車載充電器dc-dc系統(tǒng)的控制電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用到車載充電器DC-DC系統(tǒng)中，通過內(nèi)部產(chǎn)生的正溫度系數(shù)基 準(zhǔn)電壓與功率管金屬寄生電阻的采樣電壓比較，實(shí)現(xiàn)對DC-DC系統(tǒng)輸出端的輕載高效率、 線損電壓補(bǔ)償和峰值電流限制控制的技術(shù)，屬于DC-DC變換器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著便攜式電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，DC-DC轉(zhuǎn)換器在電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用， 市場前景非常廣闊，對其性能的要求也就越來越高，例如輸入輸出電壓范圍、輸出最大電 流、電源轉(zhuǎn)換效率、工作頻率和電源體積等。
[0003] 車載充電器是DC-DC較新的應(yīng)用領(lǐng)域，此種DC-DC屬于BUCK型電壓轉(zhuǎn)換器，具有 高電壓應(yīng)用范圍，且要求較高的輕載轉(zhuǎn)換效率，另由于其輸出端到被充電設(shè)備的電纜線較 長，在大電流輸出時(shí)會(huì)有較大的電壓損耗，并且為保護(hù)被充電設(shè)備不被損壞，DC-DC的輸出 電流需要被限制。因此在車載充電器DC-DC設(shè)計(jì)中需要考慮其實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境。
[0004] 圖1是在車載充電應(yīng)用環(huán)境中的同步整流BUCK型DC-DC示意圖，其中QHl上管為 主開關(guān)管，QL2下管為同步開關(guān)管，Ll為儲(chǔ)能電感，Rl為電感等效串聯(lián)電阻，CL為濾波電容， Rc為電容等效串聯(lián)電阻，Rcable為充電線纜電阻，VOl為DC-DC輸出電壓，V02為實(shí)際負(fù)載 端電壓。
[0005] 在每個(gè)周期開始，主開關(guān)管QHl首先導(dǎo)通為電感Ll充電，電感Ll電流上升，存儲(chǔ) 能量，在一定占空比后，主開關(guān)管QHl關(guān)斷。而電感Ll通過同步整流管QL2續(xù)流，并且電感 電流下降，電感Ll向輸出端釋放能量，這樣完成一個(gè)周期輸入到輸出的能量轉(zhuǎn)換。并且同 時(shí)通過VFB的電壓檢測和RM的電流檢測兩條反饋環(huán)路對占空比進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓 和電流輸出。
[0006] 在車載充電DC-DC應(yīng)用中，需要著重考慮三種輸出電流情況。一是在負(fù)載涓流充 電階段，DC-DC會(huì)輸出恒流階段1/10的電流，通常為300mA以下，為降低系統(tǒng)功耗，需要加 入輕載工作模式并確定系統(tǒng)何時(shí)進(jìn)入輕載模式。二是在恒流充電階段，針對不同類型負(fù)載 系統(tǒng)可能會(huì)持續(xù)輸出1A-3A的充電電流。而在圖1中可以看到，在DC-DC輸出端與實(shí)際負(fù) 載之間存在約Rcable = 150πιΩ的線電阻，若輸出電流為2A，則這個(gè)電阻上的壓降將會(huì)達(dá)到 300mV，這樣將會(huì)對被充電系統(tǒng)安全造成影響，因此車載充電器DC-DC需要加入線電壓損耗 補(bǔ)償功能。三是如果系統(tǒng)輸出誤短接到地，則會(huì)導(dǎo)致電感大電流，因此需要加入峰值電流限 制功能，以防止大電流導(dǎo)通損壞芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對車載充電器DC-DC系統(tǒng)工作環(huán)境特點(diǎn)，提供一種實(shí)現(xiàn)對車載充電器 DC-DC系統(tǒng)輕載高效率、線損電壓補(bǔ)償和峰值電流限制功能的簡單高效的控制電路及控制 方法。本發(fā)明也可應(yīng)用在其它需要此類功能的DC-DC系統(tǒng)中，電路架構(gòu)簡單，工藝易于實(shí) 現(xiàn)，降低開發(fā)成本，可靠性高。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種車載充電器DC-DC系統(tǒng)的控制電路，包括一個(gè)輕載比較器、一個(gè)線損補(bǔ)償比 較器、一個(gè)峰值電流限制比較器以及一個(gè)正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生模塊，所述輕載比較器、線損 補(bǔ)償比較器以及峰值電流限制比較器的負(fù)向輸入端連接所述車載充電器DC-DC系統(tǒng)內(nèi)部 誤差放大器的輸出信號(hào)，正向輸入端分別連接所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生模塊輸出的正溫度 系數(shù)電流在串聯(lián)的多晶硅電阻上形成的不同值的電壓，輸出端分別輸出輕載高效模式、線 損電壓補(bǔ)償和峰值電流限制的控制信號(hào)。
[0010] 一種車載充電器DC-DC系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：
[0011] (1)設(shè)置輕載比較器COMP1、線損補(bǔ)償比較器COMP2和峰值電流限制比較器COMP3 ; 將所述三個(gè)比較器的負(fù)向端均連接DC-DC系統(tǒng)內(nèi)部誤差放大器的輸出信號(hào)VC，正向端則 分別連接一個(gè)正溫度系數(shù)電流在多晶硅電阻上形成的不同值的正溫電壓VPEAK、VCABLE和 VLIGHT ；
[0012] (2)當(dāng)負(fù)載電流降低，使得誤差放大器的輸出信號(hào)VC低于VLIGHT電壓時(shí)，輕載比 較器COMPl的輸出信號(hào)L_EN翻轉(zhuǎn)為高，關(guān)斷DC-DC系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生信號(hào)，DC-DC系統(tǒng)的 主開關(guān)管處于持續(xù)關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流完全由輸出電容提供，DC-DC系統(tǒng)的輸出電壓VOl下 降，誤差放大器的輸出信號(hào)VC電壓升高；當(dāng)誤差放大器的輸出信號(hào)VC電壓超過VLIGHT電 壓時(shí)，輕載比較器COMPl的輸出信號(hào)L_EN翻轉(zhuǎn)為低，重新使能時(shí)鐘信號(hào)，DC-DC系統(tǒng)的主開 關(guān)管開啟，電感電流上升，當(dāng)采樣電壓VSENSE達(dá)到誤差放大器的輸出信號(hào)VC時(shí)，DC-DC系 統(tǒng)的PWM比較器控制主開關(guān)管關(guān)斷，輸出電容被充電，誤差放大器的輸出信號(hào)VC下降并低 于VLIGHT后，進(jìn)入輕載模式的下一個(gè)周期，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)輕載高效率功能；
[0013] (3)當(dāng)負(fù)載電流增大，使得誤差放大器的輸出信號(hào)VC超過VCABLE電壓時(shí)，線損補(bǔ) 償比較器C0MP2的輸出信號(hào)C_EN翻轉(zhuǎn)為低，參考電壓VREF變化，DC-DC系統(tǒng)的輸出電壓VOl 隨之變化，使實(shí)際負(fù)載端的輸出電壓V02進(jìn)入合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)線電壓損耗補(bǔ)償功能；
[0014] (4)當(dāng)負(fù)載電流繼續(xù)增大，使得誤差放大器的輸出信號(hào)VC超過VPEAK電壓時(shí)，峰值 電流限制比較器C0MP3的輸出信號(hào)P_EN翻轉(zhuǎn)為低，關(guān)斷DC-DC系統(tǒng)的主開關(guān)管輸出，并同 時(shí)與打嗝模塊共同作用控制DC-DC系統(tǒng)芯片進(jìn)入打嗝模式，降低DC-DC系統(tǒng)芯片平均輸出 電流，實(shí)現(xiàn)峰值電流限制功能。
[0015] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0016] 本發(fā)明通過內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)正溫度系數(shù)的電壓與功率管金屬電壓采樣比較，即可實(shí) 現(xiàn)對輸出電流的監(jiān)控，確定輕載高效、線損補(bǔ)償和峰值電流限制閾值，并且閾值不隨溫度變 化。電路功能原理簡單，易于工藝實(shí)現(xiàn)，能夠降低芯片成本，可靠性高。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在下面【具體實(shí)施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中 變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0018] 圖1是車載充電器DC-DC示意圖。
[0019] 圖2是VC和VSENSE波形示意圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明的電路原理示意圖。
[0021] 圖4是正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生模塊示意圖。
[0022]圖5是輕載高效、線損補(bǔ)償、峰值電流限制曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0024] 如圖1所示，電流檢測放大器檢測功率管通路上金屬寄生電阻RM的壓降并對其放 大，電流檢測放大器輸出為放大后的電壓信號(hào)VSENSE，此電壓信號(hào)具有與金屬電阻RM相同 的溫度系數(shù)約為3000ppm，此VSENSE信號(hào)會(huì)與內(nèi)部誤差放大器的輸出信號(hào)VC通過PWM比較 器進(jìn)行比較，以控制輸出占空比變化，每個(gè)周期當(dāng)VS