一种采用耦合电感实现多路输出的双向DC/DC电路的制作方法

本实用新型属于电路设计领域，具体涉及一种采用耦合电感实现多路输出的双向dc/dc电路，可以在储能元件充电与放电两种状态下具备多路输出的能力，并减少器件数量。

背景技术：

在某些内置有备用较大容量储能部件的电子装置中，当外部供电满足要求时，需要通过一个充电电路对储能元件充电，也需要其他的电源管理电路进行电源转换，给装置的控制单元供电。当外部供电掉电时，因储能元件的电压较低，需要一个升压电路给装置控制单元(比如mcu)供电，也需要额外的一个升压电路，才能获得与正常外部供电电压接近的备用供电。这种传统的供电拓扑结构，需要用到4个不同的电源管理电路：充电电路(一般为降压型)，降压电路(外部供电正常时降压给控制单元供电)和两个升压电路(在储能元件放电时，一个升压电路升压给控制单元供电；另外一个升压电路升压实现与正常外部输入电压相近或相等的电压供电)，如图1所示。

图中虚线路径为外部供电正常时的能量流通路径，外部供电直接给负载1供电，也通过降压电路给负载2(控制单元)供电，同时通过降压充电电路给储能元件充电。图中的实线路径为当外部供电掉电时，储能元件的放电路径，储能元件通过升压电路1给负载1供电，通过升压电路2给负载2供电。一般的降压充电电路、降压电路和两个升压电路都采用专用的电源管理芯片实现，需要外部配置电阻、储能电感和滤波电容。所以，传统的电路拓扑所需要的电源管理芯片多、线路复杂、pcb布板面积大，整体方案的成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种采用耦合电感实现多路输出的双向dc/dc电路，采用一个双向dc/dc线路和一个带中心抽头的电感，能够明显的简化线路，减小外围零件的需求，减小pcb电路板面积，进而有效降低电路整体成本。

为了实现上述目的，本实用新型采用耦合电感实现多路输出的双向dc/dc电路：包括输入电路、基于耦合电感的双向dc/dc电路、充放电管理电路以及辅助输出电路；

所述的输入电路用于连接外部供电，所述的充放电管理电路上设置有充放电管理模块和储能元件strg，辅助输出电路连接到耦合电感l1的中间抽头，通过电压调节电路实现额外的供电输出；当外部供电正常时，通过输入电路为负载供电；当外部供电不足或失效时，储能元件strg通过充放电管理模块后，由基于耦合电感的双向dc/dc电路进行升压继续为负载供电；辅助输出电路在两种条件下获得额外的电压输出，为控制单元供电；

所述基于耦合电感的双向dc/dc电路，当外部供电正常时工作于正向降压模式，使输入电压vin降压至接近于储能元件strg电压的某一个电压值，通过充放电管理模块给储能元件strg充电；同时利用耦合电感l1的中间抽头，辅助输出电路通过电压调节电路获得比储能元件strg电压高的一个电压值，利用该电压为控制单元供电；

基于耦合电感的双向dc/dc电路在外部供电异常时工作于反向升压模式，将储能元件strg储存的电量升压至与外部供电相当的某一个电压值并输出，保持输入电路上负载正常工作需要；同时利用耦合电感l1的中间抽头，辅助输出电路通过电压调节电路获得比储能元件strg电压高的一个电压值，利用该电压在外部输入异常时为控制单元供电。

所述的电压调节电路为整流电路或稳压电路或者整流电路和稳压电路的组合电路。

基于耦合电感的双向dc/dc电路、充放电管理模块和电压调节电路可集成到一个芯片。

所述的输入电路连接输入电压vin，输入电路的正负极之间设置电容c1；基于耦合电感的双向dc/dc电路包括与输入电路的正极相连的功率开关s1，功率开关s1的输出分别连接功率开关s2和耦合电感l1，耦合电感l1的另一端抽头分别连接电容c2以及充放电管理电路，耦合电感l1的中间抽头连接辅助输出电路，辅助输出电路通过电压调节电路输出电压vo，辅助输出电路的正负极之间设置有电容c3；所述的电容c1、功率开关s2、电容c2、充放电管理电路以及电容c3的负极连接在一起。

所述的储能元件strg放电时，可以通过基于耦合电感的双向dc/dc电路(2)分时分别控制电容c1与电容c3的电压。

所述输入电路的输入电压vin为5v或12v，为控制单元供电的电压为3.3v或者5v。

本实用新型采用耦合电感实现多路输出的双向dc/dc电路能够应用于镍氢电池作为储能元件的电子产品。

本实用新型采用耦合电感实现多路输出的双向dc/dc电路能够应用于法拉电容作为储能元件的电子产品。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

相较于传统的供电拓扑结构，仅需要采用一个双向dc/dc电路和一个带中间抽头的耦合电感，即能够实现需要4个芯片才能实现的功能，能够明显的简化线路，减少外围零件需求，减小pcb面积并有效降低整体成本。基于耦合电感的双向dc/dc电路，当外部供电正常时，外部供电直接给负载供电，同时双向dcdc线路工作于降压模式，将输入电压降压至接近于储能元件电压的某一个电压值，然后通过充放电管理模块给储能元件strg充电。同时，利用耦合电感l1的抽头，通过电压调节电路获得比储能元件strg电压高的一个电压值，比如3.3v，这个电压可以给mcu等一些负载供电。当外部供电异常时，该双向dc/dc回路工作于升压模式，将储能元件strg储存的能量升压至与外部供电相当或相等的某一个电压值输出到输入回路，保持输入回路上负载正常工作需要；同时，利用耦合电感l1的抽头，通过电压调节电路就可以获得比储能元件strg电压高的一个电压值，比如3.3v，这个电压可以在外部输入异常时给mcu等一些控制单元供电。本实用新型的双向dc/dc电路能够极大幅度的简化某些内置有备用大容量储能部件电子装置的供电拓扑结构，针对一个典型的应用单元，能够节省2～3个电感元件和一些电容电阻元器件，减少2～3个专用电源管理芯片。

附图说明

图1传统的双向dc/dc电路供电拓扑结构示意图；

图2本实用新型的供电拓扑结构示意图；

图3本实用新型的电路结构示意图；

1-输入电路；2-基于耦合电感的双向dc/dc电路；3-充放电管理电路；4-辅助输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图2，虚线路径为当外部供电时的能量流通路径，外部供电直接给负载1供电，也通过双输出的降压电路给负载2供电和给储能元件充电(双输出由耦合电感实现)。

实线路径为当外部供电掉电时，储能元件strg的放电路径。

储能元件strg通过双输出的双向dc/dc升压放电电路给负载2供电和负载1供电(双路输出由耦合电感实现)。降压充电与升压放电，共用一套功率回路，包括组成升压或者降压电路的功率开关管，储能电感和储能电容。其中储能电感为耦合电感(另名抽头电感，黑色标记点指明耦合电感的同名端关系)，其中心抽头通过电压调节电路为负载供电。

参见图3，本实用新型的电路包括输入电路1、基于耦合电感的双向dc/dc电路2、充放电管理电路3以及辅助输出电路4。其中，输入电路1连接输入电压vin，比如5v，12v等。输入电路1的正负极之间设置电容c1；基于耦合电感的双向dc/dc电路2包括与输入电路1的正极相连的功率开关s1，功率开关s1的输出分别连接功率开关s2和耦合电感l1，耦合电感l1的另一端抽头分别连接电容c2以及充放电管理电路3，耦合电感l1的中间抽头连接辅助输出电路4，辅助输出电路4通过电压调节电路输出电压vo，如3.3v，该额外的电压输出十分适合给控制单元(mcu，dsp等)供电。辅助输出电路4的正负极之间设置有电容c3；所述的电容c1、功率开关s2、电容c2、充放电管理电路3以及电容c3的负极连接在一起。本实用新型的功率开关s1和功率开关s2为mosfet，功率开关s1、功率开关s2、电容c1、电容c2以及耦合电感l1组成的电路可以工作于降压模式，(能量从输入vin处往输出vo和储能元件strg侧流动)，也可工作于升压模式(能量由储能元件strg向输入vin处和输出vo流动)。从电感中心抽头取电，可使vo能够在输入vin有效和失效两种条件下，前述电路工作于降压模式或者升压模式时，都能够获得比strg电压高一些的供电。

本实用新型的基于耦合电感的双向dc/dc电路2、充放电管理模块和电压调节电路可以集成到一个芯片，能够极大的减小电路部分的器件数量和pcb占板面积，有效提高可靠性。

本实用新型集成为单个芯片后，在储能元件放电时，芯片可以分时分别控制电容c1与电容c3的电压，这样可以进一步提高电压调节回路的效率。

本实用新型基于耦合电感的双向dc/dc电路2当外部供电正常时工作于降压模式，使输入电压vin降压至接近于储能元件strg电压的某一个电压值，通过充放电管理模块给储能元件strg充电；同时，利用耦合电感l1的中间抽头，辅助输出电路4通过电压调节电路获得比储能元件strg电压高的一个电压值，利用该电压为控制单元，比如mcu供电。

基于耦合电感的双向dc/dc电路2当外部供电异常时工作于升压模式，将储能元件strg储存的电量升压至与外部供电相当的某一个电压值并输出，保持输入电路1上其他负载正常工作需要；同时，利用耦合电感l1的中间抽头，辅助输出电路4通过电压调节电路获得比储能元件strg电压高的一个电压值，利用该电压在外部输入异常时为控制单元供电。

充放电管理电路3当中，在外部输入电压正常时可以将双向dc/dc回路降压得到的某一个电压后，通过充放电管理模块给储能元件strg充电。额外取电端，实现在外部输入正常与异常两种条件下，能够通过电压调节电路在耦合电感l1的中间抽头处取电。

本实用新型的双向dc/dc电路能够应用在镍氢电池或法拉电容等储能部件当中。

以上所述仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对本实用新型做任何形式上的限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的条件下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均落入权利要求所划定的保护范围。