專利名稱：脈寬調制電源電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子電路領域，尤其涉及一種脈寬調制電源電路。
技術背景
目前，集成電路迅速發(fā)展，以集成電路為核心的數字電路由于效率高，密度大，穩(wěn) 定性好，成本低等優(yōu)勢，迅速普及并廣泛應用，已經占據電路設計的重要地位，越來越多的 模擬電路與系統(tǒng)被數字電路所取代。但是脈寬調制(Pulse Width Modulation, PWM)電源 電路卻一直是個例外，由于功率元件難于集成，現在的PCB板上，設計者仍然以模擬電路來 實現電源的轉換功能。
因為PWM電源電路的重要性，設計者們對其做了很多研究，其中的一個焦點問題 是如何解決電源轉換電路的效率。因為目前的PCB板趨于輕薄短小，元件密度也越來越大， 效率提升要求是一個艱難挑戰(zhàn)。如何在控制成本的前提下提升效率是設計考慮的重點。提 高效率可以節(jié)省能源減小發(fā)熱，符合綠色環(huán)保的設計理念，如何提高PWM電路的效率已經 成為一個亟待解決的問題。
圖1為現有技術中開關電源的PWM電源電路的結構示意圖。該PWM電源電路包括 兩個MOS管，并通過使用2路PWM信號分別控制兩個MOS管，使它們交替導通。上面的一 個MOS管的漏極通常直接與輸入的電源相連，源極與下面一個MOS管的漏極相連接，作為輸 出。下面的MOS管的源極接地，輸出接LC濾波，得到我們所要的電源。因此，上面的MOS管 稱為High Side MOS管，簡稱為上MOS管；下面的MOS管就稱為Low Side MOS管，簡稱為下 MOS 管。
發(fā)明人發(fā)現，現有技術中的PWM電源電路存在如下問題
現在的很多芯片工作電流變化范圍非常大，比如CPU工作在不同狀態(tài)時其負載電 流從幾安培可以到上百安培，而現有技術的PWM電源電路負載為輕和重時該PWM電源電路 的效率差別比較大，重載時效率較高，輕載或空載時效率很低；所以如何提高負載為輕時 PWM電源電路的效率是需要解決的問題。發(fā)明內容
本發(fā)明提供的PWM電源電路，提高輕載時的電源轉化效率。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了如下技術方案
一種脈寬調制(PWM)電源電路，包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制 芯片，還包括一肖特基二極管，其中
所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯，負極與下MOS管的漏極相連，正極接地；
所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當前的負載與預先設置的負載閾值進行比 較，得到用于指示當前的負載狀態(tài)的結果信號，在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為輕 載時，生成用于控制下MOS管關閉的電壓信號和控制上MOS間歇性導通的脈沖信號。
進一步的，所述電路還具有如下特點
所述PWM控制芯片，用于在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為重載時，生成用 于控制上MOS管和下MOS管交替導通的脈沖信號。
本發(fā)明提供的技術方案，在下MOS處并聯一肖特基二極管，并在PWM電源電路為輕 載時，關閉下MOS管，消除了下MOS的開關損耗；而且肖特基二極管在導通狀態(tài)變化時不會 有反向電流，消除了無謂功率損耗；同時也沒有給PWM電源電路帶來開關損耗，降低了電路 的損耗，提高了 PWM電源電路在輕載時電源的轉化效率。


圖1為現有技術中PWM電源電路的結構示意圖2為本發(fā)明提供的PWM電源電路實施例的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對 本發(fā)明作進一步的詳細描述。
圖2為本發(fā)明提供的PWM電源電路實施例的結構示意圖。圖2所示PWM電源電路 實施例包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯片，還包括一肖特基二極管，其 中
所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯，負極與下MOS管的漏極相連，正極接地；
所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當前的負載與預先設置的負載閾值進行比 較，得到用于指示當前的負載狀態(tài)的結果信號，在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為輕 載時，生成用于控制下MOS管關閉的電壓信號和控制上MOS間歇性導通的脈沖信號。
需要說明的是，與現有技術中相同，PWM控制芯片的UGATE和LGATE分別與上MOS 和下MOS的柵極相連。(圖2中未示出)
下面對上述PWM電源電路進行具體說明
發(fā)明人通過實驗發(fā)現，現有技術的PWM電源電路在輕載時，電感電流可能斷續(xù)或 反向會造成開關損耗增大和功率無謂耗散，尤其是下MOS的開關損耗會增大，同時電流反 向也會增大電感損耗及功率損耗，從而使該電路在輕載時的電源轉化效率降低。
針對現有技術的缺陷，在PWM電源電路為輕載時，本發(fā)明提供的方案是在下MOS管 上并聯一個肖特基二極管，并關閉下MOS管。
下面對本發(fā)明對此方案進行說明
首先，對關閉下M0S，在下MOS處并聯肖特基二極管的作用進行說明
在現有技術中，當電路負載為輕載時下MOS的電流開關損耗較電路負載為重載時 大，大大增加了電路的損耗。而在本發(fā)明中，在檢測到電路的負載狀態(tài)為輕載時，關閉了下 MOS管，所以PWM電源電路中沒有了下MOS管的開關損耗；而肖特基二極管不會因自身導通 狀態(tài)發(fā)生變化給電路帶來任何損耗。由于關閉了下MOS管，沒有了下MOS的開關損耗，而增 加的肖特基二極管本身在開關時不會有損耗，所以大大降低了電路的損耗。
在現有技術中，下MOS管為電感電流產生回路的作用。在本發(fā)明中，雖然關閉了下 MOS管，與該下MOS并聯的肖特基二極管具有正向導通和反向關閉的特性，也能夠實現為電 感電路產生回路的作用，從而達到避免出現因電路中沒有電感電流的回路，使電感中的電流發(fā)生突變造成下MOS和電感燒壞的現象。
在現有技術中，當下MOS導通期間電感電流一直處于變小的狀態(tài)，如果電感的電 流到了 OA且上MOS并沒有導通，這個時候就會出現電感電流的斷續(xù)或者反向，導致電感的 能量通過電感和下MOS到地，造成功率無謂耗散。而在本發(fā)明中，由于肖特基二極管具有反 向關閉的特性，當電感電流流經到肖特基二極管時，由于電流的方向為反向，所以肖特基二 極管不會導通，從而使電感的能量不能通過該肖特基二極管接地，從而使電感電容繼續(xù)存 儲能量，避免了電感電流反向時通過下MOS流到地端的功率耗散的現象，降低了電路的功 率耗散。
進一步的，由于肖特基二極管的導通電壓為0. 2 0. 3V，在導通后產生的功率損 耗也就非常低，接近與現有技術中在相同電流大小條件時下MOS導通的功率損耗，從而沒 有加重電路中功率損耗的負擔。
需要說明的是，由于下MOS本身就寄生一個二極管，在下MOS管再并聯一個肖特基 二極管，并不會改變下MOS的工作特性，保證其在PWM電源電路負載為重載時，仍然可以正常工作。
進一步的，上述PWM電源電路中的PWM控制芯片，還用于在所述結果信號指示當前 的負載狀態(tài)為重載時，生成用于控制上MOS管和下MOS管交替導通的脈沖信號。
需要說明的是，當下MOS導通且其上的壓降小于肖特基二極管的導通電壓時，肖 特基二極管并不會導通，與現有技術中的在重載時的電路狀況相同，并不降低該PWM電源 電路為重載時對電源的轉化效率。而當下MOS導通且其上的壓降大于或等于肖特基二極管 的導通電壓時，其給電路帶來的損耗進行分析，具體如下
首先，該肖特基二極管并不會給電路帶來開關損耗；
其次，當下MOS的電流使得Vds大于肖特基二極管的前向導體電壓時，肖特基二極 管導通，此時肖特基二極管使得在下MOS上損耗的功率下降。具體分析如下
假設下MOS管的阻抗為10毫歐，肖特基二極管的導通電壓為0. 2伏(V)，只要在下 MOS管的電流值至少為20安(A)時，肖特基二極管就能導通。那么當下MOS管的電流值為 30安時，下MOS管的壓降為0. 3V，肖特基二極管導通。在肖特基二極管導通后，該肖特基二 極管的壓降為0. 2V，根據并聯電路的特性，此時下MOS管的壓降變?yōu)?. 2V。在肖特基二極 管導通時，下MOS管和二極管的總功率為當前的壓降(0.2V)與當前的電流(30A)的乘積， 即6瓦。如果沒有肖特基二極管的導通時，下MOS的壓降并不會降低到0.2V，那么下MOS 的功率為電流(30A)的平方與電阻的乘積，即9瓦。此處以電流為最小值進行比較，可以得 出，在肖特基二極管導通后，在PWM電源電路中不但沒有給電路增加功率消耗，還降低了電 路的功率消耗。
由此推之，在電流值大于30A時，并聯有肖特基二極管的下MOS處的電壓值恒定為 0. 2V，所以可以得出在電流值大于20A時，PWM電源電路的下MOS處并聯有肖特基二極管能 夠降低電路重載時的功率消耗。
由上可以得出，在肖特基二極管導通時會降低PWM電源電路的功率損耗。
綜上所述，PWM電源電路的負載狀態(tài)為重載時，并聯在下MOS處的肖特基二極管并 沒有增加PWM電源電路的損耗，不會降低電源的轉化效率。
本發(fā)明提供的PWM電源電路實施例，在下MOS處并聯一肖特基二極管，并在PWM電源電路為輕載時，關閉下MOS管，消除了下MOS的開關損耗；而且肖特基二極管在導通狀態(tài) 變化時不會有反向電流，消除了無謂功率損耗；同時也沒有給PWM電源電路帶來開關損耗， 降低了電路的損耗，提高了 PWM電源電路在輕載時電源的轉化效率。
進一步的，并聯于下MOS處的肖特基二極管在整理電路的負載狀態(tài)為重載時，如 果處于導通狀態(tài)，還會降低PWM電源電路的功率損耗，進一步提高整理電路在重載時電源 的轉化效率。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
權利要求
1.一種脈寬調制(PWM)電源電路，包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯 片，其特征在于，還包括一肖特基二極管，其中所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯，負極與下MOS管的漏極相連，正極接地； 所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當前的負載與預先設置的負載閾值進行比較，得 到用于指示當前的負載狀態(tài)的結果信號，在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為輕載時， 生成用于控制下MOS管關閉的電壓信號和控制上MOS間歇性導通的脈沖信號。
2.根據權利要求1所述的PWM電源電路，其特征在于所述PWM控制芯片，用于在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為重載時，生成用于控 制上MOS管和下MOS管交替導通的脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈寬調制電源電路，涉及電子電路領域；提高輕載時的電源轉化效率。所述PWM電源電路包括上MOS管、下MOS管、LC濾波電路及PWM控制芯片，還包括一肖特基二極管，其中所述肖特基二極管與所述下MOS管并聯，負極與下MOS管的漏極相連，正極接地；所述PWM控制芯片，用于將已獲取的當前的負載與預先設置的負載閾值進行比較，得到用于指示當前的負載狀態(tài)的結果信號，在所述結果信號指示當前的負載狀態(tài)為輕載時，生成用于控制下MOS管關閉的電壓信號和控制上MOS間歇性導通的脈沖信號。本發(fā)明提供的技術方案可應用于轉化電源。
文檔編號H02M3/155GK102035380SQ20101053019
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者劉鵬, 鞠華方 申請人:浪潮(北京)電子信息產業(yè)有限公司