[發明專利]高壓輸入DC-DC變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 201810840480.0
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108768167A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 張波;林官秋;喻輝杰
• 申請（專利權）人: 深圳市必易微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

本發明揭示了一種高壓輸入DC?DC變換器及其控制方法，DC?DC變換器包括環路控制單元、差分采樣電路、驅動電路、第一功率管、第一二極管、電感、輸入電容、輸出電容；所述差分采樣電路連接環路控制單元，環路控制單元連接驅動電路；輸出電壓正極Vo+、輸出電壓負極Vo?作為差分采樣電路的輸入端，差分采樣電路用以獲取設定兩點的壓差，并將結果輸出到環路控制單元；環路控制單元用以根據差分采樣電路發送的壓差數據進行第一功率管的占空比調節，并將相關數據發送至所述驅動電路；驅動電路用以結合環路控制單元發送的相關數據驅動第一功率管開關動作。本發明提出的高壓輸入DC?DC變換器，可簡化設計電路，降低成本，同時降低晶元加工工藝難度。

技術領域

本發明屬于電子信息技術領域，涉及一種DC-DC變換器，尤其涉及一種高壓輸入DC-DC變換器；此外，本發明還涉及一種高壓輸入DC-DC變換器的控制方法。

背景技術

隨著電子產品的普及和產品功能的增強，DC-DC變換器的應用得到了快速發展，比如汽車用電子產品的增加、電動自行車的智能化、物聯網產品的普及等。在這些產品中DC-DC變換器應用非常廣泛，但有別于其他領域的DC-DC變換器，這些應用領域里DC-DC變換器需要較寬的輸入電壓范圍，最低輸入電壓可能在20V以上，而最高輸入電壓需要支持到100V甚至更高，而輸出電壓相對而言較低，多數在10V以下。這些要求對變換器的集成度、成本和設計的復雜度提出了挑戰。

傳統的方案如圖1所示。Q1為N溝道增強型MOSFET，其源極與續流二極管D1和主電感L相連，漏極與輸入電壓Vin相連，系統正常工作時Q1工作在截止區和飽和區，飽和區時導通阻抗小可以提高系統轉換效率。

由于其導通條件為柵源極驅動電壓(Vgs)為正壓且大于一定電壓，所以下圖中的“浮柵驅動”單元的供電的參考點應該是Q1的柵極。為此，傳統方案中需要涉及有D2、浮地供電單元和C1。此部分的電路原理為，當續流二極管D1導通時，C1通過回路D2、浮地供電單元充電，當D1截止后，由于D2也同時反向截止，C1的電荷用作“浮柵驅動”單元的供電。

此外，傳統方案中實現輸出電壓控制還需要分壓電阻網絡、環路運放EA、基準電壓Vref、環路補償電路和占空比調制電路。首先將輸出電壓作為反饋與基準Vref比較，比較后得到的誤差通過環路補償電路輸出至占空比調制電路，最后得到滿足輸出電壓目標所需的Q1的導通占空比。但是由于基準電壓Vref參考點為輸出的“地”，故占空比調制電路的輸出信號的參考點也是輸出的“地”，而Q1導通所需的驅動信號參考點為D1的陰極，所以占空比調制電路與浮刪驅動單元之間還需要電平轉移單元。

現有方案存在如下缺陷：

1、電路設計復雜。傳統方案中C1、浮地供電單元、D2和電平轉移單元為必須部分，增加了系統設計成本

2、半導體工藝要求高，成本高。由于浮柵驅動單元、浮地驅動單元和Q1的參考點都是與輸出“地”非相同節點，在正常工作時需要極高的抗共模干擾能力；為了保證系統的可靠性，需要三部分電路對輸出“地”的漏電流極地，以免造成器件的損壞。由于半導體器件的耐壓越高時，其漏電流越大，所以輸入電壓越高時，對晶元加工工藝的要求越高，生產成本也相應增加。目前支持到100V的此部分功能的晶元加工工藝還不成熟。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種DC-DC變換器，以便克服現有DC-DC變換器存在的上述缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種高壓輸入DC-DC變換器，可簡化設計電路，降低成本，同時降低晶元加工工藝難度。

此外，本發明還提供一種高壓輸入DC-DC變換器的控制方法，可簡化設計電路，降低成本，同時降低晶元加工工藝難度。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：