一种可降压也可升压的直流开关电源转换电路的制作方法

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体的说涉及一种可降压也可升压的直流开关电源转换电路。

背景技术：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源电路具有功耗小、变换效率高、线性变化小、工作稳定等特点，因此被广泛应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。

开关电源中最为常见的非隔离式开关电源转换方式为BUCK降压变换与BOOST升压变换两种，不太常用的还有BUCK-BOOST降压升压和SEPIC单端初级电感变换两类。

现有的非隔离式开关电源转换方式中，单纯的BUCK变换电路只能实现降压变换，而BOOST变换电路只能实现升压变换，当输出电压波动范围较大或负载电压变化要求较大，在一些应用场合会无法应用，例如有些多功能锂离子电池充电器产品要求能对1节串联至6节串联的锂离子电池充电，其输入电源采用市场上常见的电源，输入电压范围是7V～19V，产品要求既能对1节串联的锂电池进行充电(充电电压4.2V)，又要求能对6节串联的锂离子电池进行充电，充电电压为25.2V，这时就会需要充电器的内部转换电路既能降压也要能升压，单独的BUCK变换电路和BOOST变换电路都无法满足要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可降压也可升压的直流开关电源转换电路，具备结构简单、应用范围广泛、即可升压又可降压的优点，解决了现有开关电源结构复杂、损耗大、不能同时升压或降压的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可降压也可升压的直流开关电源转换电路，包括输入正极、输入负极、升降压控制端、PWM控制端、电阻R1-R3、二极管D1、D2、D3、D4、D5、运算放大器N1A、N1B、电感L1、电容C1、N沟道场效应管V2、P沟道场效应管V1、输出负极以及输出正极，所述二极管D3为稳压二极管，所述输入正极与电阻R1的一端、运算放大器N1A 的正电源端以及场效应管V1的S极相连接；电阻R1的另一端与稳压二极管D3 的负极以及运算放大器N1A的正向输入端和运算放大器N1B的反向输入端相连接；运算放大器N1A的输出端与场效应管V1的栅极连接；场效应管V1的漏极与电感L1的一端及二极管D1的负极相连接；电感L1的另一端与场效应管V2 的漏极以及二极管D2的正极相连接；二极管D2的负极与电容C1的正极以及输出正极相连接；升降压控制端与二极管D4的正极以及二极管D5的负极相连接；二极管D4的负极与电阻R2的一端以及运算放大器N1A的反向输入端相连接；二极管D5的正极与电阻R3的一端以及运算放大器N1B的正向输入端相连接； PWM控制端与电阻R2的另一端及电阻R3的另一端相连接；运算放大器N1B的输出端与场效应管V2的栅极连接；输入负极与稳压二极管D3的正极、运算放大器N1的电源负端、二极管D1的正极、场效应管V2的源极以及电容C1的负极相连接，构成共地连接。

优选的，所述P沟道场效应管V1可以用PNP三极管替代，所述N沟道场效应管V2可以用NPN三极管替代。

优选的，所述运算放大器N1A、N1B可以用比较器代替。

优选的，所述输入正极的电压为7V-18V。

优选的，所述PWM控制端的幅值为5V。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型具有结构简单、设计合理、安装维护快捷的优点；

(2)本实用新型的技术方案中，本电路既可以降压输出，也可以升压输出，输入与输出极性相同并且为共地连接，在控制方法上容易实现；

(3)本实用新型的技术方案中，电路中的能量转移器件只有一个电感，电源转换效率高，在一些要求输入电压很宽或者输出电压范围很宽的应用场合，具有良好的实用性和经济性。

附图说明

图1是本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供的一种实施例：一种可降压也可升压的直流开关电源转换电路，包括输入正极、输入负极、升降压控制端、PWM控制端、电阻R1-R3、二极管D1、D2、D3、D4、D5、运算放大器N1A、N1B、电感L1、电容C1、N沟道场效应管V2、P沟道场效应管V1、输出负极以及输出正极，所述二极管D3为稳压二极管，所述输入正极与电阻R1的一端、运算放大器N1A的正电源端以及场效应管V1的S极相连接；电阻R1的另一端与稳压二极管D3 的负极以及运算放大器N1A的正向输入端和运算放大器N1B的反向输入端相连接；运算放大器N1A的输出端与场效应管V1的栅极连接；场效应管V1的漏极与电感L1的一端及二极管D1的负极相连接；电感L1的另一端与场效应管V2 的漏极以及二极管D2的正极相连接；二极管D2的负极与电容C1的正极以及输出正极相连接；升降压控制端与二极管D4的正极以及二极管D5的负极相连接；二极管D4的负极与电阻R2的一端以及运算放大器N1A的反向输入端相连接；二极管D5的正极与电阻R3的一端以及运算放大器N1B的正向输入端相连接； PWM控制端与电阻R2的另一端及电阻R3的另一端相连接；运算放大器N1B的输出端与场效应管V2的栅极连接；输入负极与稳压二极管D3的正极、运算放大器N1的电源负端、二极管D1的正极、场效应管V2的源极以及电容C1的负极相连接，构成共地连接。

所述P沟道场效应管V1可以用PNP三极管替代，所述N沟道场效应管V2 可以用NPN三极管替代。

所述运算放大器N1A、N1B可以用比较器代替。

所述输入正极的电压为7V-18V。

所述PWM控制端的幅值为5V。

工作原理：该稳压电源电路的工作过程分析如下：

1、当电路的输入正极和输入负极接入输入电源时，输入电源经过电阻R1，在稳压二极管D3上产生稳定的参考电压Vref，Vref可以是1V～4V之间的某个值，典型如2.4V；Vref电压提供给运算放大器N1A的正向输入端和运算放大器N1B的反向输入端作为比较电压；

2、当升降压控制端输入低电平时，会通过二极管D5将运算放大器N1B的正向输入端拉低，此时运算放大器N1B的反向输入端电压(2.4V)大于正向输入端电压，运算放大器N1B的输出为低电平，使场效应管V2处于截止关断状态；这时如果PWM控制端输出PWM波形，PWM信号经过电阻R2加到了运算放大器N1A 的反向输入端，此时由于升降压控制端为低电平，二极管D4处于反向截止状态，由于PWM的信号幅值为5V，大于Vref电压值，当PWM信号为高电平时，运算放大器N1A的反向输入端电压会高于运算放大器N1A正向输入端的Vref电压，这时运算放大器N1A输出低电平，使P沟道场效应管V1饱和导通；当PWM信号为低电平时，运算放大器N1A的反向输入端电压会低于运算放大器N1A正向输入端的Vref电压，这时运算放大器N1A输出高电平，使P沟道场效应管V1截止关断；因此P沟道场效应管V1受控于PWM信号，此时由于场效应管V2处于截止关断状态不起作用，由场效应管V1、二极管D1、电感L1、二极管D2和电容C1构成了BUCK降压输出电路，电源电路工作在BUCK降压模式；

3、当升降压控制端输入高电平(5V)时，会通过D4将运算放大器N1A的反向输入端拉到高电平，此时运算放大器N1A的反向输入端电压大于正向输入端电压(2.4V)，N1A运算放大器的输出为低电平，使场效应管V1处于完全导通状态，相当于输入电源直接连接到了电感L1；这时如果PWM控制端输出PWM波形，PWM信号经过电阻R3加到了运算放大器N1B的正向输入端，此时由于升降压控制端为高电平，二极管D5处于反向截止状态，由于PWM的信号幅值为5V，大于Vref电压值，当PWM信号为高电平时，运算放大器N1B的正向输入端电压会高于运算放大器N1B反向输入端的Vref电压，这时运算放大器N1B输出高电平，使N沟道场效应管V2饱和导通；当PWM信号为低电平时，运算放大器N1B 的正向输入端电压会低于运算放大器N1B反向输入端的Vref电压，这时运算放大器N1B输出低电平，使N沟道场效应管V2截止关断；因此N沟道场效应管 V2受控于PWM信号，此时由于场效应管V1处于完全导通状态，由场效应管V2、电感L1、二极管D2和电容C1构成了BOOST升压输出电路，电源电路工作在BOOST 升压工作模式；

由以上可知，当升降压控制端输入低电平时，该开关电源电路工作于BUCK 降压工作状态，开关电源电路的输出电压大小由PWM控制端的脉冲宽度大小控制；当升降压控制端输入高电平时，该开关电源电路工作于BOOST升压工作状态，开关电源电路的输出电压大小由PWM控制端的脉冲宽度大小控制；因此该电路既可以实现降压转换功能，也可以实现升压转换功能。

实际应用中，以多功能锂离子电池充电器应用为例，采用该电路可以构成一个1节锂离子电池至6节串联锂离子电池的充电电路，输入电源电压为9V～ 15V，电路中稳压二极管D3采用2.4V的稳压值，采用一个单片机的IO口作为升降压控制端，采用单片机的PWM输出口作为PWM控制端，单片机的供电电压为5V，当接入的被充电电池的电压小于输入电源电压时，单片机可以控制升降压控制端为低电平，使电路工作于BUCK降压方式对电池进行充电；当接入的被充电电池的电压大等于输入电源电压时，单片机可以控制升降压控制端为高电平，使电路工作于BOOST升压方式对电池进行充电，这样无论接入的是单节3.6V 的锂离子电池组还是6节串联的22.2V锂离子电池组，该充电电路都可以正常充电，具有适用范围广的特点。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。