实现电流快速检测的开关电源转换器

摘要

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电源转换器。实现电流快速检测的开关电源转换器，包括，一开关器件，用以根据一比较器输出信号和一时钟信号使得开关输出电压在一输入端电压和地之间切换；一电流检测支路，用于产生一电流检测信号；一电压‑电流转换器，依据一误差放大信号转换为电流信号，提供给电流检测支路；一比较器，依据电流检测信号和开关器件的输出电压进行比较产生比较器输出信号。本发明结构简单，可以实现电流快速检测，实现对开关电源有效控制和保护。

权利要求

1.实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，包括，

一开关器件单元，用以根据一比较信号和一时钟信号使得输出电压在一输入电压和地之间切换；

一电流检测支路，用于在一电流信号的驱动下产生一电压信号；

一电压-电流转换器，依据一误差放大信号产生所述电流信号，提供给所述电流检测支路；

一比较器，依据所述电压信号和所述开关器件单元的输出电压进行比较产生所述比较信号。

2.根据权利要求1所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，还包括一误差放大器，用以对一电压反馈信号与一参考电压进行比较，得到所述误差放大信号。

3.根据权利要求1所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述电流检测支路上串联一检测功率管。

4.根据权利要求3所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述检测功率管采用N沟道MOS管；所述检测功率管的漏极连接所述输入电压，所述检测功率管的源极连接所述电压-电流转换器的输出端。

5.根据权利要求2所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，还包括一振荡器，依据所述电压反馈信号与一第二参考电压的比较结果可选择地输出一高频率信号或一低频率信号，以所述高频率信号或所述低频率信号作为所述时钟信号。

6.根据权利要求5所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述振荡器还用于输出一斜坡补偿信号，所述斜坡补偿信号通过一累加器与所述误差放大信号进行累加后提供给所述电压-电流转换器的输入端。

7.根据权利要求3所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述开关器件单元包括一触发器和一驱动单元，所述触发器的一个输入端连接所述比较信号；所述触发器的另一输入端连接所述时钟信号，所述触发器输出控制信号至所述驱动单元。

8.根据权利要求7所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述驱动单元包括一第一开关器件和一第二开关器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件在所述控制信号的作用下交替导通或截止，使得所述第一开关器件导通而所述第二开关器件截止时，所述输出电压为输入电压；所述第二开关器件导通而所述第一开关器件截止时，所述输出电压接地。

9.根据权利要求8所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件均采用N沟道MOS管，所述第一开关器件的沟道有效宽度是所述检测功率管的M倍，其中M的取值为1000至10000。

10.根据权利要求8所述的实现电流快速检测的开关电源转换器，其特征在于，所述检测功率管的栅极连接一高电平或与所述第一开关器件的控制信号连接。

说明书

实现电流快速检测的开关电源转换器

技术领域

[0001] 本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种开关电源转换器。

背景技术

[0002] 开关电源的高效率、低功耗等特性使得它在便携式电子设备市场中具有不可替代的地位，除了性能要满足供电产品的要求外，电源自身的保护措施也非常重要，过流保护即是防止开关电源芯片因过载或输出短路造成意外损坏的防护措施之一。而电流检测电路又是过流保护的关键模块，通过对流过功率开关管的电流进行及时有效的检测，以有效地进行开关控制和过流保护，达到保护芯片及外围元器件的目的。

[0003] 在传统的电流检测技术中，比较常用的一种电流检测方法是在电路中串联一个阻值很小的精密电阻实现检测，一种电路拓扑中，通过将一个阻值很小的精密的电流检测电阻与主功率管串联，电流流过电流检测电阻产生一个压降，再通过一运算放大器放大这个微小的压降，从而检测功率管的电流，然而这种方法会引入额外的功率损耗，影响系统的效率和增加成本。

[0004] 另一种电流检测方法是镜像检测方法，通过设置一采样晶体管与主功率管并联，主功率管的沟道有效宽度是采样晶体管的1000倍以上，主功率管的源极与采样晶体管的源极连接后与输入电压相连接，主功率管的栅极与采样晶体管的栅极相连接，主功率管的漏极与采样晶体管的漏极分别连接一运算放大器的输入端，通过设置运算放大器用于保证采样晶体管与主功率管的漏极电压相等，采样晶体管的电流大小即为按比例缩小后的主功率管电流大小，然而，这种检测方法的精度依赖于电流镜的匹配性能，同时运算放大器的建立时间会造成主功率管M1导通需要最小时间，导致检测速度过慢且易于出错。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，提供一种实现电流快速检测的开关电源转换器，解决以上技术问题。

[0006] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

[0007] 实现电流快速检测的开关电源转换器，其中，包括，

[0008] 一开关器件单元，用以根据一比较信号和一时钟信号使得输出电压在一输入电压和地之间切换；

[0009] 一电流检测支路，用于在一电流信号的驱动下产生一电压信号；

[0010] 一电压-电流转换器，依据一误差放大信号产生所述电流信号，提供给所述电流检测支路；

[0011] 一比较器，依据所述电压信号和所述开关器件单元的输出电压进行比较产生所述比较信号。

[0012] 优选地，还包括一误差放大器，用以对一电压反馈信号与一参考电压进行比较，得到所述误差放大信号。

[0013] 优选地，所述电流检测支路上串联一检测功率管。

[0014] 优选地，所述检测功率管采用N沟道MOS管；所述检测功率管的漏极连接所述输入电压，所述检测功率管的源极连接所述电压-电流转换器的输出端。

[0015] 优选地，还包括一振荡器，依据所述电压反馈信号与一第二参考电压的比较结果可选择地输出一高频率信号或一低频率信号，以所述高频率信号或所述低频率信号作为所述时钟信号。

[0016] 优选地，所述振荡器还用于输出一斜坡补偿信号，所述斜坡补偿信号通过一累加器与所述误差放大信号进行累加后提供给所述电压-电流转换器的输入端。

[0017] 优选地，所述开关器件单元包括一触发器和一驱动单元，所述触发器的一个输入端连接所述比较信号；所述触发器的另一输入端连接所述时钟信号，所述触发器输出控制信号至所述驱动单元。

[0018] 优选地，所述驱动单元包括一第一开关器件和一第二开关器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件在所述控制信号的作用下交替导通或截止，使得所述第一开关器件导通而所述第二开关器件截止时，所述输出电压为输入电压；所述第二开关器件导通而所述第一开关器件截止时，所述输出电压接地。

[0019] 优选地，所述第一开关器件和第二开关器件均采用N沟道MOS管，所述第一开关器件的沟道有效宽度是所述检测功率管的M倍，其中M的取值为1000至10000。

[0020] 优选地，所述检测功率管的栅极连接一高电平或与所述第一开关器件的控制信号连接。

[0021] 有益效果：由于采用以上技术方案，本发明结构简单，可以实现电流快速检测，实现对开关电源有效控制和保护。

附图说明

[0022] 图1为本发明的电路示意图。

具体实施方式

[0023] 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，所描述的实施例仅仅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作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。

[0024] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

[0026] 参照图1，实现电流快速检测的开关电源转换器，其中，包括，

[0027] 一开关器件单元，用以根据一比较信号和一时钟信号使得输出电压在一输入电压和地之间切换；

[0028] 一电流检测支路，用于在一电流信号的驱动下产生一电压信号，该电压信号以VL表示，即图1中L点电压；

[0029] 一电压-电流转换器V-i，依据一误差放大信号产生电流信号，提供给电流检测支路；

[0030] 一比较器7，依据电压信号和开关器件单元的输出电压进行比较产生比较信号。

[0031] 本发明的输入电压通过输入电压端IN提供；地通过接地端GND提供；

[0032] 作为本发明的一种优选的实施例，还包括一误差放大器6，用以对一电压反馈信号FB与一参考电压进行比较，得到误差放大信号。本发明的电压反馈信号FB可以通过一反馈网络实现，反馈网络可连接于输出电压与地之间，参考电压可以采用0.923V。

[0033] 作为本发明的一种优选的实施例，电流检测支路上串联一检测功率管M1_ssnse。检测功率管M1_ssnse可以采用P沟道MOS管或N沟道MOS管，优选采用N沟道MOS管；检测功率管M1_ssnse的漏极连接输入电压IN，检测功率管M1_ssnse的源极连接电压-电流转换器V-i的输出端。由于N沟道MOS管的导通电阻较小，一般是P沟道MOS管的三分之一左右，采用N沟道MOS管的芯片可以比采用P沟道MOS管占用更小的面积，具有更小的导通损耗。

[0034] 作为本发明的一种优选的实施例，还包括一振荡器3，依据电压反馈信号与一第二参考电压的比较结果可选择地输出一高频率信号或一低频率信号，以高频率信号或低频率信号作为时钟信号。可以通过一第二比较器12比较实现，第二参考电压可以选择为0.3V。当电压反馈信号FB低于0.3V时，振荡器3工作于低频率输出模式，当电压反馈信号FB高于0.3V时，振荡器3工作于高频率输出模式。

[0035] 作为本发明的一种优选的实施例，振荡器3还用于输出一斜坡补偿信号RAMP，斜坡补偿信号RAMP通过一累加器∑与误差放大信号进行累加后提供给电压-电流转换器V-i的输入端。

[0036] 作为本发明的一种优选的实施例，开关器件单元包括一触发器8和一驱动单元，触发器8的一个输入端连接比较信号；触发器8的另一输入端连接时钟信号，触发器8输出两个互补的控制信号至驱动单元。优选地，触发器8可以采用RS触发器，RS触发器的R端连接比较信号，RS触发器的S端连接时钟信号，RS触发器分别提供Q端和Q负端信号给驱动单元。

[0037] 作为本发明的一种优选的实施例，驱动单元包括一第一开关器件M1和一第二开关器件M2，第一开关器件M1和第二开关器件M2在控制信号的作用下交替导通或截止，使得第一开关器件M1导通而第二开关器件M2截止时，输出电压为输入电压；第二开关器件M2导通而第一开关器件M1截止时，输出电压接地。如图1所示，SW端为输出电压节点。

[0038] 作为本发明的一种优选的实施例，驱动单元还包括第一驱动器9和第二驱动器10，第一驱动器9位于触发器8与第一开关器件M1的控制端之间，第二驱动器10位于触发器8与第二开关器件M2的控制端之间，第一驱动器9连接一高端电压端和一低端电压端，在控制信号的作用下提供高端电压端的电压给第一开关器件M1的控制端或低端电压端的电压给控制端。以图中的BOOT端作为高端电压端，以图中SW端作为低端电压端；第二驱动器10可以是一缓冲器。

[0039] BOOT端为自举升压端，通过一二极管D1连接5V电源电压，实际应用中，BOOT端与SW端之间还连接一电容，5V电源电压通过二极管D1给电容充电，以提供驱动第一开关器件M1导通的高电平。

[0040] 作为本发明的一种优选的实施例，第一开关器件M1和第二开关器件M2均采用N沟道MOS管，第一开关器件M1的沟道有效宽度是检测功率管的M倍，其中M的取值为1000至10000。

[0041] 作为本发明的一种优选的实施例，检测功率管M1_ssnse的栅极连接一高电平或与第一开关器件M1的控制信号连接。如可以连接BOOT端。

[0042] 作为本发明的一种优选的实施例，本发明还包括一内部调压器模块4，用于提供内部功能模块所需电压和/或功能电压，如提供本发明的5V电源电压。

[0043] 作为本发明的一种优选的实施例，本发明还包括一关断比较器13，当使能端EN输入低于一设定值，如设定值可以为1.3V，关断主要模块。

[0044] 作为本发明的一种优选的实施例，本发明还包括软启动电路5，软启动电路5的输出端连接误差放大器6，用于在电路的输入端上电时，使误差放大器的输出缓慢抬升，让系统逐渐进入稳定的工作状态，可以控制输出电压上升速度，减小输入冲击电流，调整时序。一旦系统启动，软启动电路将不再发生作用。

[0045] 作为本发明的一种优选的实施例，本发明还包括一补偿网络，连接于误差放大器的输出端与比较器的输入端之间，补偿网络采用R1、C1、C2组成的补偿网络。R1、C1、C2选择合适的大小以确保电路运行的稳定性，在此不再赘述。

[0046] 作为本发明的一种优选的实施例，还包括一过压比较器11，依据电压反馈信号FB与一第三参考电压进行比较，产生一过压保护信号OVP。第三参考电压可以为1.1V。

[0047] 作为本发明的一种优选的实施例，还包括一保护电路单元，如通过逻辑门单元，此处为或门14，当电压反馈信号FB大于第三参考电压时或输入电压小于3.75或使能端EN为一低电平信号中的至少一个条件满足时，使得开关管M4导通，实现电压关断功能，以保护整个电路。

[0048] 本发明通过误差放大器1对参考电压与反馈电压FB之间的差值进行比较、放大，得到误差放大信号；误差放大信号与斜坡补偿信号进行斜坡补偿后，经由电压-电流转换器V-i转换为电流信号提供给检测功率管M1_ssnse，检测功率管M1_ssnse在电流信号的驱动下产生一电压信号VL，比较器7对电压信号VL和开关节点SW的电压进行比较，使得电压信号VL跟随开关节点SW的电压，同时，电流信号还有利于电流检测支路快速进入下一周期的动作。

[0049] 本发明初始状况下，电压信号VL小于开关节点SW电压，比较器7输出为低电平，在一上升沿时钟信号作用下，RS触发器的输出端Q端输出高电平信号，第一开关器件M1导通，第一开关器件M1电流持续增大，电压信号VL大于开关节点SW的电压信号时，比较器7翻转产生低电平，RS触发器的输出端Q端输出低电平信号，第一开关器件M1关断，第二开关器件M2导通，周而复始实现循环，当比较器7翻转的瞬间，电压信号VL与开关节点SW的电压信号相等，实现了电流检测与电路控制。

[0050] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。