CN109039075A - 一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路，开关电路包括第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管串联，第一开关管连接到高电压端，第二开关管连接到低电压端，第一开关管和第二开关管的公共节点为开关节点，开关节点为参考地，检测高电压端或低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，根据表征第二开关管体二极管导通的信号，控制第一开关管的导通时刻。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路。
背景技术
在开关电源中，涉及同步控制的场合，由于不能发生开关管直通的现象，所以需要设置死区时间。同步控制的两个开关管不能同时导通，否则就会出现短路的情况。为了使开关管工作可靠，避免由于关断延迟造成两个开关管直通，有必要设置死区时间，也就是两个开关管同时关断的时间。死区时间可有效地避免关断延迟所造成的一个开关管未完全关断，而另一开关管又处于导通状态。但是死区时间过长会降低电源输出效率。
现有技术为下管关断信号通过电平转换(level-shift)电路传递到上管的控制的电路，因此电平转换电路的延时就会引起上管导通的延时，并且，上下管导通的死区时间会受电平转换电路影响，而这又会随着温度和输入输出电压的变化而变化，造成电源效率随着温度和输入输出电压的变化而变化。因此合适的死区时间控制对于开关电源的效率和可靠性非常重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电路的控制方法、控制电路及开关电路，用以解决现有技术中死区时间受电平转换电路影响，难以控制，无法优化电源效率的问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，检测第二开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效，控制所述第一开关管导通。
作为可选，根据表征第二开关管体二极管导通的信号得到第二开关管体二极管导通时间，根据所述第二开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，所述上管导通信号在下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
作为可选，将所述第二开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第二开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第二开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，高端电压和所述开关节点分别为第一开关管驱动电路的供电端和参考地，所述控制电路检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，包括体二极管导通检测电路和逻辑或调整电路，所述体二极管导通检测电路接收所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，所述逻辑或调整电路接收表征第二开关管体二极管导通的信号，产生所述第一开关管导通信号。
作为可选，所述体二极管导通检测电路为边沿检测电路，检测第二开关管的体二极管导通边沿。
作为可选，所述边沿检测电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻和所述第一电容串联，所述第一电容连接到所述高电压端或所述低电压端，所述第一电阻连接到所述开关节点或高端电压，所述第一电阻和所述第一电容的公共节点为表征第二开关管体二极管导通的信号。
作为可选，所述逻辑或调整电路为逻辑电路，所述逻辑电路在检测第二开关管的体二极管导通边沿，且上管导通信号有效时，控制所述第一开关管导通。
作为可选，所述逻辑或调整电路为调整电路，所述调整电路根据表征第二开关管体二极管导通的信号得到第二开关管体二极管导通时间，根据所述第二开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
作为可选，控制电路还包括开关控制电路和电平转换电路，所述开关控制电路产生第一上管控制信号，所述第一上管控制信号经过所述电平转换电路，产生上管导通信号，所述上管导通信号在所述下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
作为可选，所述调整电路将所述第二开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第二开关管体二极管导通时间小于目标值，所述调整电路将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第二开关管体二极管导通时间大于目标值，所述调整电路将所述第一开关管的导通时刻提前。
作为可选，所述调整电路通过检测所述高电压端或低电压端的上升沿，得到第二开关管的体二极管开始导通的时刻；所述调整电路通过检测所述高电压端或低电压端的下降沿，或第一开关管栅极的上升沿，得到第二开关管的体二极管关断的时刻。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：上管控制电路通过直接检测高端电压或者低端电压，得到下管体二极管导通信号，从而精准控制上管导通。
附图说明
图1为本发明开关电路为BUCK降压电路时的电路示意图；
图2为本发明开关节点SW相对于低电压端的波形图；
图3为本发明低电压端相对于开关节点SW的波形图；
图4为本发明的电路示意图；
图5为本发明的一个实施例中的电路示意图；
图6为一个实施例中的边沿检测电路100的电路图；
图7为一个实施例中的逻辑电路200的电路图；
图8为本发明的另一实施例中的电路示意图；
图9为本发明的又一实施例中的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种开关电路的控制电路，开关电路包括第一开关管M01和第二开关管M02，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点SW，高端电压BST和开关节点SW分别为第一开关管驱动电路的供电端和参考地，所述控制电路检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
请参考图1所示，以BUCK降压电路为例，输入端Vin为高电压端，输入端的参考地为低电压端，开关节点SW经过电感L01连接到输出端Vout。上管驱动电路300的参考地为开关节点SW，供电端为高端电压BST。请参考图2所示，在11时刻，PWML信号由高变低，PWMH信号为低，上管M01关断，下管M02还未导通，由于电感L01的电流是连续的，下管M02的体二极管续流，SW对低电压端的电压为负的二极管正向导通压降，例如，-0.7V左右。第一开关管的控制电路的参考地为SW，低电压端相对于SW的电压如图3所示，而高电压端相对于低电压端的电压是固定电压，在BUCK电路中，该固定电压为输入电压。所以控制电路可以检测高电压端或低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号。控制电路根据第二开关管体二极管导通的信号来控制上管的导通，在12时刻，控制电路的输出信号PWMH由低变高，经过上管驱动电路300使上管M01导通。控制电路通过直接检测高端电压或者低端电压，得到下管体二极管导通信号，从而精准控制上管导通。在该实施例中，以BUCK电路为例进行说明，该控制方式不限于BUCK电路，可以适用于任何带有上下管的开关电路，如四开关BUCK-BOOST电路等。
请参考图4所示，在一个实施例中，控制电路包括体二极管导通检测电路100和逻辑或调整电路200，体二极管导通检测电路100接收所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号A，所述逻辑或调整电路200接收表征第二开关管体二极管导通的信号，产生所述第一开关管导通信号PWMH。
请参考图5所示，在一个实施例中，所述体二极管导通检测电路为边沿检测电路，检测第二开关管的体二极管导通边沿。参考图3所示，在11时刻，低电压端或高电压端相对开关节点SW有上升沿，因此，通过检测低电压端或高电压端的上升沿，就可以得到第二开关管的体二极管导通边沿。
请参考图6所示，为边沿检测电路的一个实施例，边沿检测电路包括第一电阻101和第一电容102，所述第一电阻101和所述第一电容102串联，所述第一电容102连接到所述高电压端或所述低电压端，所述第一电阻连接到所述开关节点SW或高端电压，所述第一电阻和所述第一电容的公共节点为表征第二开关管体二极管导通的信号，也就是边沿检测电路的输出A。当低电压端或高电压端相对SW或BST有电压跳变，则该电压跳变通过电容102耦合到A点，因此通过检测A点电压就可以检测到电压的跳变。
请参考图5所示，所述逻辑或调整电路为逻辑电路，所述逻辑电路在检测第二开关管的体二极管导通边沿，且上管导通信号TON有效，第一开关管导通信号PWMH有效，控制所述第一开关管M01导通。
控制电路还包括开关控制电路和电平转换电路，所述开关控制电路产生第一上管控制信号，所述第一上管控制信号经过所述电平转换电路，产生上管导通信号，所述上管导通信号在所述下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。其中，开关控制电路400的参考地为低电压端，供电端为电源VD。
开关控制电路400产生下管导通信号PWML和第一上管控制信号TON’，由于上管的驱动电路300的参考地为开关节点SW，因此第一上管控制信号TON’需要经过电平转换电路500将其转换为相对于开关节点SW的上管导通信号TON。在现有技术中，上管导通信号TON直接经过上管驱动电路驱动上管M01，也就是下管导通信号PWML和第一上管控制信号TON’之间有一定的死区时间，在该死区时间中，下管导通信号PWML和第一上管控制信号TON’都为无效。而本发明中，下管导通信号PWML和第一上管控制信号TON’之间没有死区时间，第一上管控制信号TON’在下管导通信号PWML由有效变无效之前，由无效变为有效，也就是有段时间第一上管控制信号TON’和下管导通信号PWML都为有效。当检测到高电压端或低电压端相对于SW或BST有上升沿，表征下管体二极管导通，逻辑电路200的输出第一开关管导通信号PWMH由无效变为有效，上管驱动电路300控制上管M01导通。因此，上下管之间的死区时间不受电平转换电路500的延时的影响。
请参考图7所示，为逻辑电路的一个实施例，逻辑电路为与门201，与门201接收TON和A，输出第一开关管导通信号PWMH。
请参考图8所示，逻辑或调整电路为调整电路，所述调整电路根据表征第二开关管体二极管导通的信号得到第二开关管体二极管导通时间，根据所述第二开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
调整电路将所述第二开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第二开关管体二极管导通时间小于目标值，所述调整电路将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第二开关管体二极管导通时间大于目标值，所述调整电路将所述第一开关管的导通时刻提前。
继续参考图8所示，调整电路通过检测所述高电压端或低电压端的上升沿，得到第二开关管的体二极管开始导通的时刻；所述调整电路通过检测所述高电压端或低电压端的下降沿，得到第二开关管的体二极管关断的时刻。从第二开关管的体二极管开始导通的时刻到第二开关管的体二极管关断的时刻即为第二开关管的体二极管的导通时间。
参考图9所示，调整电路通过检测第一开关管栅极的上升沿，得到第二开关管的体二极管关断的时刻。
本发明还提供一种开关电路控制方法，开关电路包括第一开关管M01和第二开关管M02，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02串联，所述第一开关管M01连接到高电压端，所述第二开关管M02连接到低电压端，所述第一开关管M01为上管，所述第二开关管M02为下管，所述第一开关管M01和所述第二开关管M02的公共节点为开关节点SW，所述开关节点SW为参考地，检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
在一个实施例中，检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，检测第二开关管的体二极管导通，且上管导通信号TON有效，控制所述第一开关管导通。
在另一个实施例中，根据表征第二开关管体二极管导通的信号得到第二开关管体二极管导通时间，根据所述第二开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
所述上管导通信号TON在下管导通信号PWML由有效变为无效之前，由无效变为有效。
将所述第二开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第二开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第二开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。从第二开关管的体二极管开始导通的时刻到第二开关管的体二极管关断的时刻即为第二开关管的体二极管的导通时间。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种开关电路控制方法，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其特征在于：所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，所述开关节点为参考地，检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
2.根据权利要求1所述的开关电路控制方法，其特征在于：检测第二开关管的体二极管导通，且上管导通信号有效，控制所述第一开关管导通。
3.根据权利要求1所述的开关电路控制方法，其特征在于：根据表征第二开关管体二极管导通的信号得到第二开关管体二极管导通时间，根据所述第二开关管体二极管导通时间调整所述第一开关管的导通时刻。
4.根据权利要求2或3所述的开关电路控制方法，其特征在于：所述上管导通信号在下管导通信号由有效变为无效之前，由无效变为有效。
5.根据权利要求3所述的开关电路控制方法，其特征在于：将所述第二开关管体二极管导通时间和目标值进行比较，当所述第二开关管体二极管导通时间小于目标值，将所述第一开关管的导通时刻延迟，当所述第二开关管体二极管导通时间大于目标值，将所述第一开关管的导通时刻提前。
6.一种开关电路的控制电路，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其特征在于：所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一开关管连接到高电压端，所述第二开关管连接到低电压端，所述第一开关管为上管，所述第二开关管为下管，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为开关节点，高端电压和所述开关节点分别为第一开关管驱动电路的供电端和参考地，所述控制电路检测所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，所述控制电路根据所述表征第二开关管体二极管导通的信号，控制所述第一开关管的导通时刻。
7.根据权利要求6所述的开关电路的控制电路，其特征在于：包括体二极管导通检测电路和逻辑或调整电路，所述体二极管导通检测电路接收所述高电压端或所述低电压端电压，得到表征第二开关管体二极管导通的信号，所述逻辑或调整电路接收表征第二开关管体二极管导通的信号，产生所述第一开关管导通信号。
8.根据权利要求7所述的开关电路的控制电路，其特征在于：所述体二极管导通检测电路为边沿检测电路，检测第二开关管的体二极管导通边沿。
9.根据权利要求8所述的开关电路的控制电路，其特征在于：所述边沿检测电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻和所述第一电容串联，所述第一电容连接到所述高电压端或所述低电压端，所述第一电阻连接到所述开关节点或高端电压，所述第一电阻和所述第一电容的公共节点为表征第二开关管体二极管导通的信号。
10.根据权利要求8所述的开关电路的控制电路，其特征在于：所述逻辑或调整电路为逻辑电路，所述逻辑电路检测第二开关管的体二极管导通边沿，且上管导通信号有效时，控制所述第一开关管导通。
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