一种自动调节输出的电源系统的制作方法

文档序号:14847457发布日期:2018-06-30 16:52阅读:153来源:国知局

本发明涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种自动调节输出的电源系统。



背景技术:

随着微电子技术的迅猛发展,降压型开关稳压器由于电路结构简单、调整方便、可靠性高等优点,在降压式场合有着广泛应用;根据控制机制不同,降压型开关稳压器工作方式的优点,提高转换器的转换效率,被越来越多地应用到开关电源中。

但是,传统的开关稳压器中PMOS(positive channel Metal Oxide Semiconductor P沟道金属氧化物半导体,简称PMOS)和NMOS(negetive channel Metal Oxide Semiconductor N沟道金属氧化物半导体,简称NMOS)输出电流的比例关系是固定的,无法实现输出效率的最大化。



技术实现要素:

针对上述问题,本发明提出了一种自动调节输出的电源系统,其中,包括:

一脉宽调制驱动器,包括控制输入端、第一脉冲输出端和第二脉冲输出端;

所述脉宽调制驱动器通过所述控制输入端接收一控制信号,并根据所述控制信号从所述第一脉冲输出端输出第一脉冲信号,以及从所述第二脉冲输出端输出第二脉冲信号;

PMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管,所述第一PMOS管的栅极连接所述第一脉冲输出端;

NMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管,所述第一NMOS管的栅极连接所述第二脉冲输出端;

所述NMOS管组的漏极并接点连接所述PMOS管组的源极并接点形成用于输出电信号的一输出节点;

第一栅极控制器,包括一第一检测端、一第三脉冲输出端和一第四脉冲输出端;

所述第一栅极控制器的所述第一检测端与所述输出节点连接,以检测并根据所述输出节点处的电信号的电压值在所述第二PMOS管和所述第三PMOS管中选择与所述第一PMOS管同步导通的晶体管;

第二栅极控制器,包括一第二检测端、一第五脉冲输出端和一第六脉冲输出端;

所述第二栅极控制器的所述第二检测端与所述输出节点连接,以检测并根据所述输出节点处的电信号的电压值在所述第二NMOS管和所述第三NMOS管中选择与所述第一NMOS管同步导通的晶体管;

其中,所述第一栅极控制器和所述第二栅极控制器的控制规则具体为:

所述输出节点处的电信号的电压值越大,将所述PMOS管组中选择导通的晶体管越多,所述NMOS管中选择导通的晶体管越少;所述输出节点处的电信号的电压值越小,将所述PMOS管组中选择导通的晶体管越少,所述NMOS管中选择导通的晶体管越多。

上述的电源系统,其中,所述第一栅极控制器和所述第二栅极控制器中均预存有一第一预设电压值和一第二预设电压值,且所述第一预设电压值大于所述第二预设电压值;

所述第一栅极控制器于所述第一检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值大于所述第一预设电压值时,开启所述第二PMOS管和所述第三PMOS管相对所述第一PMOS管的同步导通;

所述第一栅极控制器于所述第一检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值在所述第一预设电压值于所述第二预设电压值之间时,将所述第二PMOS管和所述第三PMOS管中任意一个相对所述第一PMOS管同步导通;

所述第一栅极控制器于所述第一检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值小于所述第二预设电压值时,关闭所述第二PMOS管和所述第三PMOS管相对所述第一PMOS管的同步导通;

所述第二栅极控制器于所述第二检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值大于所述第一预设电压值时,关闭所述第二NMOS管和所述第三NMOS管相对所述第一NMOS管的同步导通;

所述第二栅极控制器于所述第二检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值在所述第一预设电压值于所述第二预设电压值之间时,将所述第二NMOS管和所述第三NMOS管中任意一个相对所述第一NMOS管同步导通;

所述第二栅极控制器于所述第二检测端检测到的所述输出节点处的电信号的电压值小于所述第二预设电压值时,开启所述第二NMOS管和所述第三NMOS管相对所述第一NMOS管的同步导通。

上述的电源系统,其中,所述第一栅极控制器使得所述第二PMOS管和所述第三PMOS管相对所述第一PMOS管同步导通的用于控制的信号来自于所述脉宽调制驱动器输出的所述第一脉冲信号;

所述第二栅极控制器使得所述第二NMOS管和所述第三NMOS管相对所述第一NMOS管同步导通的用于控制的信号来自于所述脉宽调制驱动器输出的所述第二脉冲信号。

上述的电源系统,其中,还包括:

限流保护电路,包括一限流输入口、一限流采集口和一限流控制输出口;

所述限流输入口用于接收一第一参考信号,且所述限流控制输出口与所述脉冲调制驱动器的所述控制输入端连接;

所述限流采集口用于采集所述PMOS管组的总的导通电流;所述限流保护电路于采集到所述PMOS管组的导通电流低于一预设电流值时,输送所述第一参考信号作为所述脉冲调制驱动器的所述控制信号,于采集到所述PMOS管组的总的导通电流高于一预设电流值时,输出用于关断所述脉宽调制驱动器的一关断信号作为所述控制信号。

上述的电源系统,其中,所述脉宽调制驱动器还包括一时钟输入端,以通过所述时钟输入端接收外部的时钟信号。

上述的电源系统,其中,所述NMOS管组的源极并节点接地。

有益效果:本发明提出的一种自动调节输出的电源系统,能够根据不同的输出电压调节参与运行的PMOS管和NMOS管的数量,从而实现电源系统的输出效率的最大化。

附图说明

图1为本发明一实施例中自动调节输出的电源系统的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

在一个较佳的实施例中,如图1所示,提出了一种自动调节输出的电源系统,其中,可以包括:

一脉宽调制驱动器10,包括控制输入端、第一脉冲输出端和第二脉冲输出端;

脉宽调制驱动器10通过控制输入端接收一控制信号Vcomp,并根据控制信号Vcomp从第一脉冲输出端输出第一脉冲信号PWM1,以及从第二脉冲输出端输出第二脉冲信号PWM2;

PMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3,第一PMOS管PM1的栅极连接第一脉冲输出端;

NMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3,第一NMOS管NM1的栅极连接第二脉冲输出端;

NMOS管组的漏极并接点连接PMOS管组的源极并接点形成用于输出电信号的一输出节点Lx;

第一栅极控制器21,包括一第一检测端、一第三脉冲输出端和一第四脉冲输出端;

第一栅极控制器21的第一检测端与输出节点Lx连接,以检测并根据输出节点Lx处的电信号的电压值在第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3中选择与第一PMOS管PM1同步导通的晶体管;

第二栅极控制器22,包括一第二检测端、一第五脉冲输出端和一第六脉冲输出端;

第二栅极控制器22的第二检测端与输出节点Lx连接,以检测并根据输出节点Lx处的电信号的电压值在第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3中选择与第一NMOS管NM1同步导通的晶体管;

其中,第一栅极控制器21和第二栅极控制器22的控制规则具体为:

输出节点Lx处的电信号的电压值越大,将PMOS管组中选择导通的晶体管越多,NMOS管中选择导通的晶体管越少;输出节点处的电信号的电压值越小,将PMOS管组中选择导通的晶体管越少,NMOS管中选择导通的晶体管越多。

上述技术方案中,输出节点Lx处还可以连接有一电感L和一电容;第一脉冲输出端与PMOS管PM1之间可以连接有一第一前级驱动器KN1,以及第二脉冲输出端与PMOS管PM2之间可以连接有一第二前级驱动器KN2;第一栅极控制器21的第一检测端可以通过分压电阻与输出节点Lx连接,所接收的为信号VFB;同理,第二栅极控制器22的第二检测端可以通过分压电阻与输出节点Lx连接,所接收的为信号VFB。

在一个较佳的实施例中,第一栅极控制器21和第二栅极控制器22中均预存有一第一预设电压值和一第二预设电压值,且第一预设电压值大于第二预设电压值;

第一栅极控制器21于第一检测端检测到的输出节点Lx处的电信号的电压值大于第一预设电压值时,开启第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3相对第一PMOS管PM1的同步导通;

第一栅极控制器21于第一检测端检测到的输出节点Lx处的电信号的电压值在第一预设电压值于第二预设电压值之间时,将第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3中任意一个相对第一PMOS管PM1同步导通;

第一栅极控制器21于第一检测端检测到的输出节点Lx处的电信号的电压值小于第二预设电压值时,关闭第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3相对第一PMOS管PM1的同步导通;

第二栅极控制器22于第二检测端检测到的输出节点Lx处的电信号的电压值大于第一预设电压值时,关闭第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3相对第一NMOS管NM1的同步导通;

第二栅极控制器22于第二检测端检测到的输出节点处Lx的电信号的电压值在第一预设电压值于第二预设电压值之间时,将第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3中任意一个相对第一NMOS管NM1同步导通;

第二栅极控制器22于第二检测端检测到的输出节点Lx处的电信号的电压值小于第二预设电压值时,开启第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3相对第一NMOS管NM1的同步导通。

上述技术方案中,PMOS管组和NMOS管组中晶体管的数量均为三个,但这只是一种优选的情况,其他数量的情况也应视为包含在本发明中,且在这种情况下,预设电压值的数量也应根据不同的晶体管数量而改变。

在一个较佳的实施例中,第一栅极控制器21使得第二PMOS管PM2和第三PMOS管PM3相对第一PMOS管PM1同步导通的用于控制的信号来自于脉宽调制驱动器10输出的第一脉冲信号PWM1;

第二栅极控制器22使得第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3相对第一NMOS管NM1同步导通的用于控制的信号来自于脉宽调制驱动器10输出的第二脉冲信号PWM2。

上述技术方案中,使得第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3相对第一NMOS管NM1同步导通的用于控制的信号还可以是通过其他方式实现的与第一脉冲信号PWM1同步的信号;同理,使得第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3相对第一NMOS管NM1同步导通的用于控制的信号也可以是通过其他方式实现的与第二脉冲信号PWM2同步的信号。

在一个较佳的实施例中,还可以包括:

限流保护电路30,包括一限流输入口、一限流采集口和一限流控制输出口;

限流输入口用于接收一第一参考信号Veao,且限流控制输出口与脉冲调制驱动器10的控制输入端连接;

限流采集口用于采集PMOS管组的总的导通电流;限流保护电路30于采集到PMOS管组的导通电流低于一预设电流值时,输送第一参考信号Veao作为脉冲调制驱动器10的控制信号Vcomp,于采集到PMOS管组的总的导通电流高于一预设电流值时,输出用于关断脉宽调制驱动器10的一关断信号作为控制信号Vcomp。

上述技术方案中,限流保护电路30具体可以包括一第一比较器31和一第二比较器32;该第一比较器31的正相输入端作为限流保护电路30的限流输入口,该第一比较器31的反相输入端与第二比较器32的输出端连接,该第一比较器31的输出端作为限流保护电路30的限流控制输出端,该第二比较器32的正相输入端接收电源Vdd,该第二比较器32的反相输入端连接输出节点Lx,其中第二比较器32的正相输入端和反相输入端共同组成限流保护电路30的限流采集口;该第二比较器32将比较的结果,即信号VCS输送至第一比较器53的反相输入端。

上述技术方案中,还可以包括:

一第三比较器33,第三比较器33的正相输入端接收一第二参考信号Vref;

第三比较器33的反相输入端通过分压电阻与输出节点Lx连接,以接收输出节点Lx处的电信号按预设比较降压后的信号,即信号VFB;

第三比较器33将第二参考信号Vref和反相输入端输入的信号(信号VFB)进行比较生成第一参考信号Veao,并通过一比较输出端将第一参考信号Veao输出;

在一个较佳的实施例中,脉宽调制驱动器10还可以包括一时钟输入端,以通过时钟输入端接收外部的时钟信号clk。

在一个较佳的实施例中,NMOS管组的源极并节点接地。

综上所述,本发明提出的一种自动调节输出的电源系统,包括:一脉宽调制驱动器,包括控制输入端、第一脉冲输出端和第二脉冲输出端;脉宽调制驱动器通过控制输入端接收一控制信号,并根据控制信号从第一脉冲输出端输出第一脉冲信号,以及从第二脉冲输出端输出第二脉冲信号;PMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管,第一PMOS管的栅极连接第一脉冲输出端;NMOS管组,包括源极并接和漏极并接的第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管,第一NMOS管的栅极连接第二脉冲输出端;NMOS管组的漏极并接点连接PMOS管组的源极并接点形成用于输出电信号的一输出节点;第一栅极控制器,包括一第一检测端、一第三脉冲输出端和一第四脉冲输出端;第一栅极控制器的第一检测端与输出节点连接,以检测并根据输出节点处的电信号的电压值在第二PMOS管和第三PMOS管中选择与第一PMOS管同步导通的晶体管;第二栅极控制器,包括一第二检测端、一第五脉冲输出端和一第六脉冲输出端;第二栅极控制器的第二检测端与输出节点连接,以检测并根据输出节点处的电信号的电压值在第二NMOS管和第三NMOS管中选择与第一NMOS管同步导通的晶体管;其中,第一栅极控制器和第二栅极控制器的控制规则具体为:输出节点处的电信号的电压值越大,将PMOS管组中选择导通的晶体管越多,NMOS管中选择导通的晶体管越少;输出节点处的电信号的电压值越小,将PMOS管组中选择导通的晶体管越少,NMOS管中选择导通的晶体管越多;能够根据不同的输出电压调节参与运行的PMOS管和NMOS管的数量,从而实现电源系统的输出效率的最大化。

通过说明和附图,给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例,基于本发明精神,还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例,然而,这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言,阅读上述说明后,各种变化和修正无疑将显而易见。因此,所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容,都应认为仍属本发明的意图和范围内。

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