Buck电路快速下电的方法、Buck电路和Buck/Boost电路

摘要

本申请公开了一种Buck电路快速下电的方法，应用于Buck电路中，包括：检测输入电压，当输入电压低于阈值电压时，控制第一开关管截止，提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制第二开关管对输出电压进行放电，并保证输入电压低于阈值电压。上述技术方案通过在输入电压大于阈值电压时，依据采用控制信号依据第一预设周期控制第二开关管放电，并且通过控制第一预设周期内的每个周期内的放电时间，可保证输入电源的输出电压始终低于阈值电压，从而使得VOUT节点的输出电压单调下降，并且当第二开关管导通时，放电电流通过第二开关管流入至地，因此本申请提供的技术方案的放电时间相比于现有技术中放电方式的放电时间更短。

说明书

技术领域

本申请涉及变压器控制技术领域，更具体地说，涉及一种Buck电路快速下电的方法、Buck电路和Buck/Boost电路。

背景技术

在降压变压器系统应用中，降压变压器的输出常作为其他芯片的输入电源来使用，同时许多应用系统在希望降压变压器具有较高的工作效率的同时，还能够实现快速下电，现有技术中的降压变压器，在重载时，负荷电流ILOAD较大，输入电源电压VIN下电时，输出主要通过ILOAD快速放电；在空载或者轻载工作状态下，输入电源电压VIN下电时，会有限流电路用于保护DMOS器件，一旦检测到电感电流下降到限流点即关断下管，通过放电电阻以及ILOAD缓慢放电，但是这种放电十分缓慢。

有鉴于此，如何实现降压变压器的快速下电成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种降压变压器，用于解决现有技术中降压变压器放电速度慢的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种Buck电路快速下电的方法，应用于Buck电路中，所述Buck电路包括：漏极用于获取输入电压的第一开关管、漏极与所述第一开关管源极相连的源极接地的第二开关管，一端与所述第一开关管和第二开关管公共端相连、另一端与负载相连的电感，该方法包括：

检测输入电压Vin，当所述输入电压Vin低于阈值电压时：

控制所述第一开关管截止；

提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，并保证所述输入电压Vin低于阈值电压。

优选的，上述Buck电路快速下电的方法中，所述，提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，包括：

实时判断所述输入电压Vin与所述阈值电压的差值范围；

由预设周期集合中调取具有与所述差值范围相匹配的预设周期的控制信号，依据控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电。

一种Buck电路，包括：

与所述输入电源耦合的输入电压检测电路，检测输入电压并将其与阈值电压比较，输出比较信号；

第一端与所述输入电源耦合的第一开关管；

第一端与所述第一开关管耦合，第二端与放电端耦合的第二开关管；

第一端与所述第一开关管第二端相连的电感，所述电感的第二端作为输出节点，为负载提供输出电压；

接收所述比较信号并控制所述第一、第二开关管导通与截止的控制电路；其中，所述控制电路，在所述输入电压小于阈值电压时，控制所述第一开关管截止；并依据具有第一预设周期的控制信号，控制所述第二开关管对输出电压进行放电，并保证所述输入电压Vin低于阈值电压。

优选的，上述Buck电路，还可以包括：

与输入电源耦合的输入电容。

优选的，上述Buck电路，还可以包括：

阳极与所述第一开关管和第二开关管的公共端相连、阴极与所述输入电源相连的寄生二极管。

优选的，上述Buck电路，还可以包括：

与所述控制电路相连的PWM信号发生器；

所述控制电路的工作过程还包括：在所述输入电压大于阈值电压时依据PWM信号发生器的输出信号控制所述第一和第二开关管的通断。

优选的，上述Buck电路，所述控制电路可以包括：

选择器和第一至第N控制器，所述N为不小于2的正整数；

所述选择器用于，判断所述VIN与阈值电压的差值范围，选取与所述差值范围相匹配的控制器对所述第二开关管进行控制；

所述第一至第N控制器，用于当所述电压调节器的输出电压小于预设电压时，依据与自身相匹配的预设周期控制所述第二开关管的通断。

优选的，上述Buck电路，还可以包括一过流检测电路，

所述过流检测电路，用于检测所述第二开关管流入地的电流值大小，当所述第二开关管流入地的电流值大于预设值时，控制所述第二开关管断开。

一种Buck/Boost电路，包括：

第一开关管，所述第一开关管具有寄生二极管，且所述第一开关管的第一端作为第一输入/输出节点；

第一端与所述第一开关管耦合的第二开关管；

第一端与所述第一开关管第二端相连的电感，所述电感的第二端作为第二输入/输出节点；

与所述第一输入/输出节点耦合的输入/输出电压检测电路，检测输入/输出电压并与阈值电压比较，输出比较信号；

接收所述比较信号并控制所述第一、第二开关管导通与截止的控制电路；

其中，所述控制电路，在所述输入/输出电压小于阈值电压时，控制所述第一开关管截止；并依据具有第一预设周期的控制信号控制所述第二开关管的导通与截止，所述第一预设周期的大小决定了第二输入/输出节点通过所述寄生二极管流向第一输入/输出节点的能量。

优选的，上述Buck/Boost电路中，所述第二控制电路，包括：

选择器和第一至第N控制器，所述N为不小于2的正整数；

所述选择器用于，在所述输入/输出电压小于阈值电压时，判断所述输入/输出电压与阈值电压的差值范围，选取与所述差值范围相匹配的控制器对所述第二开关管进行控制；

所述第一至第N控制器，用于当所述电压调节器的输出电压小于预设电压时，依据与自身相匹配的预设周期控制所述第二开关管的通断。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的上述技术方案通过在所述输入电源的输入电压低于阈值电压时，控制信号依据第一预设周期周期性的控制所述第二开关管放电，并且通过控制第一预设周期内的每个周期内的放电时间，可保证所述输入电源的输出电压始终低于所述阈值电压，从而使得VOUT节点的输出电压单调下降，并且当所述第二开关管导通时，放电电流可直接通过所述第二开关管流入至地，因此本申请提供的技术方案的放电时间相比于现有技术中放电方式的放电时间更短。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中公开的一种降压变压器的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种Buck电路的结构图；

图3为本申请实施例提供的Buck电路放电过程示意图；

图4为本申请另一实施例提供的一种Buck电路的结构图。

具体实施方式

针对于现有技术中，电感电流过零时采用放电电阻和ILOAD进行放电，造成的放电缓慢的问题，本申请提供了一种Buck电路快速下电的方法、Buck电路和Buck/Boost电路。

图1为现有技术中带过零检测的降压变压器控制电路的结构图。参见图1，现有技术中带过零检测的降压变压器控制电路，包括：输入电源、输入电容CIN、电压调节器100、UVLO检测电路101、逻辑及PWM控制电路102、第一开关管M1(上管)、寄生电容Diode1、ZCD比较器103、锁存器104、逻辑异或非门106、第二开关管M2(下管)、电感L，由电阻R1和R2组成的放电电阻R1和R2，输出电容Cout以及输出电阻Resr，上述各个器件之间的具体连接关系可参见图1，在此不必详细说明。

所述电压调节器100的输出作为降压变压器的内部电源，为所述降压变压器的内部芯片供电；

当输入电源的输出电压VIN低于阈值电压UVLO时，所述电压调节器100的输出电压和所述输入电源的输出电压VIN是一个跟随的关系；当所述输入电源的输出电压VIN高于阈值电压UVLO时，所述电压调节器100的输出电压为一定值；

所述UVLO检测电路101通过电压调节器100的输出电压来判别输入电源的输出电压VIN是低于还是高于阈值电压UVLO，其输出作为标志信号，当所述输入电源的输出电压VIN高于阈值电压UVLO时，输出标志信号为L，该标志信号L可以为低电平信号；当所述输入电源的输出电压VIN低于阈值电压UVLO时，输出标志信号为H，该标志信号H可以为高电平信号；

逻辑及PWM控制电路102在所述UVLO检测电路101输出的标志信号为H时，关闭所述第一开关管M1；当UVLO检测电路101输出的标志信号为L时，通过PWM输入信号控制所述第一开关管M1和第二开关管M2管的通断：具体的为：当PWM信号为高电平信号时，所述逻辑及PWM控制电路102控制第二开关管M2关断、第一开关管M1导通；当PWM信号为低电平信号时，所述逻辑及PWM控制电路102控制第一开关管M1关断、第二开关管M2导通；

寄生二极管Diode1是第一开关管M1的寄生二极管，输入电容CIN用于稳定输入电源的输出电压VIN，输出电容COUT与电感L串联，可以防止电流突变，放电电阻R1和R2串联产生系统反馈电压FB；

当所述逻辑及PWM控制电路102输出Q端为高电平、输出QB端为低电平时，所述第一开关管M1导通、第二开关管M2关断，电流由输入电源流经开关管M1后，经电感L和负载(load)到地，此时电感L和输出电容COUT积累能量，同时为输出负载提供工作电压。当逻辑及PWM控制电路102输出Q端为低电平、输出QB端为高电平时，所述第一开关管M1关断、第二开关管M2导通，电感L释放能量为输出负载供电。ZCD比较器103在第二开关管M2导通期间通过SW节点检测电感电流，一旦检测到电感电流下降到零时，所述ZCD比较器103的输出电平从低电平跳为高电平，控制所述开关管M2关闭。由于ZCD比较器103的存在，使得所述输入电源的输出电压VIN下电时，一旦检测到电感电流下降至零，所述第二开关管M2关闭。如果此时负荷电流Iload＝0，输出端通过放电电阻R1和R2电阻缓慢放电，但是采用放电电阻R1和R2放电的方式放电缓慢，给所述降压变压器的响应速度造成了影响。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

申请人通过研究发现，当输入电源的输出电压VIN低于阈值电压时，所述UVLO检测电路输出的标志信号为H，第一开关管M1(上管)关闭、第二开关管M2(下管)导通放电，为了避免从所述VOUT(电感L)处抽取过大的电流，通过第二开关管M2的漏极到地的电流需要有一限定值。当降压变压器系统工作在升压工作模式时，输出电容COUT上的能量会被转移到输入电容CIN上，如果转移的能量过多，则所述输入电源的输出电压VIN会持续上升，直到UVLO检测电路输出跳转为输出的标志信号L，降压变压器系统又重新工作在降压工作模式，此时又给会对VOUT节点(电感L与输出电容COUT的公共端)提供能量，使得VOUT节点的放电波形表现为非单调，且极有可能出现VOUT节点的电压降至0后又重新升高，最终导致信号出错的且放电缓慢的情况。

为了使得所述VOUT节点处的波形单调下降，参见图2，申请人提供了一种Buck电路，包括：

与所述输入电源耦合的输入电压检测电路201，检测输入电压并将其与阈值电压比较，输出比较信号；

第一端与所述输入电源耦合的第一开关管M1；

第一端与所述第一开关管M1耦合，第二端与放电端耦合的第二开关管M2；

第一端与所述第一开关管M1第二端相连的电感L，所述电感L的第二端作为输出节点VOUT，为负载load提供输出电压；

接收所述比较信号并依据所述比较信号控制所述第一开关管M1、第二开关管M2导通与截止的控制电路202；其中，所述控制电路202，在所述输入电压VIN小于阈值电压时，控制所述第一开关管M1截止；并依据具有第一预设周期的控制信号，控制所述第二开关管对输出电压进行放电，并保证所述输入电压Vin低于阈值电压。

当所述输入电压VIN小于阈值电压时，所述控制电路202依据第一预设周期控制所述第二开关管M2通断时，所述第一预设周期内控制所述第一开关管导通和关断的时间能够直接影响放电时间的长短，因此，为了缩短放电时间，本申请上述控制电路202，用于当所述电源输入电压VIN小于阈值电压时，参见图3，控制所述第二开关管M2在每个周期内的第一时间段0-DT内导通，第二时间段DT-T时间段内截止；

在0-DT时间段内所述第二开关管M2导通，放电电流流经所述第二开关管M2到地，所述第二开关管M2导通期间，电感电流i(L)由0下降至lvalley，下降斜率为VOUT/L，在所述T-DT时间段内，所述第二开关管M2截止，电流通过寄生二极管Diode1输入至所述输入电容CIN，此时电感电流i(L)的上升斜率为(VIN+VDiode-VOUT)/L，其中在D1T(DT-T)时间内通过电感L到所述输入电容CIN的电流的平均值为其中D为导通时间，D1为关断时间。如果所述(Ivalley*D1T)/2与一个周期内用电芯片工作时的平均消耗电流IIN相等，则所述输入电容CIN的电压稳定在初始值，如果所述(Ivalley*D1T)/2小于所述IIN，则所述输入电容CIN上的电压压降为[IIN-(Ivalley*DIT)/2]。控制所述第二开关管M2第一次导通时，转移至VIN端的平均电流等于芯片的消耗电流就可以保证电源输入电压VIN始终低于阈值电压。

所述VIN为所述输入电源的输出电压，所述V_Diode为所述寄生二极管的导通电压，所述VOUT为所述第一节点的输出电压，所述L为所述电感L的感抗。

通过本申请上述实施例公开的技术方案可见，上述技术方案通过在所述输入电源的输入电压小于阈值电压时，所述控制信号依据第一预设周期周期性的控制所述第二开关管M2放电，并且通过控制第一预设周期内的每个周期内的放电时间，可保证所述输入电源的输出电压VIN始终低于所述阈值电压，从而使得VOUT节点的输出电压单调下降，并且当所述第二开关管M2导通时，放电电流可直接通过所述第二开关管M2流入至地，因此本申请提供的技术方案的放电时间相比于现有技术中放电方式的放电时间更短。

可以理解的是，参见图4，为了对本申请上述实施例中的Buck电路中的电子元件进行保护，本申请上述实施例中的还可以包括一与所述输入电源耦合的输入电容Cin，当所述输入电容Cin的两端的电压超过其额定电压时，对地放电。

可以理解的是，为了能够达到节能的目的，参见图4，本申请上述实施例中的Buck电路中还可以包括：阳极与所述第一开关管M1和第二开关管M2的公共端相连、阴极与所述输入电源相连的寄生二极管Diode1，当所述第一开关管M1和第二开关管M2截止时，所述电感L的放电电流通过所述寄生二极管Diode1存入所述输入电容Cin，采用所述输入电容Cin的电压对供电芯片进行供电。

可以理解的是，为了更好地对所述第一开关管M1和第二开关管M2的通断进行控制，参见图4，本申请上述实施例中的技术方案还可以包括一与所述控制电路202相连的PWM信号发生器203，用于向所述控制电路202输出PWM控制信号，此时所述控制电路202的工作过程还包括：在所述输入电压大于阈值电压时依据PWM信号发生器203的输出信号控制所述第一和第二开关管的通断。

可以理解的是，为了进一步加快VOUT的放电，本申请上述实施例中的控制器202可以采用两段或多段预设周期对所述第二开关管M2进行控制的式方法来加速放电。具体的，所述控制电路202包括：

选择器和第一至第N控制器，所述N为不小于2的正整数；

所述选择器用于，判断所述VIN与阈值电压的差值范围，选取与所述差值范围相匹配的控制器对所述第二开关管进行控制；

所述第一至第N控制器，用于当所述电压调节器的输出电压小于预设电压时，依据与自身相匹配的预设周期控制所述第二开关管的通断。

其中需要说明的是，所述第一至第N控制器分别对应不同的预设周期，每个预设周期控制所述第二开关管导通和截止的时间均不相同，并且第二开关管M2的导通时间与截止时间的比值逐渐增大，当所述电源输入电压VIN与阈值电压的差值范围不同时，控制所述第二开关管M2的预设周期也不相同。

现在以两段式控制方式进行说明，在输入电压VIN<阈值电压UVLO时，选择第一控制器内存储的第一预设周期对所述第二开关管M2进行控制，第一预设周期内每个周期0-DT时间内第二开关管M2导通放电，DT-T时间内第二开关管截止，选择合适的DT，使得VIN始终低于UVLO；等到所述电源输入电压VIN与阈值电压UVLO差值达到预设范围内时，采用第二预设周期对所述第二开关管M2进行控制，该周期内0-D’T时间内第二开关管M2导通放电，其中D’T大于DT，M2导通时间加长，此时最大的导通时间仍旧需使得电源电压VIN始终低于阈值电压UVLO。

此外可以理解的是，为了避免从VOUT节点处抽取过大的电流，通过第二开关管M2的源极到GND的电流需要有一个限定值，本申请上述实施例中的所述Buck电路还可以包括以检测电路所述检测电路，用于检测所述第二开关管流入地的电流值大小，当所述第二开关管流入地的电流值大于预设值时，输出用于控制所述第二开关管断开的控制信号。

可以理解的是，对应于所述Buck电路，本申请还公开了一种Buck/Boost电路，包括：

第一开关管，所述第一开关管具有寄生二极管，且所述第一开关管的第一端作为第一输入/输出节点；

第一端与所述第一开关管耦合的第二开关管；

第一端与所述第一开关管第二端相连的电感，所述电感的第二端作为第二输入/输出节点；

与所述第一输入/输出节点耦合的输入/输出电压检测电路，检测输入/输出电压并与阈值电压比较，输出比较信号；

接收所述比较信号并控制所述第一、第二开关管导通与截止的第二控制电路；

其中，所述第二控制电路，在所述输入/输出电压小于阈值电压时，控制所述第一开关管截止；并依据具有第一预设周期的控制信号控制所述第二开关管的导通与截止，所述第一预设周期的大小决定了第二输入/输出节点通过所述寄生二极管流向第一输入/输出节点的能量。

与所述Buck电路相对应，本申请上述实施例中的所述Buck/Boost电路中，所述第二控制电路，包括：

选择器和第一至第N控制器，所述N为不小于2的正整数；

所述选择器用于，在所述输入/输出电压小于阈值电压时，判断所述输入/输出电压与阈值电压的差值范围，选取与所述差值范围相匹配的控制器对所述第二开关管进行控制；

所述第一至第N控制器，用于当所述电压调节器的输出电压小于预设电压时，依据与自身相匹配的预设周期控制所述第二开关管的通断。

可以理解的是，对应于上述Buck电路，本申请公开了一种Buck电路快速下电的方法，应用于Buck电路中，所述Buck电路包括：漏极用于获取输入电压的第一开关管、漏极与所述第一开关管源极相连的源极接地的第二开关管，一端与所述第一开关管和第二开关管公共端相连、另一端与负载相连的电感，该方法为：

检测输入电压Vin，当所述输入电压Vin低于阈值电压时：

控制所述第一开关管截止；

提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，并保证所述输入电压Vin低于阈值电压。

为了实现多段控制，所述提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，可以包括：

实时判断所述输入电压Vin与所述阈值电压的差值范围；

由预设周期集合中调取具有与所述差值范围相匹配的预设周期的控制信号，依据控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电。

为了使得所述VOUT节点处的波形单调下降，本申请提供了一种Buck电路快速下电的方法，应用于Buck电路中，参见图2，所述Buck电路包括：漏极用于获取输入电压的第一开关管M1、漏极与所述第一开关管M1源极相连、源极接地的第二开关管M2，一端与所述第一开关管M1和第二开关管M2的公共端相连、另一端与负载相连的电感L，该方法包括：检测输入电压Vin，当所述输入电压Vin低于阈值电压时，控制所述第一开关管截止，提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，并保证所述输入电压Vin低于阈值电压。

可以理解的是，上述方法中，所述提供具有第一预设周期的控制信号，利用该控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电，包括：

实时判断所述输入电压Vin与所述阈值电压的差值范围；

由预设周期集合中调取具有与所述差值范围相匹配的预设周期的控制信号，依据控制信号控制所述第二开关管对输出电压进行放电。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。