CN115528787B - 一种控制环路加速电路 - Google Patents

一种控制环路加速电路 Download PDF

Info

Publication number
CN115528787B
CN115528787B CN202211503613.8A CN202211503613A CN115528787B CN 115528787 B CN115528787 B CN 115528787B CN 202211503613 A CN202211503613 A CN 202211503613A CN 115528787 B CN115528787 B CN 115528787B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
node
switching tube
circuit
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211503613.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115528787A (zh
Inventor
请求不公布姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd filed Critical Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority to CN202211503613.8A priority Critical patent/CN115528787B/zh
Publication of CN115528787A publication Critical patent/CN115528787A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115528787B publication Critical patent/CN115528787B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

本申请揭示了一种控制环路加速电路，具体涉及电池供电的技术领域。在所述控制环路加速电路中，主功率开关管的输出端通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端。基于上述电路，可以在输出电流突变时提高输出电压调节速度。

Description

一种控制环路加速电路
技术领域
本申请涉及电池供电的技术领域，具体涉及一种控制环路加速电路。
背景技术
在常用的电池作为供电电源的供电电路中，如果电路的输出电流突然变化，此时流过主功率开关管的电流也会变化，因此，电池供电电路中的控制环路需要适应性地调节主功率开关管的导通电压，从而适配流过主功率开关管的电流。
由于常用的电池供电电路中的控制环路的调节速度跟不上输出电流的变化，故此时，会导致在输出电流变化的瞬间，主功率开关管的导通电压还保持在原有电压，但是流过主功率开关管的电流却变化了，则主功率开关管两端的电压变化，从而导致输出电压也发生变化，直到控制环路完成对主功率开关管导通电压的调节。此时，输出电压的波动会给用电负载及电池供电电路带来较大影响，如果输出电压过小，会使用电负载或电池供电电路关机；如果输出电压过大，会损坏用电负载或电池供电电路。
因此，亟需使用控制环路加速电路，确保当输出电压过大或过小时，提高输出电压的调节速度，从而将电池供电电路的输出电压的波动电压控制在合理范围内。
发明内容
本申请提供了一种控制环路加速电路，该控制环路加速电路可以在输出电流突变时，提高电池供电电路输出电压的调节速度，将电池供电电路输出电压的波动电压控制在合理范围内，该技术方案如下。
一方面，提供了一种控制环路加速电路，所述控制环路加速电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；
主功率开关管的输入端连接电源电压端，所述主功率开关管的输出端连接输出电压端；所述主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；所述第一节点通过第二分压电路接地；
所述电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；所述电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；所述第三节点通过第二开关管连接至所述第二节点；所述第三开关管与所述第四开关管构成电流镜结构；所述第三节点连接至所述主功率开关管的控制端；所述第一节点连接至所述第一开关管的控制端；所述第二开关管的控制端接入基准电压；
所述第二节点通过第一电流源接地；所述第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；
所述加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；所述电压比较单元用于比较所述输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在一种可能的实现方式中，所述第一分压电路包括第一分压电阻以及第二分压电阻；所述第二分压电路包括第三分压电阻以及第四分压电阻；
所述主功率开关管的输出端通过第一分压电阻连接至第一分压节点；所述第一分压节点通过所述第二分压电阻连接至第一节点；
所述第一节点通过第三分压电阻连接至第二分压节点；所述第二分压节点通过所述第四分压电阻接地。
在一种可能的实现方式中，所述电压比较单元包括第一比较器、第二比较器以及第一或逻辑门；
所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的输出端分别连接至第一或逻辑门的两个输入端；所述第一或逻辑门的输出端连接至所述加速开关管的控制端；
所述第一比较器的正相输入端与所述第二比较器的反相输入端接入基准电压；所述第一比较器的反相输入端与第一分压节点连接；所述第二比较器的正相输入端与第二分压节点连接。
在一种可能的实现方式中，所述第一分压节点通过所述第二分压电阻连接至第三分压节点；所述第三分压节点通过第五分压电阻连接至第一节点；
所述第二分压节点通过所述第四分压电阻连接至第四分压节点；所述第四分压节点通过第六分压电阻接地；
所述第三分压节点还通过第五开关管连接至所述第一节点；所述第五开关管的控制端与第一比较器的输出端连接；
所述第四分压节点还通过第六开关管接地；所述第二比较器的输出端通过非门连接至所述第六开关管的控制端。
在一种可能的实现方式中，所述主功率开关管的输出端还通过输出滤波电容接地。
在一种可能的实现方式中，所述第一开关管、第二开关管以及加速开关管为NMOS管；
或者，所述第一开关管、第二开关管以及加速开关管为NPN三极管。
在一种可能的实现方式中，所述第三开关管、第四开关管以及主功率开关管为PMOS管；
或者，所述第三开关管、第四开关管以及主功率开关管为PNP三极管。
又一方面，提供了一种电池供电电路，所述电池供电电路包括上述控制环路加速电路；
在所述电池供电电路中，加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电流源以及电压比较单元位于主控制芯片内部；
所述第一分压电路以及所述第二分压电路位于所述主控制芯片外部；
所述主控制芯片包括电压输出引脚以及第一采样引脚；所述电压输出引脚依次通过第一分压电路连接至所述第一节点；所述第一节点连接至所述第一采样引脚。
在一种可能的实现方式中，所述电路还包括目标电池以及输入滤波电容；所述主控制芯片包括电源电压引脚；
所述电源电压引脚通过所述输入滤波电容接地；
所述电源电压引脚连接至所述目标电池的正极；所述目标电池的负极接地。
在一种可能的实现方式中，所述主控制芯片包括第二采样引脚以及第三采样引脚；所述第二采样引脚与所述第一分压电路中的第一分压节点连接；所述第三采样引脚与所述第二分压电路中的第二分压节点连接。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在电池供电场景中，设置控制环路加速电路，该电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；主功率开关管的输入端连接电源电压端，主功率开关管的输出端连接输出电压端；主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三开关管与第四开关管构成电流镜结构；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；电压比较单元用于比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在电池供电场景中，当输出电流突变从而导致输出电压过大或过小时，该控制环路加速电路能够通过电压比较单元比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，当不属于时控制加速开关管导通，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内，进而提高电池供电电路的可靠性，确保用电负载的安全。
由于输出电压端的电压属于指定电压区间内时，加速开关管不导通，而输出电压端的电压不属于指定电压区间内时，加速开关管导通，因此，既可以保证无需加快控制环路的调节速度时，电路处于低功耗状态，又能保证需要加快控制环路的调节速度时，实现对控制环路和输出电压调节速度的加快，平衡了电路功耗与调节速度。
本申请电路还通过采样输出电压与基准电压进行比较，无需额外增加固定电压，从而减小电路体积；当本申请电路处于不同的应用中，即当本申请电路稳态时输出电压的正常值不同时，所需的基准电压也不同，但是由于本申请电路中的采样电压值与基准电压是比例关系，因此，无论基准电压如何变化，最终都能以相同的控制精度对输出电压进行控制，从而大大提高了电路的控制精度和应用范围；本申请电路中各个采样电压与基准电压的温度系数相同，从而确保了电压比较单元输出的控制信号不受温度影响，进一步提高了电路的控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是根据一示例性实施例示出的一种控制环路加速电路的结构示意图。
图2示出了本申请实施例涉及的电路的输出波形图。
图3示出了本申请实施例涉及的一种控制环路加速电路的结构示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的控制环路加速电路的示意图。
图5示出了本申请实施例涉及的输出电压正常时控制环路加速电路的等效结构示意图。
图6示出了本申请实施例涉及的输出电压过低时控制环路加速电路的等效结构示意图。
图7示出了本申请实施例涉及的输出电压过高时控制环路加速电路的等效结构示意图。
图8示出了本申请实施例涉及的一种电池供电电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种控制环路加速电路的结构示意图。该控制环路加速电路可以应用于电池供电场景，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内。如图1所示，该控制环路加速电路包括加速开关管Mx、加速电流源Isx、主功率开关管Mp、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4以及第一电流源Is；
主功率开关管Mp的输入端连接电源电压端VDD，该主功率开关管Mp的输出端连接输出电压端VOUT；该主功率开关管Mp的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；该第一节点通过第二分压电路接地；
该电源电压端依次通过第三开关管M3以及第一开关管M1连接至第二节点；该电源电压端VDD还通过第四开关管M4连接至第三节点；该第三节点通过第二开关管M2连接至该第二节点；该第三开关管M3与该第四开关管M4构成电流镜结构；该第三节点连接至该主功率开关管Mp的控制端；该第一节点连接至该第一开关管M1的控制端；该第二开关管M2的控制端接入基准电压VREF；
该第二节点通过第一电流源Is接地；该第二节点还依次通过加速开关管Mx与加速电流源Isx接地；
该加速开关管Mx的控制端接入电压比较单元的输出端；该电压比较单元用于比较该输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在常用的电池作为供电电源的供电电路中，如果电路的输出电流突然增大，则流过主功率开关管的电流也会增大，但由于常用的电池供电电路中的控制环路的调节速度跟不上输出电流的变化，会导致在输出电流变化的瞬间，主功率开关管的导通电压还保持在原有电压，而流过主功率开关管的电流却增大了，则此时主功率开关管两端电压增大，从而导致输出电压减小。也就是说，在电池的供电电路的输出电流增大后，输出电压会在短时间内减小到一定的值，直到控制环路完成对主功率开关管导通电压的调节；同理，在电池的供电电路的输出电流减小后，输出电压会在短时间内增大到一定的值，直到控制环路完成对主功率开关管导通电压的调节。
图2示出了上述情况下电路的输出波形，其中，IOUT为输出电流，VOUT为输出电压，t为时间。如图2所示，输出电流先是突然减小，输出电压产生波动直至输出电流稳定；输出电流又突然增大，输出电压产生波动直至输出电流再次稳定。
输出电压的波动会给用电负载以及电池供电电路带来较大影响。输出电压过小，会导致用电负载或电池供电电路关机；输出电压过大，会损坏用电负载或电池供电电路。因此，需要保证电池供电电路中的控制环路的调节速度，使得控制环路及时适应性地调节主功率开关管的导通电压，从而及时适配流过主功率开关管的电流。
因此，本申请实施例提供了如图1所示的控制环路加速电路，以确保当输出电压过大或过小时，提高输出电压的调节速度，从而将电池供电电路的输出电压的波动电压控制在合理范围内。
图1所示的控制环路加速电路的原理如下所示：
如图1所示，以开关管均为MOS管为例，首先开启电源，第二开关管M2的栅极（即控制端）连接基准电压VREF，因此第二开关管M2导通。此时，主功率开关管Mp的栅极电压Vg通过第二开关管M2以及第一电流源Is拉低，主功率开关管Mp导通，在第一分压电路与第二分压电路的作用下，第一节点产生采样电压fb，与第一节点连接的第一开关管M1的栅极被采样电压fb拉高，第一开关管M1导通。此时，第三开关管M3和第四开关管M4的栅极通过第一开关管M1和第一电流源Is拉低，第三开关管M3和第四开关管M4导通。此时，在第一开关管M1和第三开关管M3中产生第一电流I1，在第二开关管M2中产生第二电流I2，在第四开关管M4中产生第四电流I4，且由于第三开关管M3和第四开关管M4构成电流镜结构，因此，I1=I4。同时，当电路达到稳态时，主功率开关管Mp的栅极电压Vg不变，故此时，I4=I2，即稳态时，I1=I4=I2=Is/2。
因此，第一开关管M1的栅源电压等于第二开关管M2的栅源电压，且由于第一开关管M1和第二开关管M2的源极相连，即第一开关管M1和第二开关管M2的源极电压相等，因此，第一开关管M1和第二开关管M2的栅极电压也相等。因此，稳态时，采样电压fb=VREF=[R2/(R1+R2)]*VOUT，其中R1为第一分压电路的电阻值，R2为第二分压电路的电阻值。此时，可得输出电压瞬时值VOUT=[(R1+R2)/R2]*fb，稳态时输出电压VOUT的正常值VOUTP=[(R1+R2)/R2]*VREF，即电路处于稳态时，采样电压fb=VREF，第一开关管M1和第二开关管M2的栅源电压相等，I1=I2=Is/2。
当输出电压VOUT降低时，采样电压fb也降低，此时fb<VREF，因此，第一开关管M1的栅源电压小于第二开关管M2的栅源电压，导致第二电流I2大于第一电流I1，但是仍然保持I1+I2=Is，故主功率开关管Mp的栅极流出电荷，主功率开关管Mp的栅极电压Vg减小，流过主功率开关管Mp的电流增大，从而增大输出电压VOUT。如果采样电压fb下降过多，最极端的情况为I4=I1=0，I2=Is，此时主功率开关管Mp的栅极电容会以Is大小的电流进行放电。
当输出电压VOUT升高时，采样电压fb也增大，此时fb>VREF，因此，第一开关管M1的栅源电压大于第二开关管M2的栅源电压，导致第二电流I2小于第一电流I1，但是仍然保持I1+I2=Is，故主功率开关管Mp的栅极流入电荷，主功率开关管Mp的栅极电压Vg增大，流过主功率开关管Mp的电流减小，从而降低输出电压VOUT。如果采样电压fb增大过多，最极端的情况为I4=I1=Is，I2=0，此时主功率开关管Mp的栅极电容会以Is大小的电流进行充电。
因此，主功率开关管Mp的栅极电压Vg的调节速度和第一电流源Is的大小有很大关系，增大第一电流源Is的大小，即可以增加环路对主功率开关管Mp的栅极电压Vg的调节速度，从而增大对输出电压VOUT的调节速度。同时，由于输出电流IOUT突然降低时，输出电压VOUT会突然增加，当输出电流IOUT突然增加时，输出电压VOUT会突然降低，故此时，即可将电路设计为当输出电压VOUT高于某一高值或者低于某一低值时，加快控制环路的调节速度，从而将输出电压VOUT的波动电压控制在合理范围内。
因此，即可设置加速开关管Mx、加速电流源Isx以及电压比较单元，将加速开关管Mx的控制端接入电压比较单元的输出端，该电压比较单元可以设置指定电压区间，并比较输出电压端的电压（即输出电压VOUT）是否在指定电压区间内。如果输出电压VOUT在指定电压区间内，则不动作；如果输出电压VOUT不在指定电压区间内，则输出高电平，以控制加速开关管Mx导通，将加速电流源Isx接入控制电路中，从而将电流源大小增大为Is+Isx，加快控制环路的调节速度。
综上所述，在电池供电场景中，设置控制环路加速电路，该电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；主功率开关管的输入端连接电源电压端，主功率开关管的输出端连接输出电压端；主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三开关管与第四开关管构成电流镜结构；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；电压比较单元用于比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在电池供电场景中，当输出电流突变从而导致输出电压过大或过小时，该控制环路加速电路能够通过电压比较单元比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，当不属于时控制加速开关管导通，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内，进而提高电池供电电路的可靠性，确保用电负载的安全。
由于输出电压端的电压属于指定电压区间内时，加速开关管不导通，而输出电压端的电压不属于指定电压区间内时，加速开关管导通，因此，既可以保证无需加快控制环路的调节速度时，电路处于低功耗状态，又能保证需要加快控制环路的调节速度时，实现对控制环路和输出电压调节速度的加快，平衡了电路功耗与调节速度。
在图1的基础上，该控制环路加速电路还可以是如图3所示的结构。图3示出了本申请实施例涉及的一种控制环路加速电路的结构示意图。如图3所示，在一种可能的实现方式中，该第一分压电路包括第一分压电阻Rf1a以及第二分压电阻Rf1b；该第二分压电路包括第三分压电阻Rf2a以及第四分压电阻Rf2b；该主功率开关管Mp的输出端通过第一分压电阻Rf1a连接至第一分压节点；该第一分压节点通过该第二分压电阻Rf1b连接至第一节点；该第一节点通过第三分压电阻Rf2a连接至第二分压节点；该第二分压节点通过该第四分压电阻Rf2b接地。
如图3所示，在一种可能的实现方式中，该电压比较单元包括第一比较器COM1、第二比较器COM2以及第一或逻辑门U1；该第一比较器COM1的输出端与该第二比较器COM2的输出端分别连接至第一或逻辑门U1的两个输入端；该第一或逻辑门U1的输出端连接至该加速开关管Mx的控制端；该第一比较器COM1的正相输入端与该第二比较器COM2的反相输入端接入基准电压VREF；该第一比较器COM1的反相输入端与第一分压节点连接；该第二比较器COM2的正相输入端与第二分压节点连接。
如图3所示，在一种可能的实现方式中，该主功率开关管的输出端还通过输出滤波电容CL接地。
如图3所示，在一种可能的实现方式中，该第一开关管M1、第二开关管M2以及加速开关管Mx为NMOS管；或者，该第一开关管M1、第二开关管M2以及加速开关管Mx为NPN三极管。
如图3所示，在一种可能的实现方式中，该第三开关管M3、第四开关管M4以及主功率开关管Mp为PMOS管；或者，该第三开关管M3、第四开关管M4以及主功率开关管Mp为PNP三极管。
图3示出的控制环路加速电路的工作原理如下：
当电源开启，主功率开关管Mp导通后，四个分压电阻产生电压，第一分压节点产生第一采样电压，第二分压节点产生第二采样电压。
当电路达到稳态时，采样电压，此时可得输出电压瞬时值，稳态时输出电压VOUT的正常值。
关于增大第一电流源的大小即可以增加控制环路对输出电压的调节速度的原理与图1实施例类似，在此不再赘述。
进一步的，即可通过四个分压电阻对输出电压VOUT进行采样，得到第一采样电压Vs1和第二采样电压Vs2，其中，在稳态时，，。
可选的，将第一采样电压Vs1和第二采样电压Vs2分别输入第一比较器COM1的反相输入端和第二比较器COM2的正相输入端，且第一比较器COM1的正相输入端和第二比较器COM2的反相输入端均接入基准电压VREF，当Vs1<VREF或者VREF<Vs2时，第一或逻辑门U1的输出Vx为高电平。
当第一或逻辑门U1的输出Vx为高电平时，加速开关管Mx导通，加速电流源Isx接入控制电路中，从而将电流源大小增大为Is+Isx，加快了控制环路的调节速度。
具体的，当Vs1<VREF时，即，两边同乘可得，可得。因此，当Vs1<VREF时，相当于当输出电压的瞬时值VOUT小于输出电压正常值VOUTP的时，第一比较器COM1的输出Vc1变为高电平，此时，第一或逻辑门U1的输出Vx也变为高电平，加速开关管Mx导通，加速电流源Isx接入控制电路中，从而使得I1+I2的大小由Is变为Is+Isx，加快了控制环路的调节速度。
当VREF<Vs2时，即，两边同乘可得，可得，可得。因此，当VREF<Vs2时，相当于当输出电压的瞬时值VOUT大于输出电压正常值VOUTP的时，第二比较器COM2的输出Vc2变为高电平，此时，第一或逻辑门U1的输出Vx也变为高电平，加速开关管Mx导通，加速电流源Isx接入控制电路中，从而使得I1+I2的大小由Is变为Is+Isx，加快了控制环路的调节速度。
可选的，主功率开关管Mp的输出端还通过输出滤波电容CL接地，可以使得输出更加平滑。
可选的，第一开关管、第二开关管以及加速开关管可以是NMOS管或NPN三极管。
可选的，第三开关管、第四开关管以及主功率开关管可以是PMOS管或PNP三极管。
可选的，四个分压电阻的大小可以根据实际需要进行调整，以对输出电压的波动电压进行控制。
综上所述，在电池供电场景中，设置控制环路加速电路，该电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；主功率开关管的输入端连接电源电压端，主功率开关管的输出端连接输出电压端；主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三开关管与第四开关管构成电流镜结构；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；电压比较单元用于比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在电池供电场景中，当输出电流突变从而导致输出电压过大或过小时，该控制环路加速电路能够通过电压比较单元比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，当不属于时控制加速开关管导通，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内，进而提高电池供电电路的可靠性，确保用电负载的安全。
由于输出电压端的电压属于指定电压区间内时，加速开关管不导通，而输出电压端的电压不属于指定电压区间内时，加速开关管导通，因此，既可以保证无需加快控制环路的调节速度时，电路处于低功耗状态，又能保证需要加快控制环路的调节速度时，实现对控制环路和输出电压调节速度的加快，平衡了电路功耗与调节速度。
并且在上述电路结构中，通过调节各个分压电阻的参数，即可对输出电压的波动电压进行控制。
本申请电路还通过采样输出电压与基准电压进行比较，无需额外增加固定电压，从而减小电路体积；当本申请电路处于不同的应用中，即当本申请电路稳态时输出电压的正常值不同时，所需的基准电压也不同，但是由于本申请电路中的采样电压值与基准电压是比例关系，因此，无论基准电压如何变化，最终都能以相同的控制精度对输出电压进行控制，从而大大提高了电路的控制精度和应用范围；本申请电路中各个采样电压与基准电压的温度系数相同，从而确保了电压比较单元输出的控制信号不受温度影响，进一步提高了电路的控制精度。
请参考图4，其是根据一示例性实施例示出的控制环路加速电路的示意图。图4为在图3示出的控制环路加速电路的基础上加入迟滞控制后得到的电路结构，该电路结构如下：
该第一分压节点通过该第二分压电阻Rf1b连接至第三分压节点；该第三分压节点通过第五分压电阻Rf1c连接至第一节点；
该第二分压节点通过该第四分压电阻Rf2b连接至第四分压节点；该第四分压节点通过第六分压电阻Rf2c接地；
该第三分压节点还通过第五开关管Mc1连接至该第一节点；该第五开关管Mc1的控制端与第一比较器COM1的输出端连接；
该第四分压节点还通过第六开关管Mc2接地；该第二比较器COM2的输出端通过非门U2连接至该第六开关管Mc2的控制端。
图4示出的控制环路加速电路的工作原理如下：
在输出电压正常时，第一比较器COM1的输出Vc1和第二比较器COM2的输出Vc2均为低电平，第六开关管Mc2的控制端电压Vc3为Vc2经过反相之后的信号，所以Vc3为高电平。
此时，第五开关管Mc1断开，第五分压电阻Rf1c接入电路，第六开关管Mc2导通，第六分压电阻Rf2c被短接，则控制电路可以等效为如图5所示的电路。
图5示出了本申请实施例涉及的输出电压正常时控制环路加速电路的等效结构示意图，如图5所示，该控制环路加速电路中输出电压正常值。
当Vs1<VREF时，即当时，第一比较器COM1的输出Vc1变为高电平，则第一或逻辑门U1的输出Vx为高电平，加速开关管Mx导通，加速电流源Isx接入控制电路中，控制电路开始加速调整输出电压。同时，由于第一比较器COM1的输出Vc1变为高电平，第五开关管Mc1导通，则第五分压电阻Rf1c被短接，则控制电路可以等效为如图6所示的电路。
图6示出了本申请实施例涉及的输出电压过低时控制环路加速电路的等效结构示意图。如图6所示，此时使得第一比较器COM1的输出Vc1再次变为低电平的条件为Vs1＞VREF。
由于，，，可得当Vs1＞VREF时，。
此时，由于，可得，因此，。
由上述分析可知，当输出电压过低时，控制电路需要加速将输出电压升高到一个大于，具体为的电压值时，加速开关管Mx才会关闭。
当Vs2＞VREF时，即当时，第二比较器COM2的输出Vc2变为高电平，则第一或逻辑门U1的输出Vx为高电平，加速开关管Mx导通，加速电流源Isx接入控制电路中，控制电路开始加速调整输出电压。同时，由于第二比较器COM2的输出Vc2变为高电平，则第六开关管Mc2的控制端电压Vc3为低电平，第六开关管Mc2断开，则第六分压电阻Rf2c接入控制电路中，则控制电路可以等效为如图7所示的电路。
图7示出了本申请实施例涉及的输出电压过高时控制环路加速电路的等效结构示意图。如图7所示，此时使得第二比较器COM2的输出Vc2再次变为低电平的条件为Vs2<VREF。
由于，，，可得当Vs2<VREF时，。
此时，由于，可得，因此，。
由上述分析可知，当输出电压过高时，控制电路需要加速将输出电压降低到一个小于，具体为的电压值时，加速开关管Mx才会关闭。
例如，当输出电压降低到1.6V以下时，Vc1变高，控制电路的调节速度增加，直到输出电压增加到1.8V后，控制电路恢复为正常工作时的调节速度；当输出电压上升到2.4V时，Vc2变高，控制电路的调节速度增加，直到输出电压减小到2.2V后，控制电路恢复为正常工作时的调节速度。
因此，通过加入上述迟滞控制，提高了控制电路的可靠性，减小了输出电压纹波。
综上所述，在电池供电场景中，设置控制环路加速电路，该电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；主功率开关管的输入端连接电源电压端，主功率开关管的输出端连接输出电压端；主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三开关管与第四开关管构成电流镜结构；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；电压比较单元用于比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。
在电池供电场景中，当输出电流突变从而导致输出电压过大或过小时，该控制环路加速电路能够通过电压比较单元比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，当不属于时控制加速开关管导通，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内，进而提高电池供电电路的可靠性，确保用电负载的安全。
由于输出电压端的电压属于指定电压区间内时，加速开关管不导通，而输出电压端的电压不属于指定电压区间内时，加速开关管导通，因此，既可以保证无需加快控制环路的调节速度时，电路处于低功耗状态，又能保证需要加快控制环路的调节速度时，实现对控制环路和输出电压调节速度的加快，平衡了电路功耗与调节速度。
并且在上述电路结构中，通过调节各个分压电阻的参数，即可对输出电压的波动电压进行控制。
本申请电路还通过采样输出电压与基准电压进行比较，无需额外增加固定电压，从而减小电路体积；当本申请电路处于不同的应用中，即当本申请电路稳态时输出电压的正常值不同时，所需的基准电压也不同，但是由于本申请电路中的采样电压值与基准电压是比例关系，因此，无论基准电压如何变化，最终都能以相同的控制精度对输出电压进行控制，从而大大提高了电路的控制精度和应用范围；本申请电路中各个采样电压与基准电压的温度系数相同，从而确保了电压比较单元输出的控制信号不受温度影响，进一步提高了电路的控制精度。
进一步的，图8示出了本申请实施例涉及的一种电池供电电路的结构示意图。如图8所示，该电池供电电路包括上述的控制环路加速电路。
在该电池供电电路中，加速开关管Mx、加速电流源Isx、主功率开关管Mp、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第一电流源Is以及电压比较单元位于主控制芯片U3内部。
该第一分压电路以及该第二分压电路位于该主控制芯片U3外部。
该主控制芯片U3包括电压输出引脚VOUT1以及第一采样引脚fb1；该电压输出引脚VOUT1依次通过第一分压电路连接至该第一节点；该第一节点连接至该第一采样引脚fb1。
如图8所示，在一种可能的实现方式中，该电路还包括目标电池E1以及输入滤波电容C1；该主控制芯片U3包括电源电压引脚VDD1。
该电源电压引脚VDD1通过该输入滤波电容C1接地。
该电源电压引脚VDD1连接至该目标电池E1的正极；该目标电池E1的负极接地。
如图8所示，在一种可能的实现方式中，该主控制芯片U3包括第二采样引脚Vs1a以及第三采样引脚Vs2a；该第二采样引脚Vs1a与该第一分压电路中的第一分压节点连接；该第三采样引脚Vs2a与该第二分压电路中的第二分压节点连接。
应说明的是，图8中，F1表示负载，GND1表示接地引脚。
由于图8所示的电池供电电路中，通过主控制芯片U3及其外部电路实现了如图3所示的电路结构，因此如图8所示的电池供电电路也可以实现如图3所示的电路结构对应的功能（当输出电流突变导致输出电压过高或过低时，提高输出电压的调节速度），此处不再赘述。
可选的，在主控制芯片U3与外部电路共同构成等效于如图3所示的电路结构的基础之上，本申请实施例中还可以在外部电路中增加第五分压电阻、第六分压电阻、第五开关管、第六开关管以及非门，并将上述元器件通过如图4所示的方式进行连接，从而使得主控制芯片U3以及增加上述元器件后的外部电路所组成的电池供电电路，可以实现如图4所示的电路结构对应的功能，此处不再赘述。
综上所述，在电池供电电路中设置控制环路加速电路，该控制环路加速电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；主功率开关管的输入端连接电源电压端，主功率开关管的输出端连接输出电压端；主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；第一节点通过第二分压电路接地；电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；第三节点通过第二开关管连接至第二节点；第三开关管与第四开关管构成电流镜结构；第三节点连接至主功率开关管的控制端；第一节点连接至第一开关管的控制端；第二开关管的控制端接入基准电压；第二节点通过第一电流源接地；第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；电压比较单元用于比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平。通过上述电路结构，在电池供电场景中，当输出电流突变从而导致输出电压过大或过小时，该控制环路加速电路能够通过电压比较单元比较输出电压端的电压是否属于指定电压区间，当不属于时控制加速开关管导通，以提高输出电压的调节速度，将输出电压的波动电压控制在合理范围内，进而提高电池供电电路的可靠性，确保用电负载的安全。
由于输出电压端的电压属于指定电压区间内时，加速开关管不导通，而输出电压端的电压不属于指定电压区间内时，加速开关管导通，因此，既可以保证无需加快控制环路的调节速度时，电路处于低功耗状态，又能保证需要加快控制环路的调节速度时，实现对控制环路和输出电压调节速度的加快，平衡了电路功耗与调节速度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种控制环路加速电路，其特征在于，所述控制环路加速电路包括加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第一电流源；
主功率开关管的输入端连接电源电压端，所述主功率开关管的输出端连接输出电压端；所述主功率开关管的输出端还通过第一分压电路连接至第一节点；所述第一节点通过第二分压电路接地；
所述电源电压端依次通过第三开关管以及第一开关管连接至第二节点；所述电源电压端还通过第四开关管连接至第三节点；所述第三节点通过第二开关管连接至所述第二节点；所述第三开关管与所述第四开关管构成电流镜结构；所述第三节点连接至所述主功率开关管的控制端；所述第一节点连接至所述第一开关管的控制端；所述第二开关管的控制端接入基准电压；
所述第二节点通过第一电流源接地；所述第二节点还依次通过加速开关管与加速电流源接地；
所述加速开关管的控制端接入电压比较单元的输出端；所述电压比较单元用于比较所述输出电压端的电压是否属于指定电压区间，且当不属于时输出高电平；
所述第一分压电路包括第一分压电阻；所述第二分压电路包括第三分压电阻；
所述主功率开关管的输出端通过第一分压电阻连接至第一分压节点；
所述第一节点通过第三分压电阻连接至第二分压节点；
所述电压比较单元包括第一比较器、第二比较器以及第一或逻辑门；
所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的输出端分别连接至第一或逻辑门的两个输入端；所述第一或逻辑门的输出端连接至所述加速开关管的控制端；
所述第一比较器的正相输入端与所述第二比较器的反相输入端接入基准电压；所述第一比较器的反相输入端与第一分压节点连接；所述第二比较器的正相输入端与第二分压节点连接。
2.根据权利要求1所述的控制环路加速电路，其特征在于，所述第一分压电路还包括第二分压电阻；所述第二分压电路还包括第四分压电阻；
所述第一分压节点通过所述第二分压电阻连接至所述第一节点；所述第二分压节点通过所述第四分压电阻接地。
3.根据权利要求2所述的控制环路加速电路，其特征在于，所述第一分压节点通过所述第二分压电阻连接至第三分压节点；所述第三分压节点通过第五分压电阻连接至第一节点；
所述第二分压节点通过所述第四分压电阻连接至第四分压节点；所述第四分压节点通过第六分压电阻接地；
所述第三分压节点还通过第五开关管连接至所述第一节点；所述第五开关管的控制端与第一比较器的输出端连接；
所述第四分压节点还通过第六开关管接地；所述第二比较器的输出端通过非门连接至所述第六开关管的控制端。
4.根据权利要求1至3任一所述的控制环路加速电路，其特征在于，所述主功率开关管的输出端还通过输出滤波电容接地。
5.根据权利要求1至3任一所述的控制环路加速电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管以及加速开关管为NMOS管；
或者，所述第一开关管、第二开关管以及加速开关管为NPN三极管。
6.根据权利要求1至3任一所述的控制环路加速电路，其特征在于，所述第三开关管、第四开关管以及主功率开关管为PMOS管；
或者，所述第三开关管、第四开关管以及主功率开关管为PNP三极管。
7.一种电池供电电路，其特征在于，所述电池供电电路包括如权利要求1至6任一所述的控制环路加速电路；
在所述电池供电电路中，加速开关管、加速电流源、主功率开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电流源以及电压比较单元位于主控制芯片内部；
所述第一分压电路以及所述第二分压电路位于所述主控制芯片外部；
所述主控制芯片包括电压输出引脚以及第一采样引脚；所述电压输出引脚依次通过第一分压电路连接至所述第一节点；所述第一节点连接至所述第一采样引脚。
8.根据权利要求7所述的电池供电电路，其特征在于，所述电路还包括目标电池以及输入滤波电容；所述主控制芯片包括电源电压引脚；
所述电源电压引脚通过所述输入滤波电容接地；
所述电源电压引脚连接至所述目标电池的正极；所述目标电池的负极接地。
9.根据权利要求7所述的电池供电电路，其特征在于，所述主控制芯片包括第二采样引脚以及第三采样引脚；所述第二采样引脚与所述第一分压电路中的第一分压节点连接；所述第三采样引脚与所述第二分压电路中的第二分压节点连接。
CN202211503613.8A 2022-11-29 2022-11-29 一种控制环路加速电路 Active CN115528787B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211503613.8A CN115528787B (zh) 2022-11-29 2022-11-29 一种控制环路加速电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211503613.8A CN115528787B (zh) 2022-11-29 2022-11-29 一种控制环路加速电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115528787A CN115528787A (zh) 2022-12-27
CN115528787B true CN115528787B (zh) 2023-05-02

Family

ID=84704820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211503613.8A Active CN115528787B (zh) 2022-11-29 2022-11-29 一种控制环路加速电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115528787B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115986896B (zh) * 2023-03-17 2023-06-16 苏州贝克微电子股份有限公司 一种多模态供电电路及其控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107425718B (zh) * 2017-08-10 2020-02-07 郑州云海信息技术有限公司 一种直流降压调节电路结构
CN114423110B (zh) * 2022-03-03 2023-03-14 苏州贝克微电子股份有限公司 一种滞环控制的电路结构
CN114705904B (zh) * 2022-04-12 2023-05-16 苏州贝克微电子股份有限公司 一种高精度过电流检测电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN115528787A (zh) 2022-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150061622A1 (en) Method and Apparatus for Limiting Startup Inrush Current for Low Dropout Regulator
CN110100219B (zh) 稳压器以及电源
CN109656299B (zh) Ldo电路
CN113760029B (zh) 一种基于全mos基准源的新型低压差线性稳压器
US20210232166A1 (en) Digital Voltage Regulator and Method of Regulating Voltage
CN104699162A (zh) 一种快速响应的低压差线性稳压器
CN115528787B (zh) 一种控制环路加速电路
WO2016122977A2 (en) Low dropout regulator bleeding current circuits and methods
CN111682503A (zh) 欠压保护电路
CN212586761U (zh) 一种基于低压放大器的易集成稳压电路
JP3356223B2 (ja) 降圧回路及びこれを内蔵した半導体集積回路
CN110825157B (zh) 基于重载补偿的低压差线性稳压器
CN115913202B (zh) 一种用于高压电路的快速上电保护电路
CN115079762B (zh) 低压差线性稳压器电路
CN116185113A (zh) 软启动电路、低压差线性稳压器、芯片及电子设备
CN114840051A (zh) 低功耗高瞬态响应无片外电容低压差线性稳压器
CN114356017A (zh) Ldo模块及其电压产生电路
CN107844154B (zh) 稳压电路
CN115291660B (zh) 低压差线性稳压器过冲抑制电路及其驱动方法
CN115268547B (zh) 带隙基准电路
CN114895739B (zh) 一种ldo电路
TWI847536B (zh) 低壓差穩壓器及其運作方法
Asteriadis et al. A low quiescent-current, low supply-voltage linear regulator
CN114879795B (zh) 可实现电压域输出的低压差线性稳压器
CN111555741B (zh) 上电清除电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant