[发明专利]一种基于谷值检测的准谐振开关变换器

说明书

本发明属于电源管理技术领域，具体的说是涉及一种基于谷值检测的准谐振开关变换器。本发明的电路主要是令开关变换器近似工作在边界导通模式，基于LC振荡设计谷值检测电路实现软开关，使功率管实现零电压、零电流开关，通过大幅降低Q_GD来解决传统高压LED驱动因硬开关而导致的开关损耗严重的问题，从而达到高效工作的目的。

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体的说是涉及一种基于谷值检测的准谐振开关变换器。

背景技术

开关变换器作为电源管理芯片中重要的一类电路，以其宽输出范围、高转换效率等特点被广泛应用于消费电子、工业设计、航空航天等领域。

开关变换器由开关控制器和功率级电路构成，通过设计适当的电路控制功率管的开启和关断使其输出提供恒定的电压或电流为负载供电。例如负载为LED灯时，开关变换器输出恒定电流，LED灯维持亮度不变，如图1所示。

传统LED驱动为硬开关，即通过对电感电流的峰值和谷值进行检测，来控制功率管的开关状态，不断对输出电容充放电以实现LED灯的低电流纹波。然而硬开关的LED驱动会出现浪涌电流的问题：当系统检测到电感电流降至谷值时开启功率管，功率管漏极电位由续流状态下的Vi+VF瞬间被拉至地电平。由于功率管的漏极存在等效到地的寄生电容，则功率管开启瞬间寄生电容上的电荷涌入功率管内，灌入很大的浪涌电流，造成较大的功率损耗，还可能会导致功率管的烧毁，这一点随着应用电压的升高会更为明显。这就造成了传统LED驱动可靠性较低，且功率难以做大的问题。

发明内容

本发明的目的，是为解决传统LED驱动由于硬开关所导致的低功率输出和低可靠性的问题，本发明提出一种基于谷值检测的准谐振开关变换器。

本发明的技术方案是：一种基于谷值检测的准谐振开关变换器，包括功率级拓扑、峰值电流采样模块和谷值检测模块；其特征在于，

所述功率级拓扑由功率管、肖特基二极管、电感、输出电容和负载构成；输出电容与负载并联，负载的正端与电源和肖特基二极管负端相连，负载的负端通过电感后接肖特基二极管的正端和功率管的漏极；

所述峰值电流采样模块由采样电阻和电流限比较器构成；采样电阻跨接在功率管源极和地之间，电流限比较器负端接功率管源极，正端接基准电压，输出接功率管驱动模块；

所述谷值检测模块包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M5、第四PMOS管M8、第五PMOS管M9、第十PMOS管M10、第一NMOS管M3、第二NMOS管M4、第三NMOS管M6、第四NMOS管M7、第五NMOS管M11、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第八三极管Q8、第一电流源、第二电流源、第一电流比较器、第二电流比较器、第一电容、第二电容、第三电容、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、D触发器、第三电流源、第六NMOS管和第七NMOS管；其中，

第一PMOS管M1的源极接电源，其栅极与漏极互连，其漏极接第一电流源；

第二PMOS管M2的源极接电源，其栅极接第一PMOS管M1的漏极；第一NMOS管M3的漏极和栅极接第二PMOS管M2的漏极，第一三极管Q1的集电极和基极接第一NMOS管M3的源极，第二三极管Q2的集电极和基极接第一三极管Q1的发射极，第二三极管Q2的发射极接地；

第三PMOS管M5的源极接电源，其栅极接第一PMOS管M1的漏极；第三NMOS管M6的漏极接电源，其栅极接第四PMOS管M8的漏极；第三PMOS管M5的漏极和第三NMOS管M6的源极连接后接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的基极接第一NMOS管M3的源极，第三三极管Q3的发射极接第二电流源；