输入自适应的自激式Sepic变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种输入自适应的自激式Sepic变换器，由输入电路、包含输入自适应控制单元和续流子电路的主电路、输出电路组成，在适当取值时可使主电路中的L1的电流最大值iL1m或Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi成负线性关系、正线性关系或零特性。该电路工作范围宽，具有输入自适应特性的限流保护功能，电流检测损耗和续流导通损耗均较小，适用于辅助开关电源、LED驱动、能量收集等领域。
【专利说明】输入自适应的自激式Sep i c变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自激式直流-直流变换器，尤其是指一种可应用于辅助开关电源、LED驱动、能量收集等领域的输入自适应的自激式Sepic变换器。
【背景技术】
[0002]自激式DC-DC变换器具有电路结构简单、元器件数目少、成本低、自启动和自保护性能好、适用工作电压范围宽、效率高等优点。
[0003]图1所示为一种主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器。它包括由输入电容C1、电感L1、NPN型BJT管PNP型BJT管Q1、电容C、电感L2、二极管D1、二极管D和输出电容Co组成的主电路和由电阻R1、电阻R2、电容Cl、稳压管Zl和PNP型BJT管NPN型BJT管Q2组成的主开关管PNP型BJT管Ql的驱动单元，还包括由电阻R3、电阻R4、电容C2、二极管D2和NPN型BJT管Q3组成的电流反馈支路。它的输入电容Ci与直流电压源Vi并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端、电阻Rl的一端以及电容Cl的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管PNP型BJT管Ql的集电极、稳压管Zl的阴极以及电容C的一端相连，电容C的另一端与二极管D的阳极以及电感L2的一端相连,二极管D的阴极与输出电容Co的一端、负载Ro的一端以及输出电压Vo的正端相连，负载Ro的另一端与输出电压Vo的负端、电阻R4的一端以及二极管D2的阴极相连，负载R4的另一端与NPN型BJT管Q3的发射极、输出电容Co的另一端、二极管Dl的阳极、电阻R2的一端、NPN型BJT管PNP型BJT管Ql的发射极以及直流电压源Vi的负端相连，电阻Rl的另一端与PNP型BJT管NPN型BJT管Q2的发射极相连，PNP型BJT管NPN型BJT管Q2的基极与电容Cl的另一端、稳压管Zl的阳极以及电阻R2的另一端相连，PNP型BJT管NPN型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管PNP型BJT管Ql的基极以及NPN型BJT管Q3的集电极相连，NPN型BJT管Q3的基极与二极管D2的阳极、电阻R3的另一端以及电容C2的另一端相连，二极管Dl的阴极与电感L2的另一端相连。
[0004]该电路的不足之处在于:电流反馈支路因采用电阻R4直接检测负载电流，不但损耗较大，而且对主电路中的重要器件PNP型BJT管Ql的工作电流的限制保护能力较弱；主电路采用二极管D用于续流，续流导通损耗较大。
【发明内容】
[0005]为克服图1所示的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器在电流检测损耗、重要器件限流保护能力、续流导通损耗等方面的不足，本发明提供了一种输入自适应的自激式Sepic变换器，不但具有输入自适应特征的限流保护能力，而且电流检测损耗较小、续流导通损耗较小。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种输入自适应的自激式Sepic变换器，包括输入电路、主电路和输出电路，输入电路包括直流电压源Vi和输入电容Ci，输出电路包括输出电容Co和负载R，主电路包括电感L1、PNP型BJT管Q1、NPN型BJT管Q3、电阻R3、电阻R6、二极管Dl、二极管D2、电容C5、二极管D3和电感L2，主电路还包括输入自适应控制单元和续流子电路，所述的输入自适应控制单元包括电阻R2、电阻R4、电阻R5和NPN型BJT管Q2，所述输入电容Ci与直流电压源Vi并联，所述输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载R与所述输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端、PNP型BJT管Ql的发射极以及电阻R2的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极、二极管Dl的阳极、电容C5的一端相连，电阻R3的一端连接PNP型BJT管Ql的基极，电阻R3的另一端与电阻R6的一端以及二极管D2的阴极相连，二极管D2的阳极与二极管Dl的阴极相连，PNP型BJT管Ql的集电极与NPN型BJT管Q3的基极、NPN型BJT管Q2的集电极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与电阻R5的一端、电阻R4的一端相连，NPN型BJT管Q2的基极与电阻R2的另一端、电阻R4的另一端相连，电容C5的另一端与二极管D3的阴极相连，电感L2的一端连接二极管D3的阳极，电感L2的另一端与直流输出电压Vo的负端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、NPN型BJT管Q2的发射极、直流电压源Vi的负端相连，所述续流子电路接于二极管D3的阴极与直流输出电压Vo的正端之间。本发明的输入自适应控制单元，可获得具有输入自适应特征的限流功能和较小的电流检测损耗。
[0007]所述电阻R2的阻值、电阻R3的阻值、电阻R6的阻值、PNP型BJT管Ql的直流增益β I以及NPN型BJT管Q2的直流增益β 2满足下列条件时，电感L的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m根据直流电压源Vi的大小进行自适应调节:
[0008]当β 1R2_0 2(R3+R6)〈O时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的负特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi成负线性关系；
[0009]当β 1R2-0 2(R3+R6)>O时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的正特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi成正线性关系；
[0010]当β 1R2-P2(R3+R6) = O时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的零特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi无关。
[0011]作为优选，所述的输入自适应控制单元还包括电容C2，电容C2并联在电阻R4的两端。电容C2可以改善输入自适应控制单元的动态性能。
[0012]作为优选，所述的主电路还包括二极管D4、电容C3、电容C4和电容C6，二极管D4的阳极与PNP型BJT管Ql的基极相连，二极管D4的阴极与直流电压源Vi的正端相连，电容C3的一端与二极管D2的阳极相连，电容C3的另一端与直流输出电压Vo的负端相连，电容C4的一端与二极管Dl的阳极相连，电容C4的另一端与二极管D2的阴极相连，电容C6的两端分别连接NPN型BJT管Q3的基极与NPN型BJT管Q3的集电极。
[0013]作为优选，所述的续流子电路包括PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5、电阻R7、电阻R8，PNP型BJT管Q4的集电极与直流输出电压Vo的正端相连，电阻R8的两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和NPN型BJT管Q5的集电极，NPN型BJT管Q5的发射极与直流输出电压Vo的负端相连，NPN型BJT管Q5的基极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极相连，PNP型BJT管Q4的发射极与二极管D3的阴极相连。续流子电路可获得较小的续流导通损耗。[0014]作为另一优选，所述的续流子电路包括PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5、电阻R7、电阻R8，PNP型BJT管Q4的集电极与直流输出电压Vo的正端相连，电阻R8的两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和NPN型BJT管Q5的集电极，NPN型BJT管Q5的发射极与直流输出电压Vo的负端相连，NPN型BJT管Q5的基极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与PNP型BJT管Q4的发射极、二极管D3的阴极相连。续流子电路可获得较小的续流导通损耗。
[0015]作为进一步的优选，所述的续流子电路还包括电阻R9、电阻R10、电容C7和电容C8，电阻R9两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和直流输出电压Vo的正端，电阻RlO两端分别连接NPN型BJT管Q5的基极和NPN型BJT管Q5的发射极，电容C7并联在电阻R7两端，电容C8并联在电阻R8两端。电容C7可以改善NPN型BJT管Q5的开关速度，电容C8可以改善PNP型BJT管Q4的开关速度，电阻R9用于防止PNP型BJT管Q4反向导通，电阻RlO可以优化NPN型BJT管Q5的开关时间点。
[0016]作为优选，还包括消隐时间控制支路，所述的消隐时间控制支路包括电阻Rl和电容Cl，电阻Rl的一端与NPN型BJT管Q3的集电极相连，电阻Rl的另一端与电容Cl的一端相连，电容Cl的另一端与NPN型BJT管Q2的基极相连。消隐时间控制支路，可获得更宽的电路工作范围。
[0017]本发明的有益效果是:结构简单、元器件数目少、自启动容易、工作范围宽，具有输入自适应特征的限流功能、较小的电流检测损耗、较小的整流损耗，适合辅助开关电源、LED驱动、能量收集等应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是现有的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器的电路图；
[0019]图2是本发明输入自适应的自激式Sepi c变换器实施例1的电路图；
[0020]图3是本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例2的电路图；
[0021]图4是本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例1和实施例2稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电压仿真工作波形图；
[0022]图5是本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例1和实施例2稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电流仿真工作波形图；
[0023]图6是本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例3的电路图；
[0024]图7本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例3稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电压仿真工作波形图；
[0025]图8是本发明输入自适应的自激式Sepic变换器实施例3稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电流仿真工作波形图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]实施例1
[0028]如图2所示，
[0029]—种输入自适应的自激式Sepic变换器,包括输入电路、主电路和输出电路，输入电路包括直流电压源Vi和输入电容Ci，输出电路包括输出电容Co和负载R，主电路包括电感L1、PNP型BJT管Ql、NPN型BJT管Q3、电阻R3、电阻R6、二极管D1、二极管D2、电容C5、二极管D3、电感L2、二极管D4、电容C3、电容C4和电容C6。主电路还包括输入自适应控制单元和续流子电路，输入自适应控制单元包括电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C2和NPN型BJT管Q2，续流子电路接于二极管D3的阴极与直流输出电压Vo的正端之间。
[0030]输入电容Ci与直流电压源Vi并联，所述输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载R与所述输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端、PNP型BJT管Ql的发射极以及电阻R2的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极、二极管Dl的阳极、电容C5的一端相连，电阻R3的一端连接PNP型BJT管Ql的基极，电阻R3的另一端与电阻R6的一端以及二极管D2的阴极相连，二极管D2的阳极与二极管Dl的阴极相连，PNP型BJT管Ql的集电极与NPN型BJT管Q3的基极、NPN型BJT管Q2的集电极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与电阻R5的一端、电阻R4的一端相连，NPN型BJT管Q2的基极与电阻R2的另一端、电阻R4的另一端相连，电容C5的另一端与二极管D3的阴极相连，电感L2的一端连接二极管D3的阳极，电感L2的另一端与直流输出电压Vo的负端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、NPN型BJT管Q2的发射极、直流电压源Vi的负端相连，电容C2并联在电阻R4的两端，二极管D4的阳极与PNP型BJT管Ql的基极相连，二极管D4的阴极与直流电压源Vi的正端相连，电容C3的一端与二极管D2的阳极相连，电容C3的另一端与直流输出电压Vo的负端相连，电容C4的一端与二极管Dl的阳极相连，电容C4的另一端与二极管D2的阴极相连，电容C6的两端分别连接NPN型BJT管Q3的基极与NPN型BJT管Q3的集电极。
[0031 ] 续流子电路包括PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C7和电容C8，PNP型BJT管Q4的集电极与直流输出电压Vo的正端相连，电阻R8的两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和NPN型BJT管Q5的集电极，NPN型BJT管Q5的发射极与直流输出电压Vo的负端相连，NPN型BJT管Q5的基极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极相连，PNP型BJT管Q4的发射极与二极管D3的阴极相连，电阻R9两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和直流输出电压Vo的正端，电阻RlO两端分别连接NPN型BJT管Q5的基极和NPN型BJT管Q5的发射极，电容C7并联在电阻R7两端，电容C8并联在电阻R8两端。
[0032]实施例1稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电压仿真工作波形图如图4所示，实施例1稳态时电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的电流仿真工作波形图如图5所示。
[0033]工作原理如下:
[0034]一个稳态工作周期(til至tl3)内，实施例1处于电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续模式下的工作状态大致可分成2个阶段一til至tl2阶段和tl2至tl3阶段。
[0035]当处于til至tl2阶段时，PNP型BJT管Q1、NPN型BJT管Q3饱和导通，NPN型BJT管Q2线性放大导通，二极管D3导通，二极管Dl、二极管D2、二极管D4、PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5截止，V1、L1、NPN型BJT管Q3、R5构成一个回路，LI充电，LI的电流iLl和NPN型BJT管Q3的集电极电流ic3均从O开始增加，NPN型BJT管Q3的集电极电压vc3也随之从O开始增加，NPN型BJT管Q2的基极电压vb2等于或大于NPN型BJT管Q2的基极-发射极导通压降VBE2，同时NPN型BJT管Q3的基极电流ib3逐渐减小；C5、NPN型BJT管Q3、L2、二极管D3构成另一个回路，C5放电，L2充电，L2的电流iL2也从O开始增加，PNP型BJT管Q4的发射极电压ve4小于O。
[0036]当处于tl2至tl3阶段时，二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4导通，PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5饱和导通，PNP型BJT管Ql、NPN型BJT管Q3截止，NPN型BJT管Q2的基极-发射极导通情况视Vi而定，V1、L1、C5、PNP型BJT管Q4、Co和R构成一个回路，LI放电，C5充电，电感电流iLl和PNP型BJT管Q4的集电极电流ic4均减小直至0，PNP型BJT管Q4的发射极电压ve4约等于Vo，同时NPN型BJT管Q3的基极电流ib3为O ;L2、二极管D3、PNP型BJT管Q4、Co和R构成另一个回路，L2放电，电感电流iL2减小直至O (当iL2等于O时，二极管D3截止)。
[0037]在tl2时刻电感电流iLl达到最大值iLlm，NPN型BJT管Q3的集电极电流ic3达到最大值ic3m，若忽略电容C2的影响，可得tl2时刻的表达式如下:
【权利要求】
1.一种输入自适应的自激式Sepic变换器,包括输入电路、主电路和输出电路，输入电路包括直流电压源Vi和输入电容Ci，输出电路包括输出电容Co和负载R，主电路包括电感L1、PNP型BJT管Ql、NPN型BJT管Q3、电阻R3、电阻R6、二极管D1、二极管D2、电容C5、二极管D3和电感L2，其特征在于:主电路还包括输入自适应控制单元和续流子电路，所述的输入自适应控制单元包括电阻R2、电阻R4、电阻R5和NPN型BJT管Q2，所述输入电容Ci与直流电压源Vi并联，所述输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载R与所述输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端、PNP型BJT管Ql的发射极以及电阻R2的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极、二极管Dl的阳极、电容C5的一端相连，电阻R3的一端连接PNP型BJT管Ql的基极，电阻R3的另一端与电阻R6的一端以及二极管D2的阴极相连，二极管D2的阳极与二极管Dl的阴极相连，PNP型BJT管Ql的集电极与NPN型BJT管Q3的基极、NPN型BJT管Q2的集电极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与电阻R5的一端、电阻R4的一端相连，NPN型BJT管Q2的基极与电阻R2的另一端、电阻R4的另一端相连，电容C5的另一端与二极管D3的阴极相连，电感L2的一端连接二极管D3的阳极，电感L2的另一端与直流输出电压Vo的负端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、NPN型BJT管Q2的发射极、直流电压源Vi的负端相连，所述续流子电路接于二极管D3的阴极与直流输出电压Vo的正端之间。
2.根据权利要求1所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述电阻R2的阻值、电阻R3的阻值、电阻R6的阻值、PNP型BJT管Ql的直流增益β I以及NPN型BJT管Q2的直流增益β 2满足下列条件时，电感L的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m根据直流电压源Vi的大小进行自适应调节: 当β IR2- β 2 (R3+R6)〈O时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的负特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi成负线性关系； 当β IR2- β 2 (R3+R6) >0时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的正特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi成正线性关系； 当β 1R2-0 2(R3+R6) = O时，所述输入自适应的自激式S印ic变换器具有输入自适应的零特性，电感LI的电流最大值iLlm或NPN型BJT管Q3的集电极电流最大值ic3m与直流电压源Vi无关。
3.根据权利要求1所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述的输入自适应控制单元还包括电容C2，电容C2并联在电阻R4的两端。
4.根据权利要求1所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述的主电路还包括二极管D4、电容C3、电容C4和电容C6，二极管D4的阳极与PNP型BJT管Ql的基极相连，二极管D4的阴极与直流电压源Vi的正端相连，电容C3的一端与二极管D2的阳极相连，电容C3的另一端与直流输出电压Vo的负端相连，电容C4的一端与二极管Dl的阳极相连，电容C4的另一端与二极管D2的阴极相连，电容C6的两端分别连接NPN型BJT管Q3的基极与NPN型B JT管Q3的集电极。
5.根据权利要求1所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述的续流子电路包括PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5、电阻R7、电阻R8，PNP型BJT管Q4的集电极与直流输出电压Vo的正端相连，电阻R8的两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和NPN型BJT管Q5的集电极，NPN型BJT管Q5的发射极与直流输出电压Vo的负端相连，NPN型BJT管Q5的基极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与NPN型BJT管Q3的集电极相连，PNP型BJT管Q4的发射极与二极管D3的阴极相连。
6.根据权利要求1所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述的续流子电路包括PNP型BJT管Q4、NPN型BJT管Q5、电阻R7、电阻R8，PNP型BJT管Q4的集电极与直流输出电压Vo的正端相连，电阻R8的两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和NPN型BJT管Q5的集电极，NPN型BJT管Q5的发射极与直流输出电压Vo的负端相连，NPN型BJT管Q5的基极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与PNP型BJT管Q4的发射极、二极管D3的阴极相连。
7.根据权利要求5或6所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:所述的续流子电路还包括电阻R9、电阻R10、电容C7和电容C8，电阻R9两端分别连接PNP型BJT管Q4的基极和直流输出电压Vo的正端，电阻RlO两端分别连接NPN型BJT管Q5的基极和NPN型BJT管Q5的发射极，电容C7并联在电阻R7两端，电容C8并联在电阻R8两端。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的输入自适应的自激式Sepic变换器，其特征在于:还包括消隐时间控制支路，所述 的消隐时间控制支路包括电阻Rl和电容Cl，电阻Rl的一端与NPN型BJT管Q3的集电极相连，电阻Rl的另一端与电容Cl的一端相连，电容Cl的另一端与NPN型BJT管Q2的基极相连。
【文档编号】H02M3/158GK103997212SQ201410253366
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】陈怡 , 陈筠 申请人:杭州钛丽能源科技有限公司