技术领域
[0001] 本实用新型
实施例涉及功率变换技术领域，尤其涉及一种降压变换器的驱动电路。
背景技术
[0002]
开关电源具有效率高、体积小等优点，在日常生产生活中广泛应用。降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)变换器是三种最基本的
开关电源变换器，其他的变换器均可以由这三种变换器衍变而来。常见的变换器的工作模式有三种，连续
电流模式(Continuous Current Mode，CCM)、不连接续电流模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)和临界导通模式(Critical Conduction Mode，CRM)，其中，处于CCM模式的降压变换器在计算机电源、通讯电源、航空航天等领域广泛使用。
[0003] 降压变换器根据通过MOS管的电流来调整脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)驱动电路的占空比实现对MOS管的控制。在设计降压变换器时，必须保证在发光
二极管(Light Emitting Diode，LED)负载上的
电压在最低时，Buck电路也工作在CCM模式。使Buck电路始终工作在CCM模式的关键在于降压变换器中降压电感的选取，当LED负载上的电压不同时，所需的电感量是不同的。例如：LED负载规格为：125V-200V/560mA；输入电压为250V，则根据公式 计算在LED负载电压高限时和底限时，所需要的电感量。当LED负载电压为125V时，需要的降压电感量为558uH，当LED负载电压为200V时，需要的降压电感量为237uH。
[0004] 为了满足全电压范围降压变换器都工作在CCM模式，所选择降压电感量的必须大于558uH，如果选择降压电感量为357uH，则在LED负载为125V/560mA下，降压变换器会工作在DCM模式，此时电路将不再恒流。因此，为了满足全电压范围降压变换器都工作在CCM模式，需要选择电感量足够大的电感，为了避免在200V/560mA下电感磁饱和，则降压电感需选用更大的磁芯，增加了成本。实用新型内容
[0005] 本实用新型提供一种降压变换器的驱动电路，解决了全电压范围降压变换器工作在CCM模式下，降压电感需选用大磁芯，增加成本的问题。
[0006] 第一方面，本实用新型实施例提供了一种降压变换器的驱动电路，包括：电流
采样电路、电流控制环路、
频率控制环路和逻辑控制单元，其中，
[0007] 所述电流采样电路与所述降压变换器连接，用于通过采集降压变换器的第一电流获得第一电压；
[0008] 所述电流控制环路分别与所述电流采样电路及所述逻辑控制单元连接，用于根据第一电压生成PWM调制
信号，并输出至所述逻辑控制单元；
[0009] 所述频率控制环路分别与所述电流采样电路及所述逻辑控制电路连接，用于根据第一电压生成频率
控制信号，并输出至所述逻辑控制单元；
[0010] 所述逻辑控制单元，用于根据所述PWM调制信号和所述频率控制信号生成驱动信号，以驱动所述降压变换器工作。
[0011] 本实用新型实施例提供的降压变换器的驱动电路，通过电流采样电路与降压变换器连接，采集降压变换器的第一电流获得第一电压；电流控制环路分别与电流采样电路及逻辑控制单元连接，用于根据第一电压生成PWM调制信号，并输出至逻辑控制单元；频率控制环路分别与电流采样电路及逻辑控制电路连接，用于根据第一电压生成频率控制信号，并输出至逻辑控制单元；逻辑控制单元根据PWM调制信号和频率控制信号生成驱动信号，以驱动降压变换器工作，本实施例提供的技术方案，在电流控制环路的
基础上，增加了频率控制环路，在输出电流降低时，通过提高开关频率，提高输出电流，解决了
现有技术中降压电感需选用更大的磁芯，增加了成本的问题，实现了在不改变所需电感量的情况下，实现全电压范围恒流控制，降低成本。
附图说明
[0012] 图1是本实用新型实施例中的降压变换器的驱动电路的原理
框图；
[0013] 图2是本实用新型实施例中的降压变换器的电路结构示意图；
[0014] 图3是本实用新型实施例中的降压变换器的驱动电路的电路图。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0016] 图1是本实用新型实施例中的降压变换器的驱动电路的原理框图；本实施例可适用于驱动降压电路的情况，该降压变换器的驱动电路设置在降压变换器的控制电路中。如图1所示，该降压变换器的驱动电路主要包括如下部分：电流采样电路101、电流控制环路102、频率控制环路103和逻辑控制单元104。
[0017] 电流采样电路101与降压变换器105连接，用于通过采集降压变换器105的第一电流获得第一电压；电流控制环路102分别与电流采样电路101及逻辑控制单元104连接，用于根据第一电压生成PWM调制信号，并输出至逻辑控制单元；频率控制环路103分别与电流采样电路101及逻辑控制单元104连接，用于根据第一电压生成频率控制信号，并输出至逻辑控制单元104；逻辑控制单元104，用于根据PWM调制信号和频率控制信号生成驱动信号，以驱动降压变换器105工作。
[0018] 在实施例中，降压变换器105又称为Buck变换器，或者降压斩波器，是一种降
低电压的
直流-直流变换器，即输出端的电压低于输入端电压的直流-直流变换器。图2是本实用新型实施例中的降压变换器的电路结构示意图，如图2所示，降压变换器105包括：供电电源E1，功率管Q1、第一二极管D1、第一电感L1、滤波电容C0和负载R0。供电电源E1用于为负载R0提供电源
能量，功率管Q1为开关管，其驱动信号一般为PWM信号，用于控制功率管Q1的导通和关断。进一步的，功率管Q1优选为NMOS管，若PWM信号为
高电平信号，则NMOS管导通，若PWM信号为低电平信号，则NMOS管关断。需要说明的是，本实施例中不对功率管Q1的类型和信号进行限定，可以根据需要选择任意根据驱动信号导通和关断的功率管。第一二极管D1为
续流二极管，在功率管Q1关断时，为第一电感L1和负载R0提供通路。第一电感L1为储能电感，用于在功率管Q1关断时，通过第一二极管D1为负载R0供电。滤波电容C0用于抑制
输出电压的开关频率及其谐波分量的通过，稳定输出电压。负载R0为连接在电路中消耗
电能的
电子元件。优选的，本实施例中的负载为阻性负载。进一步的，负载R0为
LED灯。
[0019] 在本实施例中，简单介绍降压变换器工作在CCM模式下的工作原理：以功率管Q1为NMOS管进行说明。当PWM信号为高电平信号时，功率管Q1导通，供电电源E1在第一二极管D1的
阴极施加高电压，在第一二极管D1的
阳极施加低电压，第一二极管D1处于反向截止状态，供电电源E1通过第一电感L1给电滤波电容C0充电，同时为负载R0提供能量，其中，流经第一电感L1的电
流线性增加。当PWM信号为低电平信号时，功率管Q1关断，供电电源E1与第一二极管D1断开连接，第一电感L1通过第一二极管D1与滤波电容C0和负载R0构成通电回路。第一电感L1通过第一二极管D1放电，为负载R0提供能量，同时，滤波电容C0放电为负载R0提供能量。其中，流经第一电感L1的电流线性减少，CCM模式是指当功率管Q1断开时，流经第一电感L1电流始终大于零。
[0020] 在本实施例中，电流采样电路101是指可以采集电路中工作电流的电路。电流采用电路101可以是电流
传感器，也可以是采样
电阻。采样电阻是指大功率小阻值的精密电阻，通常
串联在被采样电路中。优选的，本实施例中电流采样电路101选用采样电阻，用于采集通过功率管Q1的第一电流，并且将第一电流转换成与采样电阻对应的第一电压。
[0021] 电流控制环路102与电流采样电路101及逻辑控制单元104连接，用于根据第一电压生成PWM调制信号。
[0022] 频率控制环路103分别与电流采样电路101及逻辑控制单元104连接，用于根据第一电压生成频率控制信号，并输出至逻辑控制单元104。在本实施例中，频率控制环路103主要用于根据第一电压生成频率控制信号，调节功率管Q1的开关频率。进一步的，第一电压反应了负载电压的大小。第一电压越大，负载两端的电压越大，第一电压越小，负载两端的电压越小。当第一电压降低时，频率控制环路103生成频率控制信号，频率控制信号是指可以提高开关频率的信号。当功率管Q1的开关频率提高时，可以提高输出电压。这样，第一电感L1可以选择小的电感，例如：在125V/560mA的负载状态下，降压变换器依然可以工作在CCM模式。其原理可以通过 此公式理解。其中，LMIN为降压变换器全电压范围工作在CCM模式下，第一电感L1的最小感量，Vout为输出电压，即施加在负载两端的电压，D为PWM驱动信号的占空比，fs为功率管Q1的开关频率，ΔI为负载电压高限时和底限时，电流的差值。例如：在125V-180V/560mA的负载范围内，125V/560mA时流过电感的电流比180V/560mA时流过电感的电流小。即上式中ΔI减小，那么将功率管Q1的开关频率fs提高，可以维持所需电感不变，解决了现有技术中降压电感需选用更大的磁芯，增加了成本的问题，实现了在不改变所需电感量的情况下，实现全电压范围恒流控制，降低成本。
[0023] 图3是本实用新型实施例中的降压变换器的驱动电路的电路图，如图3所示，电流控制环路102包括：误差
放大器203和比较器204；误差放大器203的第一输入端通过电流采样端2与电流采样电路101连接，误差放大器203的第二输入端与逻辑控制单元104的第一输出端连接；误差放大器203的输出端与比较器204的第一输入端连接，比较器204的第二输入端接三
角波信号发生器；误差放大器204，用于将将第一电压与第二电压进行比较并放大，得到误差放大信号，其中，第二电压由逻辑控制单元104连接的第一输出端输出；比较器204，用于将误差放大信号与三角波信号发生器产生的三角波信号进行比较，生成PWM调制信号。
[0024] 进一步的，误差放大器203的第一输入端与
波形截取模
块202的连接，波形截取模块202通过电流采样端2与电流采样电路101连接。误差放大器203的第二输入端通过线性补偿电路201与逻辑控制单元104的第一输出端连接，进一步的，误差放大器203的第二输入端通过线性补偿电路201与
逻辑电路209的输出端连接。波形截取模块202用于截取采样电路101采集的第一电压信号的波形，并输出至误差放大器203。线性补偿电路201是对逻辑电路
209的
输出信号进行线性补偿，以排除外界因素的影响，使输出更加接近理论值。
[0025] 进一步的，电流控制环路102还包括频率补偿模块205；频率补偿模块205分别与误差放大器203的第一输入端和误差放大器203的输出端连接，用于根据误差放大信号生成频率补偿信号，反馈至误差放大器203的第一输入端。
[0026] 在本实施例中，由于误差放大器203引入了
负反馈，导致系统的不稳定，可能会存在自激振荡。在误差放大器203的正向输入端和输出端之间引入频率补偿模块，可以克服由于引入负反馈而引起的自激振荡，提高系统的
稳定性。也可以改善放大电路的高频特性。
[0027] 频率补偿的方法可以分为超前补偿和滞后补偿，主要是通过接入阻容元件来改变放大电路的开环增益在高频段的相频特性。在实际使用中，最常用的频率补偿是
锁相环。目前，对于频率的方法有多种，电路结构也有多种，且目前频率补偿技术较为成熟。可以根据电路的实际情况选择合适的补偿电路，本实施例中不在对频率补偿电路和频率补偿方法进行限定。
[0028] 进一步的，电流采样端2分别通过第二电阻R2和第二电容C2接地；通过第三电阻R3与电流采样电路101连接。电流采样电路101为采样电阻Rc；功率管Q1的源极通
过采样电阻Rc接地；电流采样电路101，用于采集通过功率管的第一电流，来获取流经采样电阻的第一电压。
[0029] 在本实施例中，电流采样端2为芯片的采样端口，电流采样电路101采集的电压值中可能会存在高频或者低频信号，影响芯片的正常的工作。第二电容C2和第三电阻R3构成滤波电路，用于滤除电压值中的高频或者低频信号，增强芯片的抗干扰性。优选的，本实施例中的滤波电路为RC滤波电路，用户可以根据电路的实际连接情况，选择合适的滤波电路，例如：LC滤波电路、π型滤波电路等。第二电阻R2为下拉电阻，用于在电流采样端2没有
输入信号时，将电流采样端2的电压固定在低电平，避免外接信号输入，引起芯片的误操作。
[0030] 采样电阻Rc是指大功率小阻值的精密电阻，通过串联在被采样电路中。用于采集通过功率管Q1的第一电流，并且将第一电流转换成与采样电阻对应的第一电压。
[0031] 进一步的，降压变换器的驱动电路还包括
振荡器207：频率控制环路104为频率控
制模块206构成，通过振荡器与逻辑控制单元连接；频率
控制模块206用于若第一电压小于第一电压
阈值时，生成频率控制信号；振荡器207，用于根据频率控制信号生成频率可调的方波信号，并输出至逻辑控制单元104。
[0032] 进一步的，降压变换器的驱动电路还包括复位电路；复位电路包括：第一电阻R1和第一电容C1；振荡器207的复位端1通过第一电容C1连接供电电源，通过第一电阻R1接地。
[0033] 在本实施例中，芯片上电瞬间由于第一电容C1上的电压不能突变会使第一电容C1两边的电位相同，此时复位端1为高电平，之后随着时间推移供电电源负极通过第一电阻R对第一电容C1放电，放完电时复位端1为低电平。正常工作为低电平，高电平复位。第一电容C1用于减少
电源电压波动的干扰和电路本身产生的噪声对电路其它部分的影响。
[0034] 进一步的，降压变换器的驱动电路还包括过流保护电路；过流保护电路分别与电流采样电路和逻辑控制电路连接，用于在第一电压大于第二电压阈值时，生成过流保护信号，使逻辑控制单元控制降压变换器停止工作。
[0035] 进一步的，过流保护电路包括第一比较器209和保护电路210，第一比较器209用于将第一电压与第二电压阈值进行比较，并将比较结果输出至保护电路210。若第一电压大于第二电压阈值，则保护电路210生成过流保护信号，使逻辑控制单元104控制降压变换器停止工作。
[0036] 进一步的，逻辑控制单元104包括逻辑电路208和驱动模块211，逻辑电路208，用于根据PWM调制信号、频率可调的方波信号和过流保护信号通过信号生成规则，得到驱动控制信号，将驱动控制信号输出至驱动模块211和误差放大器205的第二输入端；驱动模块211的输入端与逻辑电路208的输出端连接，驱动模块211的输出端通过驱动端1与降压变换器的功率管Q1的栅极连接；用于根据驱动控制信号生成频率和占空比可调的驱动信号，控制功率管Q1导通和关断。
[0037] 进一步的，降压变换器的驱动电路还包括使能电路，使能电路通过使能端3与逻辑电路208连接；使能电路，用于根据使能信号控制逻辑电路的工作状态。
[0038] 在本实施例中，使能电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3，进一步的，第四电阻R4和第三电容C3构成RC滤波电路，第五电阻R5为下拉电阻。
[0039] 使能信号为高低电平信号，根据高低电平的变化来控
制芯片是否工作。示例性的，使能信号为高电平信号时，芯片正常工作，使能信号为低电平信号时，芯片停止工作。
[0040] 进一步的，降压变换器中，还包括第四电容C4和第八电阻R8，其中，第四电容C4和第八电阻R8串联之后，并联在功率管Q1的漏极和源极之间。第四电容C4和第八电阻R8的作用是在功率管关断的瞬间，由于第一电感L1的电流不能突变，所以会产生反峰电压，第四电容C4和第八电阻R8给第一电感L1产生的反峰电压提供释放回路。
[0041] 进一步的，降压变换器中，还包括第六电阻R6，第六电阻R6并联在功率管Q1的栅极和源极之间，第六电阻R6有两个作用，一是为功率管Q1提供偏置电压；二是起到泻放电阻的作用。
[0042] 进一步的，降压变换器中，还包括第七电阻R7，驱动端1通过第七电阻R7与功率管Q1的栅极连接，第七电阻R7的作用是改变MOS管栅极输入控制信号的前后沿陡度，以及防止寄生电容和电感形成的振荡，减小输出电压尖峰，从而防止MOS管被烧坏。
[0043] 本实用新型实施例提供的降压变换器的驱动电路通过电流采样电路与降压变换器连接，采集降压变换器的第一电流获得第一电压；电流控制环路分别与电流采样电路及逻辑控制单元连接，用于根据第一电压生成PWM调制信号，并输出至逻辑控制单元；频率控制环路分别与电流采样电路及逻辑控制电路连接，用于根据第一电压生成频率控制信号，并输出至逻辑控制单元；逻辑控制单元，用于根据PWM调制信号和频率控制信号生成驱动信号，以驱动降压变换器工作，本实施例提供的技术方案，在电流控制环路的基础上，增加了频率控制环路，在输出电流降低时，通过提高开关频率，提高输出电流，解决了现有技术中降压电感需选用更大的磁芯，增加了成本的问题，实现了在不改变所需电感量的情况下，实现全电压范围恒流控制，降低成本。
[0044] 注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的
权利要求范围决定。
