CN109873561A - 一种过冲电压的能量利用电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过冲电压的能量利用电路及电子设备，包括：过冲电压侦测电路，用于当电感的前端电压大于过冲电压阈值时生成电压过冲信号；否则生成电压正常信号；输出电压侦测电路，用于当电感的后端电压小于输出需求电压时生成供电开始信号；否则生成供电结束信号；储能电路，用于在接收到电压过冲信号后触发对电感前端电压的储能操作，以将电感前端的过冲电压产生的电能进行存储，直至接收到电压正常信号后结束储能操作；在接收到供电开始信号后将自身存储的电能供给至电感的后端，直至接收到供电结束信号后停止电能供给操作。可见，能量利用电路在储能的同时起到抑制过冲电压的作用，且使过冲电压产生的电能得到有效利用，避免了资源的浪费。

Description

一种过冲电压的能量利用电路及电子设备

技术领域

本发明涉及脉宽降压调节领域，特别是涉及一种过冲电压的能量利用电路及电子设备。

背景技术

目前，在各种降压电路中，脉宽降压调节电路应用较为广泛。请参照图1，图1为现有技术中的一种脉宽降压调节电路的结构示意图。脉宽降压调节电路的工作原理为：脉冲宽度调制器在输入一定值的电压信号后会输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，由于电感L的扼流特性，电感L此时会周期性充放电，从而利用脉冲宽度调制器控制电感L充电在周期中所占的比例来实现降压调节的目的。

但是，由于脉宽降压调节电路采用的是脉宽调节的方式，所以在电感L开始充电的瞬间，会因传输导线的寄生电感效应导致电感L前端出现过冲电压，影响电路的稳定性。现有技术中，通常会在脉冲宽度调制器和电感L之间增设RC滤波电路，以滤除掉电感L前端出现的过冲电压，提高电路的稳定性，但过冲电压所产生的电能因被滤除掉而无法得到有效利用，从而造成资源的浪费。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种过冲电压的能量利用电路及电子设备，在储能的同时起到抑制过冲电压的作用，且使过冲电压所产生的电能得到有效利用，避免了资源的浪费。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种过冲电压的能量利用电路，包括：

过冲电压侦测电路，用于当脉宽降压调节电路中电感的前端电压大于预设过冲电压阈值时，生成电压过冲信号；否则，生成电压正常信号；

输出电压侦测电路，用于当所述电感的后端电压小于预设输出需求电压时，生成供电开始信号；否则，生成供电结束信号；

储能电路，用于在接收到所述电压过冲信号后触发对所述电感前端电压的储能操作，以将所述电感前端的过冲电压所产生的电能进行存储，直至接收到所述电压正常信号后结束所述储能操作；在接收到所述供电开始信号后，将自身存储的电能供给至所述电感的后端，直至接收到所述供电结束信号后停止电能供给操作。

优选地，所述过冲电压侦测电路包括：

输入端与所述电感的前端连接的第一比较电路，用于判断所述电感的前端电压是否大于所述预设过冲电压阈值，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

优选地，所述第一比较电路包括第一比较器、第一电阻及第二电阻；其中：

所述第一比较器的输入正端作为所述第一比较电路的输入端，所述第一比较器的输入负端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端和所述第一比较器的电源端均接入所述脉宽降压调节电路的输入电压，所述第二电阻的第二端和所述第一比较器的接地端均接地，所述第一比较器的输出端作为所述第一比较电路的输出端。

优选地，所述输出电压侦测电路包括：

输入端与所述电感的后端连接的第二比较电路，用于判断所述电感的后端电压是否小于所述预设输出需求电压，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

优选地，所述第二比较电路包括第二比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及电压源；其中：

所述第二比较器的输入负端分别与所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端作为所述第二比较电路的输入端，所述第四电阻的第二端接地，所述第二比较器的输入正端分别与所述第五电阻的第一端和所述第六电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述电压源的正极连接，所述电压源的负极接地，所述第六电阻的第二端接地，所述第二比较器的电源端接入所述脉宽降压调节电路的输入电压，所述第二比较器的接地端接地，所述第二比较器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。

优选地，所述储能电路包括第一开关管、第二开关管、二极管及储能电容；其中：

所述第一开关管的控制端与所述第一比较电路的输出端连接，所述第一开关管的第一端与所述电感的前端连接，所述第一开关管的第二端分别与所述储能电容的第一端和所述二极管的阳极连接，所述储能电容的第二端接地，所述二极管的阴极与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述电感的后端连接，所述第二开关管的控制端与所述第二比较电路的输出端连接；其中，所述第一开关管和所述第二开关管均具体为高电平导通、低电平截止的开关管。

优选地，所述第一开关管和所述第二开关管均具体为NMOS管；其中：

所述NMOS管的栅极作为所述第一开关管和所述第二开关管的控制端，所述NMOS管的漏极作为所述第一开关管和所述第二开关管的第一端，所述NMOS管的源极作为所述第一开关管和所述第二开关管的第二端。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括脉宽降压调节电路，还包括上述任一种过冲电压的能量利用电路。

本发明提供了一种过冲电压的能量利用电路，包括：过冲电压侦测电路，用于当脉宽降压调节电路中电感的前端电压大于预设过冲电压阈值时，生成电压过冲信号；否则，生成电压正常信号；输出电压侦测电路，用于当电感的后端电压小于预设输出需求电压时，生成供电开始信号；否则，生成供电结束信号；储能电路，用于在接收到电压过冲信号后触发对电感前端电压的储能操作，以将电感前端的过冲电压所产生的电能进行存储，直至接收到电压正常信号后结束储能操作；在接收到供电开始信号后，将自身存储的电能供给至电感的后端，直至接收到供电结束信号后停止电能供给操作。

可见，本申请的能量利用电路可在脉宽降压调节电路中电感的前端出现过冲电压时，将过冲电压所产生的电能存储起来，从而在储能的同时起到抑制过冲电压的作用；并且，本申请的能量利用电路可在脉宽降压调节电路的输出电压(即电感后端的电压)小于输出需求电压时，将之前存储的过冲电压的电能供给至电感的后端，以使输出电压达到输出需求电压，从而使过冲电压所产生的电能得到有效利用，避免了资源的浪费。

本发明还提供了一种电子设备，与上述能量利用电路具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为现有技术中的一种脉宽降压调节电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种过冲电压的能量利用电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种过冲电压的能量利用电路的具体结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种过冲电压的能量利用电路及电子设备，在储能的同时起到抑制过冲电压的作用，且使过冲电压所产生的电能得到有效利用，避免了资源的浪费。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种过冲电压的能量利用电路的结构示意图。

该过冲电压的能量利用电路包括：

过冲电压侦测电路1，用于当脉宽降压调节电路中电感L的前端电压大于预设过冲电压阈值时，生成电压过冲信号；否则，生成电压正常信号；

输出电压侦测电路2，用于当电感L的后端电压小于预设输出需求电压时，生成供电开始信号；否则，生成供电结束信号；

储能电路3，用于在接收到电压过冲信号后触发对电感L前端电压的储能操作，以将电感L前端的过冲电压所产生的电能进行存储，直至接收到电压正常信号后结束储能操作；在接收到供电开始信号后，将自身存储的电能供给至电感L的后端，直至接收到供电结束信号后停止电能供给操作。

需要说明的是，本申请的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，本申请的过冲电压的能量利用电路包括过冲电压侦测电路1、输出电压侦测电路2及储能电路3，其工作原理为：

已知在脉宽降压调节电路中，脉冲宽度调制器在输入一定值的电压信号后会输出一定脉宽的PWM信号。当脉冲宽度调制器输出高电平信号时，电感L进入充电状态；当脉冲宽度调制器输出低电平信号时，电感L进入放电状态。考虑到在电感L开始充电的瞬间，会因传输导线的寄生电感效应导致电感L前端出现过冲电压，过冲电压叠加电感L前端输入的高电平信号后会产生一个高于高电平信号的瞬态电压，所以本申请提前设置一个过冲电压阈值，其设置原理为：当电感L的前端电压大于所设过冲电压阈值时，认为电感L的前端此时出现过冲电压；当电感L的前端电压不大于所设过冲电压阈值时，认为电感L的前端此时未出现过冲电压。

基于此，本申请的过冲电压侦测电路1实时获取电感L的前端电压，并将电感L的前端电压与所设过冲电压阈值作比较，当电感L的前端电压大于所设过冲电压阈值时，说明电感L的前端此时出现过冲电压，则生成电压过冲信号，并将电压过冲信号发送至储能电路3；当电感L的前端电压不大于所设过冲电压阈值时，说明电感L的前端此时未出现过冲电压，则生成电压正常信号，并将电压正常信号发送至储能电路3。

储能电路3在接收到电压过冲信号后会触发对电感L前端电压的储能操作，并在接收到电压正常信号后结束对电感L前端电压的储能操作，从而将电感L前端的过冲电压所产生的电能进行存储，且在储能的同时起到抑制过冲电压的作用。

与此同时，考虑到脉宽降压调节电路可能会因一些不固定因素导致自身的输出电压(即电感L的后端电压)存在波动，使得电感L的后端电压低于脉宽降压调节电路的输出需求电压，从而无法满足后续电路的用电需求，所以本申请的输出电压侦测电路2实时获取电感L的后端电压，并将电感L的后端电压与输出需求电压作比较，当电感L的后端电压小于输出需求电压时，说明脉宽降压调节电路的输出电压无法满足后续电路的用电需求，则生成供电开始信号，并将供电开始信号发送至储能电路3；当电感L的后端电压不小于输出需求电压时，说明脉宽降压调节电路的输出电压可满足后续电路的用电需求，则生成供电结束信号，并将供电结束信号发送至储能电路3。

储能电路3在接收到供电开始信号后，将自身存储的电能供给至电感L的后端，并在接收到供电结束信号后，停止对电感L后端的电能供给操作，从而使过冲电压所产生的电能有效利用在调节脉宽降压调节电路的输出电压上，避免了资源的浪费。

本发明提供了一种过冲电压的能量利用电路，包括：过冲电压侦测电路，用于当脉宽降压调节电路中电感的前端电压大于预设过冲电压阈值时，生成电压过冲信号；否则，生成电压正常信号；输出电压侦测电路，用于当电感的后端电压小于预设输出需求电压时，生成供电开始信号；否则，生成供电结束信号；储能电路，用于在接收到电压过冲信号后触发对电感前端电压的储能操作，以将电感前端的过冲电压所产生的电能进行存储，直至接收到电压正常信号后结束储能操作；在接收到供电开始信号后，将自身存储的电能供给至电感的后端，直至接收到供电结束信号后停止电能供给操作。

可见，本申请的能量利用电路可在脉宽降压调节电路中电感的前端出现过冲电压时，将过冲电压所产生的电能存储起来，从而在储能的同时起到抑制过冲电压的作用；并且，本申请的能量利用电路可在脉宽降压调节电路的输出电压(即电感后端的电压)小于输出需求电压时，将之前存储的过冲电压的电能供给至电感的后端，以使输出电压达到输出需求电压，从而使过冲电压所产生的电能得到有效利用，避免了资源的浪费。

请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种过冲电压的能量利用电路的具体结构示意图。该过冲电压的能量利用电路在上述实施例的基础上：

作为一种可选地实施例，过冲电压侦测电路1包括：

输入端与电感L的前端连接的第一比较电路，用于判断电感L的前端电压是否大于预设过冲电压阈值，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

具体地，本申请的过冲电压侦测电路1选用第一比较电路，第一比较电路用于比较电感L的前端电压和预设过冲电压阈值的大小，当电感L的前端电压大于预设过冲电压阈值时，第一比较电路会输出高电平信号(表示电感L的前端此时出现过冲电压)；当电感L的前端电压不大于预设过冲电压阈值时，第一比较电路会输出低电平信号(表示电感L的前端此时未出现过冲电压)。

作为一种可选地实施例，第一比较电路包括第一比较器M1、第一电阻R1及第二电阻R2；其中：

第一比较器M1的输入正端作为第一比较电路的输入端，第一比较器M1的输入负端分别与第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端连接，第一电阻R1的第二端和第一比较器M1的电源端均接入脉宽降压调节电路的输入电压，第二电阻R2的第二端和第一比较器M1的接地端均接地，第一比较器M1的输出端作为第一比较电路的输出端。

进一步地，本申请的第一比较电路包括第一比较器M1、第一电阻R1及第二电阻R2，其工作原理为：

第一比较器M1的输入正端输入的电压信号为：电感L的前端电压；第一比较器M1的输入负端输入的电压信号为：第一电阻R1和第二电阻R2对脉宽降压调节电路的输入电压的分压(即第二电阻R2两端的电压)。当电感L的前端电压大于第二电阻R2两端的电压时，第一比较器M1会输出高电平信号；否则，第一比较器M1会输出低电平信号。

需要说明的是，第一比较电路用于比较电感L的前端电压和过冲电压阈值的大小，所以第一电阻R1和第二电阻R2阻值的选取应满足第二电阻R2两端的电压等于过冲电压阈值。

作为一种可选地实施例，输出电压侦测电路2包括：

输入端与电感L的后端连接的第二比较电路，用于判断电感L的后端电压是否小于预设输出需求电压，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

具体地，本申请的输出电压侦测电路2选用第二比较电路，第二比较电路用于比较电感L的后端电压和预设输出需求电压的大小，当电感L的后端电压小于预设输出需求电压时，第二比较电路会输出高电平信号(表示脉宽降压调节电路的输出电压无法满足后续电路的用电需求)；当电感L的后端电压不小于预设输出需求电压时，第二比较电路会输出低电平信号(表示脉宽降压调节电路的输出电压可满足后续电路的用电需求)。

作为一种可选地实施例，第二比较电路包括第二比较器M2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及电压源DC；其中：

第二比较器M2的输入负端分别与第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端连接，第三电阻R3的第二端作为第二比较电路的输入端，第四电阻R4的第二端接地，第二比较器M2的输入正端分别与第五电阻R5的第一端和第六电阻R6的第一端连接，第五电阻R5的第二端与电压源DC的正极连接，电压源DC的负极接地，第六电阻R6的第二端接地，第二比较器M2的电源端接入脉宽降压调节电路的输入电压，第二比较器M2的接地端接地，第二比较器M2的输出端作为第二比较电路的输出端。

进一步地，本申请的第二比较电路包括第二比较器M2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及电压源DC，其工作原理为：

第二比较器M2的输入正端输入的电压信号为：第五电阻R5和第六电阻R6对电压源DC两端电压的分压(即第六电阻R6两端的电压)；第二比较器M2的输入负端输入的电压信号为：第三电阻R3和第四电阻R4对电感L的后端电压的分压(即第四电阻R4两端的电压)。当第四电阻R4两端的电压小于第六电阻R6两端的电压时，第二比较器M2会输出高电平信号；否则，第二比较器M2会输出低电平信号。

需要说明的是，第二比较电路用于比较电感L的后端电压和输出需求电压的大小，所以第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及电压源DC的取值，应满足第二比较电路的比较原理。

作为一种可选地实施例，储能电路3包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、二极管D及储能电容C；其中：

第一开关管Q1的控制端与第一比较电路的输出端连接，第一开关管Q1的第一端与电感L的前端连接，第一开关管Q1的第二端分别与储能电容C的第一端和二极管D的阳极连接，储能电容C的第二端接地，二极管D的阴极与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与电感L的后端连接，第二开关管Q2的控制端与第二比较电路的输出端连接；其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2均具体为高电平导通、低电平截止的开关管。

具体地，本申请的储能电路3包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、二极管D及储能电容C，其工作原理为：

当第一比较电路输出高电平信号时，第一开关管Q1导通，储能电容C接入电感L的前端，此时电感L的前端利用过冲电压对储能电容C进行充电，从而利用储能电容C的充电降低电感L前端的过冲电压。当第一比较电路输出低电平信号时，第一开关管Q1截止，储能电容C与电感L的前端断开连接，此时电感L的前端停止对储能电容C进行充电。

当第二比较电路输出高电平信号时，第二开关管Q2导通，储能电容C会通过二极管D对电感L的后端进行放电，以维持脉宽降压调节电路的输出电压的稳定，并利用二极管D防止脉宽降压调节电路的输出电压倒灌回储能电路3。当第二比较电路输出低电平信号时，第二开关管Q2截止，储能电容C停止对电感L的后端进行放电。

作为一种可选地实施例，第一开关管Q1和第二开关管Q2均具体为NMOS管；其中：

NMOS管的栅极作为第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端，NMOS管的漏极作为第一开关管Q1和第二开关管Q2的第一端，NMOS管的源极作为第一开关管Q1和第二开关管Q2的第二端。

具体地，本申请的第一开关管Q1和第二开关管Q2均可以选用但不仅限于NMOS管，本申请在此不做特别的限定，只要符合高电平导通、低电平截止均可。

本发明还提供了一种电子设备，包括脉宽降压调节电路，还包括上述任一种过冲电压的能量利用电路。

本发明提供的电子设备的介绍请参考上述能量利用电路的实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种过冲电压的能量利用电路，其特征在于，包括：

过冲电压侦测电路，用于当脉宽降压调节电路中电感的前端电压大于预设过冲电压阈值时，生成电压过冲信号；否则，生成电压正常信号；

输出电压侦测电路，用于当所述电感的后端电压小于预设输出需求电压时，生成供电开始信号；否则，生成供电结束信号；

储能电路，用于在接收到所述电压过冲信号后触发对所述电感前端电压的储能操作，以将所述电感前端的过冲电压所产生的电能进行存储，直至接收到所述电压正常信号后结束所述储能操作；在接收到所述供电开始信号后，将自身存储的电能供给至所述电感的后端，直至接收到所述供电结束信号后停止电能供给操作。

2.如权利要求1所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述过冲电压侦测电路包括：

输入端与所述电感的前端连接的第一比较电路，用于判断所述电感的前端电压是否大于所述预设过冲电压阈值，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

3.如权利要求2所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述第一比较电路包括第一比较器、第一电阻及第二电阻；其中：

所述第一比较器的输入正端作为所述第一比较电路的输入端，所述第一比较器的输入负端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端和所述第一比较器的电源端均接入所述脉宽降压调节电路的输入电压，所述第二电阻的第二端和所述第一比较器的接地端均接地，所述第一比较器的输出端作为所述第一比较电路的输出端。

4.如权利要求2所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述输出电压侦测电路包括：

输入端与所述电感的后端连接的第二比较电路，用于判断所述电感的后端电压是否小于所述预设输出需求电压，若是，则生成高电平信号；若否，则生成低电平信号。

5.如权利要求4所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述第二比较电路包括第二比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及电压源；其中：

所述第二比较器的输入负端分别与所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端作为所述第二比较电路的输入端，所述第四电阻的第二端接地，所述第二比较器的输入正端分别与所述第五电阻的第一端和所述第六电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述电压源的正极连接，所述电压源的负极接地，所述第六电阻的第二端接地，所述第二比较器的电源端接入所述脉宽降压调节电路的输入电压，所述第二比较器的接地端接地，所述第二比较器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。

6.如权利要求4所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述储能电路包括第一开关管、第二开关管、二极管及储能电容；其中：

所述第一开关管的控制端与所述第一比较电路的输出端连接，所述第一开关管的第一端与所述电感的前端连接，所述第一开关管的第二端分别与所述储能电容的第一端和所述二极管的阳极连接，所述储能电容的第二端接地，所述二极管的阴极与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述电感的后端连接，所述第二开关管的控制端与所述第二比较电路的输出端连接；其中，所述第一开关管和所述第二开关管均具体为高电平导通、低电平截止的开关管。

7.如权利要求6所述的过冲电压的能量利用电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均具体为NMOS管；其中：

所述NMOS管的栅极作为所述第一开关管和所述第二开关管的控制端，所述NMOS管的漏极作为所述第一开关管和所述第二开关管的第一端，所述NMOS管的源极作为所述第一开关管和所述第二开关管的第二端。

8.一种电子设备，其特征在于，包括脉宽降压调节电路，还包括如权利要求1-7任一项所述的过冲电压的能量利用电路。