專利名稱：一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器。
背景技術(shù)：
降壓變換器一般應(yīng)用在輸出電壓比供電電壓低的場合。典型降壓變換器包括如圖1所示耦接的上功率開關(guān)S1、下功率開關(guān)S2、輸出電感器L和輸出電容器Co。由于其高效率，降壓變換器在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但降壓變換器在輕載或者空載情況下，下功率開關(guān)S2導(dǎo)通過長可能導(dǎo)致電感電流減小至零并出現(xiàn)反向電流。出現(xiàn)反向電流時，電感電流由輸出端流經(jīng)輸出電感器L、下功率開關(guān)S2至參考地，如圖1虛線所示。該反向電流會對下功率開關(guān)S2產(chǎn)生電壓應(yīng)力，從而可能損壞下功率開關(guān)S2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種改進的降壓變換器，解決了現(xiàn)有降壓變換器在輕載或空載狀態(tài)下出現(xiàn)反向電流損壞下功率開關(guān)的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入端口，接收輸入電壓；輸出端口，提供輸出電壓；上功率開關(guān)和下功率開關(guān)，串聯(lián)耦接在輸入端口和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口之間；輸出電容器，耦接在輸出端口和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關(guān)串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，跨接在檢測電阻器的兩端，根據(jù)檢測電阻器兩端的電壓產(chǎn)生鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)電流的電流采樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路接收鎖定信號，所述控制及驅(qū)動電路基于所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的通斷?？蛇x地，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器還包括反饋電路，產(chǎn)生所述反饋電壓?？蛇x地，所述反饋電路包括串聯(lián)耦接在輸出端口和參考地之間的第一電阻和第二電容，其中反饋電壓在第一電阻和第二電阻的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生?？蛇x地，所述反饋電路包括串聯(lián)耦接在輸出端口和參考地之間的第一電容和第二電阻，其中反饋電壓在第一電容和第二電容的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生?？蛇x地，所述檢測電路包括電壓比較器。
可選地，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入端口，接收輸入電壓；輸出端口，提供輸出電壓；上功率開關(guān)和下功率開關(guān)，串聯(lián)耦接在輸入端口和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口之間；輸出電容器，耦接在輸出端口和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關(guān)串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關(guān)和檢測電阻器的串聯(lián)耦接節(jié)點接收檢測電阻器兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓，所述檢測電路基于檢測電阻器兩端的電壓和閾值電壓，在其輸出端子輸出鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)電流的電流采樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路的輸出端子接收鎖定信號，所述控制及驅(qū)動電路基于所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的通斷。可選地，所述檢測電路包括電壓比較器?？蛇x地，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間?？蛇x地，所述閾值電壓為O.1V。本發(fā)明的有益效果是在降壓變換器輕載或者空載時，有效地檢測并阻止反向電流，使下功率開關(guān)無需承受大的電壓應(yīng)力，保護了下功率開關(guān)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有降壓變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器100的電路結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器200的電路結(jié)構(gòu)意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器100的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器100包括輸入端口 101，接收輸入電壓Vin ;輸出端口 102，提供輸出電壓Vo ;上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104，串聯(lián)耦接在輸入端口 101和參考地之間；輸出電感器105，耦接在上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口 102之間；輸出電容器106，耦接在輸出端口 102和參考地之間；檢測電阻器107，與所述下功率開關(guān)104串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器105的反向電流；檢測電路108，跨接在檢測電阻器107的兩端，根據(jù)檢測電阻器107兩端的電壓產(chǎn)生鎖定信號Idt ;誤差放大器109，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓Vref，其反相輸入端接收表征輸出電壓Vo的反饋電壓Vfb，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號Vc ;電流比較器110，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)103電流的電流采樣信號Isen，其反相輸入端耦接至誤差放大器109的輸出端子接收誤差放大信號Vc，其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路111，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號CLK，其第二輸入端子耦接至電流比較器110的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路108接收鎖定信號Idt，所述控制及驅(qū)動電路111基于所述時鐘信號CLK、電流比較信號和鎖定信號Idt，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104的通斷。優(yōu)選地，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器100還包括補償電容器115，耦接在誤差放大器109的反相輸入端和輸出端子之間。優(yōu)選地，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器100還包括反饋電路(未示出)，所述反饋電路用以產(chǎn)生所述反饋電壓Vfb。在一個實施例中，所述反饋電路包括串聯(lián)耦接在輸出端口和參考地之間的第一電阻和第二電阻，其中反饋電壓Vfb在第一電阻和第二電阻的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生。在另一個實施例中，所述反饋電路包括耦接在輸出端口和參考地之間的第一電容和第二電容，其中反饋電壓Vfb在第一電容和第二電容的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生。優(yōu)選地，所述檢測電路108包括電壓比較器。在檢測并阻止反向電流的降壓變換器100正常運行時，當(dāng)時鐘信號CLK為高電平，則控制及驅(qū)動電路111輸出的驅(qū)動信號控制上功率開關(guān)103導(dǎo)通、下功率開關(guān)104斷開。則輸入電壓Vin、上功率開關(guān)103、輸出電感器105和輸出電容器106形成電流回路,輸入電壓Vin被傳送并被轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vo。流過輸出電感器105的電流(即電感電流)開始增大，能量存儲在輸出電感器105中。同時電流檢測信號Isen也開始增大。當(dāng)其增大至大于誤差放大信號Vc時，電流比較器110輸出的電流比較信號變?yōu)楦唠娖?。相?yīng)地，控制及驅(qū)動電路111輸出的驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)電平，將上功率開關(guān)103導(dǎo)通、將下功率開關(guān)104斷開。則輸出電感器105、輸出電容器106和下功率開關(guān)104形成電流回路，流過輸出電感器105的電流(即電感電流)開始下降，存儲在輸出電感器105中能量被傳送至輸出端口 102。直到時鐘信號CLK再次變?yōu)楦唠娖剑?jīng)由控制及驅(qū)動電路111后將上功率開關(guān)103導(dǎo)通、將下功率開關(guān)104斷開，從而使檢測并阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關(guān)周期，并如上所述運行。當(dāng)檢測并阻止反向電流的降壓變換器100的負載相對較重時，輸出電流較大，則不會出現(xiàn)反向電流。但當(dāng)檢測并阻止反向電流的降壓變換器100在輕載或者空載時，下功率開關(guān)104長時間處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得電感電流減小至零并開始反向時，檢測電阻器107兩端的電壓為上正下負。則檢測電路108輸出的鎖定信號Idt變?yōu)楦唠娖剑瑥亩鴮⒖刂萍膀?qū)動電路111鎖住，此時驅(qū)動信號為空閑狀態(tài)，上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104均被斷開。直到時鐘信號CLK再次變?yōu)楦唠娖?，?jīng)由控制及驅(qū)動電路111后將上功率開關(guān)103導(dǎo)通，從而使檢測并阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關(guān)周期。圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器200的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示檢測并阻止反向電流的降壓變換器200的電路結(jié)構(gòu)與圖2所示檢測并阻止反向電流的降壓變換器100相似，與圖2所示檢測并阻止反向電流的降壓變換器100不同的是，在圖3所示檢測并阻止反向電流的降壓變換器200中，檢測電路108不直接跨接在檢測電阻器107的兩端。具體來說，圖3所示的檢測并阻止反向電流的降壓變換器200包括輸入端口 101，接收輸入電壓Vin ;輸出端口 102，提供輸出電壓Vo ;上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104，串聯(lián)耦接在輸入端口 101和參考地之間；輸出電感器105，耦接在上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口 102之間；輸出電容器106，耦接在輸出端口 102和參考地之間；檢測電阻器107，與所述下功率開關(guān)104串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器105的反向電流；檢測電路108，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關(guān)104和檢測電阻器107的串聯(lián)耦接節(jié)點接收檢測電阻器107兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓Vdt，所述檢測電路108基于檢測電阻器107兩端的電壓和閾值電壓Vdt，在其輸出端子輸出鎖定信號Idt ;誤差放大器109，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓Vref，其反相輸入端接收表征輸出電壓Vo的反饋電壓Vfb，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號Vc ；電流比較器110，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)103電流的電流采樣信號Isen，其反相輸入端耦接至誤差放大器109的輸出端子接收誤差放大信號Vc,其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路111，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號CLK，其第二輸入端子耦接至電流比較器110的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路108的輸出端子接收鎖定信號Idt，所述控制及驅(qū)動電路111基于所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號Idt，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104的通斷。優(yōu)選地，所述檢測電路108包括電壓比較器。在一個實施例中，所述閾值電壓Vdt為O.1V。在圖3所示實施例中，所述檢測并阻止反向電流的降壓變換器200還包括補償電容器115，耦接在誤差放大器109的反相輸入端和輸出端子之間。在檢測并阻止反向電流的降壓變換器200運行時，若檢測并阻止反向電流的降壓變換器100處于輕載或者空載狀態(tài)，下功率開關(guān)104長時間處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得電感電流減小至零并開始反向時，檢測電阻器107兩端的電壓為上正下負。檢測電路108將該電壓與閾值電壓Vdt進行比較，當(dāng)該電壓大于閾值電壓Vdt時，檢測電路108輸出的鎖定信號Idt變?yōu)楦唠娖?，從而將控制及?qū)動電路111鎖住，此時上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104均被斷開。直到時鐘信號CLK再次變?yōu)楦唠娖?，?jīng)由控制及驅(qū)動電路111后將上功率開關(guān)103導(dǎo)通，從而使檢測并阻止反向電流的降壓變換器100進入一個新的開關(guān)周期。由上可見，通過檢測電阻器107和檢測電路108，本發(fā)明的檢測并阻止反向電流的降壓變換器100能檢測流過輸出電感器105的反向電流，并輸出鎖定信號將控制及驅(qū)動電路111鎖住，從而將上功率開關(guān)103和下功率開關(guān)104均斷開，因此有效地檢測并阻止了反向電流，使下功率開關(guān)104無需承受大的電壓應(yīng)力，保護了下功率開關(guān)103。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，包括輸入端口，接收輸入電壓；輸出端口，提供輸出電壓；上功率開關(guān)和下功率開關(guān)，串聯(lián)耦接在輸入端口和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口之間；輸出電容器，耦接在輸出端口和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關(guān)串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，跨接在檢測電阻器的兩端，根據(jù)檢測電阻器兩端的電壓產(chǎn)生鎖定信號；誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓， 其反相輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)電流的電流采樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路接收鎖定信號，所述控制及驅(qū)動電路基于所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的通斷。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述檢測電路包括電壓比較器。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，還包括反饋電路，用以產(chǎn)生所述反饋電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述反饋電路包括串聯(lián)耦接在輸出端口和參考地之間的第一電阻和第二電阻，其中反饋電壓在第一電阻和第二電阻的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求3所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述反饋電路包括串聯(lián)耦接在輸出端口和參考地之間的第一電容和第二電容，其中反饋電壓在第一電容和第二電容的串聯(lián)耦接節(jié)點處產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。
7.—種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，包括輸入端口，接收輸入電壓；輸出端口，提供輸出電壓；上功率開關(guān)和下功率開關(guān)，串聯(lián)耦接在輸入端口和參考地之間；輸出電感器，耦接在上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的串聯(lián)耦接節(jié)點和輸出端口之間；輸出電容器，耦接在輸出端口和參考地之間；檢測電阻器，與所述下功率開關(guān)串聯(lián)耦接，檢測流過輸出電感器的反向電流；檢測電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子耦接至下功率開關(guān)和檢測電阻器的串聯(lián)耦接節(jié)點接收檢測電阻器兩端的電壓，其第二輸入端子接收閾值電壓，所述檢測電路基于檢測電阻器兩端的電壓和閾值電壓，在其輸出端子輸出鎖定信號;誤差放大器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收參考電壓， 其反相輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，其輸出端子產(chǎn)生誤差放大信號；電流比較器，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端子，其同相輸入端接收表征流過上功率開關(guān)電流的電流采樣信號，其反相輸入端耦接至誤差放大器的輸出端子接收誤差放大信號，其輸出端子產(chǎn)生電流比較信號；控制及驅(qū)動電路，具有第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子和輸出端子，其第一輸入端子接收時鐘信號，其第二輸入端子耦接至電流比較器的輸出端子接收電流比較信號，其第三輸入端子耦接至檢測電路的輸出端子接收鎖定信號，所述控制及驅(qū)動電路基于所述時鐘信號、電流比較信號和鎖定信號，產(chǎn)生兩路驅(qū)動信號，以控制上功率開關(guān)和下功率開關(guān)的通斷。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述檢測電路包括電壓比較器。
9.如權(quán)利要求7所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述閾值電壓為O.1V。
10.如權(quán)利要求7所述的檢測并阻止反向電流的降壓變換器，其特征在于，所述降壓變換器進一步包括補償電容器，耦接在誤差放大器的反相輸入端和輸出端子之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，解決了現(xiàn)有降壓變換器在輕載或空載狀態(tài)下出現(xiàn)反向電流損壞下功率開關(guān)的問題。一種檢測并阻止反向電流的降壓變換器，包括輸入端口、輸出端口、上功率開關(guān)、下功率開關(guān)、輸出電感器、輸出電容器、檢測電阻器、檢測電路、誤差放大器、電流比較器、控制及驅(qū)動電路。本發(fā)明能夠在降壓變換器輕載或者空載時，有效地檢測并阻止反向電流，使下功率開關(guān)無需承受大的電壓應(yīng)力，保護了下功率開關(guān)。
文檔編號H02M3/10GK103051178SQ20121056813
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者王玲 申請人:青島聯(lián)盟電子儀器有限公司