[发明专利]一种分段控制提高功率系统转换效率的装置及实现方法

说明书

本发明公开了一种分段控制提高功率系统转换效率的装置及实现方法，它包括功率场效应管，其特征在于：自适应分段控制模块的输出端与驱动电路的使能端连接，各个驱动电路的输出端分别与各段功率场效应管连接，PWM信号与自适应分段控制模块的输入端和驱动电路的输入端连接；将功率场效应管按1:2:‑‑2ⁿ的面积比分为n+1段，每一段由带有使能端的驱动电路进行驱动；通过数字电路模块检测功率系统中的PWM信号的占空比，间接对系统负载状态进行采样，将采样结果与每一段功率场效应管的基准信号进行滞回比较，输出相应的控制变量；由每个控制变量对对应的每段功率场效应管进行使能控制；解决了功率场效应管转换效率低下等技术问题。

技术领域

本发明属于高效率功率控制技术领域，尤其涉及一种分段控制提高功率系统转换效率的装置及实现方法。

背景技术

转换效率是功率电子系统的重要技术指标之一。其定义为输出到负载的功率与电源供给的功率之比。由于功率电路自身存在损耗(主要是功率器件的损耗)，转换效率总是低于1的，为了提高效率，必须尽可能降低电子系统自身的损耗。导通电阻和寄生电容是引起功率器件损耗的主要原因，导通电阻主要导致静态损耗，寄生电容主要导致开关损耗。

当前，在功率系统中大功率器件多选用场效应晶体管(MOSFET)，且这些大功率场效应管绝大部分情况下是工作在开关状态。功率场效应管的开关损耗与驱动信号的频率、驱动信号幅值的平方、器件的寄生输入电容成正比。对于应用较广泛的功率开关变换器，大多是在中载和重载时采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)实现针对负载的自适应控制，在轻载时联合使用脉冲宽度调制和脉冲频率调制(Pulse FrequencyModulation，PFM)或脉冲跨周期调制(Pulse Skip Modulation，PSM)实现自适应控制的同时提升功率系统的转换效率。PFM和PSM会导致系统在轻载时输出纹波较大，且控制电路相对较难实现。

对负载电流进行高精度取样是功率系统中较难实现的一项关键技术，负载电流越大，取样难度也越大。目前常用的取样方法有两种：一是由高精度的小电阻直接取样，这不仅会影响原电路的工作状态，对取样电阻的精度要求也非常苛刻；二是通过取样功率场效应管的漏-源电压降来间接取样负载电流，由于工作在开关状态的功率场效应管漏-源压降很小，这种方法的离散性和精度都较难控制。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种自适应调节大功率场效应管面积的装置及实现方法，以解决现有技术中由于功率器件自身损耗尤其是导通电阻和寄生电容导致的功率场效应管转换效率低下等技术问题。

本发明技术方案：

一种分段控制提高功率系统转换效率的装置，它包括功率场效应管，自适应分段控制模块的输出端与驱动电路的使能端连接，驱动电路的输出端与功率场效应管连接，PWM信号与自适应分段控制模块的输入端和驱动电路的输入端连接。

所述自适应分段控制模块包括占空比检测模块，占空比检测模块与占空比滞回比较模块导线连接。

所述自适应分段控制模块的输出端有D0至Dn个，分别对应n+1个驱动电路的使能端，n+1个驱动电路的输出端分别对应n+1段功率场效应管。

一种分段控制提高功率系统转换效率的装置的实现方法，它包括：步骤1、将功率场效应管按1:2:---:2ⁿ的面积比分为n+1段，每一段由一个驱动电路进行驱动；

步骤2、对功率系统中PWM信号的占空比进行采样，将采样结果与每一段功率场效应管的基准信号进行滞回比较后，输出控制信号；

步骤3、由每个控制信号对对应的每段功率场效应管进行使能控制。

步骤2所述输出控制信号，其实现方法为：