專利名稱：脈寬調(diào)制電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種脈寬調(diào)制電源電路。
技術(shù)背景
目前，集成電路迅速發(fā)展，以集成電路為核心的數(shù)字電路由于效率高，密度大，穩(wěn) 定性好，成本低等優(yōu)勢(shì)，迅速普及并廣泛應(yīng)用，已經(jīng)占據(jù)電路設(shè)計(jì)的重要地位，越來(lái)越多的 模擬電路與系統(tǒng)被數(shù)字電路所取代。但是脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)電源 電路卻一直是個(gè)例外，由于功率元件難于集成，現(xiàn)在的PCB板上，設(shè)計(jì)者仍然以模擬電路來(lái) 實(shí)現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)換功能。
因?yàn)镻WM電源電路的重要性，設(shè)計(jì)者們對(duì)其做了很多研究，其中的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題 是如何解決電源轉(zhuǎn)換電路的效率。因?yàn)槟壳暗腜CB板趨于輕薄短小，元件密度也越來(lái)越大， 效率提升要求是一個(gè)艱難挑戰(zhàn)。如何在控制成本的前提下提升效率是設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)。提 高效率可以節(jié)省能源減小發(fā)熱，符合綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，如何提高PWM電路的效率已經(jīng) 成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)關(guān)電源的PWM電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖。該P(yáng)WM電源電路包括 兩個(gè)MOS管，并通過(guò)使用2路PWM信號(hào)分別控制兩個(gè)MOS管，使它們交替導(dǎo)通。上面的一 個(gè)MOS管的漏極通常直接與輸入的電源相連，源極與下面一個(gè)MOS管的漏極相連接，作為輸 出。下面的MOS管的源極接地，輸出接LC濾波，得到我們所要的電源。因此，上面的MOS管 稱為High Side MOS管，簡(jiǎn)稱為上MOS管；下面的MOS管就稱為L(zhǎng)ow Side MOS管，簡(jiǎn)稱為下 MOS 管。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的PWM電源電路存在如下問(wèn)題
現(xiàn)在的很多芯片工作電流變化范圍非常大，比如CPU工作在不同狀態(tài)時(shí)其負(fù)載電 流從幾安培可以到上百安培，而現(xiàn)有技術(shù)的PWM電源電路負(fù)載為輕和重時(shí)該P(yáng)WM電源電路 的效率差別比較大，重載時(shí)效率較高，輕載或空載時(shí)效率很低；所以如何提高負(fù)載為輕時(shí) PWM電源電路的效率是需要解決的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的PWM電源電路，提高輕載時(shí)的電源轉(zhuǎn)化效率。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案
一種脈寬調(diào)制(PWM)電源電路，包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制 芯片，還包括一肖特基二極管，其中
所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯(lián)，負(fù)極與下MOS管的漏極相連，正極接地；
所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當(dāng)前的負(fù)載與預(yù)先設(shè)置的負(fù)載閾值進(jìn)行比 較，得到用于指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)的結(jié)果信號(hào)，在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為輕 載時(shí)，生成用于控制下MOS管關(guān)閉的電壓信號(hào)和控制上MOS間歇性導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
進(jìn)一步的，所述電路還具有如下特點(diǎn)
所述PWM控制芯片，用于在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為重載時(shí)，生成用 于控制上MOS管和下MOS管交替導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在下MOS處并聯(lián)一肖特基二極管，并在PWM電源電路為輕 載時(shí)，關(guān)閉下MOS管，消除了下MOS的開(kāi)關(guān)損耗；而且肖特基二極管在導(dǎo)通狀態(tài)變化時(shí)不會(huì) 有反向電流，消除了無(wú)謂功率損耗；同時(shí)也沒(méi)有給PWM電源電路帶來(lái)開(kāi)關(guān)損耗，降低了電路 的損耗，提高了 PWM電源電路在輕載時(shí)電源的轉(zhuǎn)化效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中PWM電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明提供的PWM電源電路實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖2為本發(fā)明提供的PWM電源電路實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示PWM電源電路 實(shí)施例包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯片，還包括一肖特基二極管，其 中
所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯(lián)，負(fù)極與下MOS管的漏極相連，正極接地；
所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當(dāng)前的負(fù)載與預(yù)先設(shè)置的負(fù)載閾值進(jìn)行比 較，得到用于指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)的結(jié)果信號(hào)，在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為輕 載時(shí)，生成用于控制下MOS管關(guān)閉的電壓信號(hào)和控制上MOS間歇性導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
需要說(shuō)明的是，與現(xiàn)有技術(shù)中相同，PWM控制芯片的UGATE和LGATE分別與上MOS 和下MOS的柵極相連。(圖2中未示出)
下面對(duì)上述PWM電源電路進(jìn)行具體說(shuō)明
發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的PWM電源電路在輕載時(shí)，電感電流可能斷續(xù)或 反向會(huì)造成開(kāi)關(guān)損耗增大和功率無(wú)謂耗散，尤其是下MOS的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)增大，同時(shí)電流反 向也會(huì)增大電感損耗及功率損耗，從而使該電路在輕載時(shí)的電源轉(zhuǎn)化效率降低。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在PWM電源電路為輕載時(shí)，本發(fā)明提供的方案是在下MOS管 上并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管，并關(guān)閉下MOS管。
下面對(duì)本發(fā)明對(duì)此方案進(jìn)行說(shuō)明
首先，對(duì)關(guān)閉下M0S，在下MOS處并聯(lián)肖特基二極管的作用進(jìn)行說(shuō)明
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)電路負(fù)載為輕載時(shí)下MOS的電流開(kāi)關(guān)損耗較電路負(fù)載為重載時(shí) 大，大大增加了電路的損耗。而在本發(fā)明中，在檢測(cè)到電路的負(fù)載狀態(tài)為輕載時(shí)，關(guān)閉了下 MOS管，所以PWM電源電路中沒(méi)有了下MOS管的開(kāi)關(guān)損耗；而肖特基二極管不會(huì)因自身導(dǎo)通 狀態(tài)發(fā)生變化給電路帶來(lái)任何損耗。由于關(guān)閉了下MOS管，沒(méi)有了下MOS的開(kāi)關(guān)損耗，而增 加的肖特基二極管本身在開(kāi)關(guān)時(shí)不會(huì)有損耗，所以大大降低了電路的損耗。
在現(xiàn)有技術(shù)中，下MOS管為電感電流產(chǎn)生回路的作用。在本發(fā)明中，雖然關(guān)閉了下 MOS管，與該下MOS并聯(lián)的肖特基二極管具有正向?qū)ê头聪蜿P(guān)閉的特性，也能夠?qū)崿F(xiàn)為電 感電路產(chǎn)生回路的作用，從而達(dá)到避免出現(xiàn)因電路中沒(méi)有電感電流的回路，使電感中的電流發(fā)生突變?cè)斐上翸OS和電感燒壞的現(xiàn)象。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)下MOS導(dǎo)通期間電感電流一直處于變小的狀態(tài)，如果電感的電 流到了 OA且上MOS并沒(méi)有導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)電感電流的斷續(xù)或者反向，導(dǎo)致電感的 能量通過(guò)電感和下MOS到地，造成功率無(wú)謂耗散。而在本發(fā)明中，由于肖特基二極管具有反 向關(guān)閉的特性，當(dāng)電感電流流經(jīng)到肖特基二極管時(shí)，由于電流的方向?yàn)榉聪?，所以肖特基?極管不會(huì)導(dǎo)通，從而使電感的能量不能通過(guò)該肖特基二極管接地，從而使電感電容繼續(xù)存 儲(chǔ)能量，避免了電感電流反向時(shí)通過(guò)下MOS流到地端的功率耗散的現(xiàn)象，降低了電路的功 率耗散。
進(jìn)一步的，由于肖特基二極管的導(dǎo)通電壓為0. 2 0. 3V，在導(dǎo)通后產(chǎn)生的功率損 耗也就非常低，接近與現(xiàn)有技術(shù)中在相同電流大小條件時(shí)下MOS導(dǎo)通的功率損耗，從而沒(méi) 有加重電路中功率損耗的負(fù)擔(dān)。
需要說(shuō)明的是，由于下MOS本身就寄生一個(gè)二極管，在下MOS管再并聯(lián)一個(gè)肖特基 二極管，并不會(huì)改變下MOS的工作特性，保證其在PWM電源電路負(fù)載為重載時(shí)，仍然可以正常工作。
進(jìn)一步的，上述PWM電源電路中的PWM控制芯片，還用于在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前 的負(fù)載狀態(tài)為重載時(shí)，生成用于控制上MOS管和下MOS管交替導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
需要說(shuō)明的是，當(dāng)下MOS導(dǎo)通且其上的壓降小于肖特基二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，肖 特基二極管并不會(huì)導(dǎo)通，與現(xiàn)有技術(shù)中的在重載時(shí)的電路狀況相同，并不降低該P(yáng)WM電源 電路為重載時(shí)對(duì)電源的轉(zhuǎn)化效率。而當(dāng)下MOS導(dǎo)通且其上的壓降大于或等于肖特基二極管 的導(dǎo)通電壓時(shí)，其給電路帶來(lái)的損耗進(jìn)行分析，具體如下
首先，該肖特基二極管并不會(huì)給電路帶來(lái)開(kāi)關(guān)損耗；
其次，當(dāng)下MOS的電流使得Vds大于肖特基二極管的前向?qū)w電壓時(shí)，肖特基二極 管導(dǎo)通，此時(shí)肖特基二極管使得在下MOS上損耗的功率下降。具體分析如下
假設(shè)下MOS管的阻抗為10毫歐，肖特基二極管的導(dǎo)通電壓為0. 2伏(V)，只要在下 MOS管的電流值至少為20安(A)時(shí)，肖特基二極管就能導(dǎo)通。那么當(dāng)下MOS管的電流值為 30安時(shí)，下MOS管的壓降為0. 3V，肖特基二極管導(dǎo)通。在肖特基二極管導(dǎo)通后，該肖特基二 極管的壓降為0. 2V，根據(jù)并聯(lián)電路的特性，此時(shí)下MOS管的壓降變?yōu)?. 2V。在肖特基二極 管導(dǎo)通時(shí)，下MOS管和二極管的總功率為當(dāng)前的壓降(0.2V)與當(dāng)前的電流(30A)的乘積， 即6瓦。如果沒(méi)有肖特基二極管的導(dǎo)通時(shí)，下MOS的壓降并不會(huì)降低到0.2V，那么下MOS 的功率為電流(30A)的平方與電阻的乘積，即9瓦。此處以電流為最小值進(jìn)行比較，可以得 出，在肖特基二極管導(dǎo)通后，在PWM電源電路中不但沒(méi)有給電路增加功率消耗，還降低了電 路的功率消耗。
由此推之，在電流值大于30A時(shí)，并聯(lián)有肖特基二極管的下MOS處的電壓值恒定為 0. 2V，所以可以得出在電流值大于20A時(shí)，PWM電源電路的下MOS處并聯(lián)有肖特基二極管能 夠降低電路重載時(shí)的功率消耗。
由上可以得出，在肖特基二極管導(dǎo)通時(shí)會(huì)降低PWM電源電路的功率損耗。
綜上所述，PWM電源電路的負(fù)載狀態(tài)為重載時(shí)，并聯(lián)在下MOS處的肖特基二極管并 沒(méi)有增加PWM電源電路的損耗，不會(huì)降低電源的轉(zhuǎn)化效率。
本發(fā)明提供的PWM電源電路實(shí)施例，在下MOS處并聯(lián)一肖特基二極管，并在PWM電源電路為輕載時(shí)，關(guān)閉下MOS管，消除了下MOS的開(kāi)關(guān)損耗；而且肖特基二極管在導(dǎo)通狀態(tài) 變化時(shí)不會(huì)有反向電流，消除了無(wú)謂功率損耗；同時(shí)也沒(méi)有給PWM電源電路帶來(lái)開(kāi)關(guān)損耗， 降低了電路的損耗，提高了 PWM電源電路在輕載時(shí)電源的轉(zhuǎn)化效率。
進(jìn)一步的，并聯(lián)于下MOS處的肖特基二極管在整理電路的負(fù)載狀態(tài)為重載時(shí)，如 果處于導(dǎo)通狀態(tài)，還會(huì)降低PWM電源電路的功率損耗，進(jìn)一步提高整理電路在重載時(shí)電源 的轉(zhuǎn)化效率。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種脈寬調(diào)制(PWM)電源電路，包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯 片，其特征在于，還包括一肖特基二極管，其中所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯(lián)，負(fù)極與下MOS管的漏極相連，正極接地； 所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當(dāng)前的負(fù)載與預(yù)先設(shè)置的負(fù)載閾值進(jìn)行比較，得 到用于指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)的結(jié)果信號(hào)，在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為輕載時(shí)， 生成用于控制下MOS管關(guān)閉的電壓信號(hào)和控制上MOS間歇性導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM電源電路，其特征在于所述PWM控制芯片，用于在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為重載時(shí)，生成用于控 制上MOS管和下MOS管交替導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈寬調(diào)制電源電路，涉及電子電路領(lǐng)域；提高輕載時(shí)的電源轉(zhuǎn)化效率。所述PWM電源電路包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯片，還包括一肖特基二極管，其中所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯(lián)，負(fù)極與下MOS管的漏極相連，正極接地；所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當(dāng)前的負(fù)載與預(yù)先設(shè)置的負(fù)載閾值進(jìn)行比較，得到用于指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)的結(jié)果信號(hào)，在所述結(jié)果信號(hào)指示當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)為輕載時(shí)，生成用于控制下MOS管關(guān)閉的電壓信號(hào)和控制上MOS間歇性導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案可應(yīng)用于轉(zhuǎn)化電源。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102035380SQ20101053019
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉鵬, 鞠華方 申請(qǐng)人:浪潮(北京)電子信息產(chǎn)業(yè)有限公司