一种低压差开关电源装置的制作方法

本发明涉及一种低压差开关电源装置。

背景技术：

目前，4g模块的应用越来越广泛，4g模块的含义是：含有兼容4g/3g/2g通讯芯片的组成单元。以下对涉及到的几个专有名词进行解释，其中，低压差：输出电压接近输入电压；开关电源：用于电压变换，形式多样，本文指直流转直流的降压芯片及其外围电路；占空比：开关电源中开关导通时间与导通周期的百分比。

通常情况下，利用交流电为4g模块供电，在有交流电时，220v交流电转化为12v供给4g模块，后再转化为4v供给4g芯片。当交流电掉电时，将失去12v及4v电源，4g模块将不再与系统主站通讯。为维持掉电情况下4g模块与系统主站短时通讯并上报相关数据，一般情况下特别为4g模块增加一个备用电池，备用电池额定电压为4.8v。但是，在电池欠压及放电一段时间后，电压降为4.4v甚至更低，此时压降超过线性电源范围，无法为4g模块提供可靠的电压。因此，通常情况下利用开关电源作为4g模块的备用电源。目前开关电源应用的占空比主要在65％以下，但是，在为4g模块供电时，开关电源的占空比接近95％，高占空比意味着输出电压接近输入电压，也就是低压差。目前低压差开关电源的解决方案很少，在低压差情况下，输出电压接近于输入电压，导致电源占空比接近100％，电源开关管大部分时间处于导通状态，开关周期内开关管关闭时间很短，导致与开关管有关的充电电容充电时间短，不能维持开关管导通时需要的电压和能量，进而导致输出电压异常，无法维持4g模块的正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低压差开关电源装置，用以解决高占空比时开关电源的输出电压出现异常的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种低压差开关电源装置，包括开关电源，所述开关电源中有开关管以及与开关管相关的充电电容，所述装置还包括充电模块，所述充电模块供电连接所述充电电容，用于为充电电容充电，以提升充电电容上的电压，保证开关管导通所需的电压和能量。

所述充电模块为一条充电线路，所述充电线路的一端连接开关电源的电压输入端，所述充电线路的另一端连接所述充电电容。

所述充电线路上串设有充电电阻和二极管单元。

所述二极管单元由两个二极管同向并联构成。

所述充电模块包括供电单元和充电线路，所述充电线路的一端连接所述供电单元，所述充电线路的另一端连接所述充电电容。

由于开关电源的输出电压与输入电压接近，开关管关闭时间短暂，要使充电电容获得足够的电压和能量，就需要增大充电电容两端电压，那么，本发明提供的低压差开关电源装置中除了开关电源之外还设置有充电模块，该充电模块供电连接开关电源中与开关管相关的充电电容，为充电电容充电，那么，充电电容上就会存储有更多的能量，充电电容两端电压就会上升，这样的话，在不改变开关管对充电电容的充电时间情况下使充电电容获得足够的电压和能量，进而保证开关管在导通时所需的电压和能量，保证输出电压正常输出。而且，在开关管导通后能维持较长时间的电荷积累过程，不会出现输出电压跌落的异常情况，进一步保证输出电压正常输出，以维持4g模块的正常工作，解决了特殊条件下4g模块的供电问题，提高了开关电源的利用率。

另外，该低压差开关电源装置结构简单可靠，容易实现。

附图说明

图1是低压差开关电源装置整体结构示意图；

图2是低压差开关电源装置的一种实施方式的电路图；

图3是rd充电线路与开关电源内芯片部分电路的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本实施例提供一种低压差开关电源装置，该装置为4g模块的供电电源，当然，背景技术只是利用4g模块引出现有开关电源存在的技术缺陷，因此，该装置并不局限于4g模块，其还可以应用在其他的场合，本实施例以4g模块为例。

低压差开关电源装置包括开关电源，开关电源属于常规设备，现有技术中已有很多种，不管什么样的开关电源，其内部均有开关管以及与开关管相关的充电电容，这两部分是开关电源的核心器件，利用开关管和充电电容实现变压，由于开关电源属于现有技术，其内部的开关管以及充电电容的连接关系等同样属于现有技术，本实施例就不再针对这一部分进行详述。另外，开关电源的电压输入端连接的可以是外部直流电源，或者是直流电路，再或者是整流设备，而该整流设备的交流侧连接交流线路。

开关电源中的输出电压与输入电压接近，也就是低压差时，内部开关管的关闭时间短暂，充电电容上的电压和能量较低，无法满足开关管导通需要。要使充电电容获得足够的电压和能量，就需要增大充电电容两端电压，那么，就需要其他设备为充电电容提供额外的电压，提升其两端电压。因此，本实施例提供的低压差开关电源装置除了开关电源之外，还包括充电模块，如图1所示，该充电模块利用电能传输线路供电连接开关电源中的充电电容，用于为充电电容充电，这样的话，就能够提升充电电容两端电压，维持开关管导通时需要的电压和能量，保证开关电源正常输出电压，进而保证4g模块的正常工作。

充电模块的实现方式有很多种，以下给出其中两种：

第一种，充电模块包括供电单元和充电线路，供电单元可以是常规的直流电压输出设备，充电线路的一端连接供电单元，另一端供电连接充电电容。

第二种，由于开关电源的电压输入端连接有直流电，因此，可以直接利用开关电源的输入端的直流电为充电电容充电，那么，该充电模块就仅仅是一条充电线路，该充电线路的一端连接开关电源的电压输入端，另一端供电连接充电电容。

以德州仪器公司的tps54240开关电源为例，如图2所示，电源内芯片u6内部集成了n-mos管，电路中+5v节点用开关电源的4.2v-5v电源输入。为了解决低压差问题，电路中增加了一条充电线路(图2中虚线框所示)，该线路的一端连接+5v节点，即连接开关电源的电压输入vin端，另一端连接充电电容。为了保证单向供电，充电线路上串设有二极管单元，为减少二极管压降，二极管单元由两个二极管d6同向并联构成，另外，为进一步减少二极管压降，二极管还可用肖特基类二极管。充电线路上还串设充电电阻r71，电阻r71用于消除噪声干扰，减小压降，所以可选小阻值电阻。双二极管和电阻r71组成了rd充电线路。

分别测试输入电压为4.2v，有无rd充电线路的输出电压的情况，结果显示：无rd充电线路时输出电压较低，而且不稳，有短暂电压跌落情况；而有rd充电线路时，输出电压为4v，输出正常。

图3为rd充电线路与芯片u6内部部分电路的连接示意图。若没有rd充电线路，开光管关断后，电流沿图中红线方向为c26充电，vin为4.2v输入时，电容c26只能充电至2.8v。若增加rd充电线路，因二极管响应速度快、压降低，则充电结束后，电容c26能够充电至3.8v，储存更多能量，保证开关管的正常导通，进而保证输出电压正常。而且，在开关管导通后能维持较长时间的电荷积累过程，不会出现输出电压跌落的异常情况。因此，开关电源装置中增加rd充电线路，提高了电容c26两端电压，解决了开关电源低压差问题，为4g模块提供稳定的工作电压。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于一种低压差开关电源装置，包括开关电源和充电模块，充电模块用于为开关电源中与开关管相关的充电电容进行充电，以提升充电电容上的电压，保证开关管导通所需的电压和能量。而对于充电模块的具体实现手段不做限定性要求，而且，开关电源的结构属于常规技术，因此，本发明提供的低压差开关电源装置中的开关电源可为现有任意结构形式的开关电源。