CN100392966C - 降压变换器 - Google Patents

Abstract

一种降压变换器，具有：一个可控开关、一个控制可控开关的控制装置、一个检测降压变换器的输出电压的装置、一个检测降压变换器的输出电流的装置和一个检测降压变换器的输入电压的装置，控制装置包括一个具有滞后的比较器和一个向比较器提供基准电压的基准电压源，并以如此的方式控制可控开关，使输出电流的强弱按照输出电压、输入电压和输出电流调节，以便输出电流的时间平均随输出电压的上升而下降。

Description

降压变换器

本发明涉及一种直流变换器，也就是一种降压变换器(buckconverter)，带有一个可控开关、带有一个控制此可控开关的装置并带有一个检测其输出电流的装置。

降压变换器就是一种直流电压降压变换器，由DE19612365所公知。降压变换器以振荡器预设的开关频率振荡。为了保持输出电压在大范围内与负荷无关，把输出电压加在用相应地调节的脉冲占空因子控制电子开关的一个控制装置上。为了防止流经线圈的电流超过预定的值，此控制装置还通过一个敏感电阻来检测电子开关导通期间流经线圈的电流，以需要时由电子开关中断此电流。这还防止输出电压不合要求地升高。

由DE3310678公知一种直流降压变换器，它与上述的DE19612365所公知的降压变换器的区别仅在于，它没有预定开关频率的振荡器，而是一种自振荡型的：电子开关在流经线圈的电流超过一个限值以前保持导通，而在输出电压下降到特定的值以前保持不导通。由WO98/24170公知一种自振荡降压变换器，其振荡特性仅由其输出电压决定，并且包括另备一个有敏感电阻的限制线圈电流的装置。

因此所有的上述降压变换器都由其输出电压控制。流经线圈的电流只有在电子开关接通时才能被检测，有关的检测只在限制电流方面起作用。

由DE3921955公知一种可以控制其输出功率的开关控制器。为此，检测其输出电压和输出电流。然而只有在电子开关断开时才检测输出电流。

由EP0752748公知一种蓄电池充电用降压变换器。它包括一个电子开关和一个检测流经线圈的电流并在蓄电池的电压在一特定的值以下时使电子开关通断转换的电流敏感电阻，从而得到时间上平均的恒定充电电流。当蓄电池充电达到其电压超过特定值的电平时，将不依赖于降压变换器的输出电压地控制电子开关，从而使输出电压保持稳定。

由WO99/13559公知一种自振荡降压变换器，其输出电流通过一个电流敏感电阻检测并保持在一恒定值。然而，在输入电压上升时，输出电流也相应地上升。

本发明的一个目的是提供一种结构简单，专用于蓄电池充电的降压变换器，就是说，不论特定时刻的主导输入电压如何，它提供适应蓄电池的特定充电状态和主要环境条件(温度)的电流。应当注意的是，近乎完全充好电的蓄电池只能吸收少量电流，而近乎放完电的蓄电池可以容纳较大量的电流。

为达此目的，本发明的降压变换器包括把输出电流大小作为相应输出和输入电压的函数进行调节的装置。考虑到，在本发明的降压变换器用于给蓄电池充电时，降压变换器的输出电压由相连的蓄电池所确定，反映蓄电池的实际充电状态，从而降压变换器总是提供适应于蓄电池的特定充电状态的电流。

本发明的降压变换器具有：一个可控开关、一个控制可控开关的控制装置、一个检测所述降压变换器的输出电压的装置、一个检测所述降压变换器的输出电流的装置和一个检测所述降压变换器的输入电压的装置，所述控制装置包括一个具有滞后的比较器和一个向所述比较器提供基准电压的基准电压源，并以如此的方式控制所述可控开关，使所述输出电流的强弱按照输出电压、输入电压和输出电流进行调节，以便所述输出电流的时间平均随所述输出电压的上升而下降。

例如，所述降压变换器可以经其输入端连接到电源上。降压变换器以本领域内公知的方式工作，把输入端上的输入电压降低到较低的输出电压。优选地将蓄电池连接在其输出端。因为在电池充电的过程中，蓄电池电压只是很慢地变化，这里首先说明按电池电压确定的恒定输出电压情况下的本发明的降压变换器的工作方式。

可控开关，优选地是电子开关，尤其是晶体三极管，由控制装置以本领域内公知的方式进行控制，也就是在相继的周期中通断。在开关接通时，也就是在晶体三极管导通的期间，电流由输入端经开关和线圈流向蓄电池，使电磁能蓄存在线圈中。在开关断开时，就是说，在晶体三极管截止期间，电磁能转换成电能，使电流从线圈流到蓄电池，此过程中，通过本领域内公知的方式由一个二极管接通电路。用于检测本发明的降压变换器的输出电流装置，优选地是一个电流敏感电阻，不论在电子开关的通和断期间都检测降压变换器的输出电流。本发明的降压变换器的控制装置在输出电流下降到特定的第一值时接通所述开关，而在输出电流上升到特定的第二值时断开所述开关。由于本发明的降压变换器由其输出电流控制，此输出电流与输入电压的大小无关。然而，本发明的降压变换器是如此设计的，在降压变换器的输出电压上升时，第一和第二特定值将改变，从而开关在比以前长的期间上保持断开，使降压变换器的时间平均输出电流下降。

在本发明的降压变换器的一个实施例中，进一步地以如此方式构形，使得在降压变换器有较高的输入电压时，第一和第二特定值也发生变化，从而开关在比以前长的期间上保持断开。以此方式，补偿了所谓的电子开关存储延迟时间，在需要切换的电压大时所谓的电子开关存储延迟时间会使开关的断开延迟，因而电流大于采用理想降压变换器时的电流。因此在不同的输入电压下运转本发明的降压变换器不会造成问题，因为这不影响其输出电流的幅度。

本发明的降压变换器优选地是自振荡型，就是说，没有用于控制可控开关开闭的振荡器。然而，本发明的降压变换器却具有控制输入，借助于此控制输入，可以关断降压变换器。这一点可以通过，例如在连接到降压变换器上的蓄电池已经达到其完全充电状态时发出相应信号的充电控制装置达到。

在提出特别简单，从而经济的结构的降压变换器中，本发明使控制装置的措施包括一个有滞后的第一比较器和一个第一基准电压源。第一比较器的滞后产生在于，第一基准电压源根据第一比较器的输出是“高”还是“低”产生两个不同的基准电压。

降压变换器的一个优点还包括在输入电压过低时关断降压变换器的结构，以保证降压变换器的正确运转，就是说，在输入端的电压下降至低于一个最低的输入电压时，降压变换器自动地关断自己。

根据本发明构形了一种特别有利于为蓄电池充电的降压变换器，从而，在低输入电压时其输出阻抗值实际上是无限大。这可以通过，例如，至少断开一个可控开关，将输出端与降压变换器电路断开或者防止电流在输出端子之间流动来达到。以此方式保证，在降压变换器的输入端(意外)短路或者电压低于这些端子上的电池电压值时，连接在降压变换器输出端上的蓄电池不会经降压变换器放电。

下面参照附图中所示的几个实施例说明本发明。其它的实施例在说明中论及。附图中，

图1是本发明的降压变换器方框图；

图2是图1所示的本发明的降压变换器的方框图，示其一个优选实施例。

图3是本发明的降压变换器的电路图。

图1所示的本发明的降压变换器包括一个可控开关LS和一个线圈L，以本领域内公知的方式串联在输入端UE和第一输出端UA+之间。在可控开关LS和线圈之间的节点连接到续流二极管D的阴极上。续流二极管D的阳极接地并接到电流敏感电阻RM的一端。电流敏感电阻的另一端连接到第二输出端子Ua-。在输入端UE和B点之间插入第一电阻R1，该B点经第二电阻R2连接到第一输出端Ua+和经第三电阻R3连接第二输出端子Ua-。点B进一步连接到第一比较器K1倒相输入，第一比较器K1的输出端经一个驱动器TR联接到可控开关LS的控制输入。第一比较器K1的不倒相输入连接到连接在输入端UE和地之间的第一基准电压源U1。

第一比较器K1和第一基准电压源U1的连接方式是，使得由基准电压源U1提供的基准电压Uref1(点A)按照第一比较器K1的输出电压是“低”还是“高”，采取两个不同的值，就是说因为其转折电压(点A)有不同于其复位电压(点A)的值，第一比较器K1而有滞后。在点B点主导的电位幅度是由跨在电阻R1、R2、R3和RM上的电压降决定的，从而由输入电压、输出电压和输出电流决定。输入电压由第一、第三和电流敏感电阻分压，输出电压由第二和第三电阻分压。第一比较器K1把点B的电压与点A的电压进行比较。只要点B的电压低于点A的电压，第一比较器的输出就是“高”，反之亦然：只要点B的电压超过点A的电压，第一比较器的输出就是“低”。

图2所示为本发明的降压变换器的一个优选实施例。此实施例与图1所示的本发明的降压变换器的不同在于当出现低输入电压时的一个用于关断降压变换器的结构，还在于当出现低输入电压时一个用于防止连接到降压变换器的，蓄电池通过降压变换器放电的结构。

低输入电压时关断降压变换器的结构包括一个连接在连接在输入端子Ue和地之间的一个第二基准电压源U2，以及一个其不倒相输入连接到第一比较器K1的输出，而其倒相输入连接到第二基准电压源U2且其输出连接到驱动器TR的第二比较器K2。第二比较器K2把第一比较器K1的输出电压与第二基准电压源Uref2提供的第二基准电压进行比较。当输入电压低，也就是当输入电压在第二基准电压Uref2之下时，第二比较器K2的输出保持“低”，经驱动器TR可使控开关LS保持断开，并防止降压变换器振荡。然而，当输入电压高于第二基准电压Uref2时，第二比较器K2的输出电压将跟随第一比较器K1的输出电压，就是说，将由第一比较器K1经第二比较器K2和驱动器TR控制可控开关LS。

防止在出现低输入电压时连接到降压变换器的蓄电池经过降压变换器放电的结构包括一个安排在第二电阻R2和第一输出端Ua+之间，其控制输入经第十电阻R连接到输入端Ue的第二可控开关S。第二可控开关S优选地由一电子开关，如其基极连接到第十电阻R的晶体管构成。当输入电压低时，第二可控开关S将断开，使降压变换器的输出电阻值实际上为无穷大，防止蓄电池经第二和第三电阻R2、R3放电。

参见图3，第一基准电压源U1包含由串联在输入端UE和地之间的第四、第五和第六电阻R4、R5、R6，和其阳极接地及第六电阻的一端而阴极接第四和第五电阻R4、R5的稳压二极管ZD1。第六电阻R6的另一端连接到第一比较器K1(点A)的不倒相输入端和第八电阻R8的一端。第八电阻R8的另一端经第七电阻R7连接到输入端Ue，并经第九电阻R9连接到第一比较器K1的输出端。第二基准电压源U2包含以其阳极接地并以其阴极接第二比较器K2的倒相输入端并经第十一电阻R11连接输入端Ue的第二稳压二极管ZD2。

第一基准电压源发生的基准电压Uref1(点A)是由输入电压经第四电阻R4和第一稳压二极管ZD1产生的并由第五和第六电阻R5和R6分压的稳压管电压。如前所述，按照第一比较器的输出是“低”还是“高”其有两个不同的值。当第一比较器K1的输出“高”时，点A的电压(转折电压)将由分压的稳压二极管和经第六、第七和第八电阻R6、R7、R8分压的输入电压决定。反之，当第一比较器K1的输出为“低”时，第九电阻R9将与由第六和第八电阻R6、R8构成的串联电路并联连接。所以点A的电压(复位电压)将由分压的稳压二极管和一方面经第六、第七和第八电阻R6、R7、R8另一方面经第七和第九电阻R7、R9分压的输入电压决定。转折电压和复位电压之间的差是滞后电压。第七和第九电阻R7、R9同时还起第一比较器K1输出端的上拉电阻的作用。

只要第一比较器K1的输出是“低”，就是说，第一比较器K1的输出电压不超过第二基准电压源U2的基准电压Uref2，第二比较器K2的输出将同样地保持“低”。因为驱动器TR没有被驱动，可控开关LS将保持断开。反之，当第一比较器K1的输出“高”时，就是说，当第一比较器K1的输出电压超过第二基准电压源U2的基准电压Uref2时，第二比较器K2的输出将同样地“高”。这会使驱动器TR被驱动，除非经停止控制输入向第二比较器K2的输出发出关断信号。

Claims (7)

1.一种降压变换器，具有：一个可控开关、一个控制所述可控开关的控制装置、一个检测所述降压变换器的输出电压的装置、一个检测所述降压变换器的输出电流的装置和一个检测所述降压变换器的输入电压的装置，其特征在于，所述控制装置包括一个具有滞后的比较器和一个向所述比较器提供基准电压的基准电压源，并以如此的方式控制所述可控开关，使所述输出电流的强弱按照所述输出电压、所述输入电压和所述输出电流进行调节，以便所述输出电流的时间平均随所述输出电压的上升而下降。

2.权利要求1所述的降压变换器，还包括当出现低的输入电压时，关断所述降压变换器的结构。

3.权利要求2所述的降压变换器，其中在出现所述低的输入电压时，所述降压变换器的输出电阻值为无穷大。

4.权利要求1所述的降压变换器，其中由所述基准电压源提供的基准电压取决于所述比较器的输出是“低”还是“高”而取两个不同的值。

5.权利要求1所述的降压变换器，它是自振荡型的。

6.权利要求5所述的降压变换器，还包括可停止其操作的控制输入。

7.如权利要求1所述的降压变换器，其中所述降压变换器的输出电流在所述可控开关的接通期间和断开期间都可以检测。

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