[发明专利]升压变换器的限流电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及升压变换器，特别涉及一种升压变换器的限流电路及方法。

背景技术

升压变换器（the boost converter）被广泛地应用在便携式设备中，图1是常见的一种升压变换器的电路结构示意图。参考图1，所述升压变换器包括储能电感L、开关管Q1、续流管Q2、输出电容Cout以及主控电路10，其中，所述主控电路10适于在时钟信号CLK的控制下向所述开关管Q1和续流管Q2提供栅极驱动信号，控制所述开关管Q1和续流管Q2的导通和截止。

图2是图1所示的升压变换器的电感电流（即流过所述储能电感L的电流）I_L随时间t变化的关系示意图。参考图2，所述升压变换器的工作周期Ts分为储能阶段和续流阶段：在储能阶段，所述主控电路10控制所述开关管Q1导通、续流管Q2截止，由于输入电压Vin的作用，所述电感电流I_L呈线性增加，电能转化为磁场能存储在所述储能电感L中；在续流阶段，所述主控电路10控制所述开关管Q1截止、续流管Q2导通，由于所述电感电流I_L不能发生突变，所述电感电流I_L经过所述续流管Q2给所述输出电容Cout和负载供电，呈线性下降。直到下一个工作周期开始，所述电感电流I_L再次呈线性增加，重复上述过程。通过调节所述开关管Q1和所述续流管Q2的导通时间，可以产生稳定的输出电压Vout。

在所述升压变换器的工作周期Ts内，所述开关管Q1的导通时间Ton=D1*Ts，所述开关管Q1的截止时间Toff=D2*Ts，其中，D1为导通时间占空比，D2为截止时间占空比，在连续工作模式下，D1+D2=1。当所述开关管Q1处于导通状态，所述储能电感L两端的电压等于所述输入电压Vin，所述电感电流I_L的增量为：

I_L+=Uin*Ton/l=Uin*D1*Ts/l------（式1），

其中，I_L+为所述电感电流I_L的增量，Uin为所述输入电压Vin的电压值，l为所述储能电感L的电感值；当所述开关管Q1处于截止状态，所述储能电感L两端的电压等于所述输出电压Vout与所述输入电压Vin的电压差，所述电感电流I_L的减量为：

I_L-=（Uout-Uin）*Toff/l=（Uout-Uin）*D2*Ts/l------（式2），

其中，I_L-为所述电感电流I_L的减量，Uout为所述输出电压Vout的电压值。稳态时，根据电感的伏秒平衡原则，所述电感电流I_L的增量I_L+与所述电感电流I_L的减量I_L-相等，由式1和式2获得：

Uout/Uin=1/（1-D1）------（式3）。

所述开关管Q1和所述续流管Q2通常为MOSFET或者IGBT等大功率器件，这些功率器件在工作中的电流如果超出了本身的承受能力而使得管内能量聚积时，极容易引起雪崩并损坏器件。因此，限流是影响功率器件可靠运行的关键，能够防止因过载或输出短路而造成所述升压变换器损坏。

图3是图1所示的升压变换器的限流电路的电路结构示意图。参考图3，所述限流电路包括检测比较单元30。所述检测比较单元30适于检测流过所述开关管Q1的电流，并将流过所述开关管Q1的电流与设定的限流电流Imax进行比较以获得限流信号Reset，所述限流信号Reset通过所述主控电路10控制所述开关管Q1和续流管Q2。所述主控电路10可以采用RS触发器实现，所述RS触发器的置位端S适于接收所述限流信号Reset，所述RS触发器的复位端R适于接收所述时钟信号CLK，所述RS触发器的第一输出端Q适于向所述开关管Q1提供栅极驱动信号，所述RS触发器的第二输出端Qn适于向所述续流管Q2提供栅极驱动信号。