专利名称：具有Cuk电路的直流转换器和负载电流采集的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有Cuk电路(库克电路)和用于采集负载电流的测量电阻的直流转换器。现有技术中，除了降压转换器、升压转换器和回扫转换器之外，还已知具有Cuk电路的转换器用于将直流电流或者直流电压转换成具有不同值的直流电流或者直流电压。使用回扫转换器以及具有Cuk电路的转换器既能够增加也能够降低转换器的输入电压。与其他已知直流转换器相同，为了控制具有Cuk电路的转换器的输出值，可以调整转换器的受控开关的开关占空比。通常根据负载电流选择该开关占空比。该负载电流通常要被调节。根据现有技术，为了调节具有Cuk电路的转换器中的负载电流，借助于该负载 电路中的测量电阻向调节器提供信号。通常使用脉宽调制(PWM)进行调节。具有Cuk电路的直流转换器例如可参见Supertex公司的文献“Designing aBoost-Buck (Cuk) Converter with HV9930/AT9933，，中所述。具有Cuk电路的直流转换器具有受控开关以及所谓的开关二极管，这两者用于电路的不同支路之间的电流整流。具有Cuk电路的直流转换器的输出电压相对于基准电位总是负的。因此在负载电路内的测量电阻上获得的电压是负的并且不能简单地输送给例如Supertex公司的HV9930的常用微控制器，该微控制器适配于相对于基准电位具有正电压的信号。因此，目前需要(例如使用反相器)进行信号适配。但是，反相级会增加电路复杂度和公差。本发明由此着手。本发明的目标在于改进具有Cuk电路的直流转换器，使得不需要通过反相器对测量信号进行信号适配。该目标通过将测量电阻与开关二极管串联而实现。与现有技术相比，测量电阻不是设置在直流转换器的负载电路中，而是设置在前置于负载电路的次级电路中，该次级电路仅暂时地一即在转换器的受控开关接通的情况下一由电流流过。通过该测量电阻的电流的平均值对应于负载电流，因此其间接地给出了负载电流。由于直流转换器的负载电流是直流电流，尽管与直流转换器的输出端并联设置了平滑电容，该负载电流总是流经开关二极管。测量电阻可以用第一接头与开关二极管的阴极连接，用第二接头与所述直流转换器的基准电位连接。可以与测量电阻并联地设置电容。该电容可以用于获得平均值。根据本发明，测量电阻的第一接头可以与集成电路、尤其是运算放大器或者微控制器的的输入端连接。测量电阻的第一接头与积分器电路连接。该积分器电路可以是微控制器的一部分。积分器电路的输出端可以与用于生成PWM信号的装置的输入端连接，所述装置的输出端与所述Cuk电路的受控开关元件连接。用于生成PWM信号的装置也可以是微控制器的一部分。
根据本发明的电路装置，包括根据本发明的直流转换器和负载，该电路装置可以这样设计，使得该负载一侧连接到直流调节器的输出端，另一侧连接到直流调节器的基准电位。该负载可以一侧连接到直流控制器的输出端，另一侧连接到直流控制器的输入端的正电位。在输出端和该负载之间设置滤波器，尤其是无源滤波器。下面将参照附图
详细介绍本发明。其中图I示出了根据本发明的电路装置，其具有根据本发明的直流转换器和仅示出功率线路的负载；
图2示出根据图I的电路装置，还示出了用于调整直流转换器的电路，以及图3示出了根据图2的电路装置的用于负载的可选接头的扩展。图I至3所示的根据本发明的直流转换器W包括输入端，该输入端连接到直流电压源UB0转换器W的输出端连接有负载RL，其在图中示为欧姆负载。转换器W包括与输入端并联的第一电容Cp,该电容用于平滑输入电压。该第一电容可以省略。在转换器W内部，第一电感线圈LI连接到输入端。该电感线圈背离转换器W的输入端的接头通过作为受控开关的晶体管Tl连接到基准电位。该第一电感线圈的同一接头连接到第二电容Ck。第二电容Ck的背离电感线圈LI的接头通过第二电感线圈L2连接到转换器W的输出端。另外，第二电容Ck的该接头连接到二极管Dl的阳极，该二极管在下文中被称为开关二极管。第三电容Cs与转换器W的输出端并联设置。目前为止所述的转换器相当于现有技术已知的转换器。但是现有技术的转换器的测量电阻与输出端串联，在该测量电阻上形成与负载电流相当的电压。根据本发明的转换器W包括位于另一位置(即与开关二极管Dl串联、在开关二极管的阴极和基准电位之间)的测量电阻。尽管负载电流IL不流经该测量电阻Rs。但是该测量电阻上的电流对应于负载电流IL的时间平均值。因此根据简单的均值计算，该测量电阻上的电压降可用作负载电流的信号。第一步，可以通过与测量电阻Rs并联的电容Ca计算该平均值(参看图2和3)。该测量电阻和电容Ca的并联电路上的电压可馈送给积分器电路以获得更精确的均值。如图2和3所示，开关二极管Dl的阴极通过电阻Rl连接到运算放大器OP的反相输入端。运算放大器OP的同相输入端通过另一个电阻R2连接到基准电位。如在积分器电路中常见的那样，运算放大器OP的输出端误差(error),通过电容Cint反馈连接到运算放大器OP的反相输入端。而且，该输出端error连接到调制器PWM的输入端，该PWM生成用于控制晶体管Tl的脉宽调制信号并且PWM的输出端连接到晶体管的栅极g。图3示出的电路装置与图2所示的电路装置大致相同，其中为图2所示的电路装置增加了与负载RL串联的开关U以及从开关U到转换器W的输入端的连接。借助于该开关，能够在所谓的节省布局(Spartopologie)和图2所示电路装置之间进行变换，而不必在采集负载电流时进行改变。
附图标记W直流转换器UB直流电压源Ca 电容Cp第一电容Ck第二电容Cs第三电容Cint积分器的电容
LI第一电感线圈L2第二电感线圈Tl晶体管Dl开关二极管RL输出端处的负载IL负载电流Rl 电阻RS测量电阻OP运算放大器U 开关PWM调制器
权利要求
1.一种直流转换器(W)，具有Cuk电路和用于采集负载电流的测量电阻(Rs)，其中所述Cuk电路具有开关二极管(Dl)，其特征在于，测量电阻(Rs)与开关二极管(Dl)串联设置。
2.如权利要求I所述的直流转换器(W)，其特征在于，测量电阻(Rs)的第一接头与开关二极管(Dl)的阴极连接并且第二接头与所述直流转换器(W)的基准电位连接。
3.如权利要求I或2所述的直流转换器(W)，其特征在于，与测量电阻(Rs)并联地设置电容(Ca)。
4.如权利要求I至3中任一项所述的直流转换器(W)，其特征在于，测量电阻(Rs)的第一接头与集成电路、尤其是运算放大器(OP)或者微控制器的输入端连接。
5.如权利要求I至4中任一项所述的直流转换器(W)，其特征在于，测量电阻(Rs)的第一接头与积分器电路连接。
6.如权利要求5所述的直流转换器(W)，其特征在于，积分器的输出端与用于生成PWM信号的装置(PWM)的输入端连接，所述装置的输出端与所述Cuk电路的受控开关元件(Tl)连接。
7.一种电路装置，包括如权利要求I至6中任一项所述的直流转换器(W)和负载(RL)，其特征在于，所述负载(RL) —侧连接到所述直流转换器(W)的输出端，另一侧连接到所述直流转换器(W)的基准电位。
8.一种电路装置，包括如权利要求I至6中任一项所述的直流转换器(W)和负载(RL)，其特征在于，所述负载(RL) —侧连接到所述直流转换器(W)的输出端，另一侧连接到所述直流转换器(W)的输入端的正电位。
9.如权利要求7或8所述的电路装置，其特征在于，在所述输出端和所述负载(RL)之间设置滤波器，尤其是无源滤波器。
全文摘要
本发明涉及一种直流转换器(W)，具有Cuk电路和用于采集负载电流的测量电阻(Rs)，其中所述Cuk电路具有开关二极管(D1)，其中，测量电阻(Rs)与开关二极管(D1)串联设置。
文档编号H02M3/00GK102934340SQ201080065969
公开日2013年2月13日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者V·拉特克 申请人:黑拉许克联合股份有限公司