升壓變換器的限流電路及方法
【專利摘要】一種升壓變換器的限流電路及方法，所述升壓變換器包括開關(guān)管、續(xù)流管以及主控電路，所述升壓變換器的限流電路包括：第一檢測比較單元，適于在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)產(chǎn)生第一限流信號；第二檢測比較單元，適于在流過所述續(xù)流管的電流大于或等于第二限流電流時(shí)產(chǎn)生第二限流信號，在流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)產(chǎn)生第三限流信號；所述主控電路適于根據(jù)時(shí)鐘信號、所述第一限流信號、所述第二限流信號以及所述第三限流信號產(chǎn)生所述開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號和所述續(xù)流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號。本發(fā)明提供的升壓變換器的限流電路及方法，對升壓變換器中的開關(guān)管和續(xù)流管都要進(jìn)行限流控制，實(shí)現(xiàn)了全負(fù)載范圍內(nèi)的限流。
【專利說明】升壓變換器的限流電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及升壓變換器，特別涉及一種升壓變換器的限流電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]升壓變換器(the boost converter)被廣泛地應(yīng)用在便攜式設(shè)備中，圖1是常見的一種升壓變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1，所述升壓變換器包括儲(chǔ)能電感L、開關(guān)管Q1、續(xù)流管Q2、輸出電容Cout以及主控電路10，其中，所述主控電路10適于在時(shí)鐘信號CLK的控制下向所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2提供柵極驅(qū)動(dòng)信號，控制所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2的導(dǎo)通和截止。
[0003]圖2是圖1所示的升壓變換器的電感電流(即流過所述儲(chǔ)能電感L的電流)込隨時(shí)間t變化的關(guān)系示意圖。參考圖2，所述升壓變換器的工作周期Ts分為儲(chǔ)能階段和續(xù)流階段:在儲(chǔ)能階段，所述主控電路10控制所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止，由于輸入電壓Vin的作用，所述電感電流k呈線性增加，電能轉(zhuǎn)化為磁場能存儲(chǔ)在所述儲(chǔ)能電感L中；在續(xù)流階段，所述主控電路10控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通，由于所述電感電流Il不能發(fā)生突變，所述電感電流L經(jīng)過所述續(xù)流管Q2給所述輸出電容Cout和負(fù)載供電，呈線性下降。直到下一個(gè)工作周期開始，所述電感電流k再次呈線性增加，重復(fù)上述過程。通過調(diào)節(jié)所述開關(guān)管Ql和所述續(xù)流管Q2的導(dǎo)通時(shí)間，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓Vout。
[0004]在所述升壓變換器的工作周期Ts內(nèi)， 所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton=Dl*Ts，所述開關(guān)管Ql的截止時(shí)間Toff=D2*Ts，其中，Dl為導(dǎo)通時(shí)間占空比，D2為截止時(shí)間占空比，在連續(xù)工作模式下，Dl+D2=l。當(dāng)所述開關(guān)管Ql處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述儲(chǔ)能電感L兩端的電壓等于所述輸入電壓Vin，所述電感電流L的增量為:
[0005]IL+=Uin*Ton/l=Uin*Dl*Ts/l------(式 I),
[0006]其中，Iy為所述電感電流L的增量，Uin為所述輸入電壓Vin的電壓值，I為所述儲(chǔ)能電感L的電感值；當(dāng)所述開關(guān)管Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，所述儲(chǔ)能電感L兩端的電壓等于所述輸出電壓Vout與所述輸入電壓Vin的電壓差，所述電感電流L的減量為:
[0007]IL_= (Uout-Uin) *Toff/l= (Uout-Uin) *D2*Ts/l------(式 2),
[0008]其中，IL_為所述電感電流Il的減量，Uout為所述輸出電壓Vout的電壓值。穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)電感的伏秒平衡原則，所述電感電流込的增量Iy與所述電感電流込的減量I卜相等，由式I和式2獲得:
[0009]Uout/Uin=l/ (1-Dl)------(式 3)。
[0010]所述開關(guān)管Ql和所述續(xù)流管Q2通常為MOSFET或者IGBT等大功率器件，這些功率器件在工作中的電流如果超出了本身的承受能力而使得管內(nèi)能量聚積時(shí)，極容易引起雪崩并損壞器件。因此，限流是影響功率器件可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，能夠防止因過載或輸出短路而造成所述升壓變換器損壞。
[0011]圖3是圖1所示的升壓變換器的限流電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖3，所述限流電路包括檢測比較單元30。所述檢測比較單元30適于檢測流過所述開關(guān)管Ql的電流，并將流過所述開關(guān)管Ql的電流與設(shè)定的限流電流Imax進(jìn)行比較以獲得限流信號Reset，所述限流信號Reset通過所述主控電路10控制所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2。所述主控電路10可以采用RS觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，所述RS觸發(fā)器的置位端S適于接收所述限流信號Reset，所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端R適于接收所述時(shí)鐘信號CLK，所述RS觸發(fā)器的第一輸出端Q適于向所述開關(guān)管Ql提供柵極驅(qū)動(dòng)信號，所述RS觸發(fā)器的第二輸出端Qn適于向所述續(xù)流管Q2提供柵極驅(qū)動(dòng)信號。
[0012]具體地，當(dāng)流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于所述限流電流Imax時(shí)，所述檢測比較單元30產(chǎn)生所述限流信號Reset，通過所述主控電路10控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通，使所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton減小、存儲(chǔ)的能量減少，以使所述續(xù)流管Q2的導(dǎo)通時(shí)間(即所述開關(guān)管Ql的截止時(shí)間Toff )增大、釋放的能量增多，最終存儲(chǔ)的能量和釋放的能量平衡，達(dá)到限制電流的目的；當(dāng)流過所述開關(guān)管Ql的電流小于所述限流電流Imax時(shí)，所述檢測比較單元30不會(huì)產(chǎn)生所述限流信號Reset，所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2的導(dǎo)通或截止由所述主控電路10自身決定，即所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2在固定時(shí)間導(dǎo)通或截止。
[0013]然而，圖3所示的限流電路并不能在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)限流功能，當(dāng)所述升壓變換器的負(fù)載加重時(shí)，所述限流電路無法實(shí)現(xiàn)限流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的升壓變換器的限流電路在全負(fù)載范圍內(nèi)無法限流的問題。
[0015]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種升壓變換器的限流電路，所述升壓變換器包括開關(guān)管、續(xù)流管以及主控電路，所述升壓變換器的限流電路包括:
[0016]第一檢測比較單元，適于檢測流過所述開關(guān)管的電流，在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)產(chǎn)生第一限流信號；
[0017]第二檢測比較單元，適于檢測流過所述續(xù)流管的電流，在流過所述續(xù)流管的電流大于或等于第二限流電流時(shí)產(chǎn)生第二限流信號，在流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)產(chǎn)生第三限流信號，所述第二限流電流大于所述第一限流電流；
[0018]所述主控電路適于根據(jù)時(shí)鐘信號、所述第一限流信號、所述第二限流信號以及所述第三限流信號產(chǎn)生所述開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號和所述續(xù)流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號，在接收到所述第一限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通，在所述時(shí)鐘信號周期結(jié)束且接收到所述第二限流信號時(shí)保持所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通，在接收到所述第三限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止。
[0019]可選的，所述閾值電流小于或等于所述第二限流電流。
[0020]可選的，所述主控電路為RS觸發(fā)器；
[0021]所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端適于輸入所述時(shí)鐘信號，所述RS觸發(fā)器的第一置位端適于輸入所述第一限流信號，所述RS觸發(fā)器的第二置位端適于輸入所述第二限流信號或所述第三限流信號，所述RS觸發(fā)器的第一輸出端適于輸出所述開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號，所述RS觸發(fā)器的第二輸出端適于輸出所述續(xù)流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號。
[0022]可選的，所述主控電路還適于在所述時(shí)鐘信號周期結(jié)束且未接收到所述第二限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止。[0023]可選的，所述開關(guān)管和續(xù)流管為MOS管。
[0024]可選的，所述開關(guān)管和續(xù)流管為IGBT。
[0025]本發(fā)明還提供一種升壓變換器的限流方法，所述升壓變換器包括開關(guān)管及續(xù)流管，所述升壓變換器的限流方法包括:
[0026]在所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止期間，檢測流過所述開關(guān)管的電流，在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)，控制所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通；
[0027]在所述升壓變換器當(dāng)前工作周期結(jié)束時(shí)，判斷流過所述續(xù)流管的電流:
[0028]若流過所述續(xù)流管的電流小于第二限流電流，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期，所述第二限流電流大于所述第一限流電流；
[0029]若流過所述續(xù)流管的電流大于或等于所述第二限流電流，保持所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，直至流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。
[0030]可選的，所述閾值電流小于或等于所述第二限流電流。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]相比于現(xiàn)有技術(shù)中只對升壓變換器中的開關(guān)管進(jìn)行限流控制的限流電路及方法，本發(fā)明技術(shù)方案提供的限流電路及方法對升壓變換器中的開關(guān)管和續(xù)流管都要進(jìn)行限流控制。當(dāng)所述升壓變換器的負(fù)載增大時(shí)，所述升壓變換器的電感電流首先達(dá)到第一限流電流，控制所述開關(guān)管截止，進(jìn)行逐周期的限流。隨著負(fù)載的不斷增大，電感電流仍然會(huì)增加。當(dāng)電感電流增加至第二限流電流時(shí)，控制所述續(xù)流管限流。在所述續(xù)流管限流期間，所述續(xù)流管處于導(dǎo)通狀態(tài)，直至所述電感電流下降至閾值電流，再控制所述開關(guān)管導(dǎo)通。由于所述續(xù)流管限流不再是逐周期限流，而是和所述電感電流的大小相關(guān)，因此，本發(fā)明技術(shù)方案提供的限流電路及方法在全負(fù)載范圍內(nèi)都能限流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是常見的一種升壓變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是圖1所示的升壓變換器的電感電流隨時(shí)間變化的關(guān)系示意圖；
[0035]圖3是圖1所示的升壓變換器的限流電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是采用圖3所示的限流電路限流時(shí)所述升壓變換器的輸出電壓、時(shí)鐘信號、開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號以及電感電流的波形示意圖；
[0037]圖5是采用圖3所示的限流電路對升壓變換器進(jìn)行限流的方法示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明實(shí)施方式的升壓變換器的限流電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖7是采用本發(fā)明實(shí)施方式的限流電路限流時(shí)所述升壓變換器的輸出電壓、時(shí)鐘信號、開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號以及電感電流的波形示意圖；
[0040]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的第一檢測比較單元的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖9是本發(fā)明實(shí)施方式的升壓變換器的限流方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]正如【背景技術(shù)】中所描述的，圖3所示的限流電路不能在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)限流功能。圖4是采用圖3所示的限流電路限流時(shí)升壓變換器的輸出電壓Vout、時(shí)鐘信號CLK、開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號Drvn以及電感電流L的波形示意圖。參考圖4，在所述升壓變換器的每個(gè)工作周期內(nèi)，所述開關(guān)管Ql是恒定時(shí)間導(dǎo)通的；當(dāng)所述檢測比較單元30檢測到流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于所述限流電流Imax，所述主控電路10在所述限流信號Reset的控制下，控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通，使所述升壓變換器放電，達(dá)到限流的目的。
[0043]隨著所述升壓變換器的負(fù)載不斷增大，由于所述檢測比較單元30的限流作用和所述升壓變換器自身驅(qū)動(dòng)能力的限制，所述輸出電壓Vout逐漸減小，根據(jù)式3，所述導(dǎo)通時(shí)間占空比Dl相應(yīng)減小。因此，所述開關(guān)管Ql截止的時(shí)間越來越早，即所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton越來越短。
[0044]在所述升壓轉(zhuǎn)換器中，所述開關(guān)管Ql —旦導(dǎo)通，至少需要等待最小導(dǎo)通時(shí)間Tom才能截止，所述最小導(dǎo)通時(shí)間Tom主要是由所述檢測比較單元30的建立延時(shí)和所述主控電路10的邏輯延時(shí)造成的。在所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton達(dá)到所述最小導(dǎo)通時(shí)間Tom之前，所述升壓變換器仍然能滿足電感的伏秒平衡原則，即滿足所述電感電流k的增量l.+與所述電感電流込的減量1卜相等的條件。直到所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton減小至與所述最小導(dǎo)通時(shí)間Tom相等,所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton無法再減小,就會(huì)出現(xiàn)如圖4所示的情況: [0045]IL+=Uin*Tom/l------(式 4),
[0046]IL_= (Uout-Uin)* (Ts-Tom) /1------(式 5)。
[0047]由式4可知，所述電感電流込的增量Iy保持恒定不變；由式5可知，所述電感電流込的減量V仍將隨著所述輸出電壓Vout的下降而減少。也就是說，隨著所述輸出電壓Vout的下降，在所述升壓變換器的每個(gè)工作周期內(nèi)，所述電感電流L的減量I卜小于所述電感電流込的增量U，即U > I卜，雖然所述電感電流込達(dá)到了所述限流電流Imax，所述電感電流Il隨著所述輸出電壓Vout的減小仍然會(huì)增加。
[0048]圖5是采用圖3所示的限流電路對圖1所示的升壓變換器進(jìn)行限流的方法示意圖。參考圖5，采用圖3所示的限流電路對所述升壓變換器進(jìn)行限流，是在所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止期間，檢測流過所述開關(guān)管Ql的電流，在流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于限流電流Imax時(shí)，控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通；在限流期間，所述開關(guān)管Ql在每個(gè)工作周期的恒定時(shí)間導(dǎo)通，即所述時(shí)鐘信號CLK的上升沿到來時(shí)，所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。從圖5可以看出，圖3所示的限流電路是逐周期進(jìn)行限流，僅對所述開關(guān)管Ql進(jìn)行了限流控制。
[0049]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種升壓變換器的限流電路，通過對所述升壓變換器中的開關(guān)管和續(xù)流管都進(jìn)行限流控制，使限流控制和所述升壓變換器的電感電流相關(guān)，實(shí)現(xiàn)在全負(fù)載范圍內(nèi)的限流。
[0050]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0051]圖6是本發(fā)明實(shí)施方式的升壓變換器的限流電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖6，所述升壓變換器包括儲(chǔ)能電感L、 開關(guān)管Q1、續(xù)流管Q2、輸出電容Cout以及主控電路60。所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2可以是MOS管，也可以是IGBT，還可以是其他具有開關(guān)功能的大功率器件，本發(fā)明對此不作限定。所述升壓變換器的工作原理可以參考對圖1的描述，在此不再贅述。
[0052]在所述升壓變換器的工作周期Ts內(nèi)，所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton也是所述續(xù)流管Q2的截止時(shí)間，所述開關(guān)管Ql的截止時(shí)間Toff也是所述續(xù)流管Q2的導(dǎo)通時(shí)間。因此，所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號與所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號可以相同，也可以互為反相信號。
[0053]具體地，當(dāng)所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2為相同極性的功率器件，以MOS管為例，所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2均為NMOS管或均為PMOS管，則所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號與所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號互為反相信號；當(dāng)所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2為相反極性的功率器件，還是以MOS管為例，所述開關(guān)管Ql為NMOS管、續(xù)流管Q2為PMOS管或者所述開關(guān)管Ql為PMOS管、續(xù)流管Q2為NMOS管，則所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號與所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號相同。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述開關(guān)管Ql和續(xù)流管Q2均為NMOS管。
[0054]所述升壓變換器的限流電路包括第一檢測比較單元61和第二檢測比較單元62。具體地，所述第一檢測比較單元61適于檢測流過所述開關(guān)管Ql的電流，在流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于第一限流電流Imaxl時(shí)產(chǎn)生第一限流信號Resetl ;所述第二檢測比較單元62適于檢測流過所述續(xù)流管Q2的電流，在流過所述續(xù)流管Q2的電流大于或等于第二限流電流Imax2時(shí)產(chǎn)生第二限流信號Reset2，在流過所述續(xù)流管Q2的電流下降至閾值電流時(shí)產(chǎn)生第三限流信號Reset3,所述第二限流電流Imax2大于所述第一限流電流Imaxl。
[0055]所述主控電路60適于接收時(shí)鐘信號CLK、所述第一限流信號Resetl、所述第二限流信號Reset2以及所述第三限流信號Reset3。當(dāng)所述升壓變換器不需要限流時(shí)，即所述升壓變換器的電感電流(即流過所述儲(chǔ)能電感L的電流)L未超過設(shè)定的電流值，所述主控電路60根據(jù)所述時(shí)鐘信號CLK產(chǎn)生所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號和所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號，控制所述開關(guān)管Ql在每個(gè)工作周期的恒定時(shí)間導(dǎo)通；當(dāng)對所述升壓變換器進(jìn)行限流時(shí)，所述主控電路60根據(jù)所述第一限流信號Resetl、所述第二限流信號Reset2以及所述第三限流信號Reset3產(chǎn)生所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號和所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號。
[0056]具體地，在所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止期間，若所述主控電路60未接收到所述第一限流信號Resetl，表示流過所述開關(guān)管Ql的電流小于所述第一限流電流Imaxl，所述主控電路60控制所述開關(guān)管Ql在固定時(shí)間截止、續(xù)流管Q2在固定時(shí)間導(dǎo)通；若所述主控電路60接收到所述第一限流信號Resetl，表示流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于所述第一限流電流Imaxl，所述主控電路60控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通。
[0057]在所述時(shí)鐘信號CLK周期(即所述升壓變換器的工作周期)結(jié)束時(shí)，若所述主控電路60未接收到所述第二限流信號Reset2，表示流過所述續(xù)流管Q2的電流小于所述第二限流電流Imax2，所述主控電路60控制所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期；若所述主控電路60接收到所述第二限流信號Reset2，表示流過所述續(xù)流管Q2的電流大于或等于所述第二限流電流Imax2，所述主控電路60保持控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通，所述升壓變換器繼續(xù)放電。
[0058]在所述升壓變換器繼續(xù)放電過程中，若所述主控電路60未接收到所述第三限流信號Reset3，表示流過所述續(xù)流管Q2的電流仍大于所述閾值電流，所述主控電路60保持控制所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通；若所述主控電路60接收到所述第三限流信號Reset3，表示流過所述續(xù)流管Q2的電流下降至與所述閾值電流相等，所述主控電路60控制所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。所述閾值電流可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，小于或等于所述第二限流電流Imax2即可。
[0059]本發(fā)明技術(shù)方案提供的升壓變換器的限流電路，在所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通期間，所述第一檢測比較單元61起作用，當(dāng)流過所述開關(guān)管Ql的電流大于或等于所述第一限流電流ImaxI，所述主控電路60控制所述開關(guān)管Ql關(guān)斷、續(xù)流管Q2截止，使所述升壓變換器放電，達(dá)到限流的目的。
[0060]但和現(xiàn)有技術(shù)中的限流方式不同，本發(fā)明技術(shù)方案提供的升壓變換器的限流電路并不是在一個(gè)工作周期結(jié)束之后控制所述續(xù)流管Q2自動(dòng)截止、開關(guān)管Ql重新導(dǎo)通，而是在所述續(xù)流管Q2導(dǎo)通期間，檢測流過所述續(xù)流管Q2的電流并做出判斷。在一個(gè)工作周期結(jié)束之后，若流過所述續(xù)流管Q2的電流小于所述第二限流電流Imax2，則和現(xiàn)有技術(shù)中的限流方式類似——在當(dāng)前工作周期結(jié)束之后，控制所述續(xù)流管Q2截止、開關(guān)管Ql重新導(dǎo)通；若流過所述續(xù)流管Q2的電流大于或等于所述第二限流電流Imax2，則保持所述續(xù)流管Q2 —直導(dǎo)通，直到流過所述續(xù)流管Q2的電流下降至所述閾值電流之后才控制所述續(xù)流管Q2截止、開關(guān)管Ql重新導(dǎo)通。
[0061]需要說明的是，所述第一限流信號Resetl、第二限流信號Reset2以及第三限流信號Reset3可以為模擬電壓信號，也可以為數(shù)字電壓信號。當(dāng)所述第一限流信號Resetl、第二限流信號Reset2以及第三限流信號Reset3為數(shù)字電壓信號時(shí)，所述主控電路60可以為邏輯控制電路。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路60為RS觸發(fā)器。所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端R適于輸入所述時(shí)鐘信號CLK，所述RS觸發(fā)器的第一置位端SI適于輸入所述第一限流信號Resetl，所述RS觸發(fā)器的第二置位端S2適于輸入所述第二限流信號Reset2或所述第三限流信號Reset3，所述RS觸發(fā)器的第一輸出端Q適于輸出所述開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號，所述RS觸發(fā)器的第二輸出端Qn適于輸出所述續(xù)流管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)信號。所述RS觸發(fā)器內(nèi)部的邏輯電路結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，在此不再贅述。
[0062]圖7是采用本發(fā)明實(shí)施方式的限流電路限流時(shí)所述升壓變換器的輸出電壓Vout、時(shí)鐘信號CLK、開關(guān)管Ql的柵極驅(qū)動(dòng)信號Drvn以及電感電流L的波形示意圖。參考圖7，在所述開關(guān)管Ql導(dǎo)通、續(xù)流管Q2截止期間，所述電感電流L即為流過所述開關(guān)管Ql的電流；在所述開關(guān)管Ql截止、續(xù)流管Q2導(dǎo)通期間，所述電感電流L即為流過所述續(xù)流管Q2的電流。
[0063]在所述升壓變換器的每個(gè)工作周期內(nèi)，所述開關(guān)管Ql是恒定時(shí)間導(dǎo)通的。隨著所述升壓變換器的負(fù)載不斷增大，所述電感電流L首先升高至大于或等于所述第一限流電流Imaxl，所述開關(guān)管Ql的限流開始起作用，此時(shí)的限流是逐周期的。
[0064]隨著所述升壓變換器的負(fù)載繼續(xù)增加，由于所述第一檢測比較單元61的限流作用和所述升壓變換器自身驅(qū)動(dòng)能力的限制，所述輸出電壓Vout逐漸減小，根據(jù)式3，所述導(dǎo)通時(shí)間占空比Dl相應(yīng)減小。因此，所述開關(guān)管Ql截止的時(shí)間越來越早，即所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton越來越短。直到所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton減小至與最小導(dǎo)通時(shí)間Tom相等，所述開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間Ton無法再減小，所述電感電流L仍然會(huì)增加。
[0065]當(dāng)所述電感電流Il增加至大于或等于所述第二限流電流Imax2，所述續(xù)流管Q2的限流開始起作用。在所述續(xù)流管Q2限流期間，所述續(xù)流管Q2 —直處于導(dǎo)通狀態(tài)，直到在一個(gè)工作周期結(jié)束之后所述電感電流下降至所述閾值電流，才控制所述續(xù)流管Q2截止、開關(guān)管Ql導(dǎo)通。本發(fā)明技術(shù)方案提供的升壓變換器的限流電路不再是逐周期限流，而是和所述電感電流込的大小相關(guān)，實(shí)現(xiàn)了全負(fù)載范圍內(nèi)的限流。
[0066]圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的所述第一檢測比較單元61的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖8，所述第一檢測比較單元61包括第一 NMOS管NI 1、第二 NMOS管N12、第三NMOS管N13、第四NMOS管N14、第一 PMOS管P11、第二 PMOS管P12、第一電阻R11、第二電阻R12、第三電阻R13、第四電阻R14、第一電流源I1、第二電流源12以及電壓比較器comp。電源電壓VDD適于向所述第一檢測比較單元61供電，參考電壓Vref是對應(yīng)所述第一限流電流Imaxl設(shè)置的作為基準(zhǔn)的電壓。所述第一檢測比較單元61中各器件的具體連接關(guān)系可參考圖8所示，其工作原理為本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，在此不再贅述。所述第二檢測比較單元62的具體電路結(jié)構(gòu)可以與所述第一檢測比較單元61的結(jié)構(gòu)類似，在此不作過多說明。
[0067]需要說明的是，所述第一檢測比較單元61和所述第二檢測比較單元62的具體電路結(jié)構(gòu)并不限于本發(fā)明實(shí)施例所列舉的電路結(jié)構(gòu)，在其他實(shí)施例中，還可以采用其他電路結(jié)構(gòu)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)電流檢測和電壓比較的功能即可，本發(fā)明對此不作限定。
[0068]本發(fā)明還提供一種升壓變換器的限流方法，所述升壓變換器包括開關(guān)管及續(xù)流管，所述升壓變換器的限流方法的流程示意圖如圖9所示。參考圖9，所述升壓變換器的限流方法包括:
[0069]在所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止期間，檢測流過所述開關(guān)管的電流，在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)，控制所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通；
[0070]在所述升壓變換器當(dāng)前工作周期結(jié)束時(shí)，判斷流過所述續(xù)流管的電流:
[0071]若流過所述續(xù)流管的電流小于第二限流電流，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期，所述第二限流電流大于所述第一限流電流；
[0072]若流過所述續(xù)流管的電流大于或等于所述第二限流電流，保持所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，直至流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。所述閾值電流小于或等于所述第二限流電流。
[0073]所述升壓變換器的限流方法的限流原理與前述升壓變換器的限流電路的工作原理類似，可參考對圖6和圖7的描述，在此不再贅述。
[0074]綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案提供的升壓變換器的限流電路及方法，對升壓變換器中的開關(guān)管和續(xù)流管都要進(jìn)行限流控制，限流控制與所述電感電流的大小相關(guān)，因此，本發(fā)明技術(shù)方案提供的限流電路及方法在全負(fù)載范圍內(nèi)都能限流。
[0075]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種升壓變換器的限流電路，所述升壓變換器包括開關(guān)管、續(xù)流管以及主控電路，其特征在于，所述升壓變換器的限流電路包括: 第一檢測比較單元，適于檢測流過所述開關(guān)管的電流，在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)產(chǎn)生第一限流信號； 第二檢測比較單元，適于檢測流過所述續(xù)流管的電流，在流過所述續(xù)流管的電流大于或等于第二限流電流時(shí)產(chǎn)生第二限流信號，在流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)產(chǎn)生第三限流信號，所述第二限流電流大于所述第一限流電流； 所述主控電路適于根據(jù)時(shí)鐘信號、所述第一限流信號、所述第二限流信號以及所述第三限流信號產(chǎn)生所述開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號和所述續(xù)流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號，在接收到所述第一限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通，在所述時(shí)鐘信號周期結(jié)束且接收到所述第二限流信號時(shí)保持所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通，在接收到所述第三限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止。
2.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器的限流電路，其特征在于，所述閾值電流小于或等于所述第二限流電流。
3.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器的限流電路，其特征在于，所述主控電路為RS觸發(fā)器； 所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端適于輸入所述時(shí)鐘信號，所述RS觸發(fā)器的第一置位端適于輸入所述第一限流信號，所述RS觸發(fā)器的第二置位端適于輸入所述第二限流信號或所述第三限流信號，所述RS觸發(fā)器的第一輸出端適于輸出所述開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)信號，所述RS觸發(fā)器的第二輸出端適于輸出所述續(xù)流管的柵極驅(qū)動(dòng)信號。
4.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器的限流電路，其特征在于，所述主控電路還適于在所述時(shí)鐘信號周期結(jié)束且未接收到所述第二限流信號時(shí)控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止。
5.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器的限流電路，其特征在于，所述開關(guān)管和續(xù)流管為MOS 管。
6.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器的限流電路，其特征在于，所述開關(guān)管和續(xù)流管為IGBT。
7.一種升壓變換器的限流方法，所述升壓變換器包括開關(guān)管及續(xù)流管，其特征在于，所述升壓變換器的限流方法包括: 在所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止期間，檢測流過所述開關(guān)管的電流，在流過所述開關(guān)管的電流大于或等于第一限流電流時(shí)，控制所述開關(guān)管截止、續(xù)流管導(dǎo)通； 在所述升壓變換器當(dāng)前工作周期結(jié)束時(shí)，判斷流過所述續(xù)流管的電流: 若流過所述續(xù)流管的電流小于第二限流電流，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期，所述第二限流電流大于所述第一限流電流； 若流過所述續(xù)流管的電流大于或等于所述第二限流電流，保持所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，直至流過所述續(xù)流管的電流下降至閾值電流時(shí)，控制所述開關(guān)管導(dǎo)通、續(xù)流管截止，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。
8.如權(quán)利要求7所述的升壓變換器的限流方法，其特征在于，所述閾值電流小于或等于所述第二限流電流。
【文檔編號】H02M1/32GK103701312SQ201310743640
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】梁仲凱, 吳珂, 羅志勇 申請人:上海艾為電子技術(shù)有限公司