雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片、雙路電壓轉(zhuǎn)換器和電子式電能表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，尤其涉及雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片、雙路電壓轉(zhuǎn)換器和電子式電能表。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在電子式電能表的應(yīng)用中，有兩路共地的電源，一路輸出+12V(供電至通訊模塊)，一路輸出+5V (供電至單片機)。而在實際應(yīng)用中，通常采用相互獨立工作的BUCK結(jié)構(gòu)的降壓轉(zhuǎn)換器(+12V輸出)和LD0線性穩(wěn)壓器(+5V輸出)實現(xiàn)雙路電壓的輸出。所述BUCK結(jié)構(gòu)的降壓轉(zhuǎn)換器為一種常用的電壓轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)，其利用電感作為儲能元件，以實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能。所述LD0線性穩(wěn)壓器利用工作在線性區(qū)域的晶體管或者FET場效應(yīng)管，輸入電壓減去超額電壓以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所述LD0線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡單，但是其輸入/輸出電壓差較大，效率較低且易溫升較高。出于散熱的考慮，所述LD0線性穩(wěn)壓器通常采用S0T-89獨立封裝，無法與BUCK結(jié)構(gòu)的降壓轉(zhuǎn)換器集成，以至增加了整個方案的體積和成本。另外，所述LD0線性穩(wěn)壓器的使用也會降低整個系統(tǒng)的效率，且，過高的溫升也降低了整個系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，提供一種雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片、雙路電壓轉(zhuǎn)換器和電子式電能表，其能夠?qū)崿F(xiàn)雙路電壓轉(zhuǎn)換的功能，替代現(xiàn)有分離的BUCK結(jié)構(gòu)和線性穩(wěn)壓器的組合，不但解決線性穩(wěn)壓器所造成的溫升較高的問題，而且可以實現(xiàn)當(dāng)?shù)谝惠敵鲭妷撼霈F(xiàn)故障時，并不影響第二輸出電壓，且通過使用雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片可以節(jié)約系統(tǒng)板的空間。
[0004]依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片，包括:一 BUCK電路和一電荷栗電路，所述BUCK電路的輸入端與一外部輸入電壓電連接；當(dāng)所述BUCK電路的輸出電壓小于或者等于一第一閾值時，所述電荷栗電路的輸入端與外部輸入電壓電連接；當(dāng)所述BUCK電路的輸出電壓大于所述第一閾值時，所述電荷栗電路的輸入端電連接至所述BUCK電路的輸出端。
[0005]在本發(fā)明一實施例中，所述BUCK電路包括:第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第一驅(qū)動單元和運算放大器；所述第一場效應(yīng)管的柵極電連接至所述第一驅(qū)動單元的第一輸出端，所述第一場效應(yīng)管的源極電連接至所述第二場效應(yīng)管的漏極，所述第一場效應(yīng)管的漏極與外部輸入電壓電連接；所述第二場效應(yīng)管的柵極電連接至所述第一驅(qū)動單元的第二輸出端，所述第二場效應(yīng)管的源極接地；所述運算放大器的第一輸入端連接第一基準(zhǔn)電壓，所述運算放大器的第二輸入端電連接至所述BUCK電路的輸出端，所述運算放大器的輸出端電連接至所述第一驅(qū)動單元的第一輸入端。
[0006]在本發(fā)明一實施例中，所述芯片電連接至外部的第二電容和第四電容，其特征在于，所述電荷栗電路包括:第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管、第七場效應(yīng)管、第二驅(qū)動單元、二極管、比較單元和比較器；所述第七場效應(yīng)管的柵極電連接至所述第二驅(qū)動單元的第一輸出端，所述第七場效應(yīng)管的漏極電連接至所述BUCK電路的輸出端，所述第七場效應(yīng)管的源極電連接至所述二極管的正極；所述第三場效應(yīng)管的柵極電連接至所述第二驅(qū)動單元的第二輸出端，所述第三場效應(yīng)管的源極分別電連接至所述第五場效應(yīng)管的漏極和所述二極管的負極，所述第三場效應(yīng)管的漏極電連接外部輸入電壓；所述第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管的漏極分別電連接至所述第二電容的兩端，所述第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管的柵極分別電連接至所述第二驅(qū)動單元的第三輸出端和第四輸出端，所述第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管的源極電連接至所述電荷栗電路的輸出端；所述第四場效應(yīng)管的漏極電連接至所述第六場效應(yīng)管的漏極和所述第二電容的一端，所述第四場效應(yīng)管的柵極電連接至所述第二驅(qū)動單元的第五輸出端；所述比較器的第一輸入端連接第二基準(zhǔn)電壓，所述比較器的第二輸入端電連接至所述電荷栗電路的輸出端，所述比較器的輸出端電連接至所述第二驅(qū)動單元的第一輸入端；所述比較單元的第一輸入端電連接至外部輸入電壓，所述比較單元的第二輸入端電連接至所述電荷栗電路的輸出端，所述比較單元的輸出端電連接至所述第二驅(qū)動單元的第二輸入端。
[0007]在本發(fā)明一實施例中，所述第一閾值由第一基準(zhǔn)電壓決定，所述第一閾值設(shè)置為所述第一基準(zhǔn)電壓的95%。
[0008]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述BUCK電路的輸出電壓小于或者等于所述第一閾值時，所述第三場效應(yīng)管導(dǎo)通，所述第七場效應(yīng)管截止，所述電荷栗電路的輸入端電連接至外部輸入電壓；或者當(dāng)所述BUCK電路的輸出電壓大于所述第一閾值時，所述第三場效應(yīng)管截止，所述第七場效應(yīng)管導(dǎo)通，所述電荷栗電路的輸入端電連接至所述BUCK電路的輸出端。
[0009]在本發(fā)明一實施例中，在所述芯片內(nèi)部或者在所述芯片外部設(shè)置第二電容和第四電容。
[0010]在本發(fā)明一實施例中，所述BUCK電路進一步包括:一第一電阻和一第二電阻；所述第一電阻的一端電連接至所述第二電阻的一端，所述第二電阻的另一端接地，所述第一電阻和第二電阻的共同連接點電連接至所述運算放大器的第二輸入端，并且通過改變第一電阻和第二電阻的阻值以調(diào)整所述BUCK電路的輸出電壓。
[0011]在本發(fā)明一實施例中，所述電荷栗電路進一步包括:第三電阻、第四電阻、第一電流源和第二電流源；所述第三電阻的一端電連接至所述第四電阻的一端，所述第四電阻的另一端接地，所述第三電阻和第四電阻的共同連接點電連接至所述比較器的第二輸入端，所述第三場效應(yīng)管的漏極通過所述第一電流源電連接至外部輸入電壓，所述第七場效應(yīng)管的漏極通過所述第二電流源電連接至所述BUCK電路的輸出端，并且通過改變第三電阻和第四電阻的阻值以調(diào)整所述電荷栗電路的輸出電壓。
[0012]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述運算放大器所接收到采樣電壓與第一基準(zhǔn)電壓不相同時，所述第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號以控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，進而使所述BUCK電路的輸出電壓為一恒值。
[0013]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述運算放大器所接收到的采樣電壓小于所述第一基準(zhǔn)電壓時，所述第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號并傳送至第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，以使所述第一場效應(yīng)管導(dǎo)通且所述第二場效應(yīng)管截止；或者當(dāng)所述運算放大器所接收到的采樣電壓大于所述第一基準(zhǔn)電壓時，所述第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號并傳送至第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，以使所述第一場效應(yīng)管截止且所述第二場效應(yīng)管導(dǎo)通。
[0014]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述電荷栗電路的輸入端的電壓值小于所述電荷栗電路的輸出端的電壓值的2倍時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較單元輸出的信號而產(chǎn)生一第二控制信號并傳送至所述第三場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管，以使所述第三場效應(yīng)管導(dǎo)通或截止，所述第四場效應(yīng)管和所述第五場效應(yīng)管導(dǎo)通，第六場效應(yīng)管截止，并通過第三場效應(yīng)管導(dǎo)通或截止使得所述電荷栗電路的輸出電壓為一恒值。
[0015]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述比較器所接收到的采樣電壓小于所述第二基準(zhǔn)電壓時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較器輸出的信號而產(chǎn)生一第三控制信號，進而控制所述第三場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，并通過所述第三場效應(yīng)管導(dǎo)通而使所述第一電流源給所述第二電容和第四電容充電，從而使所述電荷栗電路的輸出電壓升高至一恒值；或者當(dāng)所述比較器所接收到的采樣電壓大于所述第二基準(zhǔn)電壓時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較器輸出的信號而產(chǎn)生一第三控制信號，進而控制所述第三場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，并通過使所述第三場效應(yīng)管截止而停止給所述第二電容和所述第四電容充電，從而使所述電荷栗電路的輸出電壓降低至一恒值。
[0016]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述電荷栗電路的輸入端的電壓值大于所述電荷栗電路的輸出端的電壓值的2倍時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較單元輸出的信號而產(chǎn)生一第二控制信號，進而控制所述第三場效應(yīng)管、所述第七場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止；在T1時間內(nèi)，通過所述第四場效應(yīng)管和所述第五場效應(yīng)管截止，所述第六場效應(yīng)管導(dǎo)通，所述第三場效應(yīng)管或所述第七場效應(yīng)管導(dǎo)通而相應(yīng)地使所述第一電流源或所述第二電流源給所述第二電容和所述第四電容充電；在T2時間內(nèi)，通過所述第四場效應(yīng)管和所述第五場效應(yīng)管導(dǎo)通，所述第六場效應(yīng)管截止，所述第三場效應(yīng)管或所述第七場效應(yīng)管截止而使所述第二電容給所述第四電容充電，其中T1+T2 = ηΤ，Τ為時鐘周期，η為自然整數(shù)。
[0017]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述比較器所接收到的采樣電壓小于所述第二基準(zhǔn)電壓時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較器輸出的信號而產(chǎn)生一第三控制信號，進而控制所述第三場效應(yīng)管、所述第七場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，以使所述第一電流源或所述第二電流源或所述第二電容給所述第四電容充電，從而使所述電荷栗電路的輸出電壓升高至一恒值；或者當(dāng)所述比較器所接收到的采樣電壓大于所述第二基準(zhǔn)電壓時，所述第二驅(qū)動單元根據(jù)所述比較器輸出的信號而產(chǎn)生一第三控制信號，進而控制所述第三場效應(yīng)管、所述第七場效應(yīng)管、所述第四場效應(yīng)管、所述第五場效應(yīng)管和所述第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，以通過所述第三場效應(yīng)管或所述第七場效應(yīng)管截止而停止給所述第二電容和所述第四電容充放電，從而使所述電荷栗電路的輸出電壓降低至一恒值。
[0018]依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種雙路電壓轉(zhuǎn)換控制方法，采用上述的雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片，所述雙路電壓轉(zhuǎn)換控制芯片中的電荷栗電路進一步包括:第一電流源和第二電流源，其中，第三場效應(yīng)管的漏極通過所述第一電流源電連接至外部輸入電壓，第七場效應(yīng)管的漏極通過所述第二電流源電連接至BUCK電路的輸出端，所述方法包括以下步驟:a)當(dāng)運算放大器所接收到采樣電壓與第一基準(zhǔn)電壓不相同時，第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號以控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止，進而使BUCK電路的輸出電壓為一恒值山)當(dāng)BUCK電路的輸出電壓小于或者等于一第一閾值時，電荷栗電路的輸入端與一外部輸入電壓電連接；或當(dāng)所述BUCK電路的輸出電壓大于第一閾值時，電荷栗電路的輸入端電連接至所述BUCK電路的輸出端；c)當(dāng)所述電荷栗電路的輸入端的電壓值不等于所述電荷栗電路的輸出端的電壓值的2倍時，第二驅(qū)動單元根據(jù)比較單元輸出的信號而產(chǎn)生一第二控制信號，以控制第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管和第六場效應(yīng)管的導(dǎo)通或者截止，從而使所述電荷栗電路的輸出電壓為一恒值。
[0019]在本發(fā)明一實施例中，步驟a)進一步包括:當(dāng)所述運算放大器所接收到的采樣電壓小于第一基準(zhǔn)電壓時，第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號并傳送至第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，以使所述第一場效應(yīng)管導(dǎo)通且所述第二場效應(yīng)管截止；或者當(dāng)所述運算放大器所接收到的采樣電壓大于所述第一基準(zhǔn)電壓時，第一驅(qū)動單元產(chǎn)生一第一控制信號并傳送至第一場效應(yīng)管和第二