用于提升开关电源重载效率的电路

本发明属于开关电源转换效率，涉及一种用于提升开关电源重载效率的电路。

背景技术：

1、电源管理芯片的稳定性、可靠性、高效率已成为现阶段电子设备科技研发首要关注的问题。boost dc-dc转换器是通过控制功率管的导通与关断，把电感储存的磁能转化为电能，实现能量的转移，因此转换效率是衡量系统性能的重要参数，降低功耗才可提升系统效率。

2、转换器的调制模式有三种，即脉冲宽度调制(pwm)、脉冲频率调制(pfm)和跳周期调制(psm)。由于脉冲宽度调制(pwm)具有输出电压稳定、纹波小的特点，在重载时被广泛的使用。导通损耗与负载电流平方成正比，随着负载电流的升高而增大，是影响重载效率的关键因素。当系统进入大电流负载时，为减小导通损耗提升系统的转换效率，应尽可能减小导通电阻。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于提升开关电源重载效率的电路，该电路能够解决重载时导通损耗占比较大的问题，减小系统的导通损耗，提高系统在重载时的转换效率。

2、本发明所采用的技术方案是，用于提升开关电源重载效率的电路，包括电压比较器comp1、comp2、comp3，三个电压比较器comp1、comp2、comp3同时依次连接逻辑控制电路和不同基准产生电路。

3、本发明的特点还在于：

4、电压比较器comp1、comp2、comp3同相输入端都接误差放大器输出信号vc，电压比较器comp1反相端接vx信号；电压比较器comp2反相端接vy信号；电压比较器comp3反相端接vz信号；电压比较器comp1、comp2、comp3的输出信号a、b、c与逻辑控制电路连接。

5、电压比较器comp1、comp2、comp3的结构相同，电压比较器comp1包括由nmos管m1、m2、m3构成的电流偏置电路，nmos管m2连接输入差分对管m4和m5，输入差分对管m4和m5上分别连接负载nmos管m6和m7，nmos管m2、m4～m7作为第一级放大器，m3和m8作为第二级放大器；经过三个反相器整形最终输出信号a。

6、逻辑控制电路是一个三位输入，四位输出的译码器，包括六个反向器和四个与门电路，最终输出四个不同信号y0、y1、y2、y3；四个信号y0、y1、y2、y3连接不同基准产生电路，控制开关的开启与关断。

7、不同基准产生电路包括四个串联电阻r1、r2、r3、r4；电阻r1下端接地，电阻r1上端接开关管s1的一侧，开关管s1另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r2下端接电阻r1，电阻r2上端接开关管s2的一侧，开关管s2另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r3下端接电阻r2，电阻r3上端接开关管s3的一侧，开关管s3另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r4下端接电阻r3，电阻r4上端接输出电压和开关管s4的一侧，开关管s4另一侧接到功率管栅压pvin上。

8、通过逻辑控制电路把输入的三种信号转换成四种控制信号开启不同的功率管栅压；

9、当负载电流小于700ma时，电压比较器comp1、comp2、comp3的同相端vc均小于反向端电压，三个反相器输出信号a＝b＝c均为低电平；通过逻辑控制电路使y0＝1，y1＝y2＝y3＝0打开开关s1，其它开关依旧处于关闭状态，此时输出电压pvin为v1；

10、当负载电流在700ma-770ma范围时，电压比较器comp1的同相端电压大于反相端电压vx，输出信号a为高电平；电压比较器comp2、comp3同相端电压均小于反相端电压，输出信号b和c为低电平，通过逻辑控制电路使y1＝1，y0＝y2＝y3＝0打开开关s2，其它开关处于关闭状态，此时输出电压pvin为v2；

11、当负载电流在771ma-820ma范围内时，电压比较器comp1和电压比较器comp2的同相端vc值大于反相端vx、vy值，输出信号a＝b为高电平；电压比较器comp3的vc<vz，输出信号c为低电平，再通过逻辑控制电路使y2＝1，y0＝y1＝y3＝0打开开关s3，其它开关处于关闭状态，此时输出电压pvin为v3；

12、当负载电流在821ma-900ma范围内时，电压比较器comp1、comp2、comp3的同相端均大于反相端，输出信号a＝b＝c均为高电平，通过逻辑控制电路使y3＝1、y0＝y1＝y2＝0，打开开关s4，其它开关处于关闭状态。此时输出电压pvin为v4。

13、本发明的有益效果是，本发明所提供的一种用于用于提升开关电源重载效率的电路，在系统进入大电流负载时，由于导通损耗的影响，系统的转换效率被限制，为提升转换效率，需要减小导通电阻，即增大功率管的栅源电压。增大功率管的栅源电压会使驱动损耗和开关损耗增大，因此需要根据不同的负载电流采用不同的栅源电压，使系统的转换效率达到最高。本发明提供电路结构简单，功耗低，效率高。采用电压比较器、逻辑控制电路和不同基准产生电路，在系统进入大负载电流时，开启不同的功率管栅极电压，减小导通损耗，提升系统在重载时的转换效率。

技术特征：

1.用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：包括电压比较器comp1、comp2、comp3，三个电压比较器comp1、comp2、comp3同时依次连接逻辑控制电路和不同基准产生电路。

2.根据权利要求1所述的用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：所述电压比较器comp1、comp2、comp3同相输入端都接误差放大器输出信号vc，电压比较器comp1反相端接vx信号；电压比较器comp2反相端接vy信号；电压比较器comp3反相端接vz信号；电压比较器comp1、comp2、comp3的输出信号a、b、c与逻辑控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：所述电压比较器comp1、comp2、comp3的结构相同，电压比较器comp1包括由nmos管m1、m2、m3构成的电流偏置电路，nmos管m2连接输入差分对管m4和m5，输入差分对管m4和m5上分别连接负载nmos管m6和m7，nmos管m2、m4～m7作为第一级放大器，m3和m8作为第二级放大器；经过三个反相器整形最终输出信号a。

4.根据权利要求2所述的用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：所述逻辑控制电路是一个三位输入，四位输出的译码器，包括六个反向器和四个与门电路，最终输出四个不同信号y0、y1、y2、y3；四个信号y0、y1、y2、y3连接不同基准产生电路，控制开关的开启与关断。

5.根据权利要求4所述的用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：所述不同基准产生电路包括四个串联电阻r1、r2、r3、r4；电阻r1下端接地，电阻r1上端接开关管s1的一侧，开关管s1另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r2下端接电阻r1，电阻r2上端接开关管s2的一侧，开关管s2另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r3下端接电阻r2，电阻r3上端接开关管s3的一侧，开关管s3另一侧接到功率管栅压pvin上；电阻r4下端接电阻r3，电阻r4上端接输出电压和开关管s4的一侧，开关管s4另一侧接到功率管栅压pvin上。

6.根据权利要求5所述用于提升开关电源重载效率的电路，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种用于提升开关电源重载效率的电路，包括三个比较器comp，比较器的同相端均连接误差放大器输出信号Vc，第一个比较器反相端Vx连接Io＝700mA时的Vc值，第二个比较器反相端Vy连接Io＝770mA时的Vc值，第三个比较器反相端Vz连接Io＝820mA时的Vc值。三个比较器的输出端a、b、c连接逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路的四个输出端与不同基准产生电路的四个开关连接。不同基准产生电路通过四个电阻串连接地，电阻分压以获得不同的功率管栅压。本发明公开采用一种应用于提升开关电源重载效率的功率管自适应导通电阻电路，本发明有效提升了开关电源在重载时的转换效率。

技术研发人员：郭仲杰,李梦丽,邱子忆,卢沪,刘楠
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13