基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路，屬于直流升降壓電路技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型提出直流升降壓電路，包括控制電路和升壓電路，控制電路的輸入端與直流升降壓電路的外接參考電壓信號相連，控制電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路的輸出端與直流升降壓電路的負載相連。本電路利用分立元件和模擬電路作為控制部分，實現(xiàn)基于SEPIC拓撲的直流升降壓電路，以更低的成本實現(xiàn)寬輸入電壓范圍的直流升降壓的功能。本實用新型具有電路簡單、成本低、輸入電壓在較寬范圍內(nèi)變化時輸出不變等優(yōu)點。
【專利說明】
基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路，屬于直流升降壓電路技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]直流升降壓電路適用于輸入電壓既有可能高于負載所需電壓，也有可能低于負載所需電壓的情況。單端原邊電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)是一種既可升壓又可降壓的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其具有輸出與輸入極性相同、可完全關(guān)斷、主回路電氣隔離等等優(yōu)良特性，因此基于SEPIC的直流升降壓電路也已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，在寬輸入電壓的條件下，多采用造價較高的數(shù)字集成脈寬調(diào)制(PWM)模塊作為控制電路，還沒有造價較為低廉的采用分立元件和模擬電路構(gòu)成的控制電路。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提出一種基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路，利用分立元件和模擬電路作為控制部分，實現(xiàn)基于SEPIC的直流升降壓電路，以更低的成本實現(xiàn)寬輸入電壓范圍的直流升降壓的功能。
[0004]本實用新型提出的基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入電壓范圍直流升降壓電路，包括控制電路和升壓電路，控制電路的輸入端與直流升降壓電路的外接參考電壓信號相連，控制電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路的輸出端與直流升降壓電路的負載相連；
[0005]所述的控制電路由第一電阻仏、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻取、第六電阻R6、第四電容C4、第五電容(:5、開關(guān)二極管D2、第二 N溝道MOS管T2、第三N溝道MOS管T3、第一運算放大器U2、第二運算放大器U3和555時基集成電路U4組成，其中第一運算放大器U2的同相輸入端經(jīng)第一電阻R1連接到外接參考電壓IW，第二運算放大器U3的反相輸入端與第二運算放大器U3的輸出端直接相連，第二運算放大器U3的反相輸入端經(jīng)第二電阻R2連接到第一運算放大器U2的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出端經(jīng)第三電阻R3連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出經(jīng)第四電阻R4連接到第一運算放大器1]2的反相輸入端，第一運算放大器U2的反相輸入端經(jīng)第五電阻R5連接到電池BT的負極，第二 N溝道^^管!^的源極連接到電池BT的負極，第二 N溝道皿^管!^的柵極和漏極同時連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第二 N溝道皿^管!^的柵極和第三N溝道MOS管T3的柵極直接相連，第三N溝道MOS管T3的源極連接到555時基集成電路山的7端，而其I端與電池BT的負極相連，2端和6端同時連接到第四電容C4的一端，此端亦連接了第三N溝道MOS管T3的漏極和第六電阻R6的一端，第四電容C4的另一端與電池BT的負極相連，第六電阻R6的另一端連接到開關(guān)二極管D2的負極，其正極連接到555時基集成電路U4的3端，其4端、8端均與電池BT的正極相連，5端經(jīng)第五電容C5與電池BT的負極相連；
[0006]所述的升壓電路由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一電感1^、第二電感L2、大功率快恢復(fù)二極管D1、第一N溝道MOS管TdPMOS管驅(qū)動U1組成；電池BT為電源，負載電阻Rl為負載，所述的第一電容Ci的兩端分別與電池BT的兩端連接，第一電感Li的一端與電池BT的正極相連，另一端同時與第一 N溝道皿^管!^的漏極和第二電容C2的一端連接，而第二電容C2的另一端同時連接到大功率快恢復(fù)二極管Di的正極和第二電感L2的一端，第二電感L2的另一端與電池BT的負極相連，大功率快恢復(fù)二極管D1的負極同時與第三電容C3的一端和負載電阻Rl的一端相連，二者另一端都與電池BT的負極相連，而第一 N溝道皿^管!^的源極電池BT的負極相連，柵極與MOS管驅(qū)動Ui的輸出端相連，其輸入端與脈沖發(fā)生電路部分的555時基集成電路U4的3端相連。
[0007]本實用新型提出的基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路，優(yōu)點是:本實用新型的基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路結(jié)構(gòu)十分簡單，只用到了兩個運放、兩個集成電路、三個MOS管、兩個二極管等，因此制造成本低廉，主要采用低成本的分立元件來實現(xiàn)，而不采用昂貴的升降壓控制芯片。本實用新型電路的輸出電壓不受電源電壓在較寬的范圍內(nèi)的變化的影響，電源電壓的影響在控制電路內(nèi)部互相抵消。本實用新型電路工作原理簡單，各部分耦合程度較低，方便調(diào)試電路、排查錯誤。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型提出的基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入電壓范圍直流升降壓電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0009]本實用新型提出的基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入電壓范圍直流升降壓電路，其電路原理圖如圖1所示，包括控制電路和升壓電路，控制電路的輸入端與直流升降壓電路的外接參考電壓信號相連，控制電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路的輸出端與直流升降壓電路的負載相連；
[0010]所述的控制電路由第一電阻仏、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻抱、第六電阻R6、第四電容C4、第五電容(:5、開關(guān)二極管D2、第二 N溝道MOS管T2、第三N溝道MOS管T3、第一運算放大器U2、第二運算放大器U3和555時基集成電路U4組成，其中第一運算放大器U2的同相輸入端經(jīng)第一電阻R1連接到外接參考電壓Uref，第二運算放大器U3的反相輸入端與第二運算放大器U3的輸出端直接相連，第二運算放大器U3的反相輸入端經(jīng)第二電阻R2連接到第一運算放大器U2的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出端經(jīng)第三電阻R3連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出經(jīng)第四電阻R4連接到第一運算放大器1]2的反相輸入端，第一運算放大器U2的反相輸入端經(jīng)第五電阻R5連接到電池BT的負極，第二 N溝道^^管!^的源極連接到電池BT的負極，第二 N溝道皿^管!^的柵極和漏極同時連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第二 N溝道皿^管!^的柵極和第三N溝道MOS管T3的柵極直接相連，第三N溝道MOS管T3的源極連接到555時基集成電路山的7端，而其I端與電池BT的負極相連，2端和6端同時連接到第四電容C4的一端，此端亦連接了第三N溝道MOS管T3的漏極和第六電阻R6的一端，第四電容C4的另一端與電池BT的負極相連，第六電阻R6的另一端連接到開關(guān)二極管D2的負極，其正極連接到555時基集成電路U4的3端，其4端、8端均與電池BT的正極相連，5端經(jīng)第五電容C5與電池BT的負極相連；當(dāng)外接參考電壓Uref適當(dāng)、電阻取值滿足仏與心阻值之比等于抱與1?4阻值之比時，利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的分析方法，可以證明N溝道MOS管T2上流過的電流與外接參考電壓Uref呈正比，比例系數(shù)為R2除以RAR3之積。當(dāng)555時基集成電路U4的7端輸出低電平時，可以證明第三N溝道MOS管T3上流過的電流等于第二 N溝道皿^管!^上流過的電流；當(dāng)其輸出高電平時，第三N溝道MOS管T3上流過的電流為零。當(dāng)U4的輸出口( 3 口)輸出高電平時，放電口也輸出高電平，D2導(dǎo)通，T3截止，C4經(jīng)過D2、R6恒壓充電；當(dāng)C4上的電壓達到電源電壓的2/3倍時，U4內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出口和放電口同時輸出低電平，D2截止，T3導(dǎo)通，C4經(jīng)過T3恒流放電；當(dāng)C4上的電壓降至電源電壓的1/3倍時，觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，回到之前的狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)，產(chǎn)生脈沖信號。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的分析方法，不難證明充電時間與電源(輸入)電壓無關(guān)，而放電時間正比于放電電流，反比于電源電壓。
[0011]所述的升壓電路由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一電感1^、第二電感L2、大功率快恢復(fù)二極管D1、第一N溝道MOS管TdPMOS管驅(qū)動U1組成；電池BT為電源，負載電阻Rl為負載，所述的第一電容Ci的兩端分別與電池BT的兩端連接，第一電感Li的一端與電池BT的正極相連，另一端同時與第一 N溝道皿^管!^的漏極和第二電容C2的一端連接，而第二電容C2的另一端同時連接到大功率快恢復(fù)二極管Di的正極和第二電感L2的一端，第二電感L2的另一端與電池BT的負極相連，大功率快恢復(fù)二極管D1的負極同時與第三電容C3的一端和負載電阻Rl的一端相連，二者另一端都與電池BT的負極相連，而第一 N溝道皿^管!^的源極電池BT的負極相連，柵極與MOS管驅(qū)動Ui的輸出端相連，其輸入端與脈沖發(fā)生電路部分的555時基集成電路U4的3端相連。當(dāng)U1輸入端為高電平時，T1導(dǎo)通，D1截止，BI^L1充電，C^L2充電，C3給Rl供電；當(dāng)瓜輸入端為低電平時，T1截止，D1導(dǎo)通，L^C2充電，L2給C3充電，C3給Rl供電。不難證明，負載Rl上的電壓(輸出電壓)與電源BT電壓(輸入電壓)之比等于瓜輸入端口呈低電平的時間與呈高電平的時間之比。
[0012]綜合前述分析，不難證明，輸出電壓正比于放電電流，也即正比于參考電壓，而與輸入電壓無關(guān);這表明本實用新型可以在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作。
【主權(quán)項】
1.一種基于單端原邊電感轉(zhuǎn)換器的寬輸入范圍直流升降壓電路，其特征在于該直流升降壓電路包括控制電路和升壓電路，控制電路的輸入端與直流升降壓電路的外接參考電壓信號相連，控制電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連，升壓電路的輸出端與直流升降壓電路的負載相連； 所述的控制電路由第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻抱、第六電阻R6、第四電容C4、第五電容(:5、開關(guān)二極管D2、第二 N溝道MOS管T2、第三N溝道MOS管T3、第一運算放大器U2、第二運算放大器U3和555時基集成電路U4組成，其中第一運算放大器U2的同相輸入端經(jīng)第一電阻辦連接到外接參考電壓Uref，第二運算放大器U3的反相輸入端與第二運算放大器U3的輸出端直接相連，第二運算放大器U3的反相輸入端經(jīng)第二電阻1?2連接到第一運算放大器U2的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出端經(jīng)第三電阻R3連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第一運算放大器U2的輸出經(jīng)第四電阻R4連接到第一運算放大器U2的反相輸入端，第一運算放大器U2的反相輸入端經(jīng)第五電阻R5連接到電池BT的負極，第二 N溝道皿^管!^的源極連接到電池BT的負極，第二 N溝道MOS管1~2的柵極和漏極同時連接到第二運算放大器U3的同相輸入端，第二 N溝道^^管!^的柵極和第三N溝道MOS管T3的柵極直接相連，第三N溝道MOS管T3的源極連接到555時基集成電路U4的7端，而其I端與電池BT的負極相連，2端和6端同時連接到第四電容C4的一端，此端亦連接了第三N溝道MOS管T3的漏極和第六電阻R6的一端，第四電容C4的另一端與電池BT的負極相連，第六電阻R6的另一端連接到開關(guān)二極管D2的負極，其正極連接到555時基集成電路U4的3端，其4端、8端均與電池BT的正極相連，5端經(jīng)第五電容C5與電池BT的負極相連； 所述的升壓電路由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一電感1^、第二電感L2、大功率快恢復(fù)二極管0!、第一N溝道MOS管TdPMOS管驅(qū)動U1組成；電池BT為電源，負載電阻Rl為負載，所述的第一電容Ci的兩端分別與電池BT的兩端連接，第一電感Li的一端與電池BT的正極相連，另一端同時與第一 N溝道^^管!^的漏極和第二電容C2的一端連接，而第二電容C2的另一端同時連接到大功率快恢復(fù)二極管0工的正極和第二電感L2的一端，第二電感L2的另一端與電池BT的負極相連，大功率快恢復(fù)二極管負極同時與第三電容C3的一端和負載電阻Rl的一端相連，二者另一端都與電池BT的負極相連，而第一 N溝道皿^管!'!的源極與電池BT的負極相連，柵極與MOS管驅(qū)動U1的輸出端相連，其輸入端與脈沖發(fā)生電路部分的555時基集成電路U4的3端相連。
【文檔編號】H02M3/155GK205490141SQ201620151547
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月29日
【發(fā)明人】涂金正, 朱桂萍
【申請人】清華大學(xué)