專利名稱：一種高效穩(wěn)壓電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)壓電源電路，具體涉及一種高效穩(wěn)壓電源電路。
背景技術(shù)：
目前穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中廣泛使用。市電經(jīng)過(guò)變壓器、整流器和濾波器轉(zhuǎn)換成不穩(wěn)定的直流電壓，最終由穩(wěn)壓電源變成穩(wěn)定的電壓輸出給電路使用。對(duì)于電池供電的電器，由于電池電量隨時(shí)間減少，對(duì)供電電壓穩(wěn)定性有一定要求的電器也需要穩(wěn)壓電源將電池電壓轉(zhuǎn)換成所需要的穩(wěn)定的供電電壓。穩(wěn)壓電源的功率效率為其輸出功率與輸入功率之t匕，反映其對(duì)輸入功率的使用率。功率效率高的穩(wěn)壓電源能量損失小。由于穩(wěn)壓電源被大量使用，所以提高穩(wěn)壓電源的功率效率能有效地促進(jìn)節(jié)能環(huán)保，減少碳排放。電子設(shè)備中常用的穩(wěn)壓器如圖1所不。其中％、V1為輸入電壓和電流,Vo、1為輸出電壓和電流。穩(wěn)壓器的輸入功率P1 = V1I1，輸出功率P。= VQIQ，功率效率為:η = P0ZP1=V010A1I10對(duì)于線性穩(wěn)壓器，如7805，V1 > V0, I1彡100所以，n ( V0A10輸入電流I1中大小為Itj的部分流過(guò)壓降為輸出電壓Vtj的負(fù)載產(chǎn)生輸出功率。即使線性穩(wěn)壓器可以實(shí)現(xiàn)輸出電流幾乎等于輸入電流，但是由于輸入電流流過(guò)電壓差為的電路部分所消耗的功率只產(chǎn)生熱量，它對(duì)電路來(lái)說(shuō)是無(wú)用的。因?yàn)榉€(wěn)壓器需要將一定范圍內(nèi)變化的輸入電壓變換到穩(wěn)定的輸出電壓，因此線性穩(wěn)壓器中V1-Vtj的電壓差是不可避免的。所以電路功率效率受到限制。調(diào)整管工作在非線性區(qū)的開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制調(diào)整管開(kāi)關(guān)時(shí)間比例來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。調(diào)整管上消耗的功率很少，所以電路功率效率大于'/X。但是和線性穩(wěn)壓器一樣，電路有一部分電流不通過(guò)負(fù)載、這部分電流所產(chǎn)生的功率也是無(wú)用的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效穩(wěn)壓電源電路，該電路利用非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路將現(xiàn)有穩(wěn)壓電源電路中浪費(fèi)的功率部分地轉(zhuǎn)換為有用輸出功率的一部分，提高整個(gè)電路的功率效率。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種穩(wěn)壓電源電路，主要包括非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路、穩(wěn)壓器、電感和電容。本發(fā)明中，非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸出端口接穩(wěn)壓器的輸入端口，為后者提供輸入功率，穩(wěn)壓器的輸出端口接整個(gè)電路的輸出端口。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口、電感與整個(gè)電路的輸出端口依次串聯(lián)接連，整個(gè)穩(wěn)壓電源電路的輸入電壓加在這個(gè)串聯(lián)電路的兩端。即非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口正端接整個(gè)電路輸入電壓的正端，輸入端口負(fù)端通過(guò)電感接整個(gè)電路輸出電壓的正端，整個(gè)電路的輸入電壓與輸出電壓的負(fù)端相連；或者非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口負(fù)端接整個(gè)電路輸入電壓的負(fù)端，輸入端口正端通過(guò)電感接整個(gè)電路輸出電壓的負(fù)端，整個(gè)電路的輸入電壓與輸出電壓的正端相連。
由于輸入電壓與輸出電壓相串聯(lián)，所以電路輸入的直流電流完全流過(guò)負(fù)載，克服了現(xiàn)有穩(wěn)壓器中的電流損耗。另外，輸入電流流經(jīng)整個(gè)電路中壓降為輸入電壓與輸出電壓之差的電路部分所消耗的功率通過(guò)非穩(wěn)壓隔離式DC-DC被輸入到穩(wěn)壓器的輸入端，通過(guò)穩(wěn)壓器產(chǎn)生流過(guò)負(fù)載的另外一部分電流。這樣輸出電流Itj有兩部分組成。一是輸入電流I1,它經(jīng)過(guò)非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口、電感從整個(gè)電路的輸出端流出。另一個(gè)是穩(wěn)壓器的輸出電流U，它來(lái)自于非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路為穩(wěn)壓器提供的功率，這部分功率在圖1所示的穩(wěn)壓器(特別是線性穩(wěn)壓器)中是無(wú)用的。雖然本發(fā)明的穩(wěn)壓電源電路中的穩(wěn)壓器也有部分功率未輸出到負(fù)載上，但穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的負(fù)載電流只占全部負(fù)載電流的一部分，所以本發(fā)明中穩(wěn)壓器中的功率損耗能夠比單獨(dú)使用穩(wěn)壓器時(shí)的功率損耗小。有益效果本發(fā)明電路利用非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路將穩(wěn)壓電源電路的輸入電流完全流到負(fù)載上，并且將穩(wěn)壓電源電路中降壓為輸入電壓與輸出電壓之差的電路部分所消耗的功率部分地轉(zhuǎn)換成輸出功率的一部分，減小整個(gè)電路的輸入電流，提高穩(wěn)壓電源電路的功率效率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1為穩(wěn)壓器示意圖。圖2為本發(fā)明的高效穩(wěn)壓電源電路示意圖。圖3為一個(gè)實(shí)際的高效穩(wěn)壓電源電路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路將穩(wěn)壓電源電路消耗的無(wú)用功率部分地轉(zhuǎn)換為輸出功率的一部分。圖2所不的電路由一個(gè)非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路和一個(gè)穩(wěn)壓器，以及電感和電容構(gòu)成。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路給穩(wěn)壓器提供輸入電壓和電流。作為輔助元件的電感和電容的作用是減小電壓波動(dòng)。電路的輸入電壓V1和輸出電壓Vo可以同時(shí)為正,也可以同時(shí)為負(fù)，下面只討論V1 > Vtj > O的情況。V1 < Vtj < O的情況類(lèi)似，不再贅述。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口的正端接整個(gè)電路輸入電壓的正端，其負(fù)端通過(guò)電感接輸出電壓的正端，輸入電壓和輸出電壓的負(fù)端相連。電感及電容的作用主要是減小非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口流到整個(gè)電路輸出端口的電流的波動(dòng)，電感上的直流電壓可以忽略。這樣非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入電壓Vid = V1-Vy非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入電流Iid為整個(gè)電路的輸入電流I1，其輸出電壓Vm等于穩(wěn)壓器的輸入電壓Viro電容C2上流過(guò)的電流主要是非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路輸出的波動(dòng)電流，所以非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的直流輸出電流Itj等于穩(wěn)壓器的輸入電流IIK。穩(wěn)壓器的輸出電壓為整個(gè)電路的輸出電壓I。穩(wěn)壓電路的輸出電流為IOT。電容C1上流過(guò)的電流主要是非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路產(chǎn)生的波動(dòng)電流，所以可以認(rèn)為整個(gè)電路輸入的直流電流完全流過(guò)負(fù)載。因此，電路的細(xì)出電流 I。= Iidi+Ioe = Iid+Ioe = Ii+Ic 。除了穩(wěn)壓器自身的穩(wěn)壓作用外，圖2所示的電路構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。當(dāng)Vtj減小時(shí)，非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入電壓V1-Vtj增加，Vm及VIk增加，導(dǎo)致Vtj上升。類(lèi)似地，當(dāng)\上升時(shí)也能通過(guò)上述調(diào)節(jié)過(guò)程使\下降。這樣保證了整個(gè)電路的輸出電壓的穩(wěn)定。另一方面，如果V1增加，由于穩(wěn)壓器自身對(duì)Vtj的穩(wěn)定作用，造成Vid = V1-V0和I1 =Iid增加，使得Irai減小，穩(wěn)壓器負(fù)載電流的減小造成111；及Im減小，同理非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的負(fù)載電流的減小導(dǎo)致I1 = Iid減小。類(lèi)似地，如果由于V1下降造成I1減少，也能通過(guò)上述調(diào)節(jié)過(guò)程使I1增加。設(shè)非穩(wěn)壓隔尚式DC-DC電路的功率效率為nD，穩(wěn)壓器的功率功率為ηκ。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸出功率Pm等于穩(wěn)壓器的輸入功率ΡΙΚ，即:Pie — VieIie — Pod — V0d10D — rU(Vo-Vo) Ii穩(wěn)壓器的輸出功率為:Por — Vq1e — 1IrVirIir整個(gè)電路的輸出功率為:P0 = V010 = V0(IJ10k) = V0(WikWV0) = V0Ll1+n E HdIi (V1-V0)/V0]則整個(gè)電路的功率效率為:η = PtZP1 = VotI1+n ^dIi (V1-V0)/V0]/V1I1 = ν0[ι+n E Iid(V1-V0)/V0]/V1設(shè)α = (V1-Vq)/V。，則η = (1+ηΕηΒα)/(1+α)當(dāng):α < (1-ηΕ)/[(ι-nD) ηΕ]時(shí)，n > 即整個(gè)穩(wěn)壓電源電路的功率效率大于穩(wěn)壓器的效率?；蛘哒f(shuō)n > 的條件是:V1 < V0U+(1- nE)/[(1- nD) nE]}上述條件是比較容易滿足的，特別是許多應(yīng)用場(chǎng)合滿足< !!!>&%< 2\。圖2所不的電路中非穩(wěn)壓隔尚式DC-DC電路將(V1-Vq) I1部分地轉(zhuǎn)換為輸出功率的一部分，所以能夠提高電路的功率效率。需要指出的是，圖2中穩(wěn)壓器的輸入電壓不一定等于整個(gè)電路的輸入電壓，并且其輸出電流也小于整個(gè)電路的輸出電流，所以圖2中的穩(wěn)壓器的功率效率與穩(wěn)壓器輸入電壓為V1輸出電流為Itj時(shí)的效率有所不同。下面以圖3電路為例說(shuō)明本發(fā)明可以提高穩(wěn)壓電源電路的功率效率。圖3中，非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路選用廣州金升陽(yáng)科技有限公司的B0512S-2W，穩(wěn)壓器使用常用的7805，C1為InF電容，C2和C3為10 μ F電解電容，L為33 μ H。實(shí)際測(cè)量的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流如表I所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到的該電路功率效率均大于穩(wěn)壓器7805單獨(dú)使用時(shí)的效率上限/\。并且負(fù)載電流越大，效率較高。輸出電壓紋波系數(shù)小于0.1 %。表I
權(quán)利要求
1.一種高效穩(wěn)壓電源電路，其特征在于，包括非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路、穩(wěn)壓器、電感和電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)壓電源電路，其特征在于，所述非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口、電感與穩(wěn)壓電源電路的輸出端口依次串聯(lián)連接，穩(wěn)壓電源電路的輸入電壓加在這個(gè)串聯(lián)電路的兩端，電感兩端分別接一個(gè)電容到穩(wěn)壓電源電路輸入與輸出電壓的共同端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)壓電源電路，其特征在于，所述非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸出端口與所述穩(wěn)壓器的輸入端口相連，為后者提供輸入功率；所述穩(wěn)壓器的輸出端口接穩(wěn)壓電源電路 的輸出端口，穩(wěn)壓器輸入端口并聯(lián)一個(gè)電容。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效穩(wěn)壓電源電路，它利用非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路將穩(wěn)壓電源電路中輸入電流流經(jīng)壓降為輸入電壓與輸出電壓之差的電路部分所消耗的功率部分地轉(zhuǎn)換為輸出功率的一部分，以減少電路的輸入電流，提高整個(gè)穩(wěn)壓電源電路的功率效率。本發(fā)明所述穩(wěn)壓電源電路主要由非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路、穩(wěn)壓器、電感和電容組成。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸出端口接穩(wěn)壓器的輸入端口，為后者提供輸入功率，穩(wěn)壓器的輸出電壓為整個(gè)穩(wěn)壓電源的輸出電壓。非穩(wěn)壓隔離式DC-DC電路的輸入端口、電感與穩(wěn)壓電源的輸出端口依次串聯(lián)連接，穩(wěn)壓電源電路的輸入電壓加在這個(gè)串聯(lián)電路的兩端。
文檔編號(hào)H02M3/04GK103078494SQ201310006769
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者方暉, 葛中芹, 高健 申請(qǐng)人:南京大學(xué)