电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路

摘要

本发明提供了一种电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路，能够根据电源转换芯片的输出电流变化产生表示电源转换效率变化的指示信号。电源转换效率指示信号产生电路包括电源转换芯片、工作电源、第一开关管和与电源转换芯片输入端连接的第一比较器和第一压降电路，以及与电源转换芯片输出端连接的第二比较器和第二压降电路；根据电源转换芯片的输出端电流和输入端电流的变化，由第一开关管的第二端产生指示电源转换效率变化的指示信号，根据该指示信号能够清楚了解到电源转换芯片的工作状态，从而能够及时采取措施保持电源转换芯片工作在较高转换效率的区域，实现了对电源的高效应用。

权利要求

1.电源转换效率指示信号产生电路，包括电源转换芯片和工作电源，其特征在于，还包括第一比较器、第一压降电路、第一电阻和第二比较器、第二压降电路、第二电阻以及第一开关管；所述工作电源通过第一压降电路连接所述第一比较器的同相输入端，并通过所述第一电阻分别连接所述第一比较器的反相输入端和所述电源转换芯片的输入端；所述电源转换芯片的输出端通过所述第二压降电路连接所述第二比较器的同相输入端，并通过所述第二电阻连接所述第二比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端连接所述第一开关管的第一端，所述第二比较器的输出端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的开关通路在所述第一开关管的第一端和控制端信号的变化下导通，于其第二端输出所述电源转换芯片的电源转换效率指示信号。

2.根据权利要求1所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第一压降电路为一个或多个串联的第一二极管，所述第二压降电路为一个或多个串联的第二二极管。

3.根据权利要求1所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第一压降电路由对地串联的第三电阻和第四电阻组成，所述第一比较器的同相输入端连接于所述第三电阻和所述第四电阻之间；所述第二压降电路由对地串联的第五电阻和第六电阻组成，所述第二比较器的同相输入端连接于所述第五电阻和所述第六电阻之间。

4.根据权利要求1所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述电源转换效率指示信号产生电路还包括第三压降电路、第三比较器和第二开关管，以及第四压降电路、第四比较器和第三开关管；所述第一比较器的同相输入端通过所述第三压降电路连接所述第三比较器的同相输入端，所述第一比较器的反相输入端与所述第三比较器的反相输入端连接；所述第二比较器的同相输入端通过所述第四压降电路连接所述第四比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接所述第四比较器的反相输入端；所述第三比较器的输出端通过第七电阻连接所述第一开关管的第一端，所述第四比较器的输出端通过第八电阻连接所述第一开关管的控制端；所述第二开关管的控制端连接所述第三比较器的输出端，第一端连接所述第一开关管的第一端，第二端接地；所述第三开关管的控制端连接所述第四比较器的输出端，第一端连接所述第一开关管的控制端，第二端接地。

5.根据权利要求4所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第三压降电路为一个或多个串联的第三二极管，所述第四压降电路为一个或多个串联的第四二极管。

6.根据权利要求4所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第三压降电路由对地串联的第九电阻和第十电阻组成，所述第三比较器的同相输入端连接于所述第九电阻和所述第十电阻之间；所述第四压降电路由对地串联的第十一电阻和第十二电阻组成，所述第四比较器的同相输入端连接于所述第十一电阻和所述第十二电阻之间。

7.根据权利要求1或4所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述电源转换效率指示信号产生电路还包括第五比较器和第五压降电路；所述工作电源通过所述第五压降电路连接所述第五比较器的反相输入端，所述第五比较器的同相输入端连接所述电源转换芯片的输出端；所述第五比较器的输出端输出用来指示可以开始检测是否有所述电源转换效率指示信号产生的参考指示信号。

8.根据权利要求7所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第五压降电路为一个或多个串联的第五二极管。

9.根据权利要求7所述的电源转换效率指示信号产生电路，其特征在于，所述第五压降电路由对地串联的第十三电阻和第十四电阻组成，所述第五比较器的反相输入端连接于所述第十三电阻和所述第十四电阻之间。

10.电源转换效率调整电路，其特征在于，包括负载调整电路和如权利要求1-9任一项权利要求所述的电源转换效率指示信号产生电路；所述负载调整电路的输入端连接所述第一开关管的第二端，并基于所述第一开关管的第二端产生的所述电源转换芯片的电源转换效率指示信号，调整所述电源转换芯片输出端的负载。

说明书

电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电源设计技术领域，具体涉及一种电源转换芯片的电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路。

背景技术

[0002] 电源转换芯片，是指在电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。

[0003] 电源转换芯片的输出电流受输出端负载的影响，负载越大，需要的输出电流就越大，而电源转换芯片的电源转换效率（输出功率与输入功率的比值）如图1所示，受输出电流和输出电压的影响呈曲线变化，例如，在如图所示的电源转换芯片中，在输入电压为4.2V，输出电压为10V，输出电流在10mA-100mA时，其电源转换效率较高高，而随着输出电流的增大，电源转换效率开始下降。

[0004] 在电路应用中，一般无从知晓电源转换芯片的电源转换效率从何时开始下降，这不利于对电源的高效应用。

发明内容

[0005] 本申请实施例通过提供一种电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路，能够根据电源转换芯片的输出电流变化产生表示电源转换效率变化的指示信号，继而可以根据该指示信号调整电源转换芯片的输出端负载，保持电源的高效应用。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0007] 提出一种电源转换效率指示信号产生电路，包括电源转换芯片和工作电源，还包括第一比较器、第一压降电路、第一电阻和第二比较器、第二压降电路、第二电阻以及第一开关管；所述工作电源通过第一压降电路连接所述第一比较器的同相输入端，并通过所述第一电阻分别连接所述第一比较器的反相输入端和所述电源转换芯片的输入端；所述电源转换芯片的输出端通过所述第二压降电路连接所述第二比较器的同相输入端，并通过所述第二电阻连接所述第二比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端连接所述第一开关管的第一端，所述第二比较器的输出端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的开关通路在所述第一开关管的第一端和控制端信号的变化下导通，于其第二端输出所述电源转换芯片的电源转换效率指示信号。

[0008] 进一步的，其特征在于，所述第一压降电路为一个或多个串联的第一二极管，所述第二压降电路为一个或多个串联的第二二极管。

[0009] 进一步的，所述第一压降电路由对地串联的第三电阻和第四电阻组成，所述第一比较器的同相输入端连接于所述第三电阻和所述第四电阻之间；所述第二压降电路由对地串联的第五电阻和第六电阻组成，所述第二比较器的同相输入端连接于所述第五电阻和所述第六电阻之间。

[0010] 进一步的，所述电源转换效率指示信号产生电路还包括第三压降电路、第三比较器和第二开关管，以及第四压降电路、第四比较器和第三开关管；所述第一比较器的同相输入端通过所述第三压降电路连接所述第三比较器的同相输入端，所述第一比较器的反相输入端与所述第三比较器的反相输入端连接；所述第二比较器的同相输入端通过所述第四压降电路连接所述第四比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接所述第四比较器的反相输入端；所述第三比较器的输出端通过第七电阻连接所述第一开关管的第一端，所述第四比较器的输出端通过第八电阻连接所述第一开关管的控制端；所述第二开关管控制端连接所述第三比较器的输出端，第一端连接所述第一开关管的第一端，第二端接地；所述第三开关管的控制端连接所述第四比较器的输出端，第一端连接所述第一开关管的控制端，第二端接地。

[0011] 进一步的，所述第三压降电路为一个或多个串联的第三二极管，所述第四压降电路为一个或多个串联的第四二极管。

[0012] 进一步的，所述第三压降电路由对地串联的第九电阻和第十电阻组成，所述第三比较器的同相输入端连接于所述第九电阻和所述第十电阻之间；所述第四压降电路由对地串联的第十一电阻和第十二电阻组成，所述第四比较器的同相输入端连接于所述第十一电阻和所述第十二电阻之间。

[0013] 进一步的，所述电源转换效率指示信号产生电路还包括第五比较器和第五压降电路；所述工作电源通过所述第五压降电路连接所述第五比较器的反相输入端，所述第五比较器的同相输入端连接所述电源转换芯片的输出端。

[0014] 进一步的，所述第五压降电路为一个或多个串联的第五二极管。

[0015] 进一步的，所述第五压降电路由对地串联的第十三电阻和第十四电阻组成，所述第五比较器的反相输入端连接于所述第十三电阻和所述第十四电阻之间。

[0016] 提出一种电源转换效率调整电路，其特征在于，包括负载调整电路和上述的电源转换效率指示信号产生电路；所述负载调整电路的输入端连接所述第一开关管的第二端，并基于所述第一开关管的第二端产生的所述电源转换芯片的电源转换效率指示信号，调整所述电源转换芯片输出端的负载。

[0017] 与现有技术相比，本发明申请实施例提出的技术方案，具有的技术效果或优点是：本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路，如图2所示，以第一开关管为NPN三极管为例，在电源转换芯片U2的输入端IN和输出端OUT分别连接第一比较器U1-B和第二比较器U1-A，工作电源VCC通过第一压降电路在第一比较器的同相输入端的电压为V2，工作电源VCC通过第一电阻R2在第一比较器的反相输入端的电压为V3，输出端的电压经第二压降电路在第二比较器的同相输入端的电压为V5，输出端的电压经第二电阻R3在第二比较器的反相输入端的电压为V7，根据电源转换芯片的转换效率曲线确定第一压降电路、第二压降电路产生的压降，以及第一电阻和第二电阻的阻值，使得，当电源转换芯片的输出电流和输入电流较小，保持V3V2和V6>V7的状况，则第一比较器的同相输入端电压大于反相输入端的电压，第二比较器的同相输入端电压大于反相输入端的电压，这使得第一开关管导通，其第二端输出高电平，标志着电源转换效率开始降低；通过上述电路的工作，能够通过第一开关管第二端的电平变化判断电源转换芯片的电源转换效率变化，从而实现了根据电源转换芯片的输出电流变化产生表示电源转换效率变化的指示信号，继而可以根据该指示信号调整电源转换芯片的输出端负载，保持电源的高效应用，解决了无从知晓电源转换芯片的电源转换效率从何时开始下降，从而不利于对电源的高效应用的技术问题。

附图说明

[0018] 图1为电源转换芯片的转换效率曲线图；

[0019] 图2为本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路的电路图；

[0020] 图3为本申请实施例提出的一电源转换效率指示信号产生电路的电路图；

[0021] 图4为本申请实施例提出的又一电源转换效率指示信号产生电路的电路图；

[0022] 图5为本申请实施例提出的又一电源转换效率指示信号产生电路的电路图；

[0023] 图6为本申请实施例提出的电源转换效率调整电路的电路图。

具体实施方式

[0024] 本申请实施例通过提供一种电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路，能够根据电源转换芯片的输出电流变化产生表示电源转换效率变化的指示信号，继而可以根据该指示信号调整电源转换芯片的输出端负载，保持电源的高效应用；解决了无从知晓电源转换芯片的电源转换效率从何时开始下降，从而不利于对电源的高效应用的技术问题。

[0025] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。

[0026] 如图2所示，为本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路，包括电源转换芯片U2、工作电源VCC、第一比较器U1-B、第一压降电路DIO2、第一电阻R2，和第二比较器U1-A、第二压降电路DIO1、第二电阻R3以及第一开关管Q5；工作电源VCC通过第一压降电路连接第一比较器的同相输入端，并通过第一电阻分别连接第一比较器的反相输入端和电源转换芯片的输入端IN；电源转换芯片的输出端OUT通过第二压降电路连接第二比较器的同相输入端，并通过第二电阻连接第二比较器的反相输入端；第一比较器的输出端连接第一开关管的第一端，第二比较器的输出端连接第一开关管的控制端；第一开关管的开关通路在所述第一开关管的第一端和控制端信号的变化下导通，于其第二端输出电源转换芯片的电源转换效率指示信号。

[0027] 具体的，如图2所示，在电源转换芯片U2的输入端IN和输出端OUT分别连接第一比较器U1-B和第二比较器U1-A，工作电源VCC通过第一压降电路产生压降Vdio2后，在第一比较器的同相输入端的电压为V2=VCC-Vdio2；工作电源VCC通过第一电阻R2的压降VR2后，在第一比较器的反相输入端的电压为V3=VCC- VR2；输出端的电压V6经第二压降电路产生压降Vdio1后，在第二比较器的同相输入端的电压为V5=V6- Vdio1，输出端的电压经第二电阻R3的压降VR3后，在第二比较器的反相输入端的电压为V7=V6- VR3。

[0028] 电路的实际应用中，需要根据如图1所示的电源转换芯片的转换效率曲线确定第一压降电路、第二压降电路产生的压降，以及第一电阻和第二电阻的阻值，也即，确定在输入和输出的电压和电流是多大的时候才能够使得对电源的转换效率较高，然后在保持输入和输出端的电压不变的情况下进行分析，也即VCC和V6是设置的定值情况下分析。

[0029] 确定后的上述参数，需要使得当电源转换芯片工作在较高转换效率时（通常输出和输入电流不会过大），保持V3>V2和V7>V6，也即保持VR2

[0030] 可见，如图2所示，也只有在输出电流增大（通常是负载增大，这必然造成电源转换效率降低），使得输入电流也增大时，输入和输出同时满足V8和V9都为高电平，会在Q5输出高电平，提示已经进入电源转换效率较低的情况了；该HIGH_EFFICIENCY即为本电源转换效率指示信号产生电路产生的指示电源转换效率变化的指示信号。

[0031] 如图5所示，本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路还包括第五比较器U3-A和第五压降电路（由第十三电阻R12和第十四电阻R11对地串联的电阻组成），工作电源通过第五压降电路连接第五比较器的反相输入端（R12一端接工作电源VCC，第五比较器的反相输入端连接于R12和R11之间，反相输入端的输入电压为Vset=VCC-VR12），第五比较器的同相输入端连接所述电源转换芯片的输出端OUT；或者第五压降电路为一个或多个串联的第五二极管（图中未示出）。

[0032] 当使能电源转换芯片U2后，输出电流根据负载的需要会逐渐提升，当输出电压V6达到Vset后，第五比较器的输出电压Vout_ok为一个高电平，可以用来指示可以开始检测是否有HIGH_EFFICIENCY信号的产生；而在V6小于Vset时，第五比较器的输出电压Vout_ok为低电平，在这种情况下，可以不启动检测是否有HIGH_EFFICIENCY信号的产生；使得该Vout_ok信号为电源转换效率指示信号产生电路产生的指示电源转换效率变化的一个参考指示信号。

[0033] 如图3所示，第一压降电路可以采用一个或多个串联的第一二极管DIO2，第二压降电路可以采用一个或多个串联的第二二极管DIO1，第一二极管和第二二极管为相同的二极管，需要根据压降的具体要求进行选择。第一电阻R2和第二电阻R3采用高精度的电阻，阻值尽量小，尽量高精度。

[0034] 如图4所示，第一压降电路还可以采用由对地串联的第三电阻R17和第四电阻R18组成，第一比较器的同相输入端连接于第三电阻和第四电阻之间；第二压降电路还可以采用由对地串联的第五电阻R19和第六电阻R20组成，第二比较器的同相输入端连接于第五电阻和第六电阻之间；则，R17上产生压降Vdio2，以及R19上产生压降Vdio1，具体的R17、R18、R19和R20的值，需要根据压降的具体要求进行选择。

[0035] 如图2-图4所示，电源转换芯片的使能端EN连接有对比电阻R1和电容C1，R1是保证电源转换芯片在无使能信号输入时，保证低电平，C1用于提高抗干扰的性能。

[0036] 在电源转换芯片的输出端OUT和反馈端FB之间连接有电阻R7，反馈端对地还连接有电阻R8，R7和R8用于对输出端的输出电压进行设定；而输出端对地连接的电容C3，是用于提高输出端稳定性的电容。

[0037] 在电源转换芯片的输入端与电源开关输出端SW 之间连接有电感L1，L1是提高转换性能的电感，根据具体的芯片信号的选择进行选定。

[0038] 按照选定的电源转换芯片的规格书中的推荐，确认输入电压和电流，输出的电压和电流的范围，根据确认的内容确定第一压降电路、第一电阻和第二压降电路、第二电阻的参数值，进而通过上述电路的工作，能够通过第一开关管第二端的电平变化判断电源转换芯片的电源转换效率变化，从而实现了根据电源转换芯片的输出电流变化产生表示电源转换效率变化的指示信号，继而可以根据该指示信号调整电源转换芯片的输出端负载，保持电源的高效应用，解决了无从知晓电源转换芯片的电源转换效率从何时开始下降，从而不利于对电源的高效应用的技术问题。

[0039] 如图5所示，本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路，还包括第三压降电路DIO4、第三比较器U1-D和第二开关管Q2，以及第四压降电路DIO3、第四比较器U1-C和第三开关管Q1；第一比较器的同相输入端通过第三压降电路连接第三比较器的同相输入端，第一比较器的反相输入端与第三比较器的反相输入端连接；第二比较器的同相输入端通过第四压降电路连接第四比较器的同相输入端，第二比较器的反相输入端连接第四比较器的反相输入端；第三比较器的输出端通过第七电阻R9连接第一开关管的第一端，第四比较器的输出端通过第八电阻R4连接第一开关管的控制端；第二开关管控制端连接第三比较器的输出端，第一端连接第一开关管的第一端，第二端接地；第三开关管的控制端连接第四比较器的输出端，第一端连接第一开关管的控制端，第二端接地。

[0040] 本申请实施例中，第一开关管、第二开关管和第三开关管均采用NPN三极管，各开关管的基极为其控制端，集电极为其第一端，发射极为其第二端，基极和集电极之间的压差达到三极管导通电压时，发射极和集电极形成导通的开关通路，在其他实施例中，所涉及的开关管也可以替代为MOS管，栅极为其控制端，源极为其第一端，漏极为其第二端，同样也可以本发明的目的。

[0041] 其中，如图5所示，第三压降电路为一个或多个串联的第三二极管DIO4，第四压降电路为一个或多个串联的第四二极管DIO3；也可以是，第三压降电路由对地串联的第九电阻和第十电阻组成，第三比较器的同相输入端连接于第九电阻和第十电阻之间；第四压降电路由对地串联的第十一电阻和第十二电阻组成，第四比较器的同相输入端连接于所述第十一电阻和第十二电阻之间（图中未示出，具体参考第一压降电路和第二压降电路）。

[0042] 具体的，如图5所示，以第一压降电路、第二压降电路、第三压降电路和第四压降电路都是一个二极管为例，二极管导通电压为Vdio，四个压降电路可以为一个四通道运放的四个运放单元。该电路不再是单纯的一个值的检测电路，而是通过器件参数的选择，可以设计一个检测的范围。

[0043] 按照选定的电源转换芯片的规格书中的推荐，确认输入电压和电流，输出电压和电流的范围后，确定电路各器件的具体参数；使得，当R2上的压降范围在VR2VCC-Vdio），R3上的压降范围在VR3V6-Vdio）时，电源转换芯片的电源转换效率较高，对电源的利用率高，此时四个比较器的输出端都是低电平，第一开关管、第二开关管和第三开关管全部截止，HIGH_EFFICIENCY为低电平。

[0044] 随着输出电流的增大，当R2上的压降范围在Vdio

[0045] 随着输出电流进一步增大，当R2上的压降范围在VR2>2Vdio（也即，V3< VCC-2Vdio），R3上的压降范围在VR3>2Vdio（也即，V7< V6-2Vdio）时，第二比较器和第四比较器的输出端V11和V10输出高电平，使得第二开关管Q2和第三开关管Q1导通，而Q5的控制端和第一端因为Q2和Q1的第二端接地而被拉低为低电平，使得HIGH_EFFICIENCY为低电平。

[0046] 上述可知，增加了第三比较器和第四比较器的电源转换效率指示信号产生电路，当产生一个从低到高的电平变化时，说明电源转换芯片的转换效率由较高进入较低的状态。此时最优选的，是结合上述的第五比较器和第五压降电路一起，由第五比较器和第五压降电路先产生一个参考指示信号，在参考指示信号出现高电平后，再开始检测电源转换效率指示信号，检测是否有HIGH_EFFICIENCY由低到高的电平变化，若有，则说明电源转换芯片进入转换效率低的工作状态。

[0047] 当使能电源转换芯片后，输出电流根据外围电路的需要会逐渐提升，当输出电压V6达到 Vset后，Vout_ok输出高电平，则设定R2输出端的电压V3分为几个范围：V3>VCC-Vdio，VCC-2VdioVset-Vdio，Vset-2Vdio

[0048] 当V3>VCC-Vdio，V7>Vset-Vdio时，Q5截止，HIGH_EFFICIENCY为低电平；

[0049] 随着输出电流逐渐增大，当VCC-2Vdio

[0050] 随着输出电流进一步增大，当V3< VCC-2Vdio，V7< Vset-2Vdio，Q5再次截止，HIGH_EFFICIENCY为低电平；

[0051] 上述，实现了在参考指示信号Vout_ok出现高电平后，才会出现HIGH_EFFICIENCY由低到高的电平变化；则，根据参考指示信号出现高电平后再开始检测电源转换效率指示信号，检测是否有HIGH_EFFICIENCY由低到高的电平变化，使得对电源转换效率的监测更加准确和高效。

[0052] 由上述，在检测到电源转换效率由较高进入低效率的变化后，可以通过后续的调整手段来调整电源转换芯片输出端的负载，保持电源转换芯片始终工作在转换效率较高的区域，实现对电源的高效应用。

[0053] 因此，本申请实施例还提出一种电源转换效率调整电路，包括负载调整电路61和上述的电源转换效率指示信号产生电路62；负载调整电路的输入端连接第一开关管的第二端，并基于第一开关管的第二端产生的电源转换芯片的电源转换效率指示信号，调整电源转换芯片输出端的负载63。

[0054] 通过本申请实施例提出的电源转换效率指示信号产生电路和电源转换效率调整电路，能够根据电源转换芯片的输出端电流和输入端电流的变化，产生指示电源转换效率变化的指示信号，根据该指示信号能够清楚了解到电源转换芯片的工作状态，从而能够及时采取措施保持电源转换芯片工作在较高转换效率的区域，实现了对电源的高效应用。

[0055] 应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。