降壓型電源電路制造技術

一種降壓型電源電路，包括：檢測電阻，其與該電感電容低通濾波器的電感串聯，并位于該電感的靠該有源可控開關一側，用以檢測流過該電感的電流的大小；輔助控制單元，其與該控制電路及檢測電阻相連，用以根據該控制電路提供的第一PWM信號和該檢測電阻給出的信號而產生第二PWM信號來控制該有源可控開關的通斷；其中，該輔助控制單元僅在該檢測電阻給出的信號下降到一個設定低值時，才允許該有源可控開關由截止狀態轉換為導通狀態。本實用新型專利技術可以將續流二極管，有源可控開關以及電感等元器件需要承受的最大工作電流能力控制在較低的范圍，從而可以降低成本，提升降壓型電源電路的可靠性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電源電路，尤其與降壓型電源電路的有源可控開關的控制有關。
技術介紹
現有的降壓型電源電路，參見圖I，通常包括有源可控開關Kl，用以控制該有源可控開關Kl動作的控制單元KC0，與該有源可控開關Kl相連的由電感LI和電容Cl構成的低通濾波器以及電感電流泄放管Dl。該控制單元KCO則進一步包括控制電路和與該控制電路相連的觸發器，該控制電路能夠提供復位控制信號和脈寬控制信號給該觸發器進而控制該有源可控開關Kl的通斷。其中，有源可控開關Kl可以是高壓三極管、高壓MOS管、IGBT等開關器件。該降壓型電源電路的基本工作原理大致包括有源可控開關Kl工作在脈寬調整狀態，電感LI和電容Cl組成低通濾波器。電容Cl的設計原則是確保電容Cl上的紋波 電壓小到一定程度。由于開關工作頻率很高，電路穩態工作時，電容Cl上的電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，考慮到一個開關周期內電容充放電引起的紋波遠小于電容Cl上輸出的直流電壓Uo，因此電容Cl上電壓基本可以視為恒定直流。電感LI上的電流iL在時間上的變化量為AiL=(UL/Ll)* At，在有源可控開關Kl處于導通狀態時，電感LI上的電壓UL=Ud-Uo,在有源可控開關Kl處于截止狀態時，電感LI上的電壓UL=-Uo。參見圖2，當有源可控開關Kl導通時，電感LI上的電壓UL>0，電感LI上的電流iL增大，電感LI儲能，參見圖3，當有源可控開關Kl截止時，電感LI上的電壓UL〈0，電感LI上的電流iL減小，電感LI釋能。如果在電感LI上的電流iL減小到O之前使有源可控開關Kl切換到導通狀態，則電感LI上會一直有電流流過，這種工作模式稱為CCM模式(連續電流模式)。從理論而言，電感上的電流會在電感上產生磁鏈，磁鏈的大小為V=L*i，磁鏈是電感的儲能形式，其儲能的能量大小為W=L*i*i/2. (J)，對于確定的電感L，磁鏈有個最高值，如果電感上的磁鏈超過這個值，電感的電感量將急劇下降，從而可以使系統失控。也就是說，對確定的電感，磁鏈大小由其上流過的電流決定，對應于某個確定的電感，其有個最大電流值的限制，一旦超出這個限制的電流值，電感量會急劇下降，使系統失控。參見圖4，在CCM模式下的穩態工作過程大致包括在一個周期內電感LI上的電流iL在Tl階段上升和T2階段下降的量是相等的，也就是，(VI-VO)/L1*T1= V0/L1*T2。其中，忽略了續流二極管Dl和有源可控開關Kl的正向導通壓降；T1+T2=T，TI是開關周期中的導通時間段，T2是開關周期中的關閉時間段，T是開關周期；D=T1/T，D為開關周期的占空比。由上述公式變換可以得到V0=VI*D，該公式是控制有源可控開關Kl動作以輸出穩定電壓的基本原理，也就是說，根據確定的VI和占空比D，就可以得到確定的輸出電壓VO。該電路應對電流iRL變化的調整過程大致包括如果輸出電流iRL突然增加，則輸出電壓VO會下降，這樣一來，Tl時間內(VI-VO)值會上升，從而，AiL (Tl)=( (VI-VO)/LI)* Tl會增加；由于Τ2時間內VO下降，AiL (Τ2) = (-V0/L1)* Τ2，電流下降量減小，這就導致一個周期T內電感LI上的電流iL變化量AiL (Tl)+AiL (T2) >0，進而導致下個周期T電感LI上的電流iL從一個新的更高的基礎上開始變化，使得電感LI在后一個周期里的平均電流大于前個周期的平均電流。只要輸出電壓VO達不到設定值，這個過程會不停地進行下去，直到電感LI的平均電流提高到足以彌補輸出電流增加而引起的輸出電壓VO下降，使輸出電壓VO重新回到設定的VO值，達到一個新的平衡。反之，如果輸出電流iRL突然將小，也會出現類似上述的不斷震蕩并提升電感LI的平均電流，直至達到一個新的平衡。參見圖5，在輸出電壓V0〈設定的VI*D的情況下，電感LI上的電流iL會持續上升。另外，在電路啟動階段，電容Cl上的初始電壓為0，在VO由OV上升到設置值的過程中，參照上述的電路應對電流iRL變化的調整過程中所描述的電感中的電流在達到平衡之前會越來越高，甚至要超出穩定狀態下的電感上最大平均電流好幾倍。這個比例由電容Cl，負載電流iRL的峰值IL0ADMAX，輸入電壓VI，占空比D等參數決定，而所謂穩態下的最大平均電流就是輸出要求的最大負載電流，也就是說，在啟動過程中，降壓型電源電路要承受比正常工作狀態下高幾倍的峰值電流。這樣一來，為了確保降壓型電源電路的穩定可靠，就要求續流二極管D1，有源可控開關Kl以及電感LI具有承受電路所有工作過程中的最大 工作電流能力。同樣，在電路輸出短路狀態時，輸出電壓VO —直為O,這會導致電路輸出電流一直上升，而輸出電壓VO始終得不到平衡，最后甚至會導致降壓型電源電路的失效。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足，而提出一種降壓型電源電路的有源可控開關的控制技術，可以將續流二極管，有源可控開關以及電感等元器件需要承受的最大工作電流能力控制在較低的范圍，從而可以降低成本，提升降壓型電源電路的可靠性。本技術的技術人經過研究發現，通過在降壓型電源電路工作的全過程對電感電流進行監測，并控制迫使電感在釋能周期中使電感的電流下降到一個設定低值才允許再次導通，就是說使系統工作于DCM模式(斷續電流工作模式，該設定低值為零)，或工作于淺CCM模式(該設定低值為一個大于零的值)。 采用DCM/淺CCM模式，可以解決降壓型電源電路在開啟過程以及輸出短路等過程所要求的很高的最大工作電流承受能力。不同于現有的CCM模式，本技術使電感工作在DCM模式或淺CCM，也就是說，后一個周期開關導通前，需要確保電感上儲能已經泄放完畢或泄放到一定程度，也就是說，電感上的電流減小為O或一個設定值。本技術針對上述技術問題而提出的技術方案包括，提出一種降壓型電源電路，包括控制電路、有源可控開關、電感電容低通濾波器以及續流二極管，該控制電路能夠提供第一 PWM信號來控制該有源可控開關的通斷，該降壓型電源電路還包括檢測電阻，其與該電感電容低通濾波器的電感串聯，并位于該電感的靠該有源可控開關一側，用以檢測流過該電感的電流的大小；輔助控制單元，其與該控制電路及檢測電阻相連，用以根據該控制電路提供的第一 PWM信號和該檢測電阻給出的信號而產生第二 PWM信號來控制該有源可控開關的通斷；其中，該輔助控制單元僅在該檢測電阻給出的信號下降到一個設定低值時，才允許該有源可控開關由截止狀態轉換為導通狀態。該控制電路包括用以輸出該第二 PWM信號的觸發器；該輔助控制單元包括比較器和邏輯組合，該比較器用以將該檢測電阻上的電壓降與設定參考電壓相比較而給出一調節信號，該邏輯組合用以對該第一 PWM信號和該調節信號進行邏輯運算得到該第二 PWM信號。當流經該電感的電流上升到一設定高值和/或該有源可控開關維持導通狀態達到一設定時長，該控制電路能夠迫使該有源可控開關由導通狀態轉換為截止狀態。該控制電路、有源可控開關、比較器以及輔助控制單元是封裝在一顆集成電路中的，該檢測電阻外接于該集成電路。該有源可控開關為三極管。該設定高值的范圍為最大輸出電流的I. 5倍-2. 5倍。該設定時長的范圍本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種降壓型電源電路，包括控制電路、有源可控開關、電感電容低通濾波器以及續流二極管，該控制電路能夠提供第一PWM信號來控制該有源可控開關的通斷，其特征在于，該降壓型電源電路還包括：檢測電阻，其與該電感電容低通濾波器的電感串聯，并位于該電感的靠該有源可控開關一側，用以檢測流過該電感的電流的大小；輔助控制單元，其與該控制電路及檢測電阻相連，用以根據該控制電路提供的第一PWM信號和該檢測電阻給出的信號而產生第二PWM信號來控制該有源可控開關的通斷；其中，該輔助控制單元僅在該檢測電阻給出的信號下降到一個設定低值時，才允許該有源可控開關由截止狀態轉換為導通狀態。2.？？依據權利要求1所述的降壓型電源電路，其特征在于，該控制電路包括用以輸出該第二PWM信號的觸發器；該輔助控制單元包括比較器和邏輯組合，該比較器用以將該檢測電阻上的電壓降與設定參考電壓相比較而給出一調節信號，該邏輯組合用以對該第一PWM信號和該調節信號進行邏輯運算得到該第二PWM信號。3.？？依據權利要求2所述的降壓型電源電路，其特征在于，當流經該電感的電流上升到一設定高值和/或該有源可控開關維持導通狀態達到一設定時長，該控制電路能夠迫使該有源可控開關由導通狀態轉換為截止狀態。4.？？依據權利要求2所述的降壓型電源電路，其特征在于，該控制電路、有源可控開關、比較器以及輔助控制單元是封裝在一顆集成電路中的，該檢測電阻外接于該集成電路。5.？？依據權利要求2所述的降壓型電源電路，其特征在于，該有源可控開關為三極管。6.？？依據權利要求3所述的降壓型電源電路，其特征在于，該設定高值的范圍為最大輸出電流的1.5倍？2.5倍。7.？？依據權利要求3所述的降壓型電源電路，其特征在于，該設定時長的范圍為5us？20us。8.？？依據權利要求1所述的降壓型電源電路，其特征在于，該設定低值的范圍為最大輸出電流的0倍？1倍。...

【技術特征摘要】
1.一種降壓型電源電路，包括控制電路、有源可控開關、電感電容低通濾波器以及續流二極管，該控制電路能夠提供第一 PWM信號來控制該有源可控開關的通斷，其特征在于，該降壓型電源電路還包括 檢測電阻，其與該電感電容低通濾波器的電感串聯，并位于該電感的靠該有源可控開關一側，用以檢測流過該電感的電流的大小； 輔助控制單元，其與該控制電路及檢測電阻相連，用以根據該控制電路提供的第一 PWM信號和該檢測電阻給出的信號而產生第二 PWM信號來控制該有源可控開關的通斷； 其中，該輔助控制單元僅在該檢測電阻給出的信號下降到一個設定低值時，才允許該有源可控開關由截止狀態轉換為導通狀態。2.依據權利要求I所述的降壓型電源電路，其特征在于，該控制電路包括用以輸出該第二 PWM信號的觸發器；該輔助控制單元包括比較器和邏輯組合，該比較器用以將該檢測電阻上的電壓降與設定參考電壓相比較而給出一調節信號，該邏...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林新春，鄭凌波，
申請(專利權)人：深圳市力生美半導體器件有限公司，
類型：實用新型
國別省市：