电压变换器的控制电路和电压变换器转让专利
申请号 : CN202010528713.0
文献号 : CN111585435B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 张亮 , 沈定华 , 阮胜超
申请人 : 深圳市鹏源电子有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种电压变换器的控制电路,其特征在于,包括:参考电压产生单元、反馈回路及控制单元;
其中,所述参考电压产生单元的第一输入端与所述电压变换器的输入电压连接,所述参考电压产生单元的第二输入端与所述控制单元的输出端连接,所述参考电压产生单元的输出端与反馈回路的第一输入端连接,以在所述电压变换器启动过程中,向所述反馈回路输出变化的参考电压;
所述参考电压产生单元,包括:第一电阻、第一光电耦合器及晶体管;其中,所述第一电阻的一端与所述电压变换器的输入电压连接,所述第一电阻的另一端与所述第一光电耦合器的第一输入端及晶体管的第一端连接;所述第一光电耦合器的第二输入端接电源地,所述第一光电耦合器的第一输出端连接所述反馈回路的第一输入端,所述第一光电耦合器的第二输出端连接信号地;所述晶体管的第二端连接电源地,所述晶体管的控制端与所述控制单元的输出端连接;
所述反馈回路的第二输入端与所述电压变换器的输出端连接;
所述反馈回路,包括:运算放大器、第二电容、第二电阻及第三电容;其中,所述运算放大器的第一输入端与所述参考电压产生单元的输出端连接,所述运算放大器的第二输入端与所述电压变换器的输出端连接;所述第二电容的一端与所述运算放大器的输出端及所述第三电容的一端连接,所述第二电容的另一端与所述第二电阻的一端连接;所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的第二输入端及所述第三电容的另一端连接;所述第三电容的一端与所述运算放大器的输出端连接,所述第三电容的另一端与所述运算放大器的第二输入端连接;
所述控制单元的输入端与所述反馈回路的输出端连接,所述控制单元的输出端,用于输出驱动信号,以控制所述电压变换器中的功率晶体管的工作状态。
2.如权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述参考电压产生单元,还包括:稳压二极管及第一电容;
其中,所述稳压二极管的阳极与所述控制单元的输出端连接,所述稳压二极管的阴极与所述晶体管的控制端连接;
所述第一电容的一端连接所述晶体管的控制端,所述第一电容的另一端连接所述电源地。
3.如权利要求1所述的控制电路,其特征在于,还包括:第三电阻及稳压器;
其中,所述第三电阻的一端与所述电压变换器的输入电压连接,所述第三电阻的另一端与所述反馈回路的第一输入端及所述稳压器的第一端连接;
所述稳压器的第二端连接信号地,所述稳压器的第三端与所述反馈回路的第一输入端连接。
4.如权利要求3所述的控制电路,其特征在于,还包括:第四电容,所述第四电容的一端连接所述稳压器的第三端,所述第四电容的另一端连接信号地。
5.如权利要求1所述的控制电路,其特征在于,还包括:第二光电耦合器及二极管;
其中,所述第二光电耦合器的第一输入端与电压变换器的输入电压连接,所述第二光电耦合器的第二输入端与所述二极管的阳极连接,所述第二光电耦合器的第一输出端与所述控制单元的输入端连接,所述第二光电耦合器的第二输出端连接电源地;
所述二极管的阴极与所述反馈回路的输出端连接。
6.如权利要求1所述的控制电路,其特征在于,还包括:第五电容及第六电容;
其中,所述第五电容的一端与所述电压变换器的输入电压连接,所述第五电容的另一端连接电源地;
所述第六电容的一端与所述控制单元的软启动控制端连接,所述第六电容的另一端连接电源地。
7.如权利要求5所述的控制电路,其特征在于,还包括:第四电阻,及第五电阻;
其中,所述第四电阻的一端与所述电压变换器的输入电压连接,所述第四电阻的另一端与所述第二光电耦合器的第一输入端及所述第五电阻的一端连接;
所述第五电阻的一端与所述第二光电耦合器的第一输入端连接,所述第五电阻的另一端与所述第二光电耦合器的第二输入端连接。
8.一种电压变换器,其特征在于,包括权利要求1‑7任一项所述的电压变换器的控制电路。
说明书 :
电压变换器的控制电路和电压变换器
技术领域
背景技术
制驱动信号的占空比从小变大,直至电压变换器的输出电压和参考电压相等时,完成电压
变换器的软启动。在电压变换器的负载是感性负载或者阻性负载时,该软启动方案能够满
足软启动的要求。
不受控的现象。
发明内容
在电压变换器的启动过程中,避免了输出电流不受控、过冲的现象。
述电压变换器的输入电压连接,所述参考电压产生单元的第二输入端与所述控制单元的输
出端连接,所述参考电压产生单元的输出端与反馈回路的第一输入端连接,以在所述电压
变换器启动过程中,向所述反馈回路输出变化的参考电压;所述反馈回路的第二输入端与
所述电压变换器的输出端连接;所述控制单元的输入端与所述反馈回路的输出端连接,所
述控制单元的输出端,用于输出驱动信号,以控制所述电压变换器中的功率晶体管的工作
状态。
化的参考电压,以使反馈回路根据变化的参考电压,控制控制单元的输出端的驱动信号,以
通过该驱动信号控制电压变换器中的功率晶体管的工作状态。由此,该控制电路利用电压
变换器的驱动信号产生变化的参考电压,并且将变化的参考电压加入软启动的全过程,从
而在电压变换器的启动过程中,避免了输出电流不受控、过冲的现象。
阻的另一端与所述第一光电耦合器的第一输入端及晶体管的第一端连接;所述第一光电耦
合器的第二输入端接电源地,所述第一光电耦合器的第一输出端连接所述反馈回路的第一
输入端,所述第一光电耦合器的第二输出端连接信号地;所述晶体管的第二端连接电源地,
所述晶体管的控制端与所述控制单元的输出端连接。
所述晶体管的控制端连接;所述第一电容的一端连接所述晶体管的控制端,所述第一电容
的另一端连接所述电源地。
所述运算放大器的第二输入端与所述电压变换器的输出端连接所述第二电容的一端与所
述运算放大器的输出端及所述第三电容的一端连接,所述第二电容的另一端与所述第二电
阻的一端连接;所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的第二输入端及所述第三电容的
另一端连接;所述第三电容的一端与所述运算放大器的输出端连接,所述第三电容的另一
端与所述运算放大器的第二输入端连接。
所述反馈回路的第一输入端及所述稳压器的第一端连接;所述稳压器的第二端连接信号
地,所述稳压器的第三端与所述反馈回路的第一输入端连接。
电耦合器的第二输入端与所述二极管的阳极连接,所述第二光电耦合器的第一输出端与所
述控制单元的输入端连接,所述第二光电耦合器的第二输出端连接电源地;所述二极管的
另一极与所述反馈回路的输出端连接。
连接电源地;所述第六电容的一端与所述控制单元的软启动控制端连接,所述第六电容的
另一端连接电源地。
与所述第二光电耦合单元的第一输入端及所述第五电阻的一端连接;所述第五电阻的一端
与所述第二光电耦合单元的第一输入端连接,所述第五电阻的另一端与所述第二光电耦合
单元的第二输入端连接。
过程,从而在电压变换器的启动过程中,避免了输出电流不受控、过冲的现象。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
反馈回路20的第一输入端连接,以在电压变换器启动过程中,向反馈回路20输出变化的参
考电压;反馈回路20的第二输入端与电压变换器的输出端连接;控制单元30的输入端与反
馈回路20的输出端连接,控制单元30的输出端,用于输出驱动信号,以控制电压变换器中的
功率晶体管的工作状态。其中,驱动信号可以是PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调
制)信号,也即控制单元30通过PWM信号的占空比控制电压变换器中的功率晶体管的工作状
态。
与电压变换器的输入电压的原边电压12VP连接。电压变换器通过其功率晶体管实现电压的
变换,即根据实际需求将输入电压变换器的电压进行变换后输出,在此之前,通过本发明实
施例的电压变换器的控制电路100控制电压变换器进行软启动。
至反馈回路20,反馈回路20通过控制(调节)其输出端的电压来控制其第二输入端(也就是
电压变换器的输出端)的电压,控制单元30根据反馈回路20的输出端输出的电压,输出驱动
信号至参考电压产生单元10,以使参考电压产生单元10输出的参考电压VREF由0上升到参
考电压的目标值,当反馈回路20的第二输入端(也就是电压变换器的输出端)的电压与参考
电压VREF同时达到相同的电压幅值时,电压变换器的软启动过程完成,在启动过程中,由于
参考电压VREF由0上升到参考电压的目标值,因而电压变换器的输出电流从0A开始随着变
化的参考电压缓慢变大。
电压产生单元10根据电压变换器的驱动信号,输出变化的参考电压VREF至反馈回路20,使
得反馈回路20更早的起作用,从而实现电压变换器的闭环软启动,因此,不论电压变换器的
负载是什么性质,均可以实现电压变换器的输出电流从0A开始随着变化的参考电压缓慢变
大,避免了输出电流过冲现象,且变化的参考电压受控,因而输出电流也完全受控。
控、过冲的现象。
电压变换器的驱动信号的占空比达到最大或工作频率达到最小时,输出信号VO仍然小于参
考电压VREF,那么变换器将在最大占空比或最小工作频率下向输出端传送能量,造成输出
电流过冲、不受控;当容性负载充满电时,变换器将工作在Burst模式下,在每次有驱动信号
出现时,控制单元本身的软启动功能已经失效,因此变换器总是以最大占空比或最小工作
频率向输出端传送能量,造成输出电流过冲、不受控。
一电阻R1的另一端与第一光电耦合器OC1的第一输入端及晶体管Q1的第一端连接;第一光
电耦合器OC1的第二输入端接电源地PWRGND,第一光电耦合器OC1的第一输出端连接反馈回
路20的第一输入端,第一光电耦合器OC1的第二输出端连接信号地AGND;晶体管Q1的第二端
连接电源地PWRGND,晶体管Q1的控制端与控制单元30的输出端连接。
输出端即输出变化的参考电压VREF,直至参考电压VREF达到其目标值。
接;第一电容C1的一端连接晶体管Q1的控制端,第一电容C1的另一端连接电源地PWRGND。其
中,控制单元30的输出端输出驱动信号OUT,并将该驱动信号OUT发送至稳压二极管ZD的阳
极。
电耦合单元OC1的原边流过电流,该电流的值由电压变换器的输入电压和第一电阻R1的大
小共同决定,由于第一光电耦合器OC1本身的特性,当其原边有电流流过时,副边饱和导通,
其呈现低阻抗特性,此时参考电压VREF被第一光电耦合器OC1拉低到0V。
稳压二极管ZD和第一电容C1组成的峰值保持电流,第一电容C1的电平即为高电平,进而晶
体管Q1导通,短路掉第一光电耦合器OC1,此时开始控制参考电压VREF由0V上升到其目标
值,从而实现电压变换器的闭环软启动,该过程中反馈回路20已经开始调节电压变换器的
输出信号,从而达到限制驱动信号的占空比或工作频率变化的目的。
出信号VO仍然小于参考电压VREF的现象,进而输出电流完全受控、无过冲;当容性负载充满
电时,变换器将工作在Burst模式下,在每次有驱动信号OUT出现时,避免输出电流过冲、不
受控的现象。
的输出端连接,运算放大器OPA的第二输入端与电压变换器的输出端连接;第二电容C2的一
端与运算放大器OPA的输出端及第三电容C3的一端连接,第二电容C2的另一端与第二电阻
R2的一端连接;第二电阻R2的另一端与运算放大器OPA的第二输入端及第三电容C3的另一
端连接;第三电容C3的一端与运算放大器OPA的输出端连接,第三电容C3的另一端与运算放
大器OPA的第二输入端连接。其中,运算放大器OPA的第一输入端即为同相输入端,运算放大
器OPA的第二输入端即为反相输入端。
输出信号VO,直至输出信号VO和参考电压VREF的幅值同时达到相同的目标值。也就是说,该
实施例中在电压变换器的输出端设置反馈回路20,以通过调节反馈回路20的反馈参数实现
电压变换器的闭环软启动。
另一端与反馈回路20的第一输入端及稳压器T的第一端连接;稳压器T的第二端连接信号地
AGND,稳压器T的第三端与反馈回路20的第一输入端连接。其中稳压器T的型号可以是
TL431AIDBZ。
0V上升到其目标值。
压连接,第二光电耦合器OC2的第二输入端与二极管VD的阳极连接,第二光电耦合器OC2的
第一输出端与控制单元的输入端连接,第二光电耦合器OC2的第二输出端连接电源地
PWRGND;二极管VD的阴极与反馈回路的输出端连接。
PWRGND;第六电容C6的一端与控制单元10的软启动控制端SS连接,第六电容的另一端连接
电源地PWRGND。
连接,第四电阻R4的一端即与电压变换器的输入电压的副边电压12VS连接。
值(该目标值可由控制单元10本身的特性决定),由于第一光电耦合器OC1的存在,且此时电
压变换器的驱动信号OUT还没有产生,而参考电压产生单元10以电压变换器的驱动信号OUT
作为控制信号,因此当没有驱动信号OUT时,第一光电耦合器OC1的原边流过电流,该电流的
值由电压变换器的输入电压的原边电压12VP和第一电阻R1的大小共同决定,由于第一光电
耦合器OC1本身的特征,当其原边有电流流过时,副边饱和导通,其呈现低阻抗特性,此时参
考电压VREF被第一光电耦合器OC1拉低到0V,也即图4中,第四电容C4两端的电压一直为低
电平0V。
OUT的占空比从最小向最大方向变化或工作频率从最大向最小方向变化。当第一个驱动信
号OUT(高电平信号)产生后,通过稳压二极管ZD和第一电容C1组成的峰值保持电流,第一电
容C1的电平即为高电平,进而晶体管Q1导通,短路掉第一光电耦合器OC1,此时电压变换器
的副边电压12VS开始通过第三电阻R3给第四电容C4充电,使得第四电容C4两端的电压从0V
上升到其目标值。该过程中反馈回路20已经开始调节电压变换器的输出信号VO,运算放大
器OPA的输出端信号通过第二光电耦合器OC2调节控制单元的COMP端(控制单元10的输入
端)电压,从而达到限制驱动信号OUT的占空比或工作频率变化的目的。其中,参考电压VREF
从0V上升到目标值的充电过程,即为电压变换器的闭环软启动过程。
输出电流从0A开始随着参考电压VREF变化趋势缓慢变大,输出电流无过冲,且完全受控。
高至其目标值,从而使得输出电流跟随参考电压VREF的变化,从0A逐渐变化到其目标值。
受控对象还可以是电压变换器的输出电压或者输出功率。
电路100启动该移项全桥电路的启动波形(包括电压变换器的充电电流波形、驱动信号波形
以及输出电压波形),即图7所示的波形,与不通过电压变换器的控制电路100启动该移项全
桥电路的启动波形,即图6所示的波形,进行比对可知:参见图6,无该控制电路100时,设定
的输出电流点为6A,而实际测出的输出电流峰值有12A,即输出电流过冲;参见图7,加入该
控制电路100后输出电流从0A开始随着缓慢变大、无过冲、完全受控。
不受控、过冲的现象。
换器的启动过程中,避免了输出电流不受控、过冲的现象。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺
序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明
的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执
行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设
备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传
输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装
置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电
连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器
(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存
储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的
介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其
他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技
术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离
散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编
程门阵列(FPGA)等。
质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如
果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机
可读取存储介质中。
制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变
型。