信号由原始控制信号经反相器取反后得到。
7.根据权利要求2或4所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述的第一开关管为PMOS管，所述的第二开关管为NMOS管。
8.根据权利要求1、2或4所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述辅助驱动电路还包括第三开关管，在所述第一开关管的控制端和第二端之间连接有第一电阻，所述第三开关管的第一端与所述第一开关管的控制端连接，第三开关管的第二端接地，第三开关管的控制端接收所述原始控制信号。
9.根据权利要求8所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述第三开关管的第二端经第一电流源连接到地。
10.根据权利要求2所述的开关电源驱动供电电路，其特征在于，所述第一单向导通元件为二极管或MOS管，所述第二单向导通元件也为二极管或MOS管。
11.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-9任意一种开关电源驱动供电电路，所述开关电源驱动供电电路连接于开关电源功率管的控制端。
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