專利名稱：一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置及電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置及電源電路。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，越來(lái)越多的^i夷式產(chǎn)品采用可充電電源供電，、為了使用戶的使用更 加便捷，可充電電源需要能兼容多種充電方式以適應(yīng)不同輸入電壓下的充電，
如AC - DC適配器充電，通用串行總線(Universal Serial Bus, USB )充電，甚 至電池間的相互充電等。這就要求電源電路對(duì)電源電量的釋放(放電)和充電 有良好的管理功能，以實(shí)現(xiàn)高效率的電量轉(zhuǎn)化以及穩(wěn)定、安全可靠的電壓輸出， 同時(shí)兼顧到便攜式產(chǎn)品體積小的因素，電源電路都盡量使用較少的外圍元器件， 也有利于降低電源的整體成本。
現(xiàn)有的針對(duì)上述應(yīng)用的電源管理集成電路產(chǎn)品都是分別使用獨(dú)立的電量釋 放轉(zhuǎn)換裝置和充電轉(zhuǎn)換裝置，并各自使用獨(dú)立的外圍器件， 一般情況下，為延 長(zhǎng)電源壽命，大多使用高效率的DC - DC作為電量釋放轉(zhuǎn)換模塊來(lái)穩(wěn)壓，充電 轉(zhuǎn)換裝置則針對(duì)充電電流的大小使用DC-DC或低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Drop-Out regulator, LDO )等能量轉(zhuǎn)化模塊，考慮到發(fā)熱問題，需要較大充電電 流的情況下大多也使用DC-DC。這樣電源電路當(dāng)中就需要有集成在同一個(gè)集 成電路中或獨(dú)立封裝的兩套DC - DC控制電路，以及相互獨(dú)立的兩組DC - DC 外圍器件，每組外圍器件至少包括一個(gè)電感， 一個(gè)開關(guān)器件(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 或三極管)，再加上一個(gè)二極管或者開關(guān)器件，以及一個(gè)或多個(gè)電容器，有時(shí)也 會(huì)用到少量的電阻，其中的開關(guān)器件也可能內(nèi)置在其集成電路當(dāng)中。
總之，現(xiàn)有的電源電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，同時(shí)較多的外圍器件也不利 于進(jìn)一 步簡(jiǎn)化電源和便攜式產(chǎn)品的體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置，旨在解決現(xiàn)有的電
源轉(zhuǎn)換裝置只能控制DC-DC電路單向轉(zhuǎn)換，以致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高的問 題。
本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置，所述裝置與DC-DC電路連接，檢測(cè)所述DC-DC電路的電流大小，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制所述 DC - DC電路進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)化；
所述裝置包括
第一電流;險(xiǎn)測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第一功率開關(guān)器件電連接， 檢測(cè)通過所述第一功率開關(guān)器件的電流；
笫二電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第二功率開關(guān)器件電連接， 在所述第 一電流檢測(cè)單元無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，檢測(cè)通過所述第二功率開關(guān)器件的電 流；
脈寬調(diào)制控制邏輯模塊，其輸入端與所述第 一 電流檢測(cè)單元和第二電流檢 測(cè)單元電連接，根據(jù)所述第一電流檢測(cè)單元或第二電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn) 生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)；以及
開關(guān)控制模塊，其輸入端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊輸出端電連接，輸 出端與所述第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件電連接，根據(jù)所述脈寬調(diào)制 控制邏輯模塊產(chǎn)生的升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)控制相應(yīng)的功率開 關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷。
本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種電源電路，包括DC-DC電路，所 述電源電路還包括一電源轉(zhuǎn)換控制裝置，用于檢測(cè)所述DC-DC電路的電流大 小并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制電路進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)化；
所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置包括
第一電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第一功率開關(guān)器件電連接，
檢測(cè)通過所述第 一功率開關(guān)器件的電流；
第二電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第二功率開關(guān)器件電連接，
在所述第一電流檢測(cè)單元無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，檢測(cè)通過所述第二功率開關(guān)器件的電
流；
脈寬調(diào)制控制邏輯模塊，其輸入端與所述第 一電流檢測(cè)單元和第二電流檢 測(cè)單元電連接，根據(jù)所述第一電流檢測(cè)單元或第二電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn) 生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)；以及
開關(guān)控制模塊，其輸入端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊輸出端電連接，輸 出端與所述第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件電連接，根據(jù)所述脈寬調(diào)制 控制邏輯;漠塊產(chǎn)生的升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)控制相應(yīng)的功率開 關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于本發(fā)明實(shí)施例提供的雙向DC-DC 在兩個(gè)功率開關(guān)器件上分別作了電流的檢測(cè)，并在電路內(nèi)部對(duì)這兩個(gè)電流 檢測(cè)信號(hào)針對(duì)不同工作狀態(tài)作出不同的運(yùn)算處理，分別產(chǎn)生獨(dú)立的PWM信號(hào)， 根據(jù)升壓或降壓的工作狀態(tài)選擇其中的一路作為有效信號(hào)，從而在不同工作狀 態(tài)下實(shí)現(xiàn)各自所需的PWM開關(guān)控制，這樣就可以僅用一組外圍元件在兩個(gè)能 量轉(zhuǎn)化方向上分別實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的功能。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的功率開關(guān)管外置的DC - DC電源轉(zhuǎn)換控制 裝置的原理框圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的功率開關(guān)管內(nèi)置的DC - DC電源轉(zhuǎn)換控制 裝置的原理框圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的外置功率開關(guān)管型雙向DC - DC的電源電 路圖4是本發(fā)明二實(shí)施例提供的內(nèi)置功率開關(guān)管型雙向DC - DC的電源電路
圖5是本發(fā)明第一、第二實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)升壓/降壓功能的原理圖； 圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的串聯(lián)檢流電阻的降壓狀態(tài)下電感上升電流 檢測(cè)電路圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的通過檢測(cè)Pmos內(nèi)阻上壓降的降壓狀態(tài)下 電感上升電流4企測(cè)電路圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的串聯(lián);險(xiǎn)流電阻的升壓狀態(tài)下電感上升電流 檢測(cè)電路圖9是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的通過檢測(cè)Nmos內(nèi)阻上壓降的升壓狀態(tài) 下電感上升電流檢測(cè)電路圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí) 施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例提供的電源電路僅用 一組外圍元器件實(shí)現(xiàn)雙向電能的轉(zhuǎn)化， 即升壓或降壓轉(zhuǎn)化，電源轉(zhuǎn)換控制裝置對(duì)功率開關(guān)管進(jìn)行電流檢測(cè)，并且在不 同的工作狀態(tài)下針對(duì)^r測(cè)結(jié)果作出不同的運(yùn)算處理，分別用于升壓和降壓的脈 沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)控制，進(jìn)而在外接電壓偏高或偏 低時(shí)也可實(shí)現(xiàn)可充電電源的充放電管理。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的功率開關(guān)管外置的DC - DC電源轉(zhuǎn)換控制 裝置的原理框圖，為了便于描述，其中僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的電路模 塊與連接端口。如圖l所示，RUN為該電源轉(zhuǎn)換控制裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過使能邏輯模塊處理后進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制控制邏輯模塊和開關(guān)控 制模塊；SEL為電能轉(zhuǎn)化方向選擇端口，在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)SEL端口輸入 高電平時(shí)，電能由低向高做升壓轉(zhuǎn)化，當(dāng)SEL端口輸入低電平時(shí)，電能由高向
低做降壓轉(zhuǎn)化，脈寬調(diào)制控制邏輯模塊根據(jù)SEL端口輸入信號(hào)的不同向開關(guān)控 制模塊輸出不同的PWM控制信號(hào)；GND為該電源轉(zhuǎn)換控制裝置的零電位端。 Vl+為較高電壓VI的正輸入/輸出端口； FBI為較高輸入/輸出電壓VI的 電壓反饋輸入端，VI經(jīng)過電阻分壓后反饋至此端，因此可通過改變分壓電阻的 比例來(lái)設(shè)定VI穩(wěn)定后的電壓值；I一Sensel為沖企測(cè)電流輸入端口，根據(jù)不同應(yīng) 用情況連接外圍器件中的電流采樣電阻或P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管 (Metal-Oxide-Semiconductor, MOS)的漏極；P_Drv為外圍器件中P型MOS 管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端；N一Drv為外圍器件中N型MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端； V2+為較低電壓V2的正輸入/輸出端口 ； FB2為較高輸入/輸出電壓V2的電壓 反饋輸入端，V2經(jīng)過電阻分壓后反饋至此端，因此可通過改變分壓電阻的比例 來(lái)設(shè)定V2穩(wěn)定后的電壓值；I_Sense2為沖企測(cè)電流輸入端口，與電流采樣電阻 或NMOS管漏極連接，用于檢測(cè)N型MOS管的電流大小；PGND為功率開關(guān) 管的地電位端，一4殳來(lái)說(shuō)與GND端直接連通，或者中間串連一個(gè)N型MOS 管等功率開關(guān)器件用作限流保護(hù)，本發(fā)明實(shí)施例中，N型MOS管通過電流采
樣電阻連接至此端口。
圖1所示的電源轉(zhuǎn)換控制裝置中，誤差放大器l、電流設(shè)定模塊l、電流放 大器l、電流比較器1組成了第一電流檢測(cè)單元，誤差放大器2、電流設(shè)定模塊 2、電流放大器2、電流比較器2組成了第二電流檢測(cè)單元，脈寬調(diào)制控制邏輯 單元根據(jù)兩個(gè)電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果，輸出相應(yīng)的脈寬調(diào)制信號(hào)，觸發(fā)開關(guān) 控制模塊控制相應(yīng)MOS管的導(dǎo)通或關(guān)斷。
圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的功率開關(guān)管內(nèi)置的DC - DC電源轉(zhuǎn)換控制 裝置的原理框圖，其中SW為外圍器件中電感的連接端口，其余端口與外圍器 件的連接關(guān)系以及內(nèi)部單元模塊組成結(jié)構(gòu)均與第一實(shí)施例中的相同，不再贅述。
以下分別就第 一、第二實(shí)施例4是供的電源轉(zhuǎn)換控制裝置與外圍器件連接后 組成的電源電^各對(duì)實(shí)現(xiàn)升壓/降壓的過程加以詳細(xì)描述。
圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的外置功率開關(guān)管型雙向DC-DC的電源電 路，本發(fā)明實(shí)施例中，功率開關(guān)管為MOS管。如圖3所示，電源轉(zhuǎn)換控制裝 置10的Vl+端與PGND端連接有電容器Cl，.同時(shí)Vl+端與PGND端還連接有 由電阻Rl、 R2串聯(lián)組成的分壓電路和由PMOS管、NMOS管、采樣電阻 R_I—Sense2串聯(lián)組成的電流采樣電流；P_Drv與PMOS管的柵極連接，輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)控制PMOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷；I—Sensel端口與PMOS管的源極連接，檢 測(cè)通過PMOS管的電流的大小，PMOS管的源極則連接至Vl+端；電壓VI的 反饋輸入端FB1與電阻Rl 、 R2串聯(lián)處連接；N—Drv與NMOS管的柵極連接， 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制NMOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷；I_Sense2端口連接至NMOS管的 漏極與采樣電阻R_I—Sense2的串聯(lián)處，R—I—Sense2的另一端則與PGND相連 接；PMOS管漏極與NMOS管源極串聯(lián)處還連接有儲(chǔ)能元件，本發(fā)明實(shí)施例中 儲(chǔ)能元件為電感L，電感L的另一端依次通過電阻R3、 R4后連接至GND端； V2+與GND端之間連接有分壓電阻R3、 R4,電阻R3、 R4串聯(lián)處連接至電壓 V2的反々貴輸入端FB2,電阻R3 、 R4的另 一端分別與V2+和GND端口相連。
當(dāng)供電電源(電池)電壓低于充電輸入電壓，設(shè)備用電電壓高于電源電壓 時(shí)，結(jié)合圖1及圖3，將較低電壓正輸入/輸出端口 V2+連接供電電源正極，即 在圖3中所示的電容器C2兩端并聯(lián)供電電源，將較高電壓正輸入/輸出端口 V1+ 與用電設(shè)備正輸入端和正充電端口，供電電源負(fù)極和用電設(shè)備負(fù)極輸入端，以 及充電端口負(fù)極可以統(tǒng)一連接到電源轉(zhuǎn)換控制裝置10的PGND端或GND端， 也可以將電池負(fù)極連接到GND端，用電設(shè)備負(fù)極輸入端和充電端口負(fù)極連接 到PGND端，并在GND端和PGND端之間串聯(lián)一個(gè)功率開關(guān)器件作為過流或 短路等異常情況下的保護(hù)。在正常工作模式下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器IC—Enable為 電源轉(zhuǎn)換控制裝置10的RUN端口提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過使能邏輯模 塊處理后進(jìn)一步觸發(fā)脈寬調(diào)制控制邏輯模塊和開關(guān)控制模塊開始工作，同時(shí)振 蕩器為脈寬調(diào)制控制邏輯模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，SEL端口輸入高電平信號(hào)，脈寬 調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)，開關(guān)控制模塊通過其N—Drv端口控制 NMOS管導(dǎo)通，PMOS管關(guān)斷，此時(shí)，供電電源、電感L、 NMOS管、采樣電
阻RJLSense2、分壓電阻R3、 R4、 GND端口組成回路，每次時(shí)鐘周期開始時(shí) 供電電源對(duì)電感L充電，電感電流不斷上升，I—Sense2端口檢測(cè)通過NMOS管 的電流，與PGND地電位信號(hào)分別輸入至電流放大器2的兩個(gè)輸入端，本發(fā)明 實(shí)施例中，為防止在電流峰值時(shí)出現(xiàn)振蕩問題，電流放大器2的輸出端電流與 斜坡補(bǔ)償模塊提供的電流疊加后共同作為電流比較器2的第一輸入電流，如圖 1所示，電流比較器2的第二輸入電流由電流設(shè)定模塊2的輸出電流提供，電 流設(shè)定模塊2的輸入電流則分別為端口 Vl+提供的電壓Vl、端口 V2+提供的電 壓V2以及電壓V2的反饋端口 FB2的反饋電壓與基準(zhǔn)電壓Vref2經(jīng)過誤差放大 器2處理后的輸出電流，其中同時(shí)對(duì)電壓V1、 V2加以限制是為保證VI、 V2 的落差在一定的范圍內(nèi)。另夕卜，該斜坡補(bǔ)充模塊的時(shí)鐘信號(hào)同樣由振蕩器提供。 當(dāng)電感電流增大至某一設(shè)定值時(shí)，第二電流檢測(cè)單元中的電流比較器2根 據(jù)其輸入端電流的變化直接觸發(fā)脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生降壓脈寬調(diào)制信號(hào)，進(jìn) 而由開關(guān)控制模塊控制NMOS管關(guān)斷，PMOS管導(dǎo)通，此時(shí)，供電電源與電感 L儲(chǔ)存的電能疊加，通過PMOS管放電，向用電設(shè)備輸出所需電壓，當(dāng)電感電 流變化至某一設(shè)定值時(shí)，'第一電流檢測(cè)單元中的電流比較器1根據(jù)其輸入端電 流的變化觸發(fā)脈寬調(diào)制邏輯模塊再次產(chǎn)生升壓壓脈寬調(diào)制信號(hào)，進(jìn)而由開關(guān)控 制才莫塊控制NMOS管導(dǎo)通，PMOS管關(guān)斷，電感L再次-陂充電，隨著時(shí)鐘重復(fù)， 電感L不斷充電放電，反復(fù)循環(huán)，則"誤差放大器—電流比較器—開關(guān)管—輸 出電壓—誤差放大器"的閉環(huán)反饋系統(tǒng)使輸出電壓趨于穩(wěn)定，升壓狀態(tài)下電路 運(yùn)行穩(wěn)定后，各電壓值存在有以下關(guān)系
FB1= 112 VI， FBl=Vrefl， V1=R1 + R2 Vrefl, Rl + R2 R2
因此可以通過設(shè)置Rl、 R2的比例使升壓輸出穩(wěn)定值為用電設(shè)備所需的電壓。
當(dāng)供電電源(電池)電壓高于充電輸入電壓，并且高于電源電壓時(shí)，將較
高電壓正輸入/輸出端口 Vl+連接供電電源正極，即在圖3中所示的電容器C1
兩端并聯(lián)供電電源，將較低電壓正輸入/輸出端口 V2+與用電設(shè)備正輸入端和正
充電端口，供電電源負(fù)才及和用電設(shè)備負(fù)才及豐t入端，以及充電端口負(fù)極可以統(tǒng)一
連接到電源轉(zhuǎn)換控制裝置IO的PGND端或GND端，同樣的，也可以將電池負(fù) 極連接到GND端，用電設(shè)備負(fù)極輸入端和充電端口負(fù)極連接到PGND端，并 在GND端和PGND端之間串聯(lián)一個(gè)功率開關(guān)器件作為過流或短路等異常情況 下的保護(hù)。在正常工作模式下，脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生降壓脈寬調(diào)制信號(hào)，開 關(guān)控制模塊控制PMOS管導(dǎo)通，NMOS管關(guān)斷，此時(shí)，供電電源通過PMOS 管對(duì)電感L進(jìn)行充電。端口 Vl+提供的信號(hào)與I_Sensel端口的檢測(cè)電流輸入至 電流放大器1,本發(fā)明實(shí)施例中，在I_Sensel端口與電流放大器1的輸入端之 間通過PMOS管連接，此PMOS管與外圍器件中的PMOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷同 步。電流放大器1的輸出端電流與斜坡補(bǔ)償模塊提供的電流疊加后共同作為電 流比較器1的第一輸入電流，電流比較器1的第二輸入電流由電流設(shè)定模塊1 的輸出電流提供，電流設(shè)定模塊1的輸入電流則為電壓VI的反饋端口 FBI與 基準(zhǔn)電壓Vrefl經(jīng)過誤差放大器1處理后的輸出電流。
當(dāng)通過PMOS管的電流增大至某一設(shè)定值時(shí)，電流比較器l根據(jù)輸入端電 流的變化直接觸發(fā)脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)，進(jìn)而由開關(guān)控制 模塊控制PMOS管關(guān)斷，NMOS管導(dǎo)通，此時(shí)相當(dāng)于將供電電源斷開，只由電 感L儲(chǔ)存的電能向用電設(shè)備供電，同樣地，電感L不斷充電放電，降壓狀態(tài)下 電路運(yùn)行穩(wěn)定后，各電壓值存在有以下關(guān)系
FB2= R4 V2 ， FB2=Vref2， V2= R3 + R4 Vref2 , R3 + R4 R4
因此可以通過設(shè)置R3、 R4的比例使降壓輸出穩(wěn)定值為用電設(shè)備所需的電壓。
如上所述的連接應(yīng)用，雙向升壓/降壓DC - DC可以保證在供電電源不相匹
配的情況下，通過PWM信號(hào)調(diào)節(jié)，向用電設(shè)備輸出合適的電壓，也可以在可
充電電源充電過程中實(shí)現(xiàn)升壓/降壓轉(zhuǎn)換，這樣就可以解決由于充電電壓過低而
出現(xiàn)的可充電電源不能充滿的問題或者因?yàn)槌潆婋婋妷哼^高而損傷可充電電源
甚至出現(xiàn)安全性問題。
圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的內(nèi)置功率開關(guān)管型雙向DC - DC的電源電
路，同樣地，功率開關(guān)管為MOS管。其中，電源轉(zhuǎn)換控制裝置20的SW端與 電感L連接，其余各端口與外圍器件地連接關(guān)系同圖3中地相應(yīng)端口地的連接 方式相同，不再贅述。結(jié)合圖2及圖4，內(nèi)置MOS管的方案則采用并聯(lián)MOS 管并檢測(cè)較小寬長(zhǎng)比MOS管通道上的電流，圖4中兩個(gè)PMOS管的漏極連接 電感端口SW，長(zhǎng)寬比較小的PMOS管的源極通過電阻后連接值端口 Vl+,而 較大寬長(zhǎng)比的PMOS管的源極直接連接至端口 Vl+，兩個(gè)PMOS管的柵極均連 接至開關(guān)控制模塊，由開關(guān)控制模塊控制他們的導(dǎo)通與關(guān)斷，其中，端口V1十 與長(zhǎng)寬比較小的PMOS管源極分別連接至電流放大器1的兩個(gè)輸入端。同樣地， NMOS管上的電流纟企測(cè)也釆用這種方式，兩個(gè)NMOS管的源極均連接至端口 SW，較小寬長(zhǎng)比的NMOS管漏極通過電阻后連接至PGND端，較大寬長(zhǎng)比的 NMOS管的漏極則直接與PGND端連接，'兩個(gè)NMOS管的柵極均連接至開關(guān) 控制模塊，由開關(guān)控制模塊控制他們的導(dǎo)通與關(guān)斷，其中，較小寬長(zhǎng)比的NMOS 管的漏極與PGND端還分別連接至電流放大器2的兩個(gè)輸入端。整個(gè)電路通過 Direction—select選擇是工作在升壓狀態(tài)還是降壓狀態(tài)。
當(dāng)電流工作在升壓狀態(tài)時(shí)，脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)，開 關(guān)控制模塊控制兩個(gè)NMOS管導(dǎo)通，PMOS管均關(guān)斷，電感L開始儲(chǔ)能，當(dāng)電 感L的電流上升至某一設(shè)定值時(shí)，脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生降壓脈寬調(diào)制信號(hào)， 開關(guān)控制模塊控制兩個(gè)PMOS管導(dǎo)通，NMOS管均關(guān)斷，供電電源與電感L儲(chǔ) 存的電能疊加，通過較大寬長(zhǎng)比的PMOS管放電，向用電設(shè)備輸i所需電壓， 電路運(yùn)行穩(wěn)定后個(gè)電壓值之間的關(guān)系與第一實(shí)施例中描述的相同，不再贅述。 當(dāng)電流工作在降壓狀態(tài)時(shí)，脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生降壓脈寬調(diào)制信號(hào)，開關(guān)控 制模塊控制兩個(gè)PMOS管導(dǎo)通，NMOS管均關(guān)斷，電感L開始儲(chǔ)能，當(dāng)電感L 的電流上升至某一設(shè)定值時(shí)，脈寬調(diào)制邏輯模塊產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)，開關(guān) 控制模塊控制兩個(gè)NMOS管導(dǎo)通，PMOS管均關(guān)斷，電感L利用存儲(chǔ)的電能通 過NMOS管放電，向用電設(shè)備輸出所需電壓，電路運(yùn)行穩(wěn)定后個(gè)電壓值之間的 關(guān)系與第一實(shí)施例中描述的相同，不再贅述。
圖5示出了本發(fā)明第一、第二實(shí)施例實(shí)現(xiàn)升壓/降壓功能原理圖，通過對(duì)兩
路PWM信號(hào)的邏輯組合，即升壓脈寬調(diào)制信號(hào)與降壓脈寬調(diào)制信號(hào)，根據(jù)升 壓或降壓的工作狀態(tài)選擇其中的一路作為有效信號(hào)，在兩種工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)各
自所需的PWM開關(guān)控制，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的PMOS管或NMOS管，這樣就可以僅用 一組外圍元件在兩個(gè)能量轉(zhuǎn)化方向上分別實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的功能。
圖6至圖9示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的功率開關(guān)管外置的DC - DC電 流檢測(cè)的多種實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)占空比和開關(guān)頻率的不同，可以選取使用串聯(lián)電 阻;險(xiǎn)測(cè)電阻上壓降或;l企測(cè)MOS管內(nèi)阻上壓降的方式來(lái)產(chǎn)生這一體現(xiàn)相應(yīng)電流 大小的電壓信號(hào)。其中，圖6為串聯(lián)檢流電阻的降壓狀態(tài)下電感上升電流檢測(cè) 電路，檢測(cè)電流輸入端口 I_Sensel和PMOS管的源極與電阻R串聯(lián)處相連接， 電阻R的另一端與端口 Vl+連接；圖7為通過檢測(cè)Pmos內(nèi)阻上壓降的降壓狀 態(tài)下電感上升電流;險(xiǎn)測(cè)電路，PMOS管的漏極直接與4企測(cè)電流輸入端口 I一Sensel連接，源極則直接連接至端口 Vl+;圖8為串聯(lián)^r流電阻的升壓狀態(tài) 下電感上升電流檢測(cè)電路，檢測(cè)電流輸入端口 I一Sense2和NMOS管的漏極與電 阻R串聯(lián)處相連接，電阻R的另一端接地；圖9為通過^r測(cè)Nmos內(nèi)阻上壓 降的升壓狀態(tài)下電感上升電流檢測(cè)電路，NMOS管的源極直接與檢測(cè)電流輸 入端口 I一Sensel連接，漏極則直接接地。
對(duì)于外置功率開關(guān)管的雙向DC-DC,在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中可以根據(jù)實(shí)際的 應(yīng)用需求從圖6、圖7中挑選一種方式作為降壓狀態(tài)下的電流3企測(cè)，并從圖8 和圖9當(dāng)中挑選一種方式作為升壓狀態(tài)下的電流^r測(cè)方式，例如圖3中的檢測(cè) 方式即為圖7和圖8的組合。 一般來(lái)說(shuō)每周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間較短(低于lus)的 情況推薦選用串聯(lián)檢流電阻的方式，每周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)的情況下才允許使 用檢測(cè)MOS管內(nèi)阻上壓降的方式，否則可能會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的雙向DC - DC在一組PMOS和NMOS兩 個(gè)開關(guān)上分別作了電流的檢測(cè)，并在電路內(nèi)部對(duì)這兩個(gè)電流檢測(cè)信號(hào)針對(duì)不同 工作狀態(tài)作出不同的運(yùn)算處理，分別產(chǎn)生獨(dú)立的PWM信號(hào)，通過對(duì)兩路PWM 信號(hào)的邏輯組合，根據(jù)升壓或降壓的工作狀態(tài)選擇其中的一路作為有效信號(hào)，
在兩種工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)各自所需的PWM開關(guān)控制，這樣就可以僅用一組外圍 元件在兩個(gè)能量轉(zhuǎn)化方向上分別實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的功能，從而允許電源有更小 的外圍布局，同時(shí)也有利于降低成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于，所述裝置與一DC-DC電路連接，檢測(cè)所述DC-DC電路的電流大小，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制所述DC-DC電路進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)化；所述裝置包括:第一電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第一功率開關(guān)器件電連接，檢測(cè)通過所述第一功率開關(guān)器件的電流；第二電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第二功率開關(guān)器件電連接，在所述第一電流檢測(cè)單元無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，檢測(cè)通過所述第二功率開關(guān)器件的電流；脈寬調(diào)制控制邏輯模塊，其輸入端與所述第一電流檢測(cè)單元和第二電流檢測(cè)單元電連接，根據(jù)所述第一電流檢測(cè)單元或第二電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)；以及開關(guān)控制模塊，其輸入端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊輸出端電連接，輸出端與所述第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件電連接，根據(jù)所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊產(chǎn)生的升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)控制相應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷。
2、 如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于，所述第一電流檢 測(cè)單元進(jìn)一步包括第一電流放大器，其第一輸入端與外部供電電源正極或用電設(shè)備正輸入端、 充電端口正極電連接，第二輸入端與所述第一功率開關(guān)器件電連接；第一誤差放大器，其第一輸入端通過所述DC-DC電路的分壓電阻與第一 電壓正輸入/輸出端電連接，所述第一電壓為外部供電電源電壓或用電設(shè)備輸入 電壓、充電器輸入電壓，第二輸入端接所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；第一電流設(shè)定模塊，其輸入端與所述第一誤差放大器的輸出端電連接；以及 第 一 電流比較器，其第 一輸入端與所述第 一 電流設(shè)定模塊的輸出端電連接， 其第二輸入端連接所述第一電流放大器的輸出電流經(jīng)過補(bǔ)償后的電流輸出端， 其輸出端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊的輸入端電連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于，所述所述第一功 率開關(guān)器件為PMOS管，其柵極與所述開關(guān)控制模塊電連接，漏極與所述第一 電流放大器的第二輸入端電連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于，所述第二電流檢 測(cè)單元進(jìn)一步包括第二電流放大器，其第一輸入端與所述第二功率開關(guān)器件電連接，第二輸 入端接地；第二誤差放大器，其第一輸入端通過所述DC-DC電路的分壓電阻與第二 電壓正輸入/輸出端電連接，所述第二電壓為用電設(shè)備輸入電壓、充電器輸入電 壓或外部供電電源電壓，第二輸入端接所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；第二電流設(shè)定模塊，其輸入端與所述第二誤差放大器的輸出端、第一電壓 正輸入/輸出端以及第二電壓正輸入/輸出端電連接；以及第二電流比較器，其第一輸入端與所述第二電流設(shè)定模塊的輸出端電連接， 其第二輸入端連接所述第二電流放大器的輸出電流經(jīng)過補(bǔ)償后的電流輸出端，其輸出端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊的輸入端電連接。
5、 如權(quán)利要求4所述的電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于，所述所述第二功 率開關(guān)器件為NMOS管，其柵極與所述開關(guān)控制模塊電連接，漏極與所述第二 電流放大器的第二輸入端電連接。
6、 如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的電源轉(zhuǎn)換控制裝置，其特征在于， 所述第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件內(nèi)置于所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置中。
7、 一種電源電路，包括DC-DC電路，其特征在于，所述電源電路還包 括一電源轉(zhuǎn)換控制裝置，用于檢測(cè)所述DC-DC電路的電流大小并根據(jù)檢測(cè)結(jié) 果控制電路進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)化； 所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置包括第一電流4企測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第一功率開關(guān)器件電連接， 檢測(cè)通過所述第 一功率開關(guān)器件的電流；第二電流檢測(cè)單元，其與所述DC-DC電路的第二功率開關(guān)器件電連接， 在所述第一電流檢測(cè)單元無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，.檢測(cè)通過所述第二功率開關(guān)器件的電 流；脈寬調(diào)制控制邏輯模塊，其輸入端與所述第 一電流檢測(cè)單元和第二電流檢 測(cè)單元電連接，根據(jù)所述第 一電流檢測(cè)單元或第二電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)；以及開關(guān)控制模塊，其輸入端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊輸出端電連接，輸 出端與所述第一功率開關(guān)器件和第二功率升關(guān)器件電連接，根據(jù)所述脈寬調(diào)制 控制邏輯模塊產(chǎn)生的升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)控制相應(yīng)的功率開 關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷。
8、 如權(quán)利要求7所述的電源電路，其特征在于，所述第一電流檢測(cè)單元進(jìn) 一步包括第一電流放大器，其第一輸入端與外部供電電源正極或用電設(shè)備正輸入端、 充電端口正極電連接，第二輸入端與所述第一功率開關(guān)器件電連接；第一誤差放大器，其第一輸入端通過所述DC-DC電路的分壓電阻與第一 電壓正輸入/輸出端電連接，所述第一電壓為外部供電電源電壓或用電設(shè)備輸入 電壓、充電器輸入電壓，第二輸入端接所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；第一電流設(shè)定才莫塊，其輸入端與所述第一誤差放大器的輸出端電連接；以及第 一電流比較器，其第 一輸入端與所述第 一電流設(shè)定模塊的輸出端電連接， 其第二輸入端連接所述第一電流放大器的輸出電流經(jīng)過補(bǔ)償后的電流輸出端， 其輸出端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊的輸入端電連接。
9、 如權(quán)利要求8所述的電源電路，其特征在于，所述所述第一功率開關(guān)器 件為PMOS管，其柵極與所述開關(guān)控制模塊電連接，漏極與所述第一電流放大器的第二輸入端電連接。
10、 如權(quán)利要求7所述的電源電路，其特征在于，所述第二電流檢測(cè)單元 進(jìn)一步包括第二電流放大器，其第一輸入端與所述第二功率開關(guān)器件電連接，第二輸 入端纟妄地；第二誤差放大器，其第一輸入端通過所述DC-DC電路的分壓電阻與第二 電壓正輸入/輸出端電連接，所述第二電壓為用電設(shè)備輸入電壓、充電器輸入電 壓或外部供電電源電壓，第二輸入端接所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；第二電流設(shè)定模塊，其輸入端與所述第二誤差放大器的輸出端、第一電壓 正輸入/輸出端以及第二電壓正輸入/輸出端電連接；以及第二電流比較器，其第 一輸入端與所述第二電流設(shè)定模塊的輸出端電連接， 其第二輸入端連接所述第二電流放大器的輸出電流經(jīng)過補(bǔ)償后的電流輸出端， 其輸出端與所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊的輸入端電連接。
11、 如權(quán)利要求IO所述的電源電路，其特征在于，所述所述第二功率開關(guān) 器件為NMOS管，其柵極與所述開關(guān)控制模塊電連接，漏極與所述第二電流放 大器的第二輸入端電連接。
12、 如權(quán)利要求7至ll任一權(quán)利要求所述的電源電路，其特征在于，所述 第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件內(nèi)置于所述電源轉(zhuǎn)換控制裝置中。
全文摘要
本發(fā)明適用于集成電路領(lǐng)域，提供了一種電源轉(zhuǎn)換控制裝置及電源電路，所述裝置與DC-DC電路連接，檢測(cè)所述DC-DC電路的電流大小，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制所述DC-DC電路進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)化；所述裝置包括第一電流檢測(cè)單元，第二電流檢測(cè)單元，脈寬調(diào)制控制邏輯模塊以及開關(guān)控制模塊。本發(fā)明中，開關(guān)控制模塊根據(jù)所述脈寬調(diào)制控制邏輯模塊產(chǎn)生的升壓脈寬調(diào)制信號(hào)或降壓脈寬調(diào)制信號(hào)控制相應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，進(jìn)而可以控制DC-DC電路進(jìn)行升壓或降壓雙向轉(zhuǎn)化。
文檔編號(hào)H02M3/10GK101378228SQ20071007672
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者擘 屈, 趙一飛 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司