本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种开关电源控制电路及开关电源。
背景技术：
实际应用中，开关电源上开关管一般使用n型mos，尤其是高压应用中更为普遍。当开关电源集成在芯片内时，为了实现上开关管的控制，则芯片需要一个独立的管脚bst，同时芯片外部需要在管脚bst和管脚sw之间连接一个电容，通过该电容为芯片内部上开关管的控制电路供电，如图1所示，以buck电路为例，所述buck电路及上开关管q0的控制电路集成在芯片内，芯片有一个独立的管脚bst，同时芯片外部在管脚bst和管脚sw之间连接一个电容c1，先对电容c1进行充电，而后电容c1对控制电路进行供电，从而完成对上开关管的控制。
但上述现有技术的控制方法中芯片外部需要设置一个独立的管脚bst才能实现低开关损耗和低导通损耗，该管脚功能单一，减小了芯片封装形式的选择自由度；此外，芯片外部管脚bst和管脚sw之间连接有一个电容，该电容在芯片外部，且容量一般较大，增加了成本。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供了一种开关电源集成在芯片内时无需设置外部管脚bst即可实现低开关损耗和低导通损耗的开关电源控制电路及开关电源，用于解决现有技术存在的开关电源控制电路集成在芯片内时芯片外部需要设置一个独立的管脚bst才可实现低开关损耗和低导通损耗的技术问题。
本实用新型提供了一种开关电源控制电路，其特征在于：包括第一开关和第一电容，所述第一开关的一端连接功率级电路上开关管的栅极，所述第一开关的另一端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接功率级电路上开关管和下管的公共端，在上开关管关断期间，断开第一开关，对第一电容充电，使得第一电容的电压达到第一电压，开启上开关管时，闭合第一开关，所述第一电容对上开关管的栅电容充电，上开关管达到开启状态，利用电荷泵对第一电容和上开关管的栅电容充电或利用电荷泵对上开关管的栅电容充电，上开关管处于低导通损耗的开启状态。
可选的，在上开关管关断期间，利用输入电压或电荷泵对第一电容充电。
可选的，开启上开关管时，在闭合第一开关之前，利用输入电压对上开关管的栅电容充电，使得上开关管达到弱开启状态。
可选的，所述功率级电路为buck电路。
可选的，在上开关管关断期间，所述上开关管的栅源电压低于第一阈值且大于零。
可选的，所述开关电源控制电路集成在芯片内。
本实用新型还提出了一种开关电源，包括以上所述的开关电源控制电路和功率级电路，所述功率级电路的上开关管为n型mos管。
采用本实用新型，与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型提供了一种开关电源控制电路和方法，在上开关管关断期间，对第一电容充电，在开启上开关管时，首先闭合第一开关，使得第一电容和上开关管的栅电容短接，所述第一电容对上开关管的栅电容充电，上开关管栅极电压立刻升高，上开关管迅速达到开启状态，然后利用电荷泵对第一电容和上开关管的栅电容充电或利用电荷泵对上开关管的栅电容充电，使得上开关管栅极电压保持在较高电平，上开关管处于低导通损耗的开启状态。本实用新型可以完成上开关管的快速导通，且当开关电源控制电路集成在芯片内时，无需设置外部管脚bst即可实现低开关损耗和低导通损耗。
附图说明
图1为现有技术开关电源控制电路的结构示意图；
图2为本实用新型开关电源控制电路的实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
本实用新型所述的开关电源控制电路，包括第一开关和第一电容，所述第一开关的一端连接功率级电路上开关管的栅极，所述第一开关的另一端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接功率级电路上开关管和下管的公共端，在上开关管关断期间，断开第一开关，对第一电容充电，使得第一电容的电压达到第一电压，开启上开关管时，闭合第一开关，所述第一电容对上开关管的栅电容充电，上开关管达到开启状态，利用电荷泵对第一电容和上开关管的栅电容充电或利用电荷泵对上开关管的栅电容充电，上开关管处于低导通损耗的开启状态。所述的上开关管为一端连接输入电压高电位端的开关管，所述下管指为一端连接输入电压低电位端的开关管或二极管。
在开关电源上开关管关闭期间，利用电荷泵或输入电压将第一电容预充电到较高电平；开启上开关管时，闭合第一开关，第一电容和上开关管的栅电容短接，由于电荷转移，上开关管栅极电压将立刻升高，使得上开关管迅速达到较好的开启状态；然后通过电荷泵进一步对第一电容和上开关管的栅电容充电或利用电荷泵仅对上开关管的栅电容充电，使得上开关管栅极电压继续升高或保持在较高电平，保证上开关管处于良好的开启状态，维持较小的导通阻抗。
在上开关管关断期间，所述上开关管的栅源电压低于第一阈值且大于零，在开启上开关管时，上开关管的栅电容上已经存在大于零且低于第一阈值的电压，会使得上开关管的开启速度更快。
上述的开关电源控制电路应用于功率级电路中上开关管为n型mos管。
此外，在所述功率级电路为buck电路时，开启上开关管时，在闭合第一开关之前，先利用输入电压对上开关管的栅电容充电，使得上开关管达到弱开启状态，亦可以使得上开关管的开启速度更快。
开关电源控制电路的实施例有很多，图1给出了一种实施例。如图1所示，所述功率级电路为buck电路，包括开关管q0，下管q1，电感l0，所述开关管q0的漏极连接输入电压的高电位端，所述开关管q0的栅极连接所述驱动控制电路的栅极，所述开关管q0的源极连接所述下管的负极，所述下管的正极连接所述输入电压的低电位端，所述电感l0的一端连接所述开关管q0和下管q1的公共端，所述电感l0的另一端连接所述电阻r0的一端，所述电阻r0的另一端连接所述输入电压的低电位端，所述电容c0和电阻r0并联。
所述开关电源控制电路包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4、第五开关管s5、电荷泵和第一电容c1，所述第一开关s1的一端连接功率级电路上开关管q0的栅极，所述第一开关s1的另一端连接第一电容c1的一端，所述第一电容c1的另一端连接功率级电路上开关管q0和下管q1的公共端，所述第二开关s2的一端经二极管d1连接上开关管q0的栅极，所述第二开关s2的另一端接收输入电压vin，第三开关s3的一端连接第一电容c1和第一开关s1的公共端，第三开关的另一端接收输入电压vin，第四开关s4的一端连接第一电容c1和第一开关s1的公共端，第四开关管的另一端连接电荷泵，第五开关s5的一端连接所述上开关管q0的栅极，另一端连接电荷泵，所述电荷泵的输入为输入电压。
上述实施例的具体控制过程如下：
1：上开关管q0关闭期间，闭合第四开关s4使用电荷泵对第一电容c1预充电至第一电压，第一电压为较高电平，输入电压vin较低时或vin和vout压差较小(dcm)情况电荷泵可使用多级，以减小对第一电容c1电容值的需求；
在需要开启上开关管q0时，断开第四开关s4，闭合第二开关s2，输入电压vin对上开关管栅电容cg充电，使得上开关管q0为弱开启状态，sw开始上升；
闭合第一开关s1，第一电容c1对上开关管栅电容cg充电，第一电容c1的电荷将转移到上开关管栅电容cg，使得上开关管栅极电压立刻升高，sw能迅速上升至vin电平，以减小开关损耗；
闭合第四开关s4，电荷泵继续对c1和cg充电(或闭合第五开关s5，电荷泵继续对cg充电)，使得上开关管栅压进一步上升或保持在较高电平，从而保证上开关管处于低导通阻抗状态，可减小导通损耗。
2：对输入电压vin较高(ccm)或输入电压vin较高且输出电压vout较低(dcm)的应用情况，上开关管关闭期间，可关闭电荷泵以节省功耗，闭合第三开关s3，使用输入电压vin将第一电容c1预充电至输入电压vin电平；
在需要开启上开关管q0时，断开第三开关s3，闭合第二开关s2，输入电压vin对上开关管栅电容cg充电，使得上开关管q0为弱开启状态，sw开始上升；
闭合第一开关s1，第一电容c1对上开关管栅电容cg充电，第一电容c1的电荷将转移到上开关管栅电容cg，使得上开关管栅极电压立刻升高，sw能迅速上升至vin电平，以减小开关损耗；
闭合第四开关s4，电荷泵继续对c1和cg充电(或闭合第五开关s5，电荷泵继续对cg充电)，使得上开关管栅压进一步上升或保持在较高电平，从而保证上开关管处于低导通阻抗状态，可减小导通损耗。
故上述的实施例为较优的方案，选择利用输入电压或者电荷泵对第一电容c1进行充电，都考虑到了能耗和快速开启的要求。在其他的实施例中，可以仅仅利用电荷泵对第一电容c1进行充电，在另外的实施例中，仅仅利用输入电压对第一电容进行充电，这些均在本实用新型的保护范围中。
在有的实施例中，没有利用输入电压对上开关管栅电容cg充电这个步骤，会使得开启速度变慢，但也在本实用新型的保护范围内。在有的实施例中，在上开关管关断期间，所述上开关管的栅源电压低于第一阈值且大于零，可以达到和输入电压对上开关管栅电容cg充电相同的效果，亦在本实用新型的保护范围内。
在boost电路中，开启上开关管时，不需要打开输入电压与上开关管栅极的连接，因为电感电流会使得sw直接升高至比输入电压高一个上开关管体二极管正向压降处，无法通过输入电压对上开关管栅电容充电；故在boost电路中，除省去打开输入电压与上开关管栅极连接这一步骤外，其余与buck电路相同。
由于没有输入电压对上开关管栅电容充电这一过程，boost电路上开关管开启速度会比buck电路慢。但可以在控制过程中改善这一点。在上开关管关断期间，所述上开关管的栅源电压低于第一阈值且大于零，所述第一阈值小于主管开启时的压降vth，此时相当于上开关管栅电容cg中本来预存有电压，在需要开启上开关管时，利用第一电容c1对上开关管栅电容cg充电会更加快速，从而使得上开关管更加快速开启。
当开关电源控制电路集成在芯片内时，无需设置外部管脚bst，即可完成上开关管的快速开启。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
1.一种开关电源控制电路，其特征在于：包括第一开关和第一电容，所述第一开关的一端连接功率级电路上开关管的栅极，所述第一开关的另一端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接功率级电路上开关管和下管的公共端，在上开关管关断期间，断开第一开关，对第一电容充电，使得第一电容的电压达到第一电压，开启上开关管时，闭合第一开关，所述第一电容对上开关管的栅电容充电，上开关管达到开启状态，利用电荷泵对第一电容和上开关管的栅电容充电或利用电荷泵对上开关管的栅电容充电，上开关管处于低导通损耗的开启状态。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：在上开关管关断期间，利用输入电压或电荷泵对第一电容充电。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源控制电路，其特征在于：开启上开关管时，在闭合第一开关之前，利用输入电压对上开关管的栅电容充电。
4.根据权利要求3所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述功率级电路为buck电路。
5.根据权利要求1或2所述的开关电源控制电路，其特征在于：在上开关管关断期间，所述上开关管的栅源电压低于第一阈值且大于零。
6.根据权利要求1或2所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述开关电源控制电路集成在芯片内。
7.一种开关电源，其特征在于：包括权利要求1或2所述的开关电源控制电路和功率级电路，所述功率级电路的上开关管为n型mos管。
技术总结