一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路，至少包括BUCK电路，在所述BUCK电路中连接有自举充电支路和驱动所述自举充电支路的驱动芯片，在所述BUCK电路处于轻载/空载状态且所述BUCK电路的主开关管占空比小于第一阈值的情况下，所述驱动芯片基于窄脉冲驱动的方式减少所述自举充电支路中的副开关管的导通时间以避免所述BUCK电路和自举充电支路产生负向电流或降低所述BUCK电路和自举充电支路中的负向电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路
本专利技术涉及开关电源
，尤其涉及一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路。
技术介绍
BUCK电路以其拓扑结构简单，被广泛地用于各类降压(Step-down)应用场景。BUCK电路又称为降压电路BUCK变换器，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。BUCK变换器是一种非隔离型直流变换器。BUCK变换器的输入电流为脉动的，输出电流为连续的。图4所示为最基本的BUCK变换器的电路，也可以称为BUCK变换器的基本拓扑。BUCK变换器一般包括主开关管Q1、续流二极管D1、储能电感L、输出滤波电容C2以及输入滤波电容C1。输入滤波电容C1一侧连接有输入电源。输出滤波电容C2一侧连接有负载。BUCK变换器的工作原理如下：主开关管Q1的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制；当控制电路脉冲输出高电平时，主开关管Q1导通，并且续流二极管D1的阳极电压为零，阴极电压为输入电源的电压，因此续流二极管D1反向截止；输入电源的电流流过储能电感L并向负载供电，此时储能电感L的电流逐渐上升；在储能电感L的两端中产生左端为正、右端为负的自感电势阻碍电流上升，储能电感L将电能转换为磁能存储起来。经过导通时间后，控制电路脉冲为低电平，主开关管Q1关断，但是储能电感L中的电流不能突变，此时储能电感L两端产生右端为正、左端为负的自感电势阻碍电流下降，从而使得续流二极管D1正向偏置导通，因此储能电感L中的电流流向续流二极管D1构成回路。此时，回路中的电流值逐渐下降，储能电感L中存储的磁能转换为电能，并释放出来为负载供电。经过关断时间后，控制电路脉冲输出高电平，使得主开关管Q1导通，并重复上述过程。BUCK变换器中的滤波电容的作用是减低输出电压的波动。续流二极管D1是必不可少少的元件，若无此二极管，BUCK变换器不仅不能正常工作，而且在主开关管Q1由导通变为关断的情况下，储能电感L两端将产生很高的自感电势从而损坏主开关管Q1。BUCK变换器有两种工作模式，根据储能电感L电流是否连续，即每个脉冲周期开始储能电感L电流是否从零开始，将BUCK变换器分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。从图4所示的BUCK变换器的基本拓扑可以看出，其主开关管Q1处于高边，其源极并未与整个电路的地端相连，因此主开关管Q1的驱动需要由以Q1源极为基准的电源以及高边驱动电路。常见的驱动电路有：采用脉冲变压器式的高边隔离式驱动电路、添加隔离辅助电源以及高边驱动芯片的驱动电路、半桥式自举驱动电路。对于添加隔离辅助电源，设计繁琐且所占空间较大，不利于高功率密度电源的设计。对于采用脉冲变压器作为驱动，脉冲变压器体积也较大，并且不适合占空比变化范围较宽的应用场景。对于采用自举电路为高边的MOS开关管驱动提供能量，自举式驱动电路最为简洁，但自举式驱动也有其自身的局限性，一般而言，自举式驱动更适合于下管为MOS管的同步整流式BUCK变换器，当下管为常规二极管时，自举电路的启动存在一定问题，尤其当负载为轻载或空载时，连续的开关机会造成自举电容电压无法建立，从而导致BUCK变换器无法启动。基于此，公开号为CN108448886B的中国专利公开了一种Buck变换器自举驱动电路，包括主电路、辅助电源、控制电路、驱动芯片、自举电路、以及自举充电控制电路；所述控制电路为驱动芯片提供信号方波，所述驱动芯片根据信号方波输出相应的驱动信号给主电路和自举充电控制电路；所述自举电路与驱动芯片相连接并为驱动输出提供相应的电平转换，所述自举充电控制电路为自举电路提供充电回路。如图5所示，该专利技术用MOS管M2、二极管D2、电阻R1为自举电路构建了充电回路，只要控制得当，可保证在空载时也能正常稳定开机。具体而言，该专利技术的自举充电控制电路可以在电路启动过程中为自举电路中的自举电容提供充电回路，实现自举电路的自启动功能，且自启动功能不受负载条件的影响，同时自举充电控制电路仅在系统启动的时候才投入工作，避免了自启动电路的无条件工作，降低了系统的损耗，提升了系统的效率。但该方案没有考虑轻载且主开关管占空比较小时，输出电容将通过该添加的自举充电支路放电，在电感上产生负向电流，增加了变换器的损耗，同时所添加的二级管和MOS管需选用容量较大的型号，增加了电路成本。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路，至少包括BUCK电路。在所述BUCK电路中连接有自举充电支路和驱动所述自举充电支路的驱动芯片。所述驱动芯片基于窄脉冲驱动的方式控制自举充电支路中的开关管，从而保证自举充电时长的同时避免轻载或空载时支路中出现较大的负向电流。优选地，在所述BUCK电路处于轻载/空载状态且所述BUCK电路的主开关管Q1占空比小于第一阈值的情况下，所述驱动芯片基于窄脉冲驱动的方式减少所述自举充电支路中的副开关管Q2的导通时间以避免所述BUCK电路和自举充电支路产生负向电流或降低所述BUCK电路和自举充电支路中的负向电流。当负载较重或电感电流连续时，通过自举充电支路来解决自举电路启动的问题。考虑到当负载较轻且主开关管占空比较小时，开关管导通时间较长，电感电流易出现负向电流，增加损耗，同时当负向电流较大时，使得开关管和二极管需选用可通较大电流的器件，增加了整体电路成本的问题。针对此问题，本专利技术采用窄脉冲驱动的方式控制自举充电支路中的副开关管Q2，由于窄脉冲驱动信号的脉宽非常窄，副开关管Q2的导通时间非常短，因此电感电流无法产生负向电流的通路，大大降低了轻载或空载时的负向电感电流大小。根据一种优选实施方式，所述BUCK电路至少包括主开关管Q1、续流二极管D1、储能电感L、输入滤波电容C1和输出滤波电容C2。所述续流二极管D1的两端并联所述自举充电支路。所述自举充电支路至少包括第一二极管D2、副开关管Q2、辅助电源VCC、自举电容C3以及窄脉冲驱动电路。所述续流二极管D1与所述第一二极管D2和副开关管Q2并联，所述第一二极管D2与副开关管Q2串联。所述辅助电源VCC与所述驱动芯片连接。所述驱动芯片通过窄脉冲驱动电路与所述副开关管Q2的门极连接。根据一种优选实施方式，在所述辅助电源VCC与所述自举电容C3之间设置有第二二极管D3。所述辅助电源VCC、第二二极管D3、自举电容C3、第一二极管D2以及副开关管Q2依次连接构成自举充电回路。根据一种优选实施方式，所述驱动芯片配置为产生两路带死区的第一互补驱动信号Ho和第二互补驱动信号Lo。所述第一互补驱动信号Ho用于驱动所述主开关管Q1。所述第二互补驱动信号Lo通过所述窄脉冲驱动电路与所述副开关管Q2。根据一种优选实施方式，所述驱动芯片还与所述主开关管Q1的源级连接。所述主开关管Q1的源级通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路，至少包括BUCK电路，其特征在于，在所述BUCK电路中连接有自举充电支路和驱动所述自举充电支路的驱动芯片，其中，/n在所述BUCK电路处于轻载/空载状态且所述BUCK电路的主开关管(Q

【技术特征摘要】
1.一种基于窄脉冲控制的BUCK变换器自举驱动电路，至少包括BUCK电路，其特征在于，在所述BUCK电路中连接有自举充电支路和驱动所述自举充电支路的驱动芯片，其中，
在所述BUCK电路处于轻载/空载状态且所述BUCK电路的主开关管(Q1)占空比小于第一阈值的情况下，所述驱动芯片基于窄脉冲驱动的方式减少所述自举充电支路中的副开关管(Q2)的导通时间以避免所述BUCK电路和自举充电支路产生负向电流或降低所述BUCK电路和自举充电支路中的负向电流。


2.根据权利要求1所述的BUCK变换器自举驱动电路，其特征在于，所述BUCK电路至少包括主开关管(Q1)、续流二极管(D1)、储能电感(L)、输入滤波电容(C1)和输出滤波电容(C2)，其中，
所述续流二极管(D1)的两端并联所述自举充电支路，其中，
所述自举充电支路至少包括第一二极管(D2)、副开关管(Q2)、辅助电源(VCC)、自举电容(C3)以及窄脉冲驱动电路，其中，
所述续流二极管(D1)分别与所述第一二极管(D2)和副开关管(Q2)并联，所述第一二极管(D2)与副开关管(Q2)串联；
所述辅助电源(VCC)与所述驱动芯片连接，所述驱动芯片通过窄脉冲驱动电路与所述副开关管(Q2)的门极连接。


3.根据权利要求2所述的BUCK变换器自举驱动电路，其特征在于，在所述辅助电源(VCC)与所述自举电容(C3)之间设置有第二二极管(D3)，其中，
所述辅助电源(VCC)、第二二极管(D3)、自举电容(C3)、第一二极管(D2)以及副开关管(Q2)依次连接构成自举充电回路。


4.根据权利要求3所述的BUCK变换器自举驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片配置为产生两路带死区的第一互补驱动信号(Ho)和第二互补驱动信号(Lo)，其中，
所述第一互补驱动信号(Ho)用于驱动所述主开关管(Q1)，所述第二互补驱动信号(Lo)通过所述窄脉冲驱动电路与所述副开关管(Q2)。


5.根据权利要求4所述的BUCK变换器自举驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片还与所述主开关管(Q1)的源级连接，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：江小龙，李飞，姚欣，
申请(专利权)人：郑州嘉晨电器有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41