基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路，属于直流升降压电路技术领域。本实用新型提出直流升降压电路，包括控制电路和升压电路，控制电路的输入端与直流升降压电路的外接参考电压信号相连，控制电路的输出端与升压电路的输入端相连，升压电路的输出端与直流升降压电路的负载相连。本电路利用分立元件和模拟电路作为控制部分，实现基于SEPIC拓扑的直流升降压电路，以更低的成本实现宽输入电压范围的直流升降压的功能。本实用新型具有电路简单、成本低、输入电压在较宽范围内变化时输出不变等优点。
【专利说明】
基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路，属于直流升降压电路技术领域。
【背景技术】
[0002]直流升降压电路适用于输入电压既有可能高于负载所需电压，也有可能低于负载所需电压的情况。单端原边电感转换器(SEPIC)是一种既可升压又可降压的直流-直流转换器，其具有输出与输入极性相同、可完全关断、主回路电气隔离等等优良特性，因此基于SEPIC的直流升降压电路也已经得到了较为广泛的应用。但是，在宽输入电压的条件下，多采用造价较高的数字集成脉宽调制(PWM)模块作为控制电路，还没有造价较为低廉的采用分立元件和模拟电路构成的控制电路。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提出一种基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路，利用分立元件和模拟电路作为控制部分，实现基于SEPIC的直流升降压电路，以更低的成本实现宽输入电压范围的直流升降压的功能。
[0004]本实用新型提出的基于单端原边电感转换器的宽输入电压范围直流升降压电路，包括控制电路和升压电路，控制电路的输入端与直流升降压电路的外接参考电压信号相连，控制电路的输出端与升压电路的输入端相连，升压电路的输出端与直流升降压电路的负载相连；
[0005]所述的控制电路由第一电阻仏、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻取、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容(:5、开关二极管D2、第二 N沟道MOS管T2、第三N沟道MOS管T3、第一运算放大器U2、第二运算放大器U3和555时基集成电路U4组成，其中第一运算放大器U2的同相输入端经第一电阻R1连接到外接参考电压IW，第二运算放大器U3的反相输入端与第二运算放大器U3的输出端直接相连，第二运算放大器U3的反相输入端经第二电阻R2连接到第一运算放大器U2的同相输入端，第一运算放大器U2的输出端经第三电阻R3连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第一运算放大器U2的输出经第四电阻R4连接到第一运算放大器1]2的反相输入端，第一运算放大器U2的反相输入端经第五电阻R5连接到电池BT的负极，第二 N沟道^^管!^的源极连接到电池BT的负极，第二 N沟道皿^管!^的栅极和漏极同时连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第二 N沟道皿^管!^的栅极和第三N沟道MOS管T3的栅极直接相连，第三N沟道MOS管T3的源极连接到555时基集成电路山的7端，而其I端与电池BT的负极相连，2端和6端同时连接到第四电容C4的一端，此端亦连接了第三N沟道MOS管T3的漏极和第六电阻R6的一端，第四电容C4的另一端与电池BT的负极相连，第六电阻R6的另一端连接到开关二极管D2的负极，其正极连接到555时基集成电路U4的3端，其4端、8端均与电池BT的正极相连，5端经第五电容C5与电池BT的负极相连；
[0006]所述的升压电路由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感1^、第二电感L2、大功率快恢复二极管D1、第一N沟道MOS管TdPMOS管驱动U1组成；电池BT为电源，负载电阻Rl为负载，所述的第一电容Ci的两端分别与电池BT的两端连接，第一电感Li的一端与电池BT的正极相连，另一端同时与第一 N沟道皿^管!^的漏极和第二电容C2的一端连接，而第二电容C2的另一端同时连接到大功率快恢复二极管Di的正极和第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端与电池BT的负极相连，大功率快恢复二极管D1的负极同时与第三电容C3的一端和负载电阻Rl的一端相连，二者另一端都与电池BT的负极相连，而第一 N沟道皿^管!^的源极电池BT的负极相连，栅极与MOS管驱动Ui的输出端相连，其输入端与脉冲发生电路部分的555时基集成电路U4的3端相连。
[0007]本实用新型提出的基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路，优点是:本实用新型的基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路结构十分简单，只用到了两个运放、两个集成电路、三个MOS管、两个二极管等，因此制造成本低廉，主要采用低成本的分立元件来实现，而不采用昂贵的升降压控制芯片。本实用新型电路的输出电压不受电源电压在较宽的范围内的变化的影响，电源电压的影响在控制电路内部互相抵消。本实用新型电路工作原理简单，各部分耦合程度较低，方便调试电路、排查错误。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型提出的基于单端原边电感转换器的宽输入电压范围直流升降压电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0009]本实用新型提出的基于单端原边电感转换器的宽输入电压范围直流升降压电路，其电路原理图如图1所示，包括控制电路和升压电路，控制电路的输入端与直流升降压电路的外接参考电压信号相连，控制电路的输出端与升压电路的输入端相连，升压电路的输出端与直流升降压电路的负载相连；
[0010]所述的控制电路由第一电阻仏、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻抱、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容(:5、开关二极管D2、第二 N沟道MOS管T2、第三N沟道MOS管T3、第一运算放大器U2、第二运算放大器U3和555时基集成电路U4组成，其中第一运算放大器U2的同相输入端经第一电阻R1连接到外接参考电压Uref，第二运算放大器U3的反相输入端与第二运算放大器U3的输出端直接相连，第二运算放大器U3的反相输入端经第二电阻R2连接到第一运算放大器U2的同相输入端，第一运算放大器U2的输出端经第三电阻R3连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第一运算放大器U2的输出经第四电阻R4连接到第一运算放大器1]2的反相输入端，第一运算放大器U2的反相输入端经第五电阻R5连接到电池BT的负极，第二 N沟道^^管!^的源极连接到电池BT的负极，第二 N沟道皿^管!^的栅极和漏极同时连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第二 N沟道皿^管!^的栅极和第三N沟道MOS管T3的栅极直接相连，第三N沟道MOS管T3的源极连接到555时基集成电路山的7端，而其I端与电池BT的负极相连，2端和6端同时连接到第四电容C4的一端，此端亦连接了第三N沟道MOS管T3的漏极和第六电阻R6的一端，第四电容C4的另一端与电池BT的负极相连，第六电阻R6的另一端连接到开关二极管D2的负极，其正极连接到555时基集成电路U4的3端，其4端、8端均与电池BT的正极相连，5端经第五电容C5与电池BT的负极相连；当外接参考电压Uref适当、电阻取值满足仏与心阻值之比等于抱与1?4阻值之比时，利用本领域技术人员熟知的分析方法，可以证明N沟道MOS管T2上流过的电流与外接参考电压Uref呈正比，比例系数为R2除以RAR3之积。当555时基集成电路U4的7端输出低电平时，可以证明第三N沟道MOS管T3上流过的电流等于第二 N沟道皿^管!^上流过的电流；当其输出高电平时，第三N沟道MOS管T3上流过的电流为零。当U4的输出口( 3 口)输出高电平时，放电口也输出高电平，D2导通，T3截止，C4经过D2、R6恒压充电；当C4上的电压达到电源电压的2/3倍时，U4内部的触发器翻转，输出口和放电口同时输出低电平，D2截止，T3导通，C4经过T3恒流放电；当C4上的电压降至电源电压的1/3倍时，触发器再次翻转，回到之前的状态，如此循环往复，产生脉冲信号。利用本领域技术人员熟知的分析方法，不难证明充电时间与电源(输入)电压无关，而放电时间正比于放电电流，反比于电源电压。
[0011]所述的升压电路由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感1^、第二电感L2、大功率快恢复二极管D1、第一N沟道MOS管TdPMOS管驱动U1组成；电池BT为电源，负载电阻Rl为负载，所述的第一电容Ci的两端分别与电池BT的两端连接，第一电感Li的一端与电池BT的正极相连，另一端同时与第一 N沟道皿^管!^的漏极和第二电容C2的一端连接，而第二电容C2的另一端同时连接到大功率快恢复二极管Di的正极和第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端与电池BT的负极相连，大功率快恢复二极管D1的负极同时与第三电容C3的一端和负载电阻Rl的一端相连，二者另一端都与电池BT的负极相连，而第一 N沟道皿^管!^的源极电池BT的负极相连，栅极与MOS管驱动Ui的输出端相连，其输入端与脉冲发生电路部分的555时基集成电路U4的3端相连。当U1输入端为高电平时，T1导通，D1截止，BI^L1充电，C^L2充电，C3给Rl供电；当瓜输入端为低电平时，T1截止，D1导通，L^C2充电，L2给C3充电，C3给Rl供电。不难证明，负载Rl上的电压(输出电压)与电源BT电压(输入电压)之比等于瓜输入端口呈低电平的时间与呈高电平的时间之比。
[0012]综合前述分析，不难证明，输出电压正比于放电电流，也即正比于参考电压，而与输入电压无关;这表明本实用新型可以在较宽的输入电压范围内工作。
【主权项】
1.一种基于单端原边电感转换器的宽输入范围直流升降压电路，其特征在于该直流升降压电路包括控制电路和升压电路，控制电路的输入端与直流升降压电路的外接参考电压信号相连，控制电路的输出端与升压电路的输入端相连，升压电路的输出端与直流升降压电路的负载相连； 所述的控制电路由第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻抱、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容(:5、开关二极管D2、第二 N沟道MOS管T2、第三N沟道MOS管T3、第一运算放大器U2、第二运算放大器U3和555时基集成电路U4组成，其中第一运算放大器U2的同相输入端经第一电阻办连接到外接参考电压Uref，第二运算放大器U3的反相输入端与第二运算放大器U3的输出端直接相连，第二运算放大器U3的反相输入端经第二电阻1?2连接到第一运算放大器U2的同相输入端，第一运算放大器U2的输出端经第三电阻R3连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第一运算放大器U2的输出经第四电阻R4连接到第一运算放大器U2的反相输入端，第一运算放大器U2的反相输入端经第五电阻R5连接到电池BT的负极，第二 N沟道皿^管!^的源极连接到电池BT的负极，第二 N沟道MOS管1~2的栅极和漏极同时连接到第二运算放大器U3的同相输入端，第二 N沟道^^管!^的栅极和第三N沟道MOS管T3的栅极直接相连，第三N沟道MOS管T3的源极连接到555时基集成电路U4的7端，而其I端与电池BT的负极相连，2端和6端同时连接到第四电容C4的一端，此端亦连接了第三N沟道MOS管T3的漏极和第六电阻R6的一端，第四电容C4的另一端与电池BT的负极相连，第六电阻R6的另一端连接到开关二极管D2的负极，其正极连接到555时基集成电路U4的3端，其4端、8端均与电池BT的正极相连，5端经第五电容C5与电池BT的负极相连； 所述的升压电路由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感1^、第二电感L2、大功率快恢复二极管0!、第一N沟道MOS管TdPMOS管驱动U1组成；电池BT为电源，负载电阻Rl为负载，所述的第一电容Ci的两端分别与电池BT的两端连接，第一电感Li的一端与电池BT的正极相连，另一端同时与第一 N沟道^^管!^的漏极和第二电容C2的一端连接，而第二电容C2的另一端同时连接到大功率快恢复二极管0工的正极和第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端与电池BT的负极相连，大功率快恢复二极管负极同时与第三电容C3的一端和负载电阻Rl的一端相连，二者另一端都与电池BT的负极相连，而第一 N沟道皿^管!'!的源极与电池BT的负极相连，栅极与MOS管驱动U1的输出端相连，其输入端与脉冲发生电路部分的555时基集成电路U4的3端相连。
【文档编号】H02M3/155GK205490141SQ201620151547
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】涂金正, 朱桂萍
【申请人】清华大学