CN109039076A - 开关电路的控制方法、控制电路及开关电路 - Google Patents

开关电路的控制方法、控制电路及开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述低电压端为参考地，检测所述开关节点电压，或者，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第二开关管的导通时刻。

Description

开关电路的控制方法、控制电路及开关电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路。
背景技术
在开关电源中，涉及同步控制的场合，由于不能发生开关管直通的现象，所以需要设置死区时间。同步控制的两个开关管不能同时导通，否则就会出现短路的情况。为了使开关管工作可靠，避免由于关断延迟造成两个开关管直通，有必要设置死区时间，也就是两个开关管同时关断的时间。死区时间可有效地避免关断延迟所造成的一个开关管未完全关断，而另一开关管又处于导通状态。但是死区时间过长会降低电源输出效率。因此合适的死区时间控制对于开关电源的效率和可靠性非常重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路，用以解决现有技术中死区时间难以优化，无法优化电源效率的问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，则表征第一开关管的体二极管导通。
作为可选，检测第一开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效，控制所述第一开关管导通。
作为可选，根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，所述上管导通信号在下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
作为可选，将所述第一开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述低电压端为参考地，检测所述开关节点电压，或者，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第二开关管的导通时刻。
作为可选，当所述开关节点为参考地，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，则表征第一开关管的体二极管导通；当所述低电压端为参考地，检测所述开关节点电压有上升沿，则表征第一开关管的体二极管导通。
作为可选，检测第一开关管的体二极管导通，且下管导通信号有效，控制所述第二开关管导通。
作为可选，根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第二开关管的导通时刻。
作为可选，所述下管导通信号在上管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，高端电压和所述开关节点分别为第一开关管驱动电路的供电端和参考地，所述控制电路检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，包括第一体二极管导通检测电路和第一逻辑或调整电路，所述第一体二极管导通检测电路接收所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述第一逻辑或调整电路接收表征第一开关管体二极管导通的信号，产生所述第一开关管导通信号。
作为可选，所述第一体二极管导通检测电路为电压比较电路，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，表征第一开关管的体二极管导通。
作为可选，所述第一逻辑或调整电路为第一逻辑电路，所述第一逻辑电路检测第一开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效时，控制所述第一开关管导通。
作为可选，所述第一逻辑或调整电路为第一调整电路，所述第一调整电路根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，控制电路还包括开关控制电路和第一电平转换电路，所述开关控制电路产生第一上管控制信号，所述第一上管控制信号经过所述第一电平转换电路，产生上管导通信号，所述上管导通信号在所述下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
作为可选，所述第一调整电路将所述第一开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间小于目标值，所述第一调整电路将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通时间大于目标值，所述第一调整电路将所述第一开关管的导通时刻提前。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述低电压端为参考地，所述控制电路检测所述开关节点电压，或者，所述开关节点为参考地，所述控制电路检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第二开关管的导通时刻。
作为可选，包括第二体二极管导通检测电路和第二逻辑或调整电路，所述第二体二极管导通检测电路接收所述开关节点电压或所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述第二逻辑或调整电路接收表征第一开关管体二极管导通的信号，产生所述第二开关管导通信号。
作为可选，所述第二体二极管导通检测电路为电压比较电路，所述开关节点为参考地，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，表征第一开关管的体二极管导通。
作为可选，还包括第二电平转换电路，接收所述电压比较电路的输出电压，将表征第一开关管的体二极管导通信号的参考电平从所述开关节点转换成所述低电压端，所述第二逻辑或调整电路接收所述第二电平转换电路的输出电压。
作为可选，所述体二极管导通检测电路为边沿检测电路，所述低电压端为参考地，检测所述开关节点的上升沿，表征第二开关管的体二极管导通。
作为可选，所述第二逻辑或调整电路为第二逻辑电路，所述第二逻辑电路检测第一开关管的体二极管导通，且下管导通信号有效时，控制所述第二开关管导通。
作为可选，所述第二逻辑或调整电路为第二调整电路，所述第二调整电路根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第二开关管的导通时刻。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：可以优化死区时间，从而优化开关电源的***效率。
附图说明
图1为本发明控制电路的电路示意图；
图2为本发明开关电路为BOOST升压电路时，控制电路的电路示意图；
图3为本发明第一上管控制信号TON’、第一开关管导通信号PWMH、下管导通信号BON和开关节点SW的波形图；
图4为一个实施例中的逻辑电路200的电路图；
图5为本发明另一实施例中的电路示意图；
图6为本发明又一个实施例中的电路示意图；
图7为本发明又一个实施例中的电路示意图；
图8为本发明下管导通信号BON、上管导通信号TON、第二开关管导通信号PWML、和开关节点SW的波形图；
图9为的边沿检测电路400的电路图；
图10为本发明的又一实施例中的电路示意图。
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。
本发明提供一种开关电路的控制电路，参考图1所示，所述开关电路包括第一开关管M01和第二开关管M02，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02串联，所述第一开关管M01连接到高电压端，所述第二开关管M02连接到低电压端，所述第一开关管M01为上管，所述第二开关管M02为下管，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02的公共节点为开关节点SW，高端电压和所述开关节点SW分别为第一开关管驱动电路的供电端和参考地，所述控制电路检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
参考图2所示，以BOOST升压电路为例，输入端Vin经过电感L01连接到开关节点，输出端Vout为高电压端，输出端Vout的参考地为低电压端，上管驱动电路300的参考地为开关节点SW，供电端为高端电压BST。请参考图3所示，在21时刻，下管导通BON信号由高变低，第一开关管导通信号PWMH为低，下管M02关断，上管M01还未导通，由于电感L01的电流是连续的，上管M01的体二极管续流，在22时刻，开关节点SW对高电压端的电压为二极管正向导通压降，例如，0.7V左右。所以控制电路可以检测高电压端相对于开关节点SW的电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号。控制电路根据第一开关管体二极管导通的信号来控制上管的导通，在23时刻，控制电路的输出信号PWMH由低变高，经过上管驱动电路300使上管M01导通。控制电路通过直接检测高端电压，得到上管体二极管导通信号，从而精准控制上管导通。在该实施例中，以BOOST电路为例进行说明，该控制方式不限于BOOST电路，可以适用于任何带有上下管的开关电路，如四开关BUCK-BOOST电路等。
请参考图1所示，控制电路包括第一体二极管导通检测电路100和第一逻辑或调整电路200，所述第一体二极管导通检测电路100接收所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述第一逻辑或调整电路200接收表征第一开关管体二极管导通的信号，产生所述第一开关管导通信号。
所述第一体二极管导通检测电路为电压比较电路，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，表征第一开关管的体二极管导通。
当检测到高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，为第一开关管的体二极管导通时刻，也就是图3中的22时刻。
所述第一逻辑或调整电路为第一逻辑电路，所述第一逻辑电路检测第一开关管的体二极管导通，且上管导通信号TON有效时，控制所述第一开关管导通。
请参考图4所示，第一逻辑电路200为与门201，与门201接收表征第一开关管的体二极管导通信号A和上管导通信号TON，产生第一开关管导通信号PWMH。
在另一个实施例中，所述第一逻辑或调整电路为第一调整电路，所述第一调整电路根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间30，根据所述第一开关管体二极管导通时间30调整所述第一开关管的导通时刻。
请参考图5所示，控制电路还包括开关控制电路700和第一电平转换电路800，所述开关控制电路700产生第一上管控制信号TON’，所述第一上管控制信号TON’经过所述电平转换电路800，产生上管导通信号TON，所述上管导通信号TON在所述下管导通信号BON由有效变为无效之前，由无效变为有效。其中，开关控制电路700的参考地为低电压端，供电端为电源VD。
开关控制电路700产生下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’，由于上管的驱动电路300的参考地为开关节点SW，因此第一上管控制信号TON’需要经过第一电平转换电路800将其转换为相对于开关节点SW的上管导通信号TON。在现有技术中，上管导通信号TON直接经过上管驱动电路驱动上管M01，也就是下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’之间有一定的死区时间，在该死区时间中，下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’都为无效。请参考图3所示，本发明中，下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’之间没有死区时间，第一上管控制信号TON’在下管导通信号BON由有效变无效之前，由无效变为有效，也就是有段时间第一上管控制信号TON’和下管导通信号BON都为有效。当检测到高电压端比开关节点SW低第一阈值，表征上管体二极管导通，第一逻辑电路200的输出第一开关管导通信号PWMH由无效变为有效，上管驱动电路300控制上管M01导通。因此，上下管之间的死区时间不受第一电平转换电路800的延时的影响。
所述第一调整电路将所述第一开关管体二极管导通时间30和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间小于目标值，所述第一调整电路将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通时间30大于目标值，所述第一调整电路将所述第一开关管的导通时刻提前。
本发明提供一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
在一种实施方式中，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，则表征第一开关管的体二极管导通。
在一种实施方式中，检测第一开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效，控制所述第一开关管导通。
在一种实施方式中，根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
在一种实施方式中，所述上管导通信号在下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
在一种实施方式中，将所述第一开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。
请参考图6和图7所示，本发明还提供一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管M01和第二开关管M02，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02串联，所述第一开关管M01连接到高电压端，所述第二开关管M02连接到低电压端，所述第一开关管M01为上管，所述第二开关管M02为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点SW，如图6所示，所述低电压端为参考地，所述控制电路检测所述开关节点电压，或者，如图7所示，所述开关节点为参考地，所述控制电路检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号B，所述控制电路根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号B，控制所述第二开关管的导通时刻。
包括第二体二极管导通检测电路400和第二逻辑或调整电路500，所述第二体二极管导通检测电路400接收所述开关节点电压或所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，所述第二逻辑或调整电路500接收表征第一开关管体二极管导通的信号，产生所述第二开关管导通信号PWML。
请参考图7所示，在一个实施例中，所述第二体二极管导通检测电路400为电压比较电路，所述开关节点为参考地，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，表征第一开关管的体二极管导通。参考图8所示，在25时刻，第一开关管的体二极管导通，高电压端电压比开关节点SW低第一阈值。
由于电压比较电路的参考电压是开关节点SW，所以需要将电压比较电路的输出经过电平转换电路转换到低电压端。继续参考图7所示，控制电路还包括第二电平转换电路900，接收所述电压比较电路的输出电压，将表征第一开关管的体二极管导通信号的参考电平从所述开关节点转换成所述低电压端，所述第二逻辑或调整电路接收所述第二电平转换电路的输出电压。
请参考图6所示，所述体二极管导通检测电路为边沿检测电路，所述低电压端为参考地，检测所述开关节点的上升沿，表征第二开关管的体二极管导通。
参考图9所示，为边沿检测电路的一个实施例，边沿检测电路包括第一电阻401和第一电容402，所述第一电阻401和所述第一电容402串联，所述第一电容402连接到开关节点SW，所述第一电阻401连接到低电压端，所述第一电阻和所述第一电容的公共节点为表征第一开关管体二极管导通的信号，也就是边沿检测电路的输出B。当SW相对低电压端有电压跳变，则该电压跳变通过电容402耦合到B点，因此通过检测B点电压就可以检测到电压的跳变。
在一个实施例中，所述第二逻辑或调整电路为第二逻辑电路，所述第二逻辑电路检测第一开关管的体二极管导通，且下管导通信号有效时，控制所述第二开关管导通。
在另一个实施例中，所述第二逻辑或调整电路为第二调整电路，所述第二调整电路根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第二开关管的导通时刻。
参考图8所示，第二调整电路将所述第一开关管体二极管导通时间31和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间31小于目标值，所述第二调整电路将所述第二开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通31时间大于目标值，所述第二调整电路将所述第二开关管的导通时刻提前。
第二调整电路通过检测所述开关节点SW的上升沿，得到第一开关管的体二极管开始导通的时刻；所述第二调整电路通过检测所述开关节点SW的下降沿，得到第一开关管的体二极管关断的时刻。从第一开关管的体二极管开始导通的时刻到第一开关管的体二极管关断的时刻即为第一开关管的体二极管的导通时间。
第二调整电路也可以通过检测第二开关管栅极的上升沿，得到第一开关管的体二极管关断的时刻。
请参考图10所示，控制电路还包括开关控制电路700和第一电平转换电路800，所述开关控制电路产生下管导通信号BON，所述下管导通信号BON在所述上管导通信号TON由有效变为无效之前，由无效变为有效。其中，开关控制电路400的参考地为低电压端，供电端为电源VD。
开关控制电路700产生下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’，由于上管的驱动电路300的参考地为开关节点SW，因此第一上管控制信号TON’需要经过第一电平转换电路800将其转换为相对于开关节点SW的上管导通信号TON。在现有技术中，上管导通信号TON经过上管驱动电路300驱动上管M01，也就是下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’之间有一定的死区时间，在该死区时间中，下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’都为无效。而本发明中，下管导通信号BON和第一上管控制信号TON’之间没有死区时间，下管导通信号BON在上管导通信号TON由有效变为无效之前，由无效变为有效，也就是有段时间上管导通信号TON和下管导通信号BON都为有效。上管导通信号TON和下管导通信号BON的波形可以参考图8。
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 (10)

1.一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其特征在于：所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
2.根据权利要求1所述的开关电路控制方法，其特征在于：检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，则表征第一开关管的体二极管导通。
3.根据权利要求2所述的开关电路控制方法，其特征在于：检测第一开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效，控制所述第一开关管导通。
4.根据权利要求2所述的开关电路控制方法，其特征在于：根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
5.根据权利要求3或4所述的开关电路控制方法，其特征在于：所述上管导通信号在下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
6.根据权利要求4所述的开关电路控制方法，其特征在于：将所述第一开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第一开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第一开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。
7.一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其特征在于：所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述低电压端为参考地，检测所述开关节点电压，或者，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端电压，得到表征第一开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第一开关管体二极管导通的信号，控制所述第二开关管的导通时刻。
8.根据权利要求7所述的开关电路控制方法，其特征在于：当所述开关节点为参考地，检测高电压端电压比开关节点电压低第一阈值时，则表征第一开关管的体二极管导通；当所述低电压端为参考地，检测所述开关节点电压有上升沿，则表征第一开关管的体二极管导通。
9.根据权利要求8所述的开关电路控制方法，其特征在于：检测第一开关管的体二极管导通，且下管导通信号有效，控制所述第二开关管导通。
10.根据权利要求8所述的开关电路控制方法，其特征在于：根据表征第一开关管体二极管导通的信号得到第一开关管体二极管导通时间，根据所述第一开关管体二极管导通时间调整所述第二开关管的导通时刻。
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