電流斷續(xù)模式下實現(xiàn)雙mos管零電壓開通的升壓斬波電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電流斷續(xù)模式下實現(xiàn)雙MOS管零電壓開通的升壓斬波電路，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中升壓斬波電路MOS管開關(guān)損耗較大的問題。其包括主電路部分（1）、控制電路（2）和輔助控制電路（3），主電路（1）通過雙MOS管的導通和關(guān)斷實現(xiàn)升壓功能；控制電路（2）檢測主電路（1）中電壓電流并產(chǎn)生兩路中級控制信號；輔助控制電路（3）對控制電路（2）輸出的兩路中級控制信號進行邏輯運算，并產(chǎn)生兩路后級控制信號，控制主電路（1）中雙MOS管的導通與關(guān)斷，實現(xiàn)雙MOS管的零電壓開通。本發(fā)明能提高直流電源在待機模式下的效率，可用于直流電源的功率因素校正。
【專利說明】電流斷續(xù)模式下實現(xiàn)雙MOS管零電壓開通的升壓斬波電路
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了雙MOS管零電壓開通的升壓斬波電路，可用于直流電源和用電設(shè)備的功率因素校正部分。
【背景技術(shù)】:
[0002]常見的升壓斬波電路主要有傳統(tǒng)升壓斬波電路、采用同步整流的升壓斬波電路和附加功率器件的升壓斬波電路。
[0003]傳統(tǒng)升壓斬波電路如圖1所示，它是最早提出的升壓斬波電路，后續(xù)所有的升壓斬波電路都是基于這一電路實現(xiàn)的，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，因此應(yīng)用廣泛，但由于主MOS管和整流二極管的損耗較大，所以整體效率不高。
[0004]采用同步整流技術(shù)的升壓斬波電路如圖2所示，其整流二極管用同步MOS管代替，有效減小了整流管的導通損耗和開關(guān)損耗，但其主MOS管的開關(guān)損耗依然沒有減小，所以其效率提高不明顯。
[0005]附加功率器件的升壓斬波電路是在傳統(tǒng)升壓斬波電路中增加電容、電感、開關(guān)管等功率器件，圖3為其中的一種，其實現(xiàn)的功能為主開關(guān)管和整流二極管承受的電壓應(yīng)力為恒定值，不隨負載變化而變化。這類電路由于功率器件體積的限制，降低了電路的功率密度。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，在采用同步整流技術(shù)的基礎(chǔ)上提出一種電流斷續(xù)模式下實現(xiàn)雙MOS管零電壓開通的升壓斬波電路，以在不降低功率密度的前提下減小雙MOS管的開關(guān)損耗和導通損耗，提聞電路的效率。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括主電路I和控制電路2，該主電路I，用于通過雙MOS管的導通和關(guān)斷實現(xiàn)升壓功能；該控制電路2，用于檢測主電路(I)電壓電流并產(chǎn)生兩路中級控制信號；其特征在于:
[0008]主電路I與控制電路2之間增設(shè)有輔助控制電路3，用于處理控制電路2輸出的兩路中級控制信號，并產(chǎn)生兩路后級控制信號，控制雙MOS管的導通與關(guān)斷，實現(xiàn)雙MOS管的零電壓開通；
[0009]所述的輔助控制電路3，包括:
[0010]RC振蕩模塊30，用于產(chǎn)生振蕩電容電壓信號后，輸出給集成邏輯電路31 ；
[0011]集成邏輯模塊31，用于對RC振蕩模塊30輸出的振蕩電容電壓信號、控制電路2檢測的電流信號和控制電路2輸出的兩路中級控制信號進行邏輯運算，產(chǎn)生兩路后級控制信號。
[0012]作為優(yōu)選，所述的主電路I包括:直流電源10，電感11，主MOS管12，同步MOS管13，輸出電容14，負載15 ;電感11的輸入端與直流電源10的正極相連，其輸出端與主MOS管12的漏極相連；主MOS管12的漏極與同步MOS管13的源極相連；輸出電容14的正極與同步MOS管13的漏極相連，其負極和主MOS管12的源極都與直流電源10的負極相連；主MOS管12和同步MOS管13的柵極分別與集成邏輯電路31的兩個輸出端通過驅(qū)動模塊24相連，通過調(diào)節(jié)集成邏輯模塊31輸出的后級控制信號，實現(xiàn)對整個升壓斬波電路的輸出電壓調(diào)節(jié)。
[0013]作為優(yōu)選，所述的控制電路2包括:
[0014]電流檢測模塊20，用于檢測電感11的電流，并將其轉(zhuǎn)換為電位不浮動信號和電位浮動信號，并將電位不浮動信號輸入至控制信號發(fā)生模塊21，用于產(chǎn)生前級控制信號，將電位浮動信號轉(zhuǎn)換為電位浮動邏輯信號輸入至集成邏輯模塊31，用于參與邏輯運算；
[0015]控制信號發(fā)生模塊21,用于對主電路I的輸出電壓信號和電流檢測模塊20輸出的電位不浮動信號進行運算，產(chǎn)生前級控制信號輸入至互補控制信號發(fā)生模塊22 ；
[0016]互補控制信號發(fā)生模塊22，用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為與輸入信號相位相同的和與輸入信號相位互補的兩個信號，并輸入至電荷泵模塊23，進行電位轉(zhuǎn)換；
[0017]電荷泵模塊23，用于將輸入信號的不浮動電位轉(zhuǎn)換為浮動電位，產(chǎn)生兩路中級控制信號并輸入至集成邏輯模塊31，參與邏輯運算；
[0018]驅(qū)動模塊24，用于對集成邏輯模塊31輸出的兩路后級控制信號進行功率放大，使其具有驅(qū)動能力。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0020]本發(fā)明由于在主電路I與控制電路2之間增設(shè)有輔助控制電路3，使得主電路I中的雙MOS管零電壓開通，開通損耗減小，升壓斬波電路的效率得到進一步提高；同時該輔助控制電路3針對不同參數(shù)的主電路I均可以實現(xiàn)雙MOS管零電壓開通；此外該輔助控制電路3對周圍元件影響較小。
[0021]相比于傳統(tǒng)升壓斬波電路和帶有同步整流的升壓斬波電路，本發(fā)明具有更高的效率；相比于附加功率器件的升壓斬波電路，本發(fā)明具有更高的功率密度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有的傳統(tǒng)升壓斬波電路；
[0023]圖2為現(xiàn)有采用同步整流的升壓斬波電路；
[0024]圖3為現(xiàn)有附加功率器件的升壓斬波電路；
[0025]圖4為本發(fā)明的升壓斬波電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖5為本發(fā)明的主電路原理圖；
[0027]圖6為本發(fā)明電感電流檢測模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖7為本發(fā)明輔助控制電路的原理圖；
[0029]圖8為本發(fā)明輔助控制電路的時序圖；
[0030]圖9為本發(fā)明的工作時序圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0032]參照圖4，本發(fā)明包括主電路1、控制電路2和輔助控制電路3，其中:
[0033]控制電路2，包括電感電流檢測模塊20、控制信號發(fā)生模塊21、互補控制信號發(fā)生模塊22、電荷泵模塊23和驅(qū)動模塊24，該電流檢測模塊20，用于將輸入電流信號轉(zhuǎn)換為電位不浮動信號和電位浮動信號，該控制信號發(fā)生模塊21，用于產(chǎn)生前級控制信號，該互補控制信號發(fā)生模塊22，用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為與輸入信號相位相同的和與輸入信號相位互補的兩個信號，該電荷泵模塊23，用于將輸入信號的電位轉(zhuǎn)換為浮動電位，該驅(qū)動模塊24，用于對信號進行功率放大，使其具有驅(qū)動能力。
[0034]輔助控制電路3，包括RC振蕩模塊30和集成邏輯模塊31，該RC振蕩模塊用于產(chǎn)生振蕩電容電壓信號，該集成邏輯模塊31用于對輸入邏輯信號進行運算。
[0035]主電路I輸出電壓反饋和電流反饋這兩路反饋信號，其中電壓反饋信號輸入給控制信號發(fā)生模塊21，電流反饋信號輸入給電流檢測模塊20 ;電流檢測模塊20檢測電感11電流I11產(chǎn)生兩路信號，其中第一路信號為電位不浮動信號Inii，輸出給控制信號發(fā)生模塊21，其中第二路信號為電位浮動邏輯信號Iui，輸出給集成邏輯模塊31 ;控制信號發(fā)生模塊21產(chǎn)生初級控制信號QP，輸出給互補控制信號發(fā)生模塊22，互補控制信號發(fā)生模塊22產(chǎn)生與初始控制信號相位相同的信號Qpx，輸出給電荷泵模塊23端口 231，互補控制信號發(fā)生模塊22產(chǎn)生與初始控制信號相位互補的信號Qph，輸出給電荷泵模塊23端口 232 ;電荷泵模塊23產(chǎn)生兩路中級控制信號，其中第一路中級控制信號QP12，輸出給集成邏輯模塊31的310端口，第二路中級控制信號Qp13，輸出給集成邏輯模塊31的311端口 ；集成邏輯模塊31的313端口給RC振蕩模塊30充電，使得RC振蕩模塊30產(chǎn)生振蕩電容電壓信號V3tll,該振蕩電容電壓信號V3tll輸出給集成邏輯電路31的314端口 ；集成邏輯模塊31對輸入的振蕩電容電壓信號V3(ll、中級控制信號QP12，中級控制信號Qpi3及電位浮動邏輯信號Iui進行邏輯運算，產(chǎn)生兩路后級控制信號，其中第一路后級控制信號Qsi2，輸出給驅(qū)動模塊24的240端口，第二路后級控制信號Qsi3，輸出給驅(qū)動模塊24的241端口 ；驅(qū)動模塊24對一路后級控制信號Qsi2進行功率放大后驅(qū)動主MOS管12，對另一路后級控制信號Qsi3進行功率放大后驅(qū)動同步MOS管13，控制主電路I的輸出電壓。
[0036]參照圖5，本發(fā)明的主電路1，由電感11、主MOS管12、同步MOS管13、輸出電容14和負載15之間相互連接而成。其中電感11的輸入端與直流電源10的正極相連，該電感的輸出端與主MOS管12的漏極相連；主MOS管12的漏極與同步MOS管13的源極相連，主MOS管的源極與直流電源10的負極相連，主MOS管的柵極與驅(qū)動模塊24的輸出端相連；同步MOS管13的漏極與輸出電容14的正極相連，同步MOS管的源極與主MOS管12的漏極相連，同步MOS管的柵極與驅(qū)動模塊24的輸出端相連；輸出電容14的正極與同步MOS管13的漏極相連，該電容的負極與直流電源10的負極相連；負載15并聯(lián)在輸出電容14的兩端。
[0037]參照圖6，本發(fā)明所述控制電路2中的電感電流檢測模塊20，電感電流檢測模塊20由RC串聯(lián)模塊201，電位浮動邏輯信號發(fā)生模塊202和電位不浮動信號發(fā)生模塊203相互連接構(gòu)成；RC串聯(lián)模塊201并聯(lián)于電感11兩端，該模塊的輸出端與電位浮動邏輯信號發(fā)生模塊202的輸入端相連；電位浮動邏輯信號發(fā)生模塊202輸出電位浮動邏輯信號，該模塊的輸出端與電位不浮動信號發(fā)生模塊203輸入端相連；電位不浮動信號發(fā)生模塊203輸出電位不浮動信號。
[0038]所述控制電路2中控制信號發(fā)生模塊21采用但不局限于集成芯片UC3842 ;互補控制信號發(fā)生模塊22采用但不局限于集成芯片UC3715 ；電荷泵模塊23采用但不局限于集成芯片UC2186 ;驅(qū)動模塊24采用但不局限于集成芯片IR87511。[0039]參照圖7，本發(fā)明輔助控制電路3中的集成邏輯模塊31采用但不局限于可編程集成邏輯芯片m3000a，RC振蕩模塊由振蕩電阻300，振蕩電容301，充電二極管302之間相互連接而成。其中可編程集成邏輯芯片m3000a采用3.3V供電，可編程集成邏輯芯片m3000a的輸入端310與電荷泵模塊23中輸出中級控制信號Qpl2的端口相連，輸入端311與電荷泵模塊23中輸出中級控制信號Qpl3的端口相連；可編程集成邏輯芯片m3000a的輸入端312與電流檢測模塊20中輸出浮動電位電流邏輯信號Iui的端口相連；可編程集成邏輯芯片m3000a的輸出端313與充電二極管302的陽極相連，充電二極管302的陰極與振蕩電容301的一端相連，振蕩電容301的另一端與可編程集成邏輯芯片m3000a的地端相連，振蕩電容301與充電二極管302串聯(lián)的中點與可編程集成邏輯芯片m3000a的輸入端314相連，振蕩電阻300并聯(lián)在振蕩電容301的兩端；可編程集成邏輯芯片m3000a的輸出端315與驅(qū)動模塊24的輸入端240相連；可編程邏輯集成芯片m3000a的輸出端316與驅(qū)動模塊24的輸入端241相連。所述的可編程集成邏輯芯片m3000a的輸出端313產(chǎn)生充電電壓V313，該充電電壓V313經(jīng)過充電二極管302給振蕩電容301充電，當充電電壓V313為輸出2.4V的邏輯高電平時，振蕩電容301處于充電狀態(tài)，當V313為輸出0.4V的邏輯低電平時，振蕩電容301通過振蕩電阻300放電，由振蕩電容301的充放電得到振蕩電容電壓信號V3(ll。
[0040]如圖8所示，充電電壓V313的時序由中級控制信號Qpl2、中級控制信號Qpl3和電位浮動邏輯信號Iui三者的時序進行邏輯運算獲得，其運算公式如下:
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種電流斷續(xù)模式下實現(xiàn)雙MOS管零電壓開通的升壓斬波電路，包括主電路(I)和控制電路(2)，該主電路(1)，用于通過雙MOS管的導通和關(guān)斷實現(xiàn)升壓功能；該控制電路(2)，用于檢測主電路(I)電壓電流并產(chǎn)生兩路中級控制信號；其特征在于: 主電路(I)與控制電路(2)之間增設(shè)有輔助控制電路(3)，用于處理控制電路(2)輸出的兩路中級控制信號，并產(chǎn)生兩路后級控制信號，控制雙MOS管的導通與關(guān)斷，實現(xiàn)雙MOS管的零電壓開通； 所述的輔助控制電路(3)，包括: RC振蕩模塊(30 )，用于產(chǎn)生振蕩電容電壓信號，輸出給集成邏輯電路(31); 集成邏輯模塊(31)，用于對RC振蕩模塊(30)輸出的振蕩電容電壓信號、控制電路(2)檢測的電流信號和控制電路(2)輸出的兩路中級控制信號進行邏輯運算，產(chǎn)生兩路后級控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的升壓斬波電路，其特征在于:主電路(I)包括:直流電源(10)，電感(11)，主MOS管(12)，同步MOS管(13)，輸出電容(14)，負載(15);電感(11)的輸入端與直流電源(10)的正極相連，其輸出端與主MOS管(12)的漏極相連；主MOS管的漏極與同步MOS管的源極相連；輸出電容(14)的正極與同步MOS管(13)的漏極相連，其負極和主MOS管(12)的源極都與直流電源(10)的負極相連；主MOS管(12)和同步MOS管(13)的柵極分別與集成邏輯模塊(31)的兩個輸出端通過驅(qū)動模塊(24)相連，通過調(diào)節(jié)集成邏輯模塊(31)的兩個輸出控制信號，實現(xiàn)對整個升壓斬波電路的輸出電壓調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的升壓斬波電路，其特征在于:控制電路(2)包括: 電流檢測模塊(20 )，用于檢測電感(11)的電流，并將其轉(zhuǎn)換為電位不浮動信號和電位浮動信號，并將電位不浮動信號輸入至控制信號發(fā)生模塊(21)，用于產(chǎn)生前級控制信號，將電位浮動信號轉(zhuǎn)換為電位浮動邏輯信號輸入至集成邏輯模塊(31)，用于參與邏輯運算；控制信號發(fā)生模塊(21),用于對主電路(I)的輸出電壓信號和電流檢測模塊(20)輸出的電位不浮動信號進行運算，產(chǎn)生前級控制信號輸入至互補控制信號發(fā)生模塊(22); 互補控制信號發(fā)生模塊(22)，用于將輸入前級信號轉(zhuǎn)換為與輸入前級信號相位相同的和與輸入前級信號相位互補的兩個信號，并輸入至電荷泵模塊(23 )，進行電位轉(zhuǎn)換； 電荷泵模塊(23)，用于將輸入信號的電位轉(zhuǎn)換為浮動電位，產(chǎn)生兩路中級控制信號并輸入至集成邏輯模塊(31)，參與邏輯運算； 驅(qū)動模塊(24)，用于對集成邏輯模塊(31)輸出的兩路后級控制信號進行功率放大，使其具有驅(qū)動能力。
【文檔編號】H02M3/156GK103475221SQ201310405040
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月8日
【發(fā)明者】鄭峰, 王駿飛, 張鈺, 王培康, 楊小瑜, 彭根齋, 喬彥鵬, 白德鵬 申請人:西安電子科技大學