一种dc-dc充电电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种DC?DC充电电路，包括直流输入口、直流输出口、直流稳压电路和恒流电路；直流稳压电路的输入端连接直流输入口、输出端连接直流输出口，恒流电路的输入端连接直流输入口、输出端连接直流稳压电路；为了达到充电电流步进可调并且稳压输出，本实用新型通过两级电路分别进行稳压和恒流输出，其中第一级采用效率开关降压型DC?DC转换芯片XL4015进行稳压和恒流输出，实现电压可调、电流可调输出；本实用新型采用模块化的方式将不同的模块分开制作，使用时只需通过简单级联即可，方便测试也可避免线路过于复杂而引起的干扰。
【专利说明】
一种DC-DC充电电路
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及电源转换领域，具体涉及一种DC-DC充电电路。
【背景技术】
[0002] DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分 为三类:升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可 采用三类控制，P丽控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声，PFM控制型即使长时 间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点，PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负 载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播 放器等产品中，在电路类型分类上属于斩波电路。
[0003] 现有的DC/DC变换器一般采用单级结构，或单路工作，或并联工作，拓扑结构和控 制方法相对简单，转化效率不是太高，并且当输入电压发生变化时，电流的变化幅度过大， 达不到理想的要求。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的旨在提供一种转化效率高，并且在输入电压发生变化时电流变 化幅度不超过1%的DC-DC充电电路。
[0005] 本实用新型的一种DC-DC充电电路，采取的技术方案是:包括直流输入口、直流输 出口、直流稳压电路和恒流电路;所述直流稳压电路的输入端连接直流输入口、输出端连接 直流输出口，所述恒流电路的输入端连接直流输入口、输出端连接直流稳压电路。
[0006] 所述直流稳压电路包括直流电源转换芯片、第一电容C1、第二电容C2、第四电容 C4、第一二极管D1、第一电位器⑶和第一电感器L1;所述直流电源转换芯片的1脚接地、2脚 通过第三电阻R3接地和连接第一二级管D1的负极，所述第一二极管D1的正极接地;所述直 流电源转换芯片的3脚连接2脚和通过第一电感器L1与第一电位器CU相连，所述第一电位器 CU的另一端与直流电源转换芯片的2脚连接;所述直流电源转换芯片的4脚通过第四电容C4 与电源相连、5脚接电源;所述第一电容C1和第二电容C2的一端接电源，另外一端接地;所述 直流稳压电路还包括第六电容C6和第五电阻R5，所述第六电容C6-端连接第一电感器L1， 另外一端接地，所述第五电阻R5的一端接第一二极管D1的正极，另外一端连接直流输入口。
[0007] 所述恒流电路包括稳压器、运算放大器、第二电位器CC、第二二极管D2、第三二极 管D3和第四二极管D4。
[0008] 所述稳压器的3脚连接直流输入口、2脚通过第一电阻R1与第二电阻R2接地和通过 第三电容C3接地、1脚通过第二电阻R2接地。
[0009] 所述运算放大器的1脚连接第二二极管D2的正极，并通过第二二极管D2与直流稳 压电路中第一二极管D1的负极相连，所述运算放大器的1脚还通过第五电容C5与第二电位 器CC的3脚相连，所述第二电位器CC的1脚通过第四电阻R4与稳压器的2脚相连、所述第二电 位器CC的2脚接地;所述运算放大器的2脚与第二电位器CC的3脚相连，所述运算放大器的3 脚和6脚分别与直流稳压电路中第五电阻R5同一端相连，该端为相对第一二极管D1的另一 端;所述运算放大器的4脚接地、5脚通过第八电阻R8接地和通过第七电阻R7与运算放大器 的2脚相连;所述运算放大器的7脚连接第三二极管D3的负极，并通过第三二极管D3和第十 电阻R10与稳压器的2脚相连，所述运算放大器的7脚还与第四二极管D4的正极相连，并通过 第四二极管D4和第十一电阻R11接地;所述运算放大器的8脚接稳压器的2脚。
[0010]所述第一二极管(D1)为稳压二极管。
[0011] 所述直流电源转换芯片为XL4015,所述稳压器为LM317,所述运算放大器为LM358 运算放大器。
[0012]本实用新型相对于现有技术具有以下优点：
[0013] 1、本实用新型的电路简洁，转化效率高，非常适用DC-DC的转化。
[0014] 2、本实用新型的电路电压输出稳定，并且输入电压变化时，电流调节的步长为 0.1A，能够稳定的给电池充电。
【附图说明】
[0015] 图1为实用新型的电路结构图；
[0016] 图2为稳压管构成的恒流电路图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图，对本实用新型的一种DC-DC充电电路做进一步的详细说明。
[0018] 如图1所示，本实用新型的一种DC-DC充电电路，包括直流输入口 1、直流输出口 2、 直流稳压电路3和恒流电路4;直流稳压电路3的输入端连接直流输入口 1、输出端连接直流 输出口 2，恒流电路4的输入端连接直流输入口 1、输出端连接直流稳压电路3。
[0019] 直流稳压电路3包括直流电源转换芯片、第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4、第 一二极管D1、第一电位器⑶和第一电感器L1;直流电源转换芯片的1脚接地、2脚通过第三电 阻R3接地和连接第一二级管D1的负极，第一二极管D1的正极接地;直流电源转换芯片的3脚 连接2脚和通过第一电感器L1与第一电位器⑶相连，第一电位器⑶的另一端与直流电源转 换芯片的2脚连接;直流电源转换芯片的4脚通过第四电容C4与电源相连、5脚接电源;第一 电容C1和第二电容C2的一端接电源，另外一端接地;直流稳压电路3还包括第六电容C6和第 五电阻R5,第六电容C6-端连接第一电感器L1，另外一端接地，第五电阻R5的一端接第一二 极管D1的正极，另外一端连接直流输入口。
[0020] 恒流电路4包括稳压器、运算放大器、第二电位器CC、第二二极管D2、第三二极管D3 和第四二极管D4。
[0021] 稳压器的3脚连接直流输入口、2脚通过第一电阻R1与第二电阻R2接地和通过第三 电容C3接地、1脚通过第二电阻R2接地。
[0022]运算放大器的1脚连接第二二极管D2的正极，并通过第二二极管D2与直流稳压电 路中第一二极管D1的负极相连，运算放大器的1脚还通过第五电容C5与第二电位器CC的3脚 相连，第二电位器CC的1脚通过第四电阻R4与稳压器的2脚相连、第二电位器CC的2脚接地； 运算放大器的2脚与第二电位器CC的3脚相连，运算放大器的3脚和6脚分别与直流稳压电路 3中第五电阻R5同一端相连，该端为相对第一二极管D1的另一端;运算放大器的4脚接地、5 脚通过第八电阻R8接地和通过第七电阻R7与运算放大器的2脚相连;运算放大器的7脚连接 第三二极管D3的负极，并通过第三二极管D3和第十电阻R10与稳压器的2脚相连，运算放大 器的7脚还与第四二极管D4的正极相连，并通过第四二极管D4和第十一电阻R11接地;运算 放大器的8脚接稳压器的2脚。
[0023]第一二极管D1为稳压二极管。
[0024] 直流电源转换芯片为XL4015,稳压器为LM317,运算放大器为LM358运算放大器。 [0025] 本实用新型可实现电池的充电功能。为了达到充电电流步进可调并且稳压输出， 本实用新型通过两级电路分别进行稳压和恒流输出。其中第一级采用效率开关降压型DC-DC转换芯片XL4015进行稳压和恒流输出，实现电压可调、电流可调输出。本实用新型采用模 块化的方式将不同的模块分开制作，使用时只需通过简单级联即可，方便测试也可避免线 路过于复杂而引起的干扰。
[0026] 效率开关降压型DC-DC转换芯片XL4015组成恒压恒流可调电路。该电可以实现充 电电压可调与充电电流可调的功能，充电时可通过调节XL4015电路中的精密电位器CU从而 实现对输出电压的调节实现恒压充电，调节范围为1.25V-30V。通过充电电路中精密电位器 CC从而实现恒流充电，最大调节电流可达到5A。而放电电路则是通过一块L4960组成的升压 放电电路，无需增加其他模块，电路简单两种工作模式通过拨杆开关即可实现。
[0027]为了满足输出电流恒定并且可调，在第一级稳压输出后我们还需进行第二级恒流 输出，恒流方案选择了如下方案进行对比：
[0028]方案一:如图2所示，稳压二极管与三极管构成的恒流电路，该电路原理简单，所需 元器件极少，可根据公式I=(Vd - Vbe)/ R计算输出电流。
[0029]方案二：如图1所示，采用运算放大器LM358构成恒流电路，该电路通过对输出电流 的反馈调节，实现输出恒定电流的功能，并且可精确调节。
[0030] 以上两个方案中，方案一结构非常简单，也很容易实现对电流的调节，但是其电路 不允许通过大电流，并且调节精度不高；而方案二通过LM358的调节，其精度很高，通过 Mul t i s im进行电路仿真，也验证了该电路电流调节的步进值可达到题目所规定的0.1A的步 长，因此最终选择了方案二进行电路的恒流输出。
[0031] 电路设计中本实用新型选择的是XL4015效率开关降压型DC-DC转换芯片，该芯片 外围元件少，输出电压范围为1.25V-30V，输出电流最大为5A;另外，电路设计时，利用拨杆 开关将两个不同的电路连接起来，这样便可利用拨杆开关进行充放电功能的切换。
[0032] P2表示的是电池组，其中1脚接电池正极，2脚接地，S10则为拨杆开关，其中3脚接 充电电路的输出端，1脚接放电电路的输入端，这样当拨杆开关拨到3脚时，便将电池组接进 了充电电路，实现充电功能，当拨杆开关拨到1脚时，则是将电池组作为输入接到放电电路 实现放电功能。
[0033]本实用新型中恒流电路的设计采用的是LM358运算放大器进行设计的，在这个电 路中，M0S管是功率管，负责提供电流的运放在工作的时候，内部电路会让正负输入端的电 压趋于相等，这样的话，这个电路就会让负端的电压和正端的电压变得相等的，只要正端的 电压不变，负端的电压也不会变，R阻值固定，那么，输出电流lout也会是恒定的。
[0034] XL4015是开关降压型DC-DC转换芯片，固定开关频率180KHz，可减小外部元器件尺 寸，方便EMC设计。芯片具有出色的线性调整率与负载调整率，输出电压支持1.25V~32V间任 意调节，芯片内部集成过流保护、过温保护、短路保护等可靠性模块，最高转换效率可以达 到93%。
[0035]充电电路采用的是XL4015是开关降压型DC-DC转换芯片组成的稳压可调电路，其 稳压原理即串联开关电源的稳压原理为:若由于输入电压或负载电流变化，引出输出直准 电压比较，然后将放大后的信号送至脉宽调制回路，使脉宽调制起的脉冲占空比发生变化， 再将它送给功率开关调整管，改变调整管的输出，其结果是稳压电源的直流输出电压Vo保 持不变。
[0036] 输入电容选择：
[0037]在连续模式中，转换器的输入电流是一组占空比约为V0UT/VIN的方波。为了防止 大的瞬态电压，必须采用针对最大RMS电流要求而选择低ESR(等效串联电阻)输入电容器。 对于大多数的应用，1个10uF的输入电容器就足够了，它的放置位置尽可能靠近XL4015的位 置上。最大RMS电容器电流由下式给出：
[0038]
[0039] 电感选择：
[0040] 虽然电感器并不影响工作频率，但电感值却对纹波电流有着直接的影响，电感纹 波电流AIL随着电感值的增加而减小，并随着VIN和V0UT的升高而增加，用于设定纹波电流 的一个合理起始点为AIL =0.3*IUM，其中ILIM为峰值开关电流限值。为了保证纹波电流 处于一个规定的最大值以下，应按下式来选择电感值：
[0041]
[0042]续流二极管：
[0043]续流二极管建议使用肖特基二极管，比如B540C，它的额定值为平均正向电流5A和 反向电压40V，4A电流下典型正向电压为0.55V，该二极管仅在开关关断期间有电流流过，峰 值反向电压等于稳压器的输入电压，在正常工作时平均正向电流可计算如下：
[0044]
[0045]恒流电路采用的是运算放大器控制XL4015稳压电路的输出电压，来控制充电电路 中电流。其原理是:把采样电阻上的电压与参考电压通过LM358进行比较放大，经LM358上的 端口 1输的信号输入到XL4015,进而控制XL4015稳压电路的电压输出，从而使充电电路上的 电流值得到控制，使参考电压等于采样电阻上的电压，所以充电电流值就等于参考电压除 以采样电阻值。
[0046]其电流的计算公式为:充电电流1=参考电压V/采样电阻R。
[0047]测试方案如下：
[0048] 稳压电路
[0049] 稳压电路试时，先测试电路是否焊接正确，然后通过公式计算出理论稳压输出值， 然后使用万用表在稳压电路输出节点上进行测量，若所测的电压值约等于理论值，说明稳 压电路工作正常。
[0050] 恒流电路
[0051] 在测试稳压电路正常工作的前提下，测试恒流电路的工作是否正常，测试时先通 过公式计算电路输出电流的理论值，然后在电流输出端的节点上串联万用表进行电流值的 测量，如果电流测量值约等于理论值，则说明恒流电路工作正常，否则电路不能正常工作。
[0052] 放电电路
[0053]在以上稳压电路与恒流电路测量正常的条件下，将拨杆开关拨至放电档，进行放 电电路的测量。测量时在负载上并联电压表和串联电流表，测量负载两端是否有电压以及 有无电流通过负载电路，若电压电流值均正常，说明放电电路工作正常，若电压电流值不正 常，则说明放电电路工作不正常。
[0054]测试结果如下表：
[0055]实验测量结果 [0056]
?〇〇57?~以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种DC-DC充电电路，其特征在于:包括直流输入口（ 1)、直流输出口（2)、直流稳压电 路(3)和恒流电路(4);所述直流稳压电路(3)的输入端连接直流输入口（1)、输出端连接直 流输出口（2)，所述恒流电路(4)的输入端连接直流输入口（ 1 )、输出端连接直流稳压电路 (3)〇2. 如权利要求1所述的一种DC-DC充电电路，其特征在于:所述直流稳压电路(3)包括直 流电源转换芯片(Ml)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第四电容(C4)、第一二极管(D1)、第一 电位器(CU)和第一电感器(L1);所述直流电源转换芯片(Ml)的1脚接地、2脚通过第三电阻 (R3)接地和连接第一二级管(D1)的负极，所述第一二极管(D1)的正极接地;所述直流电源 转换芯片(Ml)的3脚连接2脚和通过第一电感器(L1)与第一电位器(⑶)相连，所述第一电位 器(CU)的另一端与直流电源转换芯片(Ml)的2脚连接;所述直流电源转换芯片(Ml)的4脚通 过第四电容(C4)与电源相连、5脚接电源;所述第一电容(C1)和第二电容(C2)的一端接电 源，另外一端接地;所述直流稳压电路(3)还包括第六电容(C6)和第五电阻(R5)，所述第六 电容(C6)-端连接第一电感器(L1)，另外一端接地，所述第五电阻(R5)的一端接第一二极 管(D1)的正极，另外一端连接直流输入口（2)。3. 如权利要求2所述的一种DC-DC充电电路，其特征在于:所述恒流电路(4)包括稳压器 (M2)、运算放大器(M3)、第二电位器(CC)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管 (D4)； 所述稳压器(M2)的3脚连接直流输入口（1)、2脚通过第一电阻（R1)与第二电阻（R2)接 地和通过第三电容(C3 )接地、1脚通过第二电阻(R2 )接地； 所述运算放大器(M3)的1脚连接第二二极管(D2)的正极，并通过第二二极管(D2)与直 流稳压电路(3)中第一二极管(D1)的负极相连，所述运算放大器(M3)的1脚还通过第五电容 (C5)与第二电位器(CC)3脚相连，所述第二电位器(CC)的1脚通过第四电阻(R4)与稳压器 (M2)的2脚相连、所述第二电位器(CC)的2脚接地;所述运算放大器(M3)的2脚与第二电位器 (CC)的3脚相连，所述运算放大器(M3)的3脚和6脚分别与直流稳压电路(3)中第五电阻(R5) 同一端相连，该端为相对第一二极管(D1)的另一端;所述运算放大器(M3)的4脚接地、5脚通 过第八电阻(R8)接地和通过第七电阻(R7)与运算放大器(M3)的2脚相连;所述运算放大器 (M3)的7脚连接第三二极管(D3)的负极，并通过第三二极管(D3)和第十电阻(R10)与稳压器 (M2)的2脚相连，所述运算放大器(M3)的7脚还与第四二极管(D4)的正极相连，并通过第四 二极管(D4)和第十一电阻(R11)接地;所述运算放大器(M3)的8脚接稳压器(M2)的2脚。4. 如权利要求3所述的一种DC-DC充电电路，其特征在于:所述第一二极管(D1)为稳压 二极管。5. 如权利要求4所述的一种DC-DC充电电路，其特征在于:所述直流电源转换芯片(Ml) 为XL4015，所述稳压器(M2 )为LM317，所述运算放大器(M3 )为LM358运算放大器。
【文档编号】H02J7/00GK205622501SQ201620000567
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月3日
【发明人】王慧, 陈春雷, 石友彬, 谢钊新, 莫李策, 梁国海, 李力飞
【申请人】广东海洋大学