本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種BUCK驅(qū)動電路以及電源芯片。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)BUCK結(jié)構(gòu)電源輸出短路保護典型外圍應(yīng)用如圖1所示。當(dāng)輸出Vout短路時，電感L放電時間需要很長時間才能放完。如果在每個開關(guān)周期內(nèi)電感電流沒放到一定值，控制芯片又開啟的話，就會造成電感電流的積累，經(jīng)過多個開關(guān)周期后，電感上的電流將會很大，控制芯片中的功率管就會被損壞，嚴(yán)重的還會造成系統(tǒng)炸機。

傳統(tǒng)BUCK結(jié)構(gòu)電源輸出短路保護的具體工作原理如下：由圖2可知，控制芯片通過芯片F(xiàn)B引腳檢測輸出端，當(dāng)檢測到V1(輸出電壓經(jīng)R1和R2的分壓)低于vref1時，比較器compar2輸出低電平，并經(jīng)過延遲模塊持續(xù)一段時間，送至控制邏輯模塊。控制邏輯模塊即判斷輸出短路，輸出控制信號，關(guān)斷功率管M2。

該傳統(tǒng)的控制方法缺點是：1)需要一個控制反饋引腳，增加了控制芯片的管腳數(shù)，相對增加了芯片成本。2)當(dāng)出現(xiàn)輸出短路錯誤狀態(tài)時，芯片內(nèi)部不能立即響應(yīng)采取保護措施，延遲了一段時間(避免芯片誤判斷短路)，而在這段延遲時間，可能損壞芯片內(nèi)部功率管。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種BUCK驅(qū)動電路以及電源芯片。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種BUCK驅(qū)動電路，用于與外圍電路配合給負(fù)載供電，包括用于將輸入電壓進行調(diào)節(jié)以為負(fù)載提供電源的電源輸出模塊、用于控制電源輸出模塊中的功率管的導(dǎo)通和關(guān)閉的控制模塊、用于在電源輸出模塊過流時觸發(fā)所述控制模塊關(guān)閉所述功率管的過流保護模塊、用于在所述功率管關(guān)閉后檢測與所述驅(qū)動電路匹配的外圍電路中的電感的放電電流并在放電電流超過預(yù)設(shè)電流時發(fā)送反饋信號給控制模塊的電感放電電流檢測模塊，所述控制模塊還用于在接收到所述反饋信號時控制所述功率管保持關(guān)閉狀態(tài)；

所述電感與負(fù)載連接的一端通過一個二極管與所述電感放電電流檢測模塊連接，所述電感的另一端通過一個第一電阻與電源輸出模塊連接，所述控制模塊分別與所述電源輸出模塊、過流保護模塊、電感放電電流檢測模塊連接，所述過流保護模塊還與所述電源輸出模塊連接。

在本發(fā)明所述的BUCK驅(qū)動電路中，所述BUCK驅(qū)動電路包括一個與二極管連接的VCC端、一個與所述第一電阻連接的GND端以及一個用于接收輸入電壓的D端，所述電源輸出模塊的輸入端與D端連接、輸出端與GND端連接；

所述電感放電電流檢測模塊包括：用于采樣前一個周期功率管導(dǎo)通結(jié)束時的VCC端的電壓的第一采樣保持電路、用于采樣前一個周期功率管導(dǎo)通期間的最高檢流電壓并保持到下個周期開啟前的第二采樣保持電路、兩個電壓跟隨器、第一比較器、第一MOS管、第二MOS管、第二電阻、第三電阻、鏡像電流模塊，所述鏡像電流模塊的參考支路包括一個MOS管、輸出支路包括K個并聯(lián)的MOS管，參考支路與輸出支路的輸出端連接所述GND端，第一MOS管的源極連接參考支路的輸入端、漏極連接第一個電壓跟隨器的正輸入端以及通過第二電阻連接VCC端、柵極連接第一個電壓跟隨器的輸出端，第一個電壓跟隨器的負(fù)輸入端經(jīng)由所述第一采樣保持電路連接VCC端，第二MOS管的源極連接第二個電壓跟隨器的負(fù)輸入端以及第三電阻的第一端、漏極連接內(nèi)部電源、柵極連接第二個電壓跟隨器的輸出端，第二個電壓跟隨器的正輸入端經(jīng)由所述第二采樣保持電路連接電源輸出模塊，第一比較器的負(fù)輸入端用于接收與預(yù)設(shè)電流對應(yīng)的放電參考電壓，第一比較器的輸出端連接所述控制模塊。

在本發(fā)明所述的BUCK驅(qū)動電路中，所述第一采樣保持電路包括第三MOS管、第一電容，所述第二采樣保持電路包括第四MOS管、第二電容，第三MOS管的漏極連接VCC端、源極連接第一個電壓跟隨器的負(fù)輸入端、柵極用于接收PWM信號，第四MOS管的漏極連接電源輸出模塊、源極連接第二個電壓跟隨器的正輸入端、柵極用于接收PWM信號。

在本發(fā)明所述的BUCK驅(qū)動電路中，所述過流保護模塊包括第二比較器，所述第二比較器的負(fù)輸入端用于接收過流參考電壓、正輸入端連接電源輸出模塊、輸出端連接控制模塊。

在本發(fā)明所述的BUCK驅(qū)動電路中，所述控制模塊包括時鐘電路、邏輯電路、驅(qū)動模塊、恒壓模塊，所述電源輸出模塊包括所述串聯(lián)的功率管和一個檢流電阻，所述恒壓模塊連接至所述VCC端，所述邏輯電路分別連接所述恒壓模塊、時鐘電路、驅(qū)動模塊、第一比較器的輸出端、第二比較器的輸出端，驅(qū)動模塊連接所述功率管的控制端，所述檢流電阻的第一端連接所述第一比較器的正輸入端以及第二采樣保持電路，所述檢流電阻的第二端連接所述GND端。

本發(fā)明還公開了一種電源芯片，所述芯片封裝有所述的BUCK驅(qū)動電路。

本發(fā)明還公開了所述電源芯片的應(yīng)用，用于通過將所述電源芯片與整流濾波電路、外圍電路連接實現(xiàn)為負(fù)載提供驅(qū)動電源，所述外圍電路包括：第一電阻、第二電阻、電感、二極管、續(xù)流二極管、第三電容、第四電容，電源芯片的用于接收輸入電壓的D端與整流濾波電路連接，電源芯片的GND端與所述第一電阻的第一端以及續(xù)流二極管的負(fù)極，第一電阻的第二端連接電感的第一端，電感的第二端作為連接外部負(fù)載的節(jié)點且通過第三電容接地，電感的第二端作還經(jīng)過第二電阻連接續(xù)流二極管的正極。電感的第二端連接二極管的正極，二極管的負(fù)極連接電源芯片的VCC端，電源芯片的VCC端和電感的第一端之間連接二電容。

實施本發(fā)明的BUCK驅(qū)動電路、電源芯片及其應(yīng)用，具有以下有益效果：本發(fā)明中利用過流保護模塊控制電感電流的最大值，當(dāng)電感電流過流時就關(guān)閉功率管進而切斷電源輸出模塊的輸出，實現(xiàn)斷開電感充電回路。同時，減掉了延遲模塊，增加了電感放電電流檢測模塊，其在功率管關(guān)閉后檢測電感的放電電流并在放電電流超過預(yù)設(shè)電流時發(fā)送反饋信號給控制模塊以保持功率管的關(guān)閉狀態(tài)，即只有在放電電流小于等于預(yù)設(shè)電流時才釋放對功率管的強制關(guān)閉狀態(tài)，如此可以確保在輸出短路時每一個周期電感電流都不會過流，避免BUCK驅(qū)動電路在輸出短路時出現(xiàn)損壞，增加了BUCK驅(qū)動電路的可靠性。而且，在制作成芯片時，本發(fā)明的電路和外圍運用節(jié)省了芯片反饋引腳FB，大大降低電源芯片成本，且外圍運用更簡單。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是傳統(tǒng)BUCK結(jié)構(gòu)電源輸出短路保護典型外圍應(yīng)用圖；

圖2是傳統(tǒng)BUCK結(jié)構(gòu)電源芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖3是本發(fā)明的電源芯片的外圍運用圖；

圖4是本發(fā)明的BUCK驅(qū)動電路的電路原理圖；

圖5是圖4中的電感放電電流檢測模塊的電路原理圖；

圖6是電感放電電流檢測模塊對應(yīng)的波形圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖3是本發(fā)明的電源芯片的外圍運用圖，圖4是本發(fā)明的BUCK驅(qū)動電路的電路原理圖。

本發(fā)明的電源芯片減掉了延遲模塊，節(jié)省了芯片反饋引腳FB。通過檢測電感放電電流保證電感上的電流不會累計過大。為實現(xiàn)電感的電流檢測，在外圍電路中需要增加一個第一電阻R1，通過檢測第一電阻R1兩端電壓來實現(xiàn)輸出短路保護功能。具體實現(xiàn)上是在芯片內(nèi)部增加了電感放電電流檢測模塊，其在功率管關(guān)閉后檢測電感的放電電流并在放電電流超過預(yù)設(shè)電流時發(fā)送反饋信號給控制模塊以保持功率管的關(guān)閉狀態(tài)，即只有在放電電流小于等于預(yù)設(shè)電流時才釋放對功率管的強制關(guān)閉狀態(tài)，如此可以確保在輸出短路時每一個周期電感電流都不會過流。

具體實施例中，包含BUCK驅(qū)動電路的芯片包括VCC端、D端、GND端。在應(yīng)用時，通過將所述電源芯片與整流濾波電路、外圍電路連接即可實現(xiàn)為負(fù)載提供驅(qū)動電源。例如，橋式整流電路和電容Cin構(gòu)成的整流濾波電路與D端連接，D端用于接收輸入電壓。GND端與所述第一電阻R1的第一端以及續(xù)流二極管D1的負(fù)極，第一電阻R1的第二端連接電感L的第一端，電感L的第二端作為連接外部負(fù)載的節(jié)點，提供電壓Vout。電感L的第二端作還經(jīng)過電阻R0連接續(xù)流二極管D1的正極。電感L的第二端連接二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極連接VCC端，VCC端和電感L的第一端之間連接一個電容C3。

具體的，本發(fā)明的BUCK驅(qū)動電路包括用于將輸入電壓進行調(diào)節(jié)以為負(fù)載提供電源的電源輸出模塊100、用于控制電源輸出模塊100中的功率管的導(dǎo)通和關(guān)閉的控制模塊200、用于在電源輸出模塊100過流時觸發(fā)所述控制模塊200關(guān)閉所述功率管的過流保護模塊300、用于在所述功率管關(guān)閉后檢測與所述驅(qū)動電路匹配的外圍電路中的電感L的放電電流并在放電電流超過預(yù)設(shè)電流時發(fā)送反饋信號給控制模塊200的電感放電電流檢測模塊400，所述控制模塊200還用于在接收到所述反饋信號時控制所述功率管保持關(guān)閉狀態(tài)。

控制模塊200為現(xiàn)有技術(shù)，對此并不做限制。一個具體實施例中，所述控制模塊200包括時鐘電路、邏輯電路、驅(qū)動模塊、恒壓模塊，所述電源輸出模塊100的輸入端與D端連接、輸出端與GND端連接，其具體包括所述功率管和一個檢流電阻Rcs。所述過流保護模塊300包括第二比較器Compar。本實施例中功率管為P型MOS管M2。

MOS管M2的漏極連接所述VCC端、源極連接檢流電阻Rcs的第一端、柵極連接驅(qū)動模塊，檢流電阻Rcs的第二端連接GND端。所述第二比較器Compar的負(fù)輸入端用于接收過流參考電壓、正輸入端連接檢流電阻Rcs的第一端、輸出端連接邏輯電路，邏輯電路通過所述恒壓模塊連接至所述VCC端。

參考圖5，是圖4中的電感放電電流檢測模塊的電路原理圖。

一個具體的實施例中，所述電感放電電流檢測模塊400包括：用于采樣前一個周期功率管導(dǎo)通結(jié)束時的VCC端的電壓的第一采樣保持電路、用于采樣前一個周期功率管導(dǎo)通期間的最高檢流電壓并保持到下個周期開啟前的第二采樣保持電路、兩個電壓跟隨器EA1和EA2、第一比較器、第一MOS管MN3、第二MOS管MN4、第二電阻R2、第三電阻R3、鏡像電流模塊，所述鏡像電流模塊的參考支路包括一個MOS管MN1、輸出支路包括K個并聯(lián)的MOS管MN2。

鏡像電流模塊的參考支路與輸出支路的輸出端連接所述GND端，第一MOS管MN3的源極連接參考支路的輸入端、漏極連接第一個電壓跟隨器EA1的正輸入端以及通過第二電阻R2連接VCC端、柵極連接第一個電壓跟隨器EA1的輸出端，第一個電壓跟隨器EA1的負(fù)輸入端經(jīng)由所述第一采樣保持電路連接VCC端，第二MOS管MN4的源極連接第二個電壓跟隨器EA2的負(fù)輸入端以及第三電阻R3的第一端、漏極連接內(nèi)部電源vdd、柵極連接第二個電壓跟隨器EA2的輸出端，第二個電壓跟隨器EA2的正輸入端經(jīng)由所述第二采樣保持電路連接檢流電阻Rcs的第一端，第一比較器comp1的負(fù)輸入端用于接收與預(yù)設(shè)電流對應(yīng)的放電參考電壓vref1，第一比較器comp1的輸出端連接所述邏輯電路。

其中，所述第一采樣保持電路包括第三MOS管MN5、第一電容C1，所述第二采樣保持電路包括第四MOS管MN6、第二電容C2，第三MOS管MN5的漏極連接VCC端、源極連接第一個電壓跟隨器的負(fù)輸入端、柵極用于接收PWM信號，第四MOS管MN6的漏極連接電源輸出模塊100、源極連接第二個電壓跟隨器的正輸入端、柵極用于接收PWM信號。

下面結(jié)合圖6，介紹本發(fā)明的工作原理：

一方面，第二比較器Compar的正端接MOS管M1的S端，通過檢流電阻Rcs檢測通過MOS管M1的電流。當(dāng)MOS管M1開啟，充電電流流過檢流電阻Rcs和電感L，檢流電阻Rcs上的電壓超過基準(zhǔn)電壓Vref時，第二比較器Compar輸出一個高電平信號，經(jīng)過邏輯電阻、驅(qū)動模塊關(guān)斷MOS管M1。即通過MOS管M1上最大電流為：

另一方面，由圖5可知，在MOS管M1開啟期間，經(jīng)過檢流電阻Rcs上的電流和第一電阻R1上的電流一致，因此，第一電阻R1上的電壓變化可以反映電感L上的電流變化：同時，ΔV_R1經(jīng)過電容C3耦合到VCC，即VCC上的電壓變化反映了電感電流的變化。圖5中，Vcs的電壓經(jīng)過第二采樣保持電路，其采樣前一個周期開關(guān)開啟期間最高Vcs值并保持到下個周期開啟前，具體波形參考圖6中的Vcs_adopt；同時，VCC的電壓經(jīng)過第一采樣保持電路，其采樣前一個開關(guān)信號導(dǎo)通結(jié)束時的電壓，具體波形參考圖6中的VCC_adopt。當(dāng)開關(guān)信號結(jié)束時，芯片關(guān)斷內(nèi)部功率管，此時電感放電，電感電流逐漸減小，ΔV_R1電壓相應(yīng)減小，VCC的電壓逐漸上升。EA1嵌位VCC前一個周期采樣的在開關(guān)結(jié)束時刻的電壓。在開關(guān)關(guān)斷區(qū)間，VCC的電壓上升，EA1嵌位電壓保持不變，其中VC電壓為運放EA1嵌位電壓V_CC-adopt，IA在開關(guān)關(guān)斷區(qū)間電流為運放EA2嵌位Vcs經(jīng)過采樣保持電路保持后的電壓，即VD為EA2嵌位電壓V_cs-adopt。在開關(guān)關(guān)斷期間，比較器Comp1正端E點的電壓為：VE＝VD-IB*R3＝V_cs-adopt-K*IA*R3。在功率管開啟時Vcs-adopt的值反映了電感上的電流值，其為Vcs＝IL*Rs，采樣保持其最大值時，相當(dāng)于電感上電流達到了最大。而此時，VCC的電壓值達到最小。在功率管關(guān)斷期間，只有通過VCC電壓來反映電感電流的變化，Vcs-adopt的值保持最大值(即電感電流最大)。上述提到，根據(jù)圖5此時VCC的電壓變化反映了電感L上的電流變化，VCC的電壓值逐漸增大，VC的值為VCC在上個周期開啟時對應(yīng)的最小值(由圖6所示)。因此，IA的電流值隨著VCC值的增加而逐漸增大(由圖6所示)。IA的增加就導(dǎo)致了VE的下降(由上式可知)。電壓VE的變化值就反映了在芯片關(guān)斷時，電感電流的變化值。電感電流從(在功率管開啟時達到的最大值)逐漸下降，當(dāng)VE的值等于Vref1時，相當(dāng)于Vcs-adopt的電壓值已經(jīng)降到Vref1值了，等價于現(xiàn)在電感上的電流由變?yōu)榭梢奦E的電壓在關(guān)斷期間逐漸下降，當(dāng)VE的電壓值降至vref1時，比較器Comp1輸出低電平，表明此時電感電流已經(jīng)放至預(yù)設(shè)電流。在這個條件滿足下，當(dāng)下個時鐘信號到來時，再次開啟功率管。

綜上所述，實施本發(fā)明的BUCK驅(qū)動電路、電源芯片及其應(yīng)用，具有以下有益效果：本發(fā)明中利用過流保護模塊控制電感電流的最大值，當(dāng)電感電流過流時就關(guān)閉功率管進而切斷電源輸出模塊的輸出，實現(xiàn)斷開電感充電回路。同時，減掉了延遲模塊，增加了電感放電電流檢測模塊，其在功率管關(guān)閉后檢測電感的放電電流并在放電電流超過預(yù)設(shè)電流時發(fā)送反饋信號給控制模塊以保持功率管的關(guān)閉狀態(tài)，即只有在放電電流小于等于預(yù)設(shè)電流時才釋放對功率管的強制關(guān)閉狀態(tài)，如此可以確保在輸出短路時每一個周期電感電流都不會過流，避免BUCK驅(qū)動電路在輸出短路時出現(xiàn)損壞，增加了BUCK驅(qū)動電路的可靠性。而且，在制作成芯片時，本發(fā)明的電路和外圍運用節(jié)省了芯片反饋引腳FB，大大降低電源芯片成本，且外圍運用更簡單。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。