[发明专利]高压输入DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明揭示了一种高压输入DC‑DC变换器及其控制方法，DC‑DC变换器包括环路控制单元、差分采样电路、驱动电路、第一功率管、第一二极管、电感、输入电容、输出电容；所述差分采样电路连接环路控制单元，环路控制单元连接驱动电路；输出电压正极Vo+、输出电压负极Vo‑作为差分采样电路的输入端，差分采样电路用以获取设定两点的压差，并将结果输出到环路控制单元；环路控制单元用以根据差分采样电路发送的压差数据进行第一功率管的占空比调节，并将相关数据发送至所述驱动电路；驱动电路用以结合环路控制单元发送的相关数据驱动第一功率管开关动作。本发明提出的高压输入DC‑DC变换器，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种DC-DC变换器，尤其涉及一种高压输入DC-DC变换器；此外，本发明还涉及一种高压输入DC-DC变换器的控制方法。

背景技术

随着电子产品的普及和产品功能的增强，DC-DC变换器的应用得到了快速发展，比如汽车用电子产品的增加、电动自行车的智能化、物联网产品的普及等。在这些产品中DC-DC变换器应用非常广泛，但有别于其他领域的DC-DC变换器，这些应用领域里DC-DC变换器需要较宽的输入电压范围，最低输入电压可能在20V以上，而最高输入电压需要支持到100V甚至更高，而输出电压相对而言较低，多数在10V以下。这些要求对变换器的集成度、成本和设计的复杂度提出了挑战。

传统的方案如图1所示。Q1为N沟道增强型MOSFET，其源极与续流二极管D1和主电感L相连，漏极与输入电压Vin相连，系统正常工作时Q1工作在截止区和饱和区，饱和区时导通阻抗小可以提高系统转换效率。

由于其导通条件为栅源极驱动电压(Vgs)为正压且大于一定电压，所以下图中的“浮栅驱动”单元的供电的参考点应该是Q1的栅极。为此，传统方案中需要涉及有D2、浮地供电单元和C1。此部分的电路原理为，当续流二极管D1导通时，C1通过回路D2、浮地供电单元充电，当D1截止后，由于D2也同时反向截止，C1的电荷用作“浮栅驱动”单元的供电。

此外，传统方案中实现输出电压控制还需要分压电阻网络、环路运放EA、基准电压Vref、环路补偿电路和占空比调制电路。首先将输出电压作为反馈与基准Vref比较，比较后得到的误差通过环路补偿电路输出至占空比调制电路，最后得到满足输出电压目标所需的Q1的导通占空比。但是由于基准电压Vref参考点为输出的“地”，故占空比调制电路的输出信号的参考点也是输出的“地”，而Q1导通所需的驱动信号参考点为D1的阴极，所以占空比调制电路与浮删驱动单元之间还需要电平转移单元。

现有方案存在如下缺陷：

1、电路设计复杂。传统方案中C1、浮地供电单元、D2和电平转移单元为必须部分，增加了系统设计成本

2、半导体工艺要求高，成本高。由于浮栅驱动单元、浮地驱动单元和Q1的参考点都是与输出“地”非相同节点，在正常工作时需要极高的抗共模干扰能力；为了保证系统的可靠性，需要三部分电路对输出“地”的漏电流极地，以免造成器件的损坏。由于半导体器件的耐压越高时，其漏电流越大，所以输入电压越高时，对晶元加工工艺的要求越高，生产成本也相应增加。目前支持到100V的此部分功能的晶元加工工艺还不成熟。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种DC-DC变换器，以便克服现有DC-DC变换器存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高压输入DC-DC变换器，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。

此外，本发明还提供一种高压输入DC-DC变换器的控制方法，可简化设计电路，降低成本，同时降低晶元加工工艺难度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：