CN115765453B - 一种零电流开关谐振dc/dc电源的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，包括多功能可控供电电路、电流镜电路及大动态电流调整电路、软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路和输出电流驱动及死区时间控制电路；多功能可控供电电路为供电电源；电流镜电路及大动态电流调整电路连接软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、电流镜输出电压幅度控制电路；多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路分别连接输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路、输出电流驱动及死区时间控制电路。本发明能够实现开关频率在较宽范围内被外部反馈信号调整，功能齐全且成本低。

Description

一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，对电源技术的性能要求越来越高，开关电源也朝着小型化、高开关频率、低开关损耗、高效率、EMI特性好及快速动态响应等方面发展。要实现这些方面的性能提高，一个主要的途径就是采用软开关谐振技术和提高开关电源的开关频率。

目前国外采用了零电流开关谐振技术实现模块电源产业化的主要有美国的VICOR公司，并且VICOR公司开发了自用的专用控制集成电路进行技术和专利保护，由于受技术专利的限制，目前还没有专用的零电流谐振开关技术的控制集成电路，而其他公司在开发零电流谐振开关类的电源模块在技术上困难很大，具体到应用中主要有如下几点：

一是实现频率大动态范围（0.05kHz～1.2MHz）连续可调并外部可同步控制的专用电压控制振荡器集成电路没有，无法实现零电流开关谐振技术的电源模块的商品化应用。目前现有的电压频率转换控制电路存在或者输入控制信号不适合问题、或者输出动态范围不足问题、或者不能外部同步控制和禁止等问题无法应用在采用零电流开关谐振技术的电源模块的商品化上，只能进行部分功能的功能验证中使用。

二是实现零电流检测并实时关断主功率MOSFEET开关器件的专用控制集成电路没有，因为在全输入电压范围内要实现零电流关断功能，要求开关导通脉冲时间要适应具体的电流谐振时间并不是一个固定值，因此不能实现零电流检测并实时关断功能也就无法实现全范围内的零电流关断功能，会导致产品性能下降，体现不出来零电流开关谐振技术的优势。

三是能实现零电流开关谐振技术的多个功能电路的组合控制电路没有，包括可检测输入电压、检测控制信号的供电电路，可实现外部同步和禁止功能的电路，可通过反馈信号调整开关频率的振荡电路，可实现零电流检测并实时关断主功率器件的电路，可实现电源软启动、开关死区时间控制的电路。兼与以上原因，我们根据零电流开关谐振电路的技术要求设计开发了一个控制电路，既实现了零电流开关谐振的技术要求，又满足了电源模块商品化要求的输入电压范围宽、可外部同步、可外部禁止、可外部并联应用、可外部调整输出电压、以及具有输入欠压、输出过压、超温度保护等功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，以解决目前还没有专用的零电流谐振开关技术的控制集成电路的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，包括以下七个分电路：多功能可控供电电路、电流镜电路及大动态电流调整电路、软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路和输出电流驱动及死区时间控制电路；其中，所述的多功能可控供电电路作为供电电源连接其他分电路；电流镜电路及大动态电流调整电路连接软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、电流镜输出电压幅度控制电路；多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路分别连接输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路、输出电流驱动及死区时间控制电路。

进一步的，所述的多功能可控供电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、可控硅器件IC1、基准源集成电路IC2、基准源集成电路IC3、基准源集成电路IC4、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；其中，所述的三极管Q1的发射极同时连接电阻R8的一端、二极管D1的阳极，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电源输入端Vic与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的电源输入端相连接；三极管Q1的集电极同时连接电容C4的正极、电阻R11的一端、二极管D2的阳极、基准源集成电路IC4的输入端，该连接的公共端VDD作为多功能可控供电电路的电源输出的一个节点；所述三极管Q1的基极同时连接电阻R8的另一端、电阻R9的一端；基准源集成电路IC4的输出端连接电容C6的一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的5V电压输出端；所述电阻R11的另一端连接电容C5的一端、基准源集成电路IC3的第1脚和第2脚，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电气网络端口Vref1提供给电流镜输出电压幅度控制电路；基准源集成电路IC2的第2脚同时连接电阻R9的另一端、电容C3的一端；基准源集成电路IC2的第1脚同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R10的一端、电容C3的另一端；电阻R10的另一端连接二极管D2的阴极；基准源集成电路IC2的第3脚连接电阻R6的另一端、电阻R3的一端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、电容C6的另一端、电容C5的另一端、电容C4的负极、可控硅器件IC1的第2脚、基准源集成电路IC3的第3脚、基准源集成电路IC4的接地端，该连接的公共端作为多功能可控的供电电路和所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端；电阻R5的另一端连接电阻R4的一端；二极管D1的阴极连接电阻R7的一端；可控硅器件IC1的第1脚同时连接电阻R4的另一端、电阻R7的另一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电压输入Vi端口；可控硅器件IC1的第3脚同时连接电容C2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接电阻R1的另一端、电容C1的另一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的输入RT/OV端口。

进一步的，所述的电流镜电路及大动态电流调整电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、结型场效应管Q5、电容C7、电容C8和电容C9；其中，所述的三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的输出节点VDD相连接；所述三极管Q2的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q3的集电极、三极管Q4的发射极；三极管Q2的集电极同时连接三极管Q4的基极、电阻R12的一端、电阻R13的一端、电容C8的一端；电阻R12的另一端连接电阻R14的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、结型场效应管Q5的第3脚，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的输入端口FB，作为所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的反馈信号输入端；所述结型场效应管Q5的第1脚与电阻R13的另一端连接；结型场效应管Q5的第2脚连接电阻R15的一端、电阻R16的一端、电容C9的另一端；电阻R15的另一端与多功能可控的供电电路的5V电压输出端相连接；三极管Q4的集电极连接电容C8的另一端，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin；电容C7的另一端连接电阻R14的另一端、电阻R16的另一端，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

进一步的，所述的软启动电路包括电阻R17、电阻R18、三极管Q6、电容C10、电容C11和电容C12；其中，所述电容C10的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电容C10的另一端连接电阻R17的一端、电阻R18的一端；电阻R18的另一端连接电容C11的一端、三极管Q6的基极；所述三极管Q6的集电极连接电容C12的一端，该连接的公共端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R17的另一端同时连接电容C11的另一端、三极管Q6的发射极、电容C12的另一端，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

进一步的，所述的多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路包括电阻R19、电阻R20、电阻R21、二极管D3、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15和集成电路IC5；其中，所述电阻R19的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R19的另一端连接电阻R20的一端、二极管D3的阳极；所述二极管D3的阴极与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的同步端口SYNC相连接；电阻R20的另一端连接二极管D4的阳极、电容C14的一端、集成电路IC5的第2脚；二极管D4的阴极与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Bout相连接；电容C13的一端同时连接电阻R21的一端、集成电路IC5的第3脚、集成电路IC5的第16脚，该连接的公共端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R21的另一端连接电容C15的一端、集成电路IC5的第15脚，该连接的公共端作为RC网络端与输出脉冲宽度调整电路相连接；所述电容C15的另一端连接电容C14的另一端、电容C13的另一端、集成电路IC5的第1脚、集成电路IC5的第8脚、集成电路IC5的第14脚，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接；所述集成电路IC5的第13脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao；集成电路IC5的第4脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Bo。

进一步的，所述的输出脉冲宽度调整电路包括电阻R22、电阻R23、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电容C16、电容C17；其中，所述电阻R23的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R23的另一端连接电阻R22的一端、电容C16的一端、二极管D6的阴极；二极管D6的阳极连接电阻R22的另一端、二极管D5的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容C17的一端；所述二极管D5的阴极与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的RC网络端相连接；二极管D7的阴极与输出电流驱动及死区时间控制电路的输出端口Aout相连接；电容C17的另一端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输入端口GD相连接；电容C16的另一端连接二极管D8的阳极，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接。

进一步的，所述的电流镜输出电压幅度控制电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D9、电容C18、电容C19、三极管Q7；其中，所述电阻R24的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R24的另一端连接电容C18的一端、三极管Q7的集电极；所述电容C18的另一端连接电阻R25的一端、三极管Q7的基极；电阻R25的另一端连接电容C19的一端、电阻R26的一端、二极管D9的阴极；电容C19的另一端连接所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端；所述二极管D9的阳极连接三极管Q7的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的电气网络端口Vref1相连接；电阻R26的另一端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao相连接。

进一步的，所述的输出电流驱动及死区时间控制电路包括电阻R27、电阻R28、二极管D10、二极管D11、电容C20、电容C21和集成电路IC6；其中，所述电阻R27的一端连接二极管D10的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao相连接；所述电阻R28的一端连接二极管D11的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Bo相连接；所述电阻R28的另一端连接二极管D11的阳极、电容C21的一端、集成电路IC6的第4脚；电阻R27的另一端连接二极管D10的阳极、电容C20的一端、集成电路IC6的第2脚；电容C20的另一端连接电容C21的另一端、集成电路IC6的第3脚，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接；集成电路IC6的第5脚与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Bout端相连接；集成电路IC6的第7脚与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Aout端相连接；集成电路IC6的第6脚与所述多功能可控供电电路的电源输入端Vic相连接；集成电路IC6的第1脚和第8脚无电气连接。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

1、通过多功能可控供电电路中IC2检测Vi端口的电压，可以设置输入电压可编程的欠压保护功能，也可以设置输出电压过压保护和超温保护等功能。

2、通过电流镜电路及大动态电流调整电路中结型场效应管Q5的应用以及其栅极偏置电压的设置，实现了将小范围变化的稳压反馈信号Vfb可以控制电流镜电路输入端大动态电流调整的结果。

3、通过软启动电路中对电容C10、电阻R18的设置，可以实现零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的软启动控制功能。

4、在多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路中，采用集成电路IC5及其外围电路实现了如下的几种需要的功能：①利用该器件的基本功能和D4在定时周期内复位积分电路R19、R20和C14实现了一种能输出固定宽度脉冲的多谐振荡电路的功能；②通过对R21和C15的设置实现了定时周期内不可再被触发并输出固定宽度脉冲的功能；③通过该器件输入端的积分电路R19、R20和C14能实现被电流镜的输出电流调制振荡频率的功能，实现了输出频率可在0.05kHz～1.2MHz的范围内被外部反馈信号调整的结果；④通过D3的设置可实现该多谐振荡电路能被外部同步脉冲同步振荡频率的功能，并通过这一功能可以实现外部多个电源模块的并联应用，实现功率扩展的结果；⑤通过D3的设置也能实现外部禁止的控制功能。

5、通过输出脉冲宽度调整电路使外部GD端口输入的零电流终止脉冲信号控制多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的定时脉冲提前终止，控制主功率MOSFEET的开关实时响应了零电流状态需要关断的结果，实现了主功率MOSFEET开关器件在零电流状态时关断的功能。

6、输出电流驱动及死区时间控制电路中IC6选用专用的大电流MOSFET驱动集成电路UCC27424(或者是具有相同指标的同类型的电路)，它具有4A的输出电流的能力，能保证MOSFET开关管的正常开关速度。并且电路中死区时间的设置保护了MOSFET功率管不会出现同时导通而损坏。

7、本发明的电路中使用的所有元器件均为通用型器件，货期稳定可靠，应用广泛。

综上，相较于现有技术，本发明通过将七个不同功能的分电路融合在一起，满足了零电流开关谐振DC/DC电源的功能需求和技术要求，利用该控制电路设计的全砖DC/DC电源实现了高的开关频率（1MHz）、功率开关器件实现了零电流导通和关断、转换效率高、易于同步和并联扩展输出功率、EMI特性好以及动态响应优秀等优点，测试指标满足国外同类产品的指标要求，能够完全兼容替换国外同类产品。本发明避免了专用集成电路的专利限制，成本低、应用前景广泛，可实现零电流开关谐振DC/DC电源的商品化。

附图说明

图1为多功能可控供电电路；

图2为电流镜电路及大动态电流调整电路；

图3为软启动电路；

图4为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路；

图5 为输出脉冲宽度调整电路；

图6 为电流镜输出电压幅度控制电路；

图7为输出电流驱动及死区时间控制电路。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明给出的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，包括以下七个分电路：多功能可控供电电路、电流镜电路及大动态电流调整电路、软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路和输出电流驱动及死区时间控制电路；其中，多功能可控供电电路作为供电电源连接其他分电路；电流镜电路及大动态电流调整电路连接软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、电流镜输出电压幅度控制电路；多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路分别连接输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路、输出电流驱动及死区时间控制电路。

如图1所示，所述的多功能可控供电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、可控硅器件IC1、基准源集成电路IC2、基准源集成电路IC3、基准源集成电路IC4、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；其中，三极管Q1的发射极同时连接电阻R8的一端、二极管D1的阳极，该连接的公共端（Vic）作为多功能可控供电电路的电源输入端（Vic）与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的电源输入端相连接；三极管Q1的集电极同时连接电容C4的正极、电阻R11的一端、二极管D2的阳极、基准源集成电路IC4的输入端，该连接的公共端（VDD）作为多功能可控供电电路的电源输出的一个节点与其他分电路相连接；三极管Q1的基极同时连接电阻R8的另一端、电阻R9的一端；基准源集成电路IC4的输出端连接电容C6的一端，该连接的公共端（5V）作为多功能可控供电电路的5V电压输出端提供给其他分电路；电阻R11的另一端连接电容C5的一端、基准源集成电路IC3的第1脚和第2脚，该连接的公共端（Vref1）作为多功能可控供电电路的Vref1输出端（电气网络端口）提供给电流镜输出电压幅度控制电路；基准源集成电路IC2的第2脚同时连接电阻R9的另一端、电容C3的一端；基准源集成电路IC2的第1脚同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R10的一端、电容C3的另一端；电阻R10的另一端连接二极管D2的阴极；基准源集成电路IC2的第3脚连接电阻R6的另一端、电阻R3的一端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、电容C6的另一端、电容C5的另一端、电容C4的负极、可控硅器件IC1的第2脚、基准源集成电路IC3的第3脚、基准源集成电路IC4的接地端，该连接的公共端作为多功能可控的供电电路和本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端；电阻R5的另一端连接电阻R4的一端；二极管D1的阴极连接电阻R7的一端；可控硅器件IC1的第1脚同时连接电阻R4的另一端、电阻R7的另一端，该连接的公共端（Vi）作为多功能可控供电电路的电压输入Vi端口；可控硅器件IC1的第3脚同时连接电容C2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接电阻R1的另一端、电容C1的另一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的输入RT/OV端口。

上述技术方案下，通过IC2检测Vi端口输入电压，当Vi输入电压大于Vi的阀值电压Vith1（=2.5V*(R4+R5+R6)/R6）时使Q1导通，将外部的Vic电源接通到VDD网络节点，为其他分电路提供电源；当Vi输入电压小于Vi的阀值电压Vith2（=Vith1-1.2V）时使Q1关断, VDD=0V，则其他分电路就会断电；电路中D2的作用是为阀值电压Vith1提供了一种滞差(=Vith1-Vith2=1.2V)设计，该设计可让Q1转换时保持电路的稳定不会形成振荡现象。该设计在DC/DC电源的设计中可作为输入电压的欠压检测控制来用，形成输入电压的欠压保护功能。另外通过RT/OV端口接收的信号（在DC/DC电源的设计中作为输出过压、超温信号或者是其他需要的信号）大于可控硅器件IC1的第3脚触发电压时，控制IC1导通形成Vi电压欠压状态，关断其他分电路的供电，实现一种保护功能。另外该电路通过IC3和IC4分别产生2.5V（Vref1）和5.0V两种电压源为其他分电路提供需要的电压。

其中，电容C1、电容C2、电容C5的容值为0.1uF/50V，电容C3的容值为180pF/50V，电容C4的容值为10uF/16V，电容C6的容值为0.22uF/50V，电阻R1的阻值为2kΩ，电阻R2的阻值为4.3 kΩ，电阻R3、电阻R8的阻值为1 kΩ，电阻R4的阻值为1.5 kΩ，电阻R5的阻值为20 kΩ，电阻R6的阻值为5.1 kΩ，电阻R7的阻值为3 kΩ，电阻R9的阻值为3.6 kΩ，电阻R10的阻值为200 kΩ，电阻R11的阻值为6.2 kΩ，二极管D1、D2型号为IN4148WS，可控硅器件IC1型号为MCR100-8，基准源集成电路IC2、IC3型号为TL431，基准源集成电路IC4型号为LM7805，三极管Q1型号为BT2907。

如图2所示，所述的电流镜电路及大动态电流调整电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、结型场效应管Q5、电容C7、电容C8和电容C9；其中，三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的输出节点（VDD）相连接；三极管Q2的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q3的集电极、三极管Q4的发射极；三极管Q2的集电极同时连接三极管Q4的基极、电阻R12的一端、电阻R13的一端、电容C8的一端；电阻R12的另一端连接电阻R14的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、结型场效应管Q5的第3脚，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的输入端口（FB），作为本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的反馈信号输入端；结型场效应管Q5的第1脚与电阻R13的另一端连接；结型场效应管Q5的第2脚连接电阻R15的一端、电阻R16的一端、电容C9的另一端；电阻R15的另一端与多功能可控的供电电路的5V电压输出端相连接；三极管Q4的集电极连接电容C8的另一端，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端（Iin）提供给其他分电路。电容C7的另一端连接电阻R14的另一端、电阻R16的另一端，该连接的公共端与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

上述技术方案下，R15、R16和5V电压源给结型场效应管Q5的第2脚提供偏置电压Vg，利用偏置电压Vg和反馈信号端口FB的电压Vfb之间的电压差Vgs来控制结型场效应管Q5的导通电阻Rq5；由于三极管Q2和Q3为电流镜电路，根据电流镜电路的特性得到三极管Q2、Q3和Q4的集电极中的电流关系为：Iq2=Iq3=Iq4=Iin=(VDD-1.4-Vfb)/R12+ (VDD-1.4-Vfb)/(R13+Rq5)，因此通过控制反馈信号端口FB的电压Vfb的大小就能控制Iin电流的大小。在实际的DC/DC电源设计中，稳压反馈信号Vfb的变化范围都不大，但结型场效应管Q5的导通电阻Rq5的变化范围可以很大，因此受Vfb控制的电流Iin变化范围很大，可达到1000倍范围，利用这一特性在本设计中可以得到小范围变化的稳压反馈信号Vfb可以控制大动态电流调整范围的结果。

其中，电容C7的容值为100pF/50V，电容C8的容值为390pF/50V，电容C9的容值为47nF/50V，电阻R12的阻值为30 kΩ，电阻R13的阻值为6.2 kΩ，电阻R14的阻值为1.5 kΩ，电阻R15的阻值为3.3 kΩ，电阻R16的阻值为7.5 kΩ，三极管Q2、Q3型号为DT3906,三极管Q4型号为BT2907，结型场效应管Q5型号为MMBF5484。

如图3所示，所述的软启动电路包括电阻R17、电阻R18、三极管Q6、电容C10、电容C11和电容C12；其中，电容C10的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电容C10的另一端连接电阻R17的一端、电阻R18的一端；电阻R18的另一端连接电容C11的一端、三极管Q6的基极；三极管Q6的集电极连接电容C12的一端，该连接的公共端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端（Iin）相连接；电阻R17的另一端连接电容C11的另一端、三极管Q6的发射极、电容C12的另一端，该连接的公共端与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

上述技术方案下，通过5V电压建立时，由电容C10和电阻R17组成的CR微分电路使三极管Q6导通控制电流镜的输出电流Iin信号，随着电容C10上的电压增大，三极管Q6逐渐退出导通状态，直到完全关断。在这一过程中通过三极管Q6的电流从开始的最大的Iin电流到逐渐下降到零，使电流镜的输出电流Iin经过软启动控制电路后流到多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路输入端电阻R19上的电流就成为从零逐渐上升直到恢复到Iin电流本来数值的一种受控增大的启动现象，这一过程也称之为加电启动时对电阻R19上的电流信号从小到大控制的软启动控制功能。

其中，电容C10的容值为33nF/50V，电容C11的容值为100pF/50V，电容C12的容值为390pF/50V，电阻R17的阻值为200 kΩ，电阻R18的阻值为100 kΩ，三极管Q6型号为ST2222。

如图4所示，所述的多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路包括电阻R19、电阻R20、电阻R21、二极管D3、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15和集成电路IC5；其中，电阻R19的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端（Iin）相连接；电阻R19的另一端连接电阻R20的一端、二极管D3的阳极；二极管D3的阴极与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的同步端口（SYNC）相连接；电阻R20的另一端连接二极管D4的阳极、电容C14的一端、集成电路IC5的第2脚；二极管D4的阴极与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口（Bout）相连接；电容C13的一端同时连接电阻R21的一端、集成电路IC5的第3脚、集成电路IC5的第16脚，该连接的公共端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R21的另一端连接电容C15的一端、集成电路IC5的第15脚，该连接的公共端作为(RC)网络端与输出脉冲宽度调整电路的(RC)网络端相连接；电容C15的另一端连接电容C14的另一端、电容C13的另一端、集成电路IC5的第1脚、集成电路IC5的第8脚、集成电路IC5的第14脚，该连接的公共端与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接。集成电路IC5的第13脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口（Ao）与输出电流驱动部分相连接；集成电路IC5的第4脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口（Bo）与输出电流驱动部分相连接；

上述技术方案下，集成电路IC5为高速CMOS型单稳态多谐振荡器数字集成电路，C15为IC5输出脉冲宽度的定时电容，R21为IC5输出脉冲宽度的定时电阻部分，定时电容和定时电阻的大小决定了IC5输出脉冲的最大宽度Ton；C14为IC5输入触发端的积分电容，R19和R20为IC5输入触发端的积分电阻，当Iin电流经过电阻R19和R20给C14充电到IC5输入触发端的阀值电压时，IC5的第13脚也就是Ao端输出一个被C15和R21定时的最大宽度Ton的脉冲，IC5的第4脚也就是Bo端的输出脉冲和第13脚的输出脉冲是180°互补的关系。当Ao端输出定时高电平Ton脉冲的同时，Bo端的低电平脉冲经过后面的驱动电路输出的低电平脉冲（Bout）通过D4给C14电容完全放电。当IC5输出的定时脉冲结束Ao端变为低电平后，Bo端也变为高电平，后面的驱动电路的Bout端也变为高电平，D4被截止，则Iin通过R19和R20 给C14又开始充电，如此便形成了Ao端输出一个固定脉冲宽度的振荡电路。C14开始充电到充电电压达到IC5输入触发端的阀值电压时的充电时间设为Toff，输出定时脉冲宽度的时间设为Ton，则IC5输出振荡脉冲的周期为：T=Ton+Toff。从这一关系式可以得到：振荡脉冲的周期T与充电电流Iin的大小成反比，也就是说：振荡脉冲的频率与充电电流Iin的大小成正比。另外二极管D3连接外部的脉冲频率同步和禁止电路端口（SYNC），当端口（SYNC）接低电平（小于0.2V）时，多谐振荡电路的输入端电流被嵌位于1V以下，IC5无法形成触发信号，IC5的多谐振荡停止，Ao端口无脉冲输出，形成Ao端口输出脉冲禁止功能。当端口（SYNC）施加一个满足（最小脉冲宽度、幅度和频率范围）要求的脉冲信号Fsync时，多谐振荡电路的振荡频率会跟随Fsync同步变化，形成内部振荡频率被外部施加频率Fsync同步的功能。

其中，电容C13的容值为104/50V，电容C14的容值为108pF/50V，电容C15的容值为100pF/50V，电阻19的阻值为2 kΩ，电阻R20的阻值为1 kΩ，电阻R21的阻值为8.2kΩ，二极管D3、D4型号为IN4148WS，集成电路IC5型号为74HC221。

如图5所示，所述的输出脉冲宽度调整电路包括电阻R22、电阻R23、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电容C16、电容C17；其中，电阻R23的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R23的另一端连接电阻R22的一端、电容C16的一端、二极管D6的阴极；二极管D6的阳极连接电阻R22的另一端、二极管D5的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容C17的一端；二极管D5的阴极与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的(RC)网络端相连接；二极管D7的阴极与输出电流驱动及死区时间控制电路的输出端口（Aout）相连接；电容C17的另一端与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输入端口（GD）相连接。电容C16的另一端连接二极管D8的阳极，该连接的公共端与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接。

上述技术方案下，外部从GD端口输入的零电流终止脉冲信号通过C17和D5给多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的定时电容C15充电，使多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的定时时间加速结束，提前终止多谐振荡电路Ao端口的输出脉冲。D6和C16的作用是嵌位外部输入终止脉冲的幅度不要让D5的正极电压超过5.5V；D8的作用是嵌位D5的正极电压不要低于-0.5V；D7的作用是防止IC5的Ao端口输出低电平期间外部GD端的噪声信号干扰多谐振荡电路的定时信号；D5的作用是利用其二极管的单向导电性进行电信号的隔离，只让零电流终止脉冲信号通过。同时还利用D5二极管的负温度系数补偿IC5定时电路的正温度系数，使补偿后Ao端口输出脉冲的定时宽度的温度系数更小。

其中，电容C16的容值为0.1uF/50V，电容C17的容值为51pF/50V，电阻R22的阻值为10 kΩ，电阻R23的阻值为1 kΩ，二极管D5、D8型号为IN4148WS，二极管D6、D7型号为BAW56W。

如图6所示，所述的电流镜输出电压幅度控制电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D9、电容C18、电容C19、三极管Q7；其中，电阻R24的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端（Iin）相连接；电阻R24的另一端连接电容C18的一端、三极管Q7的集电极；电容C18的另一端连接电阻R25的一端、三极管Q7的基极；电阻R25的另一端连接电容C19的一端、电阻R26的一端、二极管D9的阴极；电容C19的另一端连接本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端；二极管D9的阳极连接三极管Q7的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的电气网络端口（Vref1）相连接；电阻R26的另一端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口（Ao）相连接。

上述技术方案下，当Ao输出高电平时三极管Q7经过R26、C19的积分延迟导通，使流向多谐振荡电路的Iin电流被分流，通过限流电阻R24和Q7流入Vref1，以便控制Iin电流在多谐振荡电路的输入端产生的电压幅度不能过高，保证集成电路IC5的输入端不被损坏。限流电阻R24的大小可以控制Iin电流的分流比例，电阻R25是三极管Q7的基极限流电阻，二极管D9给三极管Q7的基极提供一个偏置电压，以提高三极管Q7的响应速度。

其中，电容C18的容值为103/50V，电容C19的容值为473/50V，电阻R24的阻值为3 kΩ，电阻R25的阻值为5.1 kΩ，电阻R26的阻值为3.6 kΩ，二极管D9型号为IN4148WS，三极管Q7型号为ST2222。

如图7所示，所述的输出电流驱动及死区时间控制电路包括电阻R27、电阻R28、二极管D10、二极管D11、电容C20、电容C21和集成电路IC6；其中，电阻R27的一端连接二极管D10的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口（Ao）相连接；电阻R28的一端连接二极管D11的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口（Bo）相连接；电阻R28的另一端连接二极管D11的阳极、电容C21的一端、集成电路IC6的第4脚；电阻R27的另一端连接二极管D10的阳极、电容C20的一端、集成电路IC6的第2脚；电容C20的另一端连接电容C21的另一端、集成电路IC6的第3脚，该连接的公共端与整个控制电路的接地端相连接；集成电路IC6的第5脚与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口（Bout）端相连接；集成电路IC6的第7脚与本发明的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口（Aout）端相连接；集成电路IC6的第6脚与所述多功能可控供电电路的电源输入端（Vic）相连接；集成电路IC6的第1脚和第8脚无电气连接。

上述技术方案下，IC6是专用的大电流MOSFET驱动集成电路UCC27424(或者是具有相同指标的同类型的电路)，它的作用是把IC5的脉冲输出信号Ao和Bo进行电流放大后输出，相应的输出脉冲信号为Aout和Bout；在本设计中对IC5输出的二个互补脉冲通过相应的RC（R27和C20、R28和C21）积分电路对输出脉冲的上升沿进行延迟，保证IC6输出的二个互补脉冲分别具有一定的死区时间，这一死区时间的大小由RC（R27和C20、R28和C21）积分电路的大小控制, 这一死区时间的设置保证了零电流开关谐振DC/DC电源中二个MOSFET功率管的导通具有一定的死区时间，防止二个MOSFET功率管出现同时导通的情况。

其中，电容C20的容值为22pF/50V，电容C21的容值为51pF/50V，电阻R27、R28的阻值为1 kΩ，二极管D10、D11型号为RB751V，集成电路IC6型号为UCC27424。

遵循上述本发明的技术方案，其所设计的零电流开关谐振DC/DC电源实现了主功率器件在输入电压的全范围内零电流关断的工作状态。通过输出电压的反馈信号调节零电流开关谐振DC/DC电源的开关频率在0.05kHz～1.2MHz的范围内变化，实现了输出功率的调整，从而也实现了输出电压的稳定。利用本发明的控制电路设置的输出电压过压保护和超温保护也都工作正常，达到了保护的目的。同时通过对采用本发明的零电流开关谐振控制技术的同一型号的DC/DC电源通过开关频率同步设置，可以很容易的实现输出电流均流和输出功率的扩展功能。

以上所述，仅是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，包括以下七个分电路：多功能可控供电电路、电流镜电路及大动态电流调整电路、软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路和输出电流驱动及死区时间控制电路；其中，所述的多功能可控供电电路作为供电电源连接其他分电路；电流镜电路及大动态电流调整电路连接软启动电路、多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路、电流镜输出电压幅度控制电路；多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路分别连接输出脉冲宽度调整电路、电流镜输出电压幅度控制电路、输出电流驱动及死区时间控制电路。

2.如权利要求1所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的多功能可控供电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、可控硅器件IC1、基准源集成电路IC2、基准源集成电路IC3、基准源集成电路IC4、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；其中，所述的三极管Q1的发射极同时连接电阻R8的一端、二极管D1的阳极，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电源输入端Vic与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的电源输入端相连接；三极管Q1的集电极同时连接电容C4的正极、电阻R11的一端、二极管D2的阳极、基准源集成电路IC4的输入端，该连接的公共端VDD作为多功能可控供电电路的电源输出的一个节点；所述三极管Q1的基极同时连接电阻R8的另一端、电阻R9的一端；基准源集成电路IC4的输出端连接电容C6的一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的5V电压输出端；所述电阻R11的另一端连接电容C5的一端、基准源集成电路IC3的第1脚和第2脚，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电气网络端口Vref1提供给电流镜输出电压幅度控制电路；基准源集成电路IC2的第2脚同时连接电阻R9的另一端、电容C3的一端；基准源集成电路IC2的第1脚同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R10的一端、电容C3的另一端；电阻R10的另一端连接二极管D2的阴极；基准源集成电路IC2的第3脚连接电阻R6的另一端、电阻R3的一端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、电容C6的另一端、电容C5的另一端、电容C4的负极、可控硅器件IC1的第2脚、基准源集成电路IC3的第3脚、基准源集成电路IC4的接地端，该连接的公共端作为多功能可控的供电电路和所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端；电阻R5的另一端连接电阻R4的一端；二极管D1的阴极连接电阻R7的一端；可控硅器件IC1的第1脚同时连接电阻R4的另一端、电阻R7的另一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的电压输入Vi端口；可控硅器件IC1的第3脚同时连接电容C2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接电阻R1的另一端、电容C1的另一端，该连接的公共端作为多功能可控供电电路的输入RT/OV端口。

3.如权利要求2所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的电流镜电路及大动态电流调整电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、结型场效应管Q5、电容C7、电容C8和电容C9；其中，所述的三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的输出节点VDD相连接；所述三极管Q2的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q3的集电极、三极管Q4的发射极；三极管Q2的集电极同时连接三极管Q4的基极、电阻R12的一端、电阻R13的一端、电容C8的一端；电阻R12的另一端连接电阻R14的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、结型场效应管Q5的第3脚，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的输入端口FB，作为所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的反馈信号输入端；所述结型场效应管Q5的第1脚与电阻R13的另一端连接；结型场效应管Q5的第2脚连接电阻R15的一端、电阻R16的一端、电容C9的另一端；电阻R15的另一端与多功能可控的供电电路的5V电压输出端相连接；三极管Q4的集电极连接电容C8的另一端，该连接的公共端作为电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin；电容C7的另一端连接电阻R14的另一端、电阻R16的另一端，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

4.如权利要求3所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的软启动电路包括电阻R17、电阻R18、三极管Q6、电容C10、电容C11和电容C12；其中，所述电容C10的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电容C10的另一端连接电阻R17的一端、电阻R18的一端；电阻R18的另一端连接电容C11的一端、三极管Q6的基极；所述三极管Q6的集电极连接电容C12的一端，该连接的公共端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R17的另一端同时连接电容C11的另一端、三极管Q6的发射极、电容C12的另一端，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的接地公共端相连接。

5.如权利要求4所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路包括电阻R19、电阻R20、电阻R21、二极管D3、二极管D4、电容C13、电容C14、电容C15和集成电路IC5；其中，所述电阻R19的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R19的另一端连接电阻R20的一端、二极管D3的阳极；所述二极管D3的阴极与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的同步端口SYNC相连接；电阻R20的另一端连接二极管D4的阳极、电容C14的一端、集成电路IC5的第2脚；二极管D4的阴极与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Bout相连接；电容C13的一端同时连接电阻R21的一端、集成电路IC5的第3脚、集成电路IC5的第16脚，该连接的公共端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R21的另一端连接电容C15的一端、集成电路IC5的第15脚，该连接的公共端作为RC网络端与输出脉冲宽度调整电路相连接；所述电容C15的另一端连接电容C14的另一端、电容C13的另一端、集成电路IC5的第1脚、集成电路IC5的第8脚、集成电路IC5的第14脚，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接；所述集成电路IC5的第13脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao；集成电路IC5的第4脚作为多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Bo。

6.如权利要求5所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的输出脉冲宽度调整电路包括电阻R22、电阻R23、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电容C16、电容C17；其中，所述电阻R23的一端与多功能可控供电电路的5V电压输出端相连接；电阻R23的另一端连接电阻R22的一端、电容C16的一端、二极管D6的阴极；二极管D6的阳极连接电阻R22的另一端、二极管D5的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容C17的一端；所述二极管D5的阴极与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的RC网络端相连接；二极管D7的阴极与输出电流驱动及死区时间控制电路的输出端口Aout相连接；电容C17的另一端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输入端口GD相连接；电容C16的另一端连接二极管D8的阳极，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接。

7.如权利要求6所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的电流镜输出电压幅度控制电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D9、电容C18、电容C19、三极管Q7；其中，所述电阻R24的一端与电流镜电路及大动态电流调整电路的电流输出端Iin相连接；电阻R24的另一端连接电容C18的一端、三极管Q7的集电极；所述电容C18的另一端连接电阻R25的一端、三极管Q7的基极；电阻R25的另一端连接电容C19的一端、电阻R26的一端、二极管D9的阴极；电容C19的另一端连接所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端；所述二极管D9的阳极连接三极管Q7的发射极，该连接的公共端与多功能可控供电电路的电气网络端口Vref1相连接；电阻R26的另一端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao相连接。

8.如权利要求7所述的零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路，其特征在于，所述的输出电流驱动及死区时间控制电路包括电阻R27、电阻R28、二极管D10、二极管D11、电容C20、电容C21和集成电路IC6；其中，所述电阻R27的一端连接二极管D10的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Ao相连接；所述电阻R28的一端连接二极管D11的阴极，该连接的公共端与多谐振荡电路及脉冲频率同步和禁止电路的输出端口Bo相连接；所述电阻R28的另一端连接二极管D11的阳极、电容C21的一端、集成电路IC6的第4脚；电阻R27的另一端连接二极管D10的阳极、电容C20的一端、集成电路IC6的第2脚；电容C20的另一端连接电容C21的另一端、集成电路IC6的第3脚，该连接的公共端与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的公共接地端相连接；集成电路IC6的第5脚与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Bout端相连接；集成电路IC6的第7脚与所述零电流开关谐振DC/DC电源的控制电路的输出端口Aout端相连接；集成电路IC6的第6脚与所述多功能可控供电电路的电源输入端Vic相连接；集成电路IC6的第1脚和第8脚无电气连接。

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