专利名称：正负电压转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流正负电压转换电路，更具体来说是实现较大功率正负电压转换的电路。
背景技术：
随着现代电子技术以及高速超大规模集成电路的飞速发展，越来越多的电子系统需要正负两种电压才能正常工作，电路设计对输出电流较大(＞1A)的负极性电压电源的需求也越来越大。而能够提供实用性强、电路简单的输出电流较大正负电压转换的技术解决方案却很少。
现有的负电压输出电路解决技术方案主要有1、利用MAXIM等公司的智能IC芯片实现，该方案主要应用于小电流(＜1A)的小功率系统，无法满足需要较大电流(＞1A)的系统，且成本较高。
2、利用分立元件设计的Buck-Boost电路实现，该方案电路设计复杂、体积大。
3、芯片制造商(以LM2576为例)提供的正负电压转换电路如图1所示(见ON Seminconductor公司的LM2576 3.0A，15V，Step-DownSwitching Regulator，第19页、National Seminconductor公司的LM2576/LM2576HV Series SIMPLE SWITCHER 3A Step-DownVoltage Regulator，第17页)，该电路包括一片降压型开关模式调整器(LM2576-ADJ)D1(其中VIN为输入电压正端，VO为输出电压端，GND为输入电压负端，ON/OFF为输出电压控制端，FEEDBACK为输出电压反馈端)；第一电解电容C1、二极管VD1、输出储能电感L1、第二电解电容C2、高频滤波电容C3、反馈电阻网络R1和电阻网络R2，构成一个Buck-Boost电路。
该电路具体工作原理如下(1)当芯片D1的内置开关导通时，输入电压经输入滤波后对电感L1充电，L1储存能量，此时C2中储存的能量通过负载放电，提供负载电流。
(2)当芯片D1的内置开关关断时，L1的电感电流有减小趋势，电感线圈产生自感电势反向，为右正左负，二极管VD1受正向偏压而导通起续流作用，储能电感L1提供负载电流，同时为电容C2充电储能，以备当芯片D1的内置开关转至导通时放电，维持输出电压不变。
(3)反馈电阻网络R1和R2提供电压反馈信号至芯片D1的输出电压反馈端，使芯片D1实现pWM调节功能，R1和R2的不同取值对应不同的输出电压值，使该电路完成了从正电压输入到可调负电压输出的功能(注如果选择的降压型开关模式调整器的型号是输出电压不可调节的，则没有此电阻网络，降压型开关模式调整器的输出电压反馈端接输入电压负端)。
(4)电路高频电容C3起输出滤波的作用。
以上电路存在缺点如下该电路带载能力差，当输出电流大于0.5A，此时输出纹波大于200mV，负载调整率大于±2％，输出电压无法满足要求。
发明内容
本发明的目的是通过改变降压型的开关模式调整器的外部拓扑结构，从而实现一种利用降压型开关模式调整器实现正负电压转换的新型Buck-Boost应用电路。
本发明具体是这样实现的一种正负电压转换电路，包括，一片降压型开关模式调整器D1，第一电解电容C1，二极管VD1，输出储能电感L1，第二电解电容C2，高频滤波电容C4，反馈电阻网络R1和R2，输出滤波电感L2，第三电解电容C3，构成一个Buck-Boost电路；所述降压型开关模式调整器的管脚包括输入电压正端，电压输出端，输入电压负端，输出电压反馈端，输出电压控制端；输入电压的正端接降压型开关模式调整器D1的输入电压正端和第一电解电容C1的正端，第一电解电容C1的负端和输入电压负端连接，降压型开关模式调整器D1的电压输出端接二极管VD1的阴极和输出储能电感L1的一端，输出储能电感L1的另一端接输入电压负端，降压型开关模式调整器D1的输入电压负端、降压型开关模式调整器D1的输出电压控制端、二极管VD1的正极、第二电解电容C2的负极和输出滤波电感L2的一端相互连接，输出滤波电感的另一端连结第三电解电容C3负极、高频滤波电容C4的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接电阻R1的一端和降压型开关模式调整器D1的输出电压反馈端，电阻R1的另一端和第二电解电容C2的正极、第三电解电容C3的正极和高频滤波电容C4的另一端接输入电压负端。
所述降压型开关模式调整器还可以选择输出电压不可调节的型号，则没有电阻网络，所述电路包括一片降压型开关模式调整器D1，第一电解电容C1，二极管VD1，输出储能电感L1，第二电解电容C2，高频滤波电容C4，输出滤波电感L2，第三电解电容C3；输入电压的正端接降压型开关模式调整器D1的输入电压正端和第一电解电容C1的正端，第一电解电容C1的负端和输入电压负端连接，降压型开关模式调整器D1的电压输出端接二极管VD1的阴极和输出储能电感L1的一端，输出储能电感L1的另一端接输入电压负端，降压型开关模式调整器D1的输入电压负端、降压型开关模式调整器D1的输出电压控制端、二极管VD1的正极、第二电解电容C2的负极和输出滤波电感L2的一端相互连接，输出滤波电感的另一端连结第三电解电容C3负极、高频滤波电容C4的一端，降压型开关模式调整器D1的输出电压反馈端，第二电解电容C2的正极、第三电解电容C3的正极和高频滤波电容C4的另一端接输入电压负端。
所述滤波电感L2的取值为2～5uH。
采用本发明电路所述方法实现大功率正负电压转换的新型Buck-Boost应用电路，与现有负电压输出电路相比1、取得了实用性强、电路简单、输出功率大的进步，同时该电路输出纹波小，电压调整率、负载调整率都非常理想；2、正负电压转换输入为正电压，输出负电压，轻松解决了电子系统中需要负电压的问题；3、负载电流大改变了负电压输出功率小，带载能力差的问题；4、电路简单完成所有功能的电路只需一片降压型开关模式调整器和外围元件；5、性能指标好；6、通用性强，应用广泛可广泛的应用于各种领域需要负电压供电的电子系统中。
图1是原始的利用LM2576实现正负电压转换的电路原理图；图2是降压型开关模式调整器实现正负电压转换的新型Buck-Boost应用电路原理图；图3是芯片LM2576的管脚说明示意图；图4是利用LM2576实现-5V@2A输出的Buck-Boost电路原理图。
具体实施例方式
图3是芯片LM2576的管脚说明示意图，如图3所示1脚(VINPUT)电压输入端，输入电压范围4V～40V；2脚(VOUTPUT)电压输出端，输出可调电压范围1.23V～35V；3脚(GND)输入电压负端；4脚(FEEDBACK)输出电压反馈端；5脚(ON/OFF)输出电压控制端。
本发明适用于利用降压型开关模式调整器实现正负电压转换的器件(MICREL公司、ON Semiconductor公司、National Semiconductor公司等产品)。
本发明的工作原理如下(1)当降压型开关模式调整器芯片的内置开关导通时，输入电压经输入滤波后对电感L1充电，电流流过电感线圈L1，L1储存能量，此时C2中储存的能量通过负载放电，提供负载电流。
(2)当降压型开关模式调整器芯片的内置开关关断时，L1的电感电流有减小趋势，电感线圈产生自感电势反向，为右正左负，肖特基二极管VD1受正向偏压而导通起续流作用，储能电感L1提供负载电流，同时为电容C2充电储能，以备当降压型开关模式调整器芯片的内置开关转至导通时放电，维持输出电压不变。
(3)反馈电阻网络R1和R2提供电压反馈信号至降压型开关模式调整器的输出电压反馈端，使降压型开关模式调整器实现各种保护功能和PWM调节功能，R1和R2的不同取值对应不同的输出电压值，使该电路完成了从正电压输入到可调负电压输出的功能。
如果选择的降压型开关模式调整器的型号是输出电压不可调节的，则没有此电阻网络，降压型开关模式调整器的输出电压反馈端接输入电压负端。
(4)电路中L2、第三电解电容C3和高频电容C4起输出滤波的作用。
本专利主要是通过电路中输出滤波电感L2(取值2～5uH)的应用，实现了较大电流输出正负电压的转换，有以下优点(1)加滤波电感，消除了由于Buck-Boost电路本身输出电流脉动造成输出电压纹波大，带载能力差等缺陷。
(2)把滤波电感放在负端，避免了由于滤波电感的存在，引起反馈电压的纹波较大，影响电路输出电压不稳。
图4为利用LM2576实现-5V@2A输出的Buck-Boost电路原理图。
该电路包括D1(LM2576-ADJ)，第一电解电容C1(1000uF/16V)、第二电解电容C2(2200uF/10V)、第三电解电容C3(1000uF/10V)，二极管VD1(20A/45V)，输出储能电感L1(70uH)，输出滤波电感L2(3uH)，高频滤波电容C4(1uF/63V)、反馈电阻网络R1(3K)和R2(9.1K)。
该电路连接关系和工作原理同图2。输入电压的正端接降压型开关模式调整器D1的输入电压正端和第一电解电容C1的正端，第一电解电容C1的负端和输入电压负端连接，降压型开关模式调整器D1的电压输出端接二极管VD1的阴极和输出储能电感L1的一端，输出储能电感L1的另一端接输入电压负端，降压型开关模式调整器D1的输入电压负端、降压型开关模式调整器D1的输出电压控制端、二极管VD1的正极、第二电解电容C2的负极和输出滤波电感L2的一端相互连接，输出滤波电感的另一端连结第三电解电容C3负极、高频滤波电容C4的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接电阻R1的一端和降压型开关模式调整器D1的输出电压反馈端，电阻R1的另一端和第二电解电容C2的正极、第三电解电容C3的正极和高频滤波电容C4的另一端接输入电压负端。
输入电压10V，输出电压为-5V，测试结果如下带载能力负载2A工作负载调整率1.64％噪音纹波电压36mV，综上所述，利用降压型开关模式调整器实现的新型Buck-Boost应用电路的优点与进步如下1、正负电压转换输入为正电压，输出负电压，轻松解决了电子系统中需要负电压的问题；2、负载电流大改变了负电压输出功率小，带载能力差的问题；3、电路简单完成所有功能的电路只需一片降压型开关模式调整器和外围元件；4、性能指标好；5、通用性强，应用广泛可广泛的应用于各种领域需要负电压供电的电子系统中。
权利要求
1.一种正负电压转换电路，包括，一片降压型开关模式调整器(D1)，第一电解电容(C1)，二极管(VD1)，输出储能电感(L1)，第二电解电容(C2)，高频滤波电容(C4)，反馈电阻网络(R1)和(R2)，其特征在于，还包括输出滤波电感(L2)，第三电解电容(C3)；所述降压型开关模式调整器的管脚包括输入电压正端，电压输出端，输入电压负端，输出电压反馈端，输出电压控制端；输入电压的正端接降压型开关模式调整器(D1)的输入电压正端和第一电解电容(C1)的正端，第一电解电容(C1)的负端和输入电压负端连接，降压型开关模式调整器D1的电压输出端接二极管(VD1)的阴极和输出储能电感(L1)的一端，输出储能电感(L1)的另一端接输入电压负端，降压型开关模式调整器(D1)的输入电压负端、降压型开关模式调整器(D1)的输出电压控制端、二极管(VD1)的正极、第二电解电容(C2)的负极和输出滤波电感(L2)的一端相互连接，输出滤波电感的另一端连结第三电解电容(C3)负极、高频滤波电容(C4)的一端和电阻(R2)的一端，电阻(R2)的另一端接电阻(R1)的一端和降压型开关模式调整器(D1)的输出电压反馈端，电阻(R1)的另一端和第二电解电容(C2)的正极、第三电解电容(C3)的正极和高频滤波电容(C4)的另一端接输入电压负端。
2.根据权利要求1所述的正负电压转换电路，其特征在于，包括一片降压型开关模式调整器(D1)，第一电解电容(C1)，二极管(VD1)，输出储能电感(L1)，第二电解电容(C2)，高频滤波电容(C4)，输出滤波电感(L2)，第三电解电容(C3)；所述降压型开关模式调整器还可以选择输出电压不可调节的型号；输入电压的正端接降压型开关模式调整器(D1)的输入电压正端和第一电解电容(C1)的正端，第一电解电容(C1)的负端和输入电压负端连接，降压型开关模式调整器(D1)的电压输出端接二极管(VD1)的阴极和输出储能电感(L1)的一端，输出储能电感(L1)的另一端接输入电压负端，降压型开关模式调整器(D1)的输入电压负端、降压型开关模式调整器(D1)的输出电压控制端、二极管(VD1)的正极、第二电解电容(C2)的负极和输出滤波电感(L2)的一端相互连接，输出滤波电感的另一端连结第三电解电容(C3)负极、高频滤波电容(C4)的一端，降压型开关模式调整器(D1)的输出电压反馈端，第二电解电容(C2)的正极、第三电解电容(C3)的正极和高频滤波电容(C4)的另一端接输入电压负端。
3.根据权利要求1或2所述的正负电压转换电路，其特征在于，所述输出滤波电感(L2)的取值为2～5uH。
全文摘要
本发明提出了一种正负电压转换电路，具体包括一片降压型开关模式调整器(D1)，电解电容(C1)，二极管(VD1)，输出储能电感(L1)，电解电容(C2)，高频滤波电容(C4)，反馈电阻网络(R1)和(R2)，输出滤波电感(L2)，电解电容(C3)。本发明采用了滤波电感，消除了由于Buck－Boost电路本身输出电流脉动造成输出电压纹波大，带载能力差等缺陷；把滤波电感放在负端，避免了由于滤波电感的存在，引起反馈电压的纹波较大，影响电路输出电压不稳，实现了正负电压转换，负载电流变大，取得了实用性强、电路简单、输出功率大的进步，同时该电路输出纹波小，电压调整率、负载调整率都非常理想，通用性强。
文档编号H02M3/00GK1925290SQ20051009856
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者许国锋, 徐波 申请人:中兴通讯股份有限公司