一种自举电路、集成驱动电路及Buck变换器

本技术涉及电力电子，尤其涉及一种自举电路、集成驱动电路及buck变换器。

背景技术：

1、开关变换器广泛应用于各类消费电子及工业电子领域，并逐步向满足宽输入电压范围的方向发展。现有开关变换器中，通常采用硅基nmos晶体管或者氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemt)作为高侧和低侧开关管。以现有的宽输入输出范围的降压型(buck)开关变换器为例，为了满足宽输入电压范围，变换器的占空比d变化范围显著增加，其中，占空比d为高侧开关管的导通时间占工作周期的百分比。目前，以硅基nmos器件为高侧开关管的降压式buck电路，通常通过由自举电容cboot和高压二极管dhv组成的自举电路(boostrap)产生驱动高侧开关管所需的更高电压。

2、该自举电路依赖于低侧开关管导通但高侧开关管关断阶段给自举电容充电，以使自举电容产生驱动高侧开关管所需的更高的电压，这会导致高侧开关管所在电路的占空比范围较小。在占空比较高时，低侧开关管的导通时间较短，在高侧开关管关断时间段内给电容充电的能量小于导通时间段内驱动电路消耗的能量，出现自举电路无法产生足够的电压给驱动高侧开关管的高侧驱动模块，高侧开关管无法在工作周期中的长时间导通的情况，导致高侧开关管所在电路的输出异常。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种自举电路、集成驱动电路及buck变换器，用以解决现有技术存在的自举电路无法为宽占空比范围的变换器中的高侧开关管对应的高侧驱动模块供电的问题。

2、本技术实施例提供的技术方案如下：

3、一方面，本技术实施例提供了一种自举电路，包括：第一通断控制模块、第二通断控制模块、第三通断控制模块、主储能模块和辅助储能模块；

4、主储能模块的第一输入端经第一通断控制模块与外部第一电源连接，主储能模块的第一输出端与外部高侧驱动模块的高压供电端连接，主储能模块的第二输出端与外部高侧驱动模块的低压供电端连接；

5、辅助储能模块的第一输入端与外部第二电源连接，辅助储能模块的第二输入端经第二通断控制模块与地连接，辅助储能模块的第一输出端与主储能模块的第二输入端连接；

6、第一通断控制模块、第二通断控制模块和第三通断控制模块的控制端分别与外部控制模块连接；

7、第一通断控制模块用于在外部高侧驱动模块未驱动高侧开关管导通时，接通主储能模块与外部第一电源的连接，在外部高侧驱动模块驱动高侧开关管导通时，断开主储能模块与外部第一电源的连接；

8、第二通断控制模块用于在第三通断控制模块接通主储能模块与辅助储能模块的连接时，断开辅助储能模块与地的连接，在第三通断控制模块断开主储能模块与辅助储能模块的连接时，接通辅助储能模块与地的连接；

9、第三通断控制模块用于在外部高侧驱动模块驱动高侧开关管导通时，按照预设的接通切断规则接通或切断主储能模块与辅助储能模块的连接；其中，接通切断规则是高侧开关管占空比超过预设的阈值时，在高侧开关管导通时间内，按照预设的接通时长，多次接通主储能模块与辅助储能模块的连接，并在辅助储能模块放电完成时断开主储能模块与辅助储能模块的连接；

10、主储能模块用于在第一通断控制模块接通主储能模块与外部第一电源的连接时，通过外部第一电源充电；主储能模块还用于在第三通断控制模块接通主储能模块与辅助储能模块的连接时，通过辅助储能模块充电；辅助储能模块用于在第二通断控制模块接通辅助储能模块与地的连接时，通过外部第二电源充电；辅助储能模块还用于在第三通断控制模块接通主储能模块与辅助储能模块的连接时，向辅助储能模块放电。

11、在一种可能的实施方式中，主储能模块包括：低压电容；

12、低压电容的第一端分别与第一通断控制模块的第一端、第三通断控制模块的第一端以及外部高侧驱动模块的高压供电端连接，低压电容的第二端分别与第三通断控制模块的第二端和外部高侧驱动模块的低压供电端连接；

13、辅助储能模块包括：高压电容；

14、高压电容的第一端分别与第三通断控制模块的第三端和外部第二电源连接，高压电容的第二端分别与第二通断控制模块的第一端和第三通断控制模块的第四端连接。

15、在一种可能的实施方式中，第三通断控制模块包括：第一mos管和第二mos管；

16、第一mos管的输入端与高压电容的第一端连接，第一mos管的输出端与低压电容的第一端连接，第一mos管的控制端与外部控制模块连接；

17、第二mos管的输入端与低压电容的第二端连接，第二mos管的输出端与高压电容的第二端连接，第二mos管的控制端与外部控制模块连接。

18、在一种可能的实施方式中，第三通断控制模块还包括：第一二极管和第二二极管；

19、第一二极管设置于第一mos管的输入端与高压电容的第一端之间，第一二极管的导通方向与第一mos管的体二极管的导通方向相反；

20、第二二极管设置于第二mos管的输入端与低压电容的第二端之间，第二二极管的导通方向与第二mos管的体二极管的导通方向相反。

21、在一种可能的实施方式中，第一通断控制模块包括：第三mos管和第四mos管；

22、第三mos管的漏极与外部第一电源连接，第三mos管的源极与第四mos管的源极连接，第三mos管的栅极分别与第四mos管的栅极和外部控制模块连接；

23、第四mos管的漏极与主储能模块的第一输入端连接。

24、在一种可能的实施方式中，自举电路还包括：第三二极管；

25、第三二极管的正极与外部第二电源连接，第三二极管的负极与辅助储能模块的第一输入端连接。

26、在一种可能的实施方式中，自举电路还包括：控制信号生成模块；

27、控制信号生成模块的输入端与外部控制模块连接，控制信号生成模块的输出端与第二通断控制模块连接，控制信号生成模块的供电端与外部第一电源连接；控制信号生成模块用于将外控制模块输入的控制信号转换成第二通断控制模块的控制信号。

28、在一种可能的实施方式中，控制信号生成模块包括：第一电流源、第二电流源、第一开关、第二开关、第一电容、斯密特触发器以及与门；

29、第一电流源的正端与外部第一电源连接，第一电流源的负端与第一开关的第一端连接；第一开关的第二端分别与第二开关的第一端和第一电容的第一端连接；第二开关的第二端与第二电流源的正端连接；第二电流源的负端与地连接；第一电容的第二端与地连接；

30、第一开关的控制端和第二开关的控制端与控制模块连接；

31、斯密特触发器的输入端与第一电容的第二端连接，斯密特触发器的输出端与与门的第一输入端连接；

32、与门的第二输入端与外部控制模块连接，与门的输出端与第二通断控制模块的控制端连接。

33、另一方面，本技术实施例提供了一种集成驱动电路，包括：高侧驱动模块、低侧驱动模块以及本技术实施例提供的上述自举电路；

34、高侧驱动模块的高压供电端与自举电路的高压输出端连接，高侧驱动模块的低压供电端与自举电路的高压输出端连接，高侧驱动模块的输入端与外部控制模块连接，高侧驱动模块的输出端与外部高侧开关管的栅极连接；

35、低侧驱动模块的高压供电端与外部第一电源连接，低侧驱动模块的低压供电端与地连接，低侧驱动模块的输入端与外部控制模块连接，低侧驱动模块的输出端与外部低侧开关管的栅极连接。

36、另一方面，本技术实施例提供了一种buck变换器，包括：高侧开关管、低侧开关管、电感、电容、控制模块以及本技术实施例提供的上述集成驱动电路；

37、高侧开关管的栅极与集成驱动电路的第一驱动信号输出端连接，高侧开关管的漏极与外部第二电源连接，高侧开关管的源极分别与低侧开关管的漏极、集成驱动电路的电压输出端以和电感的第一端连接；

38、低侧开关管的栅极与集成驱动电路的第二驱动信号输出端连接，低侧开关管的源极与地连接；

39、电感的第二端分别与电容的第一端和外部负载的第一端连接；电容的第二端与地连接；外部负载的第二端与地连接；控制模块与集成驱动电路连接。

40、本技术实施例的有益效果如下：

41、本技术实施例中，在外部高侧驱动模块未驱动高侧开关管导通时，主储能模块通过外部第一电源充电储能，在外部高侧驱动模块驱动高侧开关管导通时，通过设置辅助储能模块给主储能模块补充能量，即当高侧开关管所在的变换器的占空比较高，超过预设占空比阈值时，辅助储能模块自动开启，此时，主储能模块的储能不依赖于外部电路中低侧开关管的导通时长，即使低侧开关管和高侧开关管所在的变换器的占空比达到100％，主储能模块可以产生足够的电压给驱动高侧开关管的高侧驱动模块，即自举电路可以为宽占空比范围的变换器中的高侧开关管对应的高侧驱动模块供电，支持100％占空比的变换器中的高侧开关管对应的高侧驱动模块的正常供电。

42、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种自举电路，其特征在于，包括：第一通断控制模块、第二通断控制模块、第三通断控制模块、主储能模块和辅助储能模块；

2.如权利要求1所述的自举电路，其特征在于，所述主储能模块包括：低压电容；

3.如权利要求2所述的自举电路，其特征在于，所述第三通断控制模块包括：第一mos管和第二mos管；

4.如权利要求3所述的自举电路，其特征在于，所述第三通断控制模块还包括：第一二极管和第二二极管；

5.如权利要求1所述的自举电路，其特征在于，所述第一通断控制模块包括：第三mos管和第四mos管；

6.如权利要求1-5任一项所述的自举电路，其特征在于，还包括：第三二极管；

7.如权利要求6所述的自举电路，其特征在于，还包括：控制信号生成模块；

8.如权利要求7所述的自举电路，其特征在于，所述控制信号生成模块包括：第一电流源、第二电流源、第一开关、第二开关、第一电容、斯密特触发器以及与门；

9.一种集成驱动电路，其特征在于，包括：高侧驱动模块、低侧驱动模块以及如权利要求1-8任一项所述的自举电路；

10.一种buck变换器，其特征在于，包括：高侧开关管、低侧开关管、电感、电容、控制模块以及如权利要求9所述的集成驱动电路；

技术总结
本申请公开了一种自举电路、集成驱动电路及Buck变换器，应电力电子技术领域，用以解决现有技术中存在的自举电路无法为宽占空比范围的变换器中的高侧开关管对应的高侧驱动模块供电的问题。具体为：主储能模块在第一通断控制模块接通主储能模块与外部第一电源的连接时，通过外部第一电源充电，在第三通断控制模块接通主储能模块与辅助储能模块的连接时，通过辅助储能模块充电；辅助储能模块在第二通断控制模块接通时，通过外部第二电源充电。通过设置辅助储能模块给主储能模块补充能量，主储能模块可以产生足够的电压给高侧驱动模块，自举电路可以为宽范围占空比变换器的高侧开关管对应的高侧驱动模块供电，可支持100％占空比正常供电。

技术研发人员：高源,华思琴,彭伟男
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5