CN102570805A - 降压转换器 - Google Patents

Abstract

一种降压转换器，用于将输入电压转换成输出电压后提供至负载，所述降压转换器包括电性连接的PWM控制器及电压转换电路，所述PWM控制器包括三角波电源，所述降压转换器还包括电性连接的调节电路及侦测电路，该调节电路包括连接至该三角波电源的上拉电源，当该侦测电路侦测到该负载由轻载变为重载时，该调节电路将该上拉电源串联至该三角波电源，以增加该PWM控制器输出的PWM信号占空比。

Description

降压转换器

技术领域

本发明涉及一种降压转换器。

背景技术

电子产品工作过程中，通常仅通过一个主要电源(例如常用的5V电源)对其供电。由于电子产品中各种不同功能的集成电路往往需要使用不同的工作电压，故此时需要设置降压转换器来将电源电压转换为所需的其它数值的电压。

请参阅图1，其为已知降压转换器的电路图。所述降压转换器用于将输入电压V1转换为输出电压V2。所述降压转换器包括脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation，PWM)控制器1、连接至该PWM控制器1的电压转换电路2及连接于电压转换电路2的输出端与该PWM控制器的输入端之间的反馈电路3。

PWM控制器1包括三角波电源4、比较器5及N沟道金属氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)Q1。三角波电源4输出三角波V3至比较器5的正相输入端，反馈电路3的输出端连接至比较器5的反向输入端，该比较器5的输出端即输出PWM信号Vp至Q1的栅极；Q1的漏极通过电阻R1连接至电源，源极接地。

电压转换电路2包括N沟道MOSFET Q2、N沟道MOSFET Q3、电感L1及滤波电容C1。Q2的漏极接入输入电压V1，栅极连接至比较器5的输出端、源极连接至Q3的漏极；Q3的栅极连接至Q1的漏极，源极接地；该电感L1两端分别连接至Q2的源极及Q3的漏极；该滤波电容C1的另一端接地，该电感L1及滤波电容C1之间输出输出电压V2；所述反馈电路3用于将该输出电压转换成反馈电压V4的后，反馈至所述比较器5与三角波V3作比较，以输出PWM信号Vp(如图2所示)。当该比较器5的输出端信号及PWM信号Vp为高电平时，使Q2导通且Q3截止，该电感L1储存电能，输出电压V2逐渐提升；当该比较器5的输出端信号及PWM信号Vp为低电平时，Q2截止且Q3导通时，该电感L1释放电能，输出电压V2逐渐下降。

在现有技术中，输出电压V2的平均值与输入电压V1的关系为：V2/V1＝D，其中，D为PWM控制器产生的PWM信号Vp的占空比，即PWM信号Vp的正脉冲时间与PWM信号Vp的工作周期的比值。因此，通过调整PWM信号Vp的占空比即可产生不同的输出电压V2。

所述降压转换器在实际使用过程中，其所连接的负载往往会根据需要进行切换。当负载由较小电阻值的轻载变为较大电阻值的重载时，该降压转换器的输出电流会降低，同时输出电压V2可能被重载拉低，以致其远低于预期的数值。上述情况可能会影响输出电压V2的稳定性，进而影响使用该降压转换器的整个电路的稳定性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能根据所接负载的情况来调节输出电压大小的降压转换器。

一种降压转换器，用于将输入电压转换成输出电压后提供至负载，所述降压转换器包括依次电性连接的脉冲宽度调制控制器、电压转换电路及反馈电路，所述脉冲宽度调制控制器包括三角波电源及比较器，该三角波电源的正极连接至该比较器的正相输入端；该电压转换电路连接至输入电压，并输出输出电压；所述反馈电路电性连接至该脉冲宽度调制控制器，反馈电路根据该输出电压产生反馈电压输入至该比较器的反向输入端，该比较器的输出端输出脉冲宽度调制信号，该输出电压与该脉冲宽度调制信号的占空比成正比，所述降压转换器还包括：

调节电路，包括第一电子开关、第二电子开关及上拉电源，该第一电子开关一端连接至该上拉电源，另一端连接至该三角波电源的负极；该第二电子开关一端接地，另一端连接至该三角波电源的负极；以及

侦测电路，电性连接至该第一电子开关及第二电子开关，当该侦测电路侦测到该降压转换器的输出端电流值低于该侦测电路预设的参考电流值时，该侦测电路控制该第一电子开关导通，同时使该第二电子开关截止，该三角波电源通过该第一电子开关串联至该上拉电源以增加该脉冲宽度调制信号的占空比。

所述的降压转换器通过设置所述侦测电路来侦测该负载的变化，根据负载的变化来控制该调节电路，当该负载由轻载转换为重载时，该调节电路即在现有三角波电源的基础上串接上拉电源，来增加该三角波的最低电位幅度，从而增加脉冲宽度调制信号的占空比，最终升高了该输出电压的大小，有效防止了输出电压被重载拉低而影响电路的稳定工作。

附图说明

图1是已知降压转换器的简易电路图。

图2为当图1所示降压转换器所接负载为标准值时的PWM信号波形图。

图3为本发明较佳实施方式的降压转换器的电路图。

图4为当图3所示降压转换器所接负载为标准值时的PWM信号波形图。

图5为当图3所示降压转换器所接负载为重载时的PWM信号波形图。

主要元件符号说明

降压转换器        100

PWM控制器         1、10

三角波电源        4、11

比较器          5、13

电压转换电路    2、20

反馈电路        3、30

调节电路        40

第一电子开关    41

第二电子开关    43

D/A转换器       45

电感            L1

滤波电容        C1

侦测电路        50

电源管理芯片    51

负载            200

N沟道MOSFET     Q1、Q2、Q3、Q11、Q43

P沟道MOSFET     Q41

电阻            R1、R11

上拉电阻        R41

侦测电阻        R51

输入电压        V1、Vin

输出电压        V2、Vout

反馈电压        Vf、V4

三角波          V3、Vt

数字输出值      Vd

切换信号        Vs

PWM信号         Vp

上拉电压        Vh

具体实施方式

请参阅图3，本发明的降压转换器100用于将输入电压Vin转换成电位较低的输出电压Vout提供给负载200。所述降压转换器100包括PWM控制器10、电压转换电路20、反馈电路30、调节电路40及侦测电路50。所述电压转换电路20连接至输入电压Vin，并输出经其转换而来的输出电压Vout；反馈电路30电性连接至该电压转换电路20的输出端与PWM控制器10之间，根据该输出电压Vout产生反馈电压Vf输入至该PWM控制器10；该PWM控制器10根据该反馈电压Vf来输出PWM信号Vp，并根据该PWM信号Vp控制该电压转换电路20工作，即该输出电压Vout与该PWM信号Vp的占空比成正比；该侦测电路50电性连接至负载200，用于侦测该负载200的变化来控制该调节电路40，以调节该PWM控制器10的输出，最终调节该输出电压Vout的大小。

所述PWM控制器10包括三角波电源11、比较器13及N沟道MOSFET Q11。所述三角波电源11的正极连接至该比较器13的正向输入端，负极连接至该调节电路40。该三角波电源11输出三角波Vt至比较器13。该比较器13的正相输入端连接至反馈电路30的输出端，即该反馈电路30输出的反馈电压Vf经由该比较器13的反相输入端输入至该比较器13与该三角波Vt进行比较，比较结果即为PWM信号Vp，该PWM信号Vp经由该比较器13的输出端输出至Q11的栅极。Q11源极接地，漏极通过电阻R11连接至一提供+5V电压的供电电源(图未标)，且Q11的漏极连接至所述电压转换电路20。该PWM信号Vp与Q11的输出反相，即当该PWM信号Vp为高电平时，Q11输出低电平；当该PWM信号Vp为低电平时，输出高电平。该PWM信号Vp与的输出均输入至该电压转换电路20，以共同控制该电压转换电路20将该输入电压Vin转换为输出电压Vout。

所述调节电路40包括第一电子开关41、第二电子开关43及上拉电源(图未标)。在本较佳实施方式中，所述上拉电源为数字/模拟(D/A)转换器45。该第一电子开关41一端连接至该D/A转换器45，另一端连接至该三角波电源11的负极；该第二电子开关43一端接地，另一端连接至该三角波电源11的负极。该第一电子开关41及第二电子开关43均电性连接至该侦测电路50。该第一电子开关41及第二电子开关43在该侦测电路50的控制下导通或截止，且该第一电子开关41及第二电子开关43的开关状态相反，即当该第一电子开关41导通时，该第二电子开关43截止；当该第一电子开关41截止时，该第二电子开关43导通。如此，即可分别使得该三角波电源11的负极接地或者串联至该D/A转换器45。

在本较佳实施方式中，所述第一电子开关41为P沟道MOSFETQ41，所述第二电子开关43为N沟道MOSFET Q43。Q41的栅极通过上拉电阻R41连接至所述提供+5V电压的供电电源，源极连接至该三角波电源11的负极，漏极连接至该D/A转换器45。在本较佳实施方式中，所述D/A转换器45的输出电压可调节，即该D/A转换器45在该侦测电路50的控制下，可以输出不同电压值的上拉电压Vh。Q43的栅极通过上拉电阻R41连接至所述提供+5V电压的供电电源，源极接地，漏极连接至该三角波电源11的负极。可以理解，所述第一电子开关41也可以为PNP型三极管，其基极、发射极和集电极分别对应Q41的栅极、源极和漏极。所述第二电子开关43也可以为NPN型三极管，其基极、发射极和集电极分别对应Q43的栅极、源极和漏极。

在本较佳实施方式中，所述侦测电路50包括电性连接的电源管理芯片51及侦测电阻R51。该电源管理芯片51电性连接至Q41的栅极及Q43的栅极，且该电源管理芯片51电性连接至该D/A转换器45。该侦测电阻R51串联至该电压转换电路20及负载200之间，且该侦测电阻R51两端电性连接至该电源管理芯片51。该电源管理芯片51内预存有参考电流值、多个电流变化区间及多个数字输出值Vd，每一个电流变化区间对应一个数字输出值Vd。所述D/A转换器内预设有多个上拉电压Vh，每一个上拉电压Vh对应一个所述的数字输出值Vd。当所述负载200的阻值有所变化时，该电源管理芯片51侦测该侦测电阻R51两端的电压以得出该侦测电阻R51两端的电流值，并将该电流值与参考电流值相比较，当该侦测电阻R51两端的电流值小于该参考电流值时，即得到一个电流差值，该电源管理芯片51即输出该电流差值所在的电流变化区间对应的数字输出值Vd至该D/A转换器，该D/A转换器即输出与该数字输出值Vd相对应的上拉电压Vh；同时该电源管理芯片51输出切换信号Vs至该第一电子开关41及第二电子开关43，以控制该第一电子开关41及第二电子开关43的导通或截止。

请参阅图4，图4所示为当该降压转换器100所接负载为标准值即该侦测电阻R51上流过的电流为参考值时的波形图。此时，该电源管理芯片51输出低电平的切换信号Vs至Q41的栅极及Q43的栅极，使得Q41截止，Q43导通，该三角波电源11的负极经由Q43接地。此时，该三角波Vt的最低电位值为0V。

请参阅图5，当所述负载由轻载切换为重载时，该侦测电阻R51上流过的电流相对于参考电流减小，该电源管理芯片51侦测该侦测电阻R51两端的电压以得出该侦测电阻R51两端的电流值，并将该电流值与参考电流值相比较，并得到一个电流差值，该电源管理芯片51即输出该电流差值所在的电流变化区间对应的数字输出值Vd至该D/A转换器，该D/A转换器即输出与该数字输出值Vd相对应的上拉电压Vh，在本较佳实施方式中，该上拉电压Vh为0.5V。同时该电源管理芯片51输出高电平的切换信号Vs至Q41的栅极及Q43的栅极，使得Q41导通，该Q43截止，该三角波电源11与该D/A转换器45提供的上拉电压Vh串联迭加，使得输入至该比较器13的三角波Vt的最低电位值为0.5V，其与反馈电压Vf经比较器13比较后，输出的PWM信号Vp的正脉冲时间相对于所述三角波Vt的最低电位值为0V时有所增加，即增加了该PWM信号Vp的占空比，由此提高了该电压转换电路20的输出电压Vout的大小，从而阻止该输出电压Vout被重载拉得过低。

可以理解，所述上拉电源也可以为具有单一输出电压值的电压源。例如，为0.5V电源，此时，该电源管理芯片51无需控制该0.5V电源的输出，只要该电源管理芯片51控制Q41导通，Q43截止，该三角波电源11即与该0.5V电源串联迭加，使得输入至该比较器13的三角波Vt的最低电位值为0.5V。

相较于现有技术，所述的降压转换器100通过设置所述侦测电路50来侦测该负载的变化，根据负载的变化来控制该调节电路40，当该负载由轻载转换为重载时，该调节电路40即在现有三角波电源11的基础上串接上拉电源，来增加该三角波Vt的最低电位幅度，从而增加PWM信号Vp的占空比，最终升高了该输出电压Vout大小，有效防止了输出电压Vout被重载拉低而影响电路的稳定工作。

Claims (9)

1.一种降压转换器，用于将输入电压转换成输出电压后提供至负载，所述降压转换器包括依次电性连接的脉冲宽度调制控制器、电压转换电路及反馈电路，所述脉冲宽度调制控制器包括三角波电源及比较器，该三角波电源的正极连接至该比较器的正相输入端；该电压转换电路连接至输入电压，并输出输出电压；所述反馈电路电性连接至该脉冲宽度调制控制器，反馈电路根据该输出电压产生反馈电压输入至该比较器的反向输入端，该比较器的输出端输出脉冲宽度调制信号，其特征在于，所述降压转换器还包括：

调节电路，包括第一电子开关、第二电子开关及上拉电源，该第一电子开关一端连接至该上拉电源，另一端连接至该三角波电源的负极；该第二电子开关一端接地，另一端连接至该三角波电源的负极；以及

侦测电路，电性连接至该第一电子开关及第二电子开关，当该侦测电路侦测到该降压转换器的输出端电流值低于该侦测电路预设的参考电流值时，该侦测电路控制该第一电子开关导通，同时使该第二电子开关截止，该三角波电源通过该第一电子开关串联至该上拉电源以增加该脉冲宽度调制信号的占空比。

2.如权利要求1所述的降压转换器，其特征在于：所述侦测电路侦测电阻及电源管理芯片，该侦测电阻串接至该电压转换电路与负载之间，该电源管理芯片通过侦测该侦测电阻两端的电压变化来判断该侦测电阻上流过的电流的变化，以通过该电源管理芯片来控制第一电子开关及第二电子开关的开关状态，同时控制该上拉电源的输出。

3.如权利要求2所述的降压转换器，其特征在于：该电源管理芯片内预存所述参考电流值、多个电流变化区间及多个数字输出值，每一个电流变化区间对应一个数字输出值；该上拉电源为D/A转换器，所述D/A转换器内预设有多个上拉电压，每一个上拉电压对应一个所述的数字输出值，该电源管理芯片侦测该侦测电阻两端的电流值，并将该电流值与参考电流值相比较，当该侦测电阻两端的电流值小于该参考电流值时，即得到一个电流差值，该电源管理芯片即输出该电流差值所在的电流变化区间对应的数字输出值至该D/A转换器，该D/A转换器即输出与该数字输出值相对应的上拉电压与所述三角波电源串联。

4.如权利要求1所述的降压转换器，其特征在于：其中所述上拉电源为具有单一输出电压值的电压源。

5.如权利要求1至4任一项所述的降压转换器，其特征在于：所述第一电子开关为P沟道金属氧化层半导体场效晶体管，所述第二电子开关为金属氧化层半导体场效晶体管。

6.如权利要求5所述的降压转换器，其特征在于：该P沟道金属氧化层半导体场效晶体管的栅极连接至侦测电路，源极连接至该三角波电源的负极，漏极连接至该上拉电源；该N沟道金属氧化层半导体场效晶体管的栅极连接至侦测电路，源极接地，漏极连接至该三角波电源的负极。

7.如权利要求6所述的降压转换器，其特征在于：该P沟道金属氧化层半导体场效晶体管的栅极通过上拉电阻连接至供电电源；该N沟道金属氧化层半导体场效晶体管的栅极通过所述上拉电阻连接至所述供电电源。

8.如权利要求1至4任一项所述的降压转换器，其特征在于：所述第一电子开关为PNP型三极管，所述第二电子开关为NPN型三极管。

9.如权利要求8所述的降压转换器，其特征在于：该PNP型三极管的基极连接至侦测电路，发射极连接至该三角波电源的负极，集电极连接至该上拉电源；该NPN型三极管的基极连接至侦测电路，发射极接地，集电极连接至该三角波电源的负极。

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