升降压变换器及其电感电流采样电路制造技术

本发明专利技术公开了一种升降压变换器及其电感电流采样电路，电感电流采样电路包括：耦接于功率级电路的输入端的采样电阻以及连接采样电阻两端的电压放大电路、缓冲器电路和采样保持电路。电感电流采样电路用于在功率级电路处于连续传输模式(CCM)的情况下，通过采样所述功率级电路的输入端的电流以获得采样电流，并将所述采样电流转换成电压信号，以及对该电压信号在时域进行积分运算，输出表征所述功率级电路的电感电流的平均值的采样信号，实现精确的电感平均电流信息的获取。的电感平均电流信息的获取。的电感平均电流信息的获取。

【技术实现步骤摘要】
升降压变换器及其电感电流采样电路


[0001]本专利技术涉及电子电路
，更具体地涉及一种升降压变换器及其电感电流采样电路。

技术介绍

[0002]现有的具有宽输入电压的DC/DC变换器包括级联升降压变换器、H桥升降压变换器、库克变换器以及SEPIC(Single Enable Primary Inductance Converter，单端初级电感变换器)等结构。其中H桥升降压变换器(单电感器或者非反相升降压变换器)由于具有输入输出同相、开关损耗低、输出电压可升可降等优点而广泛应用于电力、通信及电子仪器等领域，对其电路开关的优化策略也成为当前研究的热点。
[0003]基于输入电压和输出电压之间的关系，升降压变换器工作在三种不同的操作模式下。这些模式包括buck(降压)模式、boost(升压)模式以及buck
‑
boost(降压
‑
升压)模式。当输入电压高于输出电压时，升降压变换器工作在buck模式，将输入电压降低至其输出所需的电压水平；当输入电压低于输出电压时，升降压变换器工作在boost模式，将输入电压增大至输出所需要的电压水平；当输入电压接近输出电压时，升降压变换器工作在buck
‑
boost模式。
[0004]现有的升降压变换器的工作原理主要是实时采集输出电压，根据实时输出电压和期望输出电压之间的误差以及电感电流信息来产生相应的控制信号，以调节功率级电路中的开关管的开关状态和导通占空比，进而改变输入电流来改变输出电压。当升降压变换器的电感电流平均值相对恒定时，电感电流的幅值波动很大，而电感电流信息的精确度很大程度上影响了控制过程中的精确，因此，如何把变化的电感电流的平均值求出，应用于升降压变换器的环路控制是现有的升降压变换器的研究重点。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种升降压变换器及其电感电流采样电路，可以在电路处于连续传输模式下时精确的获得电路的电感平均电流信息。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种升降压变换器的电感电流采样电路，所述升降压变换器包括响应于输入电压以产生经调节的输出电压的功率级电路，其中，所述电感电流采样电路包括：采样电阻，第一端用于接收所述输入电压，第二端连接至所述功率级电路的输入端，所述采样电阻用于采样所述输入端的电流以获得采样电流；电压放大电路，用于将所述采样电流转换成电压信号；以及采样保持电路，输入端用于接收所述电压信号，所述采样保持电路用于对该电压信号在时域进行积分运算，输出表征所述功率级电路的电感电流的平均值的采样信号。
[0007]可选的，所述电感电流采样电路还包括：连接于所述运算放大器的输出端与所述采样保持电路的输入端之间的缓冲器电路。
[0008]可选的，所述电压放大电路包括：运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接
两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0020]需要理解的是，在以下的描述中，功率开关是指变换器中在其导通时使得储能元件(例如电感)开始储能，流过储能元件电流上升的开关器件。对应的，整流开关是指主动导通时，使得变换器中的储能元件(例如电感)开始释放电能，流过储能元件的电流开始下降的开关器件。
[0021]图1示出根据本专利技术实施例的一种升降压变换器的电感电流采样电路的示意性电路图。如图1所示，升降压变换器包括功率级电路100和电感电流采样电路200。功率级电路100包括由功率开关Q1和整流元件Q2组成的第一开关电路、由功率开关Q3和整流元件Q4组成的第二开关电路以及储能元件L。在本专利技术中，功率级电路100的功率开关指升降压变换器中间歇导通控制功率流入储能元件使得纯元件储能或释放能量的开关。整流元件指升降压变换器中间歇导通使得储能元件所储存的能量可以流向负载的开关。
[0022]在本实施例中，功率开关Q1和Q3可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。整流元件Q2和Q4可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。在一些实施例中，整流元件Q2和Q4也可以是整流二极管。储能元件L可以是电感或者变压器。
[0023]在本实施例中，功率开关Q1连接在输入电压Vac的输入端和储能元件L的第一端之间，整流元件Q2连接在储能元件L的第一端和参考地之间。整流元件Q4连接在输出电压Vsys的输出端和储能元件L的第二端之间，功率开关Q3连接在储能元件L的第二端和地之间。随着功率开关Q1和Q4的导通和关断，储能元件L储存和输出能量。输出电容Cout连接在输出电压Vsys的输出端和参考地之间，用于对输出电压Vsys进行滤波。
[0024]其中，功率开关Q1的控制端接收第一控制信号Vg1，整流元件Q2的控制端接收第二控制信号Vg2。第一控制信号Vg1和第二控制信号Vg2分别用于控制功率开关Q1和整流元件Q2的交替导通和关断。例如，功率开关Q1和整流元件Q2均为NMOS晶体管时，第一控制信号Vg1和第二控制信号Vg2为相互反相的信号。又例如功率开关Q1和整流元件Q2分别为NMOS晶体管和PMOS晶体管时，第一控制信号Vg1和第二控制信号Vg2为相同的信号。
[0025]功率开关Q3的控制端接收第三控制信号Vg3，整流元件Q4的控制端接收第四控制信号Vg4。第三控制信号Vg3和第四控制信号Vg4分别用于控制功率开关Q3和整流元件Q4的交替导通和关断。例如，功率开关Q3和整流元件Q4均为NMOS晶体管时，第三控制信号Vg3和第四控制信号Vg4为相互反相的信号。又例如功率开关Q3和整流元件Q4分别为NMOS晶体管和PMOS晶体管时，第三控制信号Vg3和第四控制信号Vg4为相同的信号。
[0026]电感电流采样电路200用于采集输入电压Vac的输入端的电流信号，并将该电流信号转换成电压信号，然后对该电压信号在时域进行积分运算，得到表征电感电流的平均值的采样信号。
[0027]进一步的，电感电流采样电路200包括采样电阻Rac、电压放大电路210、缓冲器电路220以及采样保持电路230。采样电阻Rac连接于输入电压Vac的输入端和功率开关Q1之间，电压放大电路210用于将采样电阻Rac采集的采样电流转换成电压信号。缓冲器电路220
的输入端接收所述电压信号，输出端连接至所述采样保持电路230。采样保持电路230根据第一控制信号Vg1以及缓冲器电路220的输出信号进行积分运算，从而输出表征输入电流的平均值的采样信号Viac_avg。
[0028]进一步的，电压放大电路210例如通过运算放大器实现，运算放大器的正相输入端连接至采样电阻Rac的第一端，反相输入端连接至采样电阻Rac的第二端，输出端用于输出所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种升降压变换器的电感电流采样电路，所述升降压变换器包括响应于输入电压以产生经调节的输出电压的功率级电路，其中，所述电感电流采样电路包括：采样电阻，第一端用于接收所述输入电压，第二端连接至所述功率级电路的输入端，所述采样电阻用于采样所述输入端的电流以获得采样电流；电压放大电路，用于将所述采样电流转换成电压信号；以及采样保持电路，输入端用于接收所述电压信号，所述采样保持电路用于对该电压信号在时域进行积分运算，输出表征所述功率级电路的电感电流的平均值的采样信号。2.根据权利要求1所述的电感电流采样电路，还包括：连接于所述运算放大器的输出端与所述采样保持电路的输入端之间的缓冲器电路。3.根据权利要求1所述的电感电流采样电路，其中，所述电压放大电路包括：运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接至所述采样电阻的第一端，反相输入端连接至所述采样电阻的第二端，输出端用于输出所述电压信号。4.根据权利要求1所述的电感电流采样电路，其中，所述采样保持电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：易新敏，马玲莉，徐海峰，李雅淑，刘晓琳，贾丽伟，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：