CN111146928B - 调节电路和buck电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及调节电路和BUCK电路，该调节电路包括输入电压采样单元、逻辑控制单元、开关控制单元和负载电流检测单元；输入电压采样单元、开关控制单元和负载电流检测单元分别与逻辑控制单元相连接，开关控制单元用于与开关管的控制端相连接，开关管的输出端用于与负载电路单元相连接，能够对输入电压值进行判断，同时结合负载状态来控制开关管的状态，能有效的提高电源的负载动态响应能力，使得负载电路单元能适应更宽的输入电压范围，并能够为负载电路单元的后级变换器提供合适的输入电压，最终减小了整个负载电路单元的损耗和温升，提高负载电路单元的可靠性。

Description

调节电路和BUCK电路

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种调节电路和BUCK电路。

背景技术

现有的BUCK电路中，由于PWM芯片实际占空比，很少或者不能达到100％，正因为如此，往往只能选择比较低的BUCK输出电压，也只能让后级变换器来适应上述低电压，如此情况下，开关管在低压大电流情况下开关，此时BUCK电路的损耗比较大；高压时，上述BUCK电路的占空比会比较小，损耗比较大，从而导致了BUCK电路以及对应的后级电路不能工作在最佳状态，使整个电路温升大，整体效率低，影响电路的可靠性。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种调节电路和BUCK电路，能够对输入电压值进行判断，同时结合负载状态来控制开关管的状态，当采样后的电压信号小于第一预设电压阈值时，控制开关管处于常通状态，以使这个阶段的输出电压值不至于太低，这时开关管常通，没有开关损耗，可以提高效率，同时，后级变换器的输入电压会有所提升，变化范围相对来说变窄，更容易工作在最佳的状态；进一步地，当采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，还需要进一步根据电流检测信号判断负载电流是否大于预设电流阈值，当负载电流大于预设电流阈值，开关控制单元控制开关管处于常通状态，此时负载电路单元相当于重载，开关管处于长时间导通状态，此时能够提高前级BUCK电路的输出电压，减小开关损耗，提高效率，且可给后级变换器输出一个比较高的电压，后级变换器的电流应力减小，同时占空比或者开关频率可以进一步得到优化，以提高这个阶段的效率，当负载电流不大于预设电流阈值时，使开关管工作在高频开关状态，输出电压正常输出，这时后级变换器可以工作在比较理想的状态；当采样后的电压信号大于第二预设电压阈值时，开关管工作在高频开关状态，上述调节过程，因为有负载参与调解，能有效的提高电源的负载动态响应能力，使得负载电路单元能适应更宽的输入电压范围，并能够为后级变换器提供合适的输入电压，最终减小了整个负载电路单元的损耗和温升，提高负载电路单元的可靠性。

一种调节电路包括：输入电压采样单元、逻辑控制单元、开关控制单元和负载电流检测单元；输入电压采样单元、开关控制单元和负载电流检测单元分别与逻辑控制单元相连接，开关控制单元用于与开关管的控制端相连接，开关管的输出端用于与负载电路单元相连接；

输入电压采样单元用于对输入电压进行分压采样，并将分压采样后的电压信号发送至逻辑控制单元；

逻辑控制单元用于判断分压采样后的电压信号是否小于第一预设电压阈值，若是，则生成第一开关驱动控制信号并发送至开关控制单元以使开关控制单元控制开关管处于常通状态；

逻辑控制单元还用于判断分压采样后的电压信号大于第二预设电压阈值，若是，则生成第二开关驱动控制信号并发送至开关控制单元以使开关控制单元控制开关管处于高频开关状态，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值；

负载电流检测单元用于对负载电路单元的负载电流进行检测，生成对应的电流检测信号并发送至逻辑控制单元；

逻辑控制单元还用于当分压采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，根据电流检测信号判断负载电流是否大于预设电流阈值，若是，则生成第一开关驱动控制信号并发送至开关控制单元以使开关控制单元控制开关管处于常通状态，若否，则生成第二开关驱动控制信号并发送至开关控制单元以使开关控制单元控制开关管处于高频开关状态。

在一个实施例中，逻辑控制单元包括第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器的反相输入端与输入电压采样单元相连接，第一电压比较器的同相输入端与第二电压比较器的输出端相连接，第二电压比较器的同相输入端与负载电流检测单元相连接。

在一个实施例中，开关控制单元包括光耦、PWM控制器和开关驱动模块，光耦的正极输入端与逻辑控制单元相连接，光耦的负极输入端通过第一限流电阻与输入电压的负极相连接，光耦的负极输出端与开关驱动模块相连接，光耦的负极输出端通过第二限流电阻与PWM控制器相连接，光耦的正极输出端外接参考电源，开关驱动模块还用于与开关管的控制端相连接。

在一个实施例中，开关驱动模块采用NPN三极管和PNP三极管，NPN三极管和PNP三极管各自的基极分别与光耦的负极输出端相连接，NPN三极管和PNP三极管各自的发射极分别与开关管的控制端相连接，NPN三极管的集电极外接参考电源，PNP三极管的集电极与负载电路单元相连接。

在一个实施例中，开关驱动模块采用IC芯片。

在一个实施例中，逻辑控制单元采用逻辑控制芯片。

在一个实施例中，输入电压采样单元包括串联连接的第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻的一端外接输入电压，第一分压电阻的另一端与逻辑控制单元相连接。

在一个实施例中，第一分压电阻的电阻值小于第二分压电阻的电阻值。

一种BUCK电路，BUCK电路包括开关管和负载电路单元，开关管的输出端用于与负载电路单元相连接，开关管的控制端与上述调节电路相连接。

在一个实施例中，开关管采用三极管、MOS管和IGBT管中的任意一种。

上述调节电路，包括输入电压采样单元、逻辑控制单元、开关控制单元和负载电流检测单元；输入电压采样单元、开关控制单元和负载电流检测单元分别与逻辑控制单元相连接，开关控制单元用于与开关管的控制端相连接，开关管的输出端用于与负载电路单元相连接，能够对输入电压值进行判断，同时结合负载状态来控制开关管的状态，当采样后的电压信号小于第一预设电压阈值时，控制开关管处于常通状态，以使这个阶段的输出电压值不至于太低，这时开关管常通，没有开关损耗，可以提高效率，同时，与负载电路单元相连接的后级变换器的输入电压会有所提升，变化范围相对来说变窄，更容易工作在最佳的状态；进一步地，当采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，还需要进一步根据电流检测信号判断负载电流是否大于预设电流阈值，当负载电流大于预设电流阈值，开关控制单元控制开关管处于常通状态，此时负载电路单元相当于重载，开关管处于长时间导通状态，此时能够提高负载电路单元的输出电压，减小开关损耗，提高效率，且可给负载电路单元的后级变换器提供一个比较高的电压，后级变换器的电流应力减小，同时占空比或者开关频率可以进一步得到优化，以提高这个阶段的效率，当负载电流不大于预设电流阈值时，使开关管工作在高频开关状态，输出电压正常输出，这时后级变换器可以工作在比较理想的状态；当采样后的电压信号大于第二预设电压阈值时，开关管工作在高频开关状态，上述调节过程，因为有负载参与调解，能有效的提高电源的负载动态响应能力，使得负载电路单元能适应更宽的输入电压范围，并能够为负载电路单元的后级变换器提供合适的输入电压，最终减小了整个负载电路单元的损耗和温升，提高负载电路单元的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1为一个实施例中提供的一种调节电路的结构示意图；

图2为一个实施例中提供的一种调节电路的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

图1为一个实施例中提供的一种调节电路100的结构图，该调节电路100包括：输入电压采样单元110、逻辑控制单元120、开关控制单元130和负载电流检测单元140，输入电压采样单元110、开关控制单元130和负载电流检测单元140分别与逻辑控制单元120相连接，开关控制单元130用于与开关管Q1的控制端相连接，开关管Q1的输出端用于与负载电路单元150相连接；

输入电压采样单元110用于对输入电压进行分压采样，并将分压采样后的电压信号发送至逻辑控制单元120；

逻辑控制单元120用于判断分压采样后的电压信号是否小于第一预设电压阈值，若是，则生成第一开关驱动控制信号并发送至开关控制单元130以使开关控制单元130控制开关管Q1处于常通状态；

逻辑控制单元120还用于判断分压采样后的电压信号大于第二预设电压阈值，若是，则生成第二开关驱动控制信号并发送至开关控制单元130以使开关控制单元130控制开关管Q1处于高频开关状态，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值；

负载电流检测单元140用于对负载电路单元150的负载电流进行检测，生成对应的电流检测信号并发送至逻辑控制单元120；

逻辑控制单元120还用于当分压采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，根据电流检测信号判断负载电流是否大于预设电流阈值，若是，则生成第一开关驱动控制信号并发送至开关控制单元130以使开关控制单元130控制开关管Q1处于常通状态，若否，则生成第二开关驱动控制信号并发送至开关控制单元130以使开关控制单元130控制开关管Q1处于高频开关状态。

上述调节电路，包括输入电压采样单元110、逻辑控制单元120、开关控制单元130和负载电流检测单元140；输入电压采样单元110、开关控制单元130和负载电流检测单元140分别与逻辑控制单元120相连接，开关控制单元130用于与开关管Q1的控制端相连接，开关管Q1的输出端用于与负载电路单元150相连接，能够对输入电压值进行判断，同时结合负载状态来控制开关管Q1的状态，当采样后的电压信号小于第一预设电压阈值时，控制开关管Q1处于常通状态，以使这个阶段的输出电压值不至于太低，这时开关管Q1常通，没有开关损耗，可以提高效率，同时，与负载电路单元150相连接的后级变换器的输入电压会有所提升，变化范围相对来说变窄，更容易工作在最佳的状态。

进一步地，当采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，还需要进一步根据电流检测信号判断负载电流是否大于预设电流阈值，当负载电流大于预设电流阈值，开关控制单元130控制开关管Q1处于常通状态，此时负载电路单元150相当于重载，开关管Q1处于长时间导通状态，此时能够提高负载电路单元150的输出电压，减小开关损耗，提高效率，且可给负载电路单元150的后级变换器提供一个比较高的电压，后级变换器的电流应力减小，同时占空比或者开关频率可以进一步得到优化，以提高这个阶段的效率；当负载电流不大于预设电流阈值时，开关管Q1工作在高频开关状态，输出电压正常输出，这时后级变换器可以工作在比较理想的状态；当采样后的电压信号大于第二预设电压阈值时，开关管Q1工作在高频开关状态，上述调节过程，因为有负载参与调解，能有效的提高电源的负载动态响应能力，使得负载电路单元150能适应更宽的输入电压范围，并能够为负载电路单元150的后级变换器提供合适的输入电压，最终减小了整个负载电路单元150的损耗和温升，提高负载电路单元150的可靠性。

在一个实施例中，逻辑控制单元120包括第一电压比较器122和第二电压比较器124，第一电压比较器122的反相输入端与输入电压采样单元110相连接，第一电压比较器122的同相输入端与第二电压比较器124的输出端相连接，第二电压比较器124的同相输入端与负载电流检测单元140相连接。

在一个实施例中，开关控制单元130包括光耦P1、PWM控制器132和开关驱动模块134，光耦P1的正极输入端与逻辑控制单元120相连接，光耦P1的负极输入端通过第一限流电阻R1与输入电压的负极相连接，光耦P1的负极输出端与开关驱动模块134相连接，光耦P1的负极输出端通过第二限流电阻R2和PWM控制器132相连接，光耦P1的正极输出端外接参考电源，开关驱动模块134还用于与开关管Q1的控制端相连接。

上述光耦P1也可用其他具有相同功能的隔离器件来替代。

在一个实施例中，上述第一电压比较器122的同相输入端通过电阻R3外接参考电压，第二电压比较器124的输出端通过第三限流电阻R4与第一电压比较器122的同相输入端相连接，第二电压比较器124的同相输入端通过下拉电阻R5外接负载电流检测单元140。

在一个实施例中，开关驱动模块134采用NPN三极管Q2和PNP三极管Q3，NPN三极管Q2和PNP三极管Q3各自的基极分别与光耦P1的负极输出端相连接，NPN三极管Q2和PNP三极管Q3各自的发射极分别与开关管Q1的控制端相连接，NPN三极管Q2的集电极外接参考电源，PNP三极管Q3的集电极与负载电路单元150相连接。

在一个实施例中，开关驱动模块134采用IC芯片。

在一个实施例中，逻辑控制单元120采用逻辑控制芯片。

在一个实施例中，输入电压采样单元110包括串联连接的第一分压电阻R6和第二分压电阻R7，第一分压电阻R6的一端外接输入电压，第一分压电阻R6的另一端与逻辑控制单元120相连接。

在一个实施例中，第一分压电阻R6的电阻值小于第二分压电阻R7的电阻值。

在一个实施例中，如图2所示，开关管Q1和负载电路单元150构成BUCK电路，负载电路单元150包括电感L、电容C以及与二极管D1。

在一个实施例中，提供一种BUCK电路，BUCK电路包括开关管Q1和负载电路单元150，开关管Q1的输出端用于与负载电路单元150相连接，开关管Q1的控制端、输入端分别与上述调节电路100相连接。

在一个实施例中，开关管Q1采用三极管、MOS管和IGBT管中的任意一种。

其中，在如图2所示的实施例中，上述第二电压比较器124的输出值用于为第一电压比较器122的提供基准电压，其中，当负载电流大于预设电流阈值I时，表明负载电路单元150是重载，此时第二电压比较器124输出第一基准电压VREF1，当通过输入电压采样单元110采样后的电压信号不小于第一预设电压阈值且不大于第二预设电压阈值时，此时第二电压比较器124输出第一基准电压VREF1(高电平)，第一电压比较器122输出高电平(相当于第二开关驱动控制信号)，光耦开关P1处于常通状态，驱动NPN三极管Q2导通进而驱动开关管Q1工作，此时能够提高负载电路单元150的输出电压，减小开关损耗，提高效率，且可给负载电路单元150的后级变换器提供一个比较高的电压，后级变换器的电流应力减小，同时占空比或者开关频率可以进一步得到优化，以提高这个阶段的效率。

进一步地，当负载电流不大于预设电流阈值I时，此时第二电压比较器124输出第二基准电压VREF2，当通过输入电压采样单元110采样后的电压信号小于第一预设电压阈值时，P1断开，Q2不工作，PWM控制器132控制PNP三极管Q3工作，使得开关管Q1工作在高频开关状态，输出电压正常输出，这时后级变换器可以工作在比较理想的状态。

当采样后的电压信号大于第二预设电压阈值时，无论是提供第一基准电压VREF1还是第二基准电压VREF2，开关管Q1受PWM控制器132的控制，Q3导通，工作在高频开关状态。

上述调节过程，因为有负载参与调解，能有效的提高电源的负载动态响应能力，使得负载电路单元150能适应更宽的输入电压范围，并能够为负载电路单元150的后级变换器提供合适的输入电压，最终减小了整个负载电路单元150的损耗和温升，提高负载电路单元150的可靠性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调节电路，其特征在于，所述调节电路包括：输入电压采样单元、逻辑控制单元、开关控制单元和负载电流检测单元；所述输入电压采样单元、开关控制单元和负载电流检测单元分别与所述逻辑控制单元相连接，所述开关控制单元用于与开关管的控制端相连接，所述开关管的输出端用于与负载电路单元相连接；

所述输入电压采样单元用于对输入电压进行分压采样，并将所述分压采样后的电压信号发送至所述逻辑控制单元；

所述逻辑控制单元用于判断所述分压采样后的电压信号是否小于第一预设电压阈值，若是，则生成第一开关驱动控制信号并发送至所述开关控制单元以使所述开关控制单元控制所述开关管处于常通状态；

所述逻辑控制单元还用于判断所述分压采样后的电压信号大于第二预设电压阈值，若是，则生成第二开关驱动控制信号并发送至所述开关控制单元以使所述开关控制单元控制所述开关管处于高频开关状态，所述第二预设电压阈值大于所述第一预设电压阈值；

所述负载电流检测单元用于对所述负载电路单元的负载电流进行检测，生成对应的电流检测信号并发送至所述逻辑控制单元；

所述逻辑控制单元还用于当所述分压采样后的电压信号不小于所述第一预设电压阈值且不大于所述第二预设电压阈值时，根据所述电流检测信号判断所述负载电流是否大于预设电流阈值，若是，则生成所述第一开关驱动控制信号并发送至所述开关控制单元以使所述开关控制单元控制所述开关管处于常通状态，若否，则生成所述第二开关驱动控制信号并发送至所述开关控制单元以使所述开关控制单元控制所述开关管处于高频开关状态。

2.根据权利要求1所述的调节电路，其特征在于，所述逻辑控制单元包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一电压比较器的反相输入端与所述输入电压采样单元相连接，所述第一电压比较器的同相输入端与所述第二电压比较器的输出端相连接，所述第二电压比较器的同相输入端与所述负载电流检测单元相连接。

3.根据权利要求1所述的调节电路，其特征在于，所述开关控制单元包括光耦、PWM控制器和开关驱动模块，所述光耦的正极输入端与所述逻辑控制单元相连接，所述光耦的负极输入端通过第一限流电阻与所述输入电压的负极相连接，所述光耦的负极输出端与所述开关驱动模块相连接，所述光耦的负极输出端通过第二限流电阻与所述PWM控制器相连接，所述光耦的正极输出端外接参考电源，所述开关驱动模块还用于与所述开关管的控制端相连接。

4.根据权利要求3所述的调节电路，其特征在于，所述开关驱动模块采用NPN三极管和PNP三极管，所述NPN三极管和所述PNP三极管各自的基极分别与所述光耦的负极输出端相连接，所述NPN三极管和所述PNP三极管各自的发射极分别与所述开关管的控制端相连接，所述NPN三极管的集电极外接所述参考电源，所述PNP三极管的集电极与所述负载电路单元相连接。

5.根据权利要求3所述的调节电路，其特征在于，所述开关驱动模块采用IC芯片。

6.根据权利要求1所述的调节电路，其特征在于，所述逻辑控制单元采用逻辑控制芯片。

7.根据权利要求1所述的调节电路，其特征在于，所述输入电压采样单元包括串联连接的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端外接所述输入电压，所述第一分压电阻的另一端与所述逻辑控制单元相连接。

8.根据权利要求7所述的调节电路，其特征在于，所述第一分压电阻的电阻值小于所述第二分压电阻的电阻值。

9.一种BUCK电路，其特征在于，所述BUCK电路包括开关管和负载电路单元，所述开关管的输出端用于与所述负载电路单元相连接，所述开关管的控制端与权利要求1-8中任一项所述的调节电路相连接。

10.根据权利要求9所述的BUCK电路，其特征在于，所述开关管采用三极管、MOS管和IGBT管中的任意一种。