CN102299534B

CN102299534B - 超宽范围稳压电路

Info

Publication number: CN102299534B
Application number: CN 201110173318
Authority: CN
Inventors: 王皓; 付钢; 斯日古楞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-25
Filing date: 2011-06-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-06-25
Also published as: CN102299534A

Abstract

本发明提供的是超宽范围稳压电路。基于boost升压电路，以12V直流电源供电，经过降压稳压集成电路和升压稳压集成之间连接的电感与二极管将稳定电压通过电压输出端供给用电器，在12V供电不稳定的情况下，在升压稳压集成电路的前侧通过充电管理集成电路连接电池，以电池电压通过升压稳压集成电路与二极管向用电器提供稳定的电压，解决12V电源电压不稳而导致用电器不能正常工作的技术问题。本发明在降压稳压电路后接有升压稳压电路或充电电路加电池和升压稳压电路，能够弥补输入电压剧烈变化带来的输出电压不稳定的技术问题，保证输出电压稳定在设定数值。具有结构简单、性能可靠的特点。适宜所有电压波动过大的用电场合作为稳压电路使用。

Description

超宽范围稳压电路

技术领域

本发明提供的是为固定电压用电电路提供稳定电压的电路，降压稳压电路结合升压稳压电路的新型稳压电路，具体地说是超宽范围稳压电路。

背景技术

目前广泛使用的各种类型控制器正常运行时普遍要求稳定的工作电压。而某些场合，如大电机的启动控制、蓄电池为动力的电动自行车、电动玩具，蓄电池为辅助动力的汽车等，由于启动时需要很大的电流，使得供电电源产生瞬间电压降低，导致稳压电源不能正常工作，引起控制器工作电压的非正常变化，甚至不能正常工作。从而导致所设定的控制程序不能正常工作，影响设备的正常运行，甚至停机。

发明内容

为了克服现有稳压电源所存在的缺点，本发明提供了超宽范围稳压电路。该稳压电路在原有稳压电路的基础上增加了升压稳压电路，用升压稳压电路解决电机启动造成电压降低导致程序控制不能正常工作的技术问题。该稳压电路增加充电电池及充电电路来保证电源的延续性和避免断续的电源造成控制中断。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

基于boost升压电路，12V直流电源接入到降压稳压集成电路的1脚上，2脚接地，3脚通过电感接入到D1二极管的正极上，在3脚与地线之间接有C1电容，3脚与C1电容的连接线接入到D2二极管的正极上；升压稳压集成电路的1脚接地，3脚接在D1二极管的正极上，2脚与D1二极管和D2二极管的负极相连接，作为电压输出端，在电压输出端与地线之间连接有C2电容。

本电路为基本升压稳压电路，解决12V电压瞬间欠缺而保证用电器电压稳定的问题。

为了适应用电器电压的需要，在12V供电电压处于严重不足的情况下，在基本电路上连接补充电压电路，其电路构成为：

12V直流电接入降压稳压集成电路的1脚输入端，2脚接地，电池充电管理集成电路的1脚接有充电指示灯和R2充电指示灯限流电阻后与降压稳压集成电路的3脚连接，同时降压稳压集成电路的3脚与电池充电管理集成电路的4脚连接，在电池充电管理集成电路的4脚与降压稳压集成电路的3脚相连接，并接地线上，电池充电管理集成电路的5脚与地线之间连接有R1电阻，电池充电管理集成电路的3脚与电线之间分别连接有电池和C1电容，电池充电管理集成电路的1脚通过充电指示灯和R2充电指示灯限流电阻后与D2二极管4.2的正极连接，电池充电管理集成电路6.3的3脚与D1二极管连接线上连接电感，并与升压稳压集成电路的2脚相连接，D1二极管和D2二极管的负极和升压稳压集成电路的2脚连接线连接后作为电压输出端，在电压输出端与地线之间连接有C2电容。

积极效果：本发明在基本稳压电路后接有升压稳压电路或充电电路加电池和升压稳压电路，能够弥补输入电压剧烈变化带来的输出电压不稳定的技术问题，保证输出电压稳定在设定数值。具有结构简单、性能可靠的特点。适宜所有电压波动过大的用电场合作为稳压电路使用。

附图说明

图1为boost升压原理图

图2为升压稳压电路图

图3为加电池升压稳压电路图

图中，1.直流电源输入，2. L1电感，3.开关三极管，4.1. D1二极管，4.2. D2二极管，5.滤波电容，5.1. C1电容，5.2. C2电容，5.3. C3电容，6.1.降压稳压集成电路，6.2.升压稳压集成电路，6.3.电池充电管理集成电路，7.电压输出端，8.R1电阻，9.1.充电指示灯，9.2.R2充电指示灯限流电阻，10.电池。

具体实施方式：

本发明电路基于boost升压电路。

图1所表示的是boost升压原理图

直流电源1的正极接有电感2和二极管4后，作为正极输出端，直流电源的负极与正极之间接入三极管和电容5后，作为负极输出端。正极输出端和负极端接入负载。

the boost converter或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。

假定开关三极管或者MOS管已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。　　

下面分充电和放电两个部分来说明boost升压电路。

充电过程：

在充电过程中，三极管导通，等效电路为三极管处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

放电过程：

当三极管截止时的等效电路相当于没有三极管，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，产生了升压的作用。

本电路升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

基于boost升压电路，当采用图2结构的电路时：

12V直流电源接入到降压稳压集成电路6.1的1脚上，2脚接地，3脚通过电感2接入到D1二极管4.1的正极上，在3脚与地线之间接有C1电容5.1，3脚与C1电容5.1的连接线接入到D2二极管4.2的正极上；升压稳压集成电路6.2的1脚接地，3脚接在D1二极管4.1的正极上，2脚与D1二极管4.1和D2二极管4.2的负极相连接，作为电压输出端7，在电压输出端与地线之间连接有C2电容5.2。

本电路采用的降压稳压电路6.1型号为7805；升压稳压电路6.2型号为50ICP；电感为带有铁芯的电感线圈，参数为33uh，用于电感储能；C1电容容量为10uF,C2电容容量为100 uF，电容用于电压滤波；D1和D2二极管型号为5871，用于电路开关。

12V直流电接入降压稳压电路降压后，其2脚通过D2二极管直接输出稳定的电压，供给电压输出端，为用电器提供适合的电压，同时，降压稳压电路的3脚所接入的电感储电，当12V电压降低时，则降压稳压电路的3脚输出电压经过电感储电后通过升压电路的3脚所接入的D1二极管向电压输出端补充欠缺电压，同时升压稳压电路的2脚也向电压输出端补充电压，维持用电器的电压稳定，并使之正常运行。

采用电路图2电路工作特点：

在输入电压在7V-20V，最高30V时，7805可以稳定输出5V,此时由于D2二极管的存在升压稳压电路断续工作，保证总体输出为5V，输出电流为降压稳压电路的数值。本例程中最高为1.5A。

在输入电压在2.8V-7V时由于7805处于不正常工作状态，压降恒定在2V，输出基本上在0.8V-5V之间，这时升压稳压电路开始连续工作，7805的输出为升压稳压电路供电，此时输出电流取决于升压稳压电路，本例程中约为300mA。

由于所采用的集成电路的问题，稳压范围在2.8V-30V之间。如果对稳压范围和输出电流不满意，可以另行设定元器件及参数，以满足具体要求。

图2电路实施例的原件选择：

由于目前的单片机大多工作在5V,其原件选择为：

降压稳压电路采用LM7805；

升压稳压电路采用PJ501CP；

二极管选用肖基特二极管采用1N5817。

其中：

LM7805是老牌的降压稳压电路，具体性能指标参照7805.pdf；

PJ501CP是在boost升压电路原理的基础上设计的实用电感升压电路，具体性能指标参照PJXX1C.pdf；

LM7805是肖基特二极管，具体性能指标参照IN5817.pdf。

当12V直流供电受到较大压降的情况下，紧靠电感储电难以继续为用电器维持稳定的工作电压，此时在图2电路的基础上增加电池补充供电的供电稳压电路。

为了适应用电器电压的需要，在12V供电电压处于严重不足的情况下，在基本电路上增加电池补充供电稳压电路，其电路构成如图3所示：

图3中：12V直流电接入降压稳压集成电路6.1的1脚输入端，2脚接地，电池充电管理集成电路6.3的1脚接有充电指示灯9.1和R2充电指示灯限流电阻9.2后与降压稳压集成电路6.1的3脚连接，同时降压稳压集成电路6.1的3脚与电池充电管理集成电路6.3的4脚连接，在电池充电管理集成电路6.3的4脚与降压稳压集成电路6.1的3脚相连接，并接地线上，电池充电管理集成电路6.3的5脚与地线之间连接有R1电阻8，电池充电管理集成电路6.3的3脚与电线之间分别连接有电池10和C1电容5.1，电池充电管理集成电路6.3的1脚通过充电指示灯9.1和R2充电指示灯限流电阻9.2后与D2二极管4.2的正极连接，电池充电管理集成电路6.3的3脚与D1二极管4.1连接线上连接电感2，并与升压稳压集成电路6.2的2脚相连接，D1二极管4.1和D2二极管4.2的负极和升压稳压集成电路6.2的2脚连接线连接后作为电压输出端7，在电压输出端与地线之间连接有C2电容5.2。

R1电阻为电流编程电阻，R2最低1.25K，以保证充电电流不超过800mA,。

本电路中，C1电容5.1、 C2电容5.2和C3电容5.3用于电压滤波，电感2用于储能，D1二极管4.1和D2二极管4.2用于电路开关。

采用图3结构电路的工作过程

当12V供电欠压幅度较小时，降压稳压集成电路6.1和升压稳压集成电路6.2的电路能够直接向用电器提供稳定的电压，同时电池充电管理集成电路6.3向电池10充电，使电池处于饱和状态；当12V供电电压欠压幅度较大，且时间较长时，单靠升压稳压集成电路6.2不能满足用电器的需要，而且降压稳压集成电路6.1又没有及时得到电源补充，此时，已经饱和的电池提供电流，经过升压稳压集成电路6.2和D1二极管4.1、D2二极管4.2为用电器补充电压，使用电器正常工作。

图3电路实施例的原件选择：

由于目前的单片机大多工作在5V,其原件选择为：

降压稳压电路采用LM7805；

升压稳压电路采用PJ501CP；

锂电池充电管理集成电路采用PJ4054；

二极管选用肖基特二极管采用1N5817；

电池采用3.7V锂电池。

其中：

LM7805是老牌的降压稳压电路，具体性能指标参照7805.pdf；

PJ501CP是在boost升压电路原理的基础上设计的实用电感升压电路。具体性能指标参照PJXX1C.pdf；

PJ4054是设计在USB规范下的充电电池充电管理集成电路。具体性能指标参照PJ4054_C.pdf；

LM7805是肖基特二极管，具体性能指标参照IN5817.pdf。

本发明电路的工作特点

在输入电压在7V-20V，最高30V时，7805可以稳定输出5V,由于D2二极管的存在此时升压稳压电路断续工作，保证总体输出为5V。此时如果电池电压低于2.9V,充电电路将开始工作。输出电流为降压稳压电路的数值。本例程中最高为1.5A。

在输入电压在6V-7V时由于7805处于非正常工作状态，输出基本上在4V-5V之间，这时基本上是由电池供电，而7805的输出还能为充电电路供电。

在输入电压在0V-6V时由于7805处于非正常工作状态，输出基本上在0.8V-4V之间，这时升压稳压电路开始连续工作，由电池供电。此时输出电流取决于升压稳压电路，本例程中约为300mA。

本发明的优点

能够克服普通的直流稳压电源的缺点，在输入电压低于输出电压时也能正常工作。

为固定电压用电电路提供稳定的电压的电路，稳压范围可以在要求的输入电压上下浮动。如采用图2的电路时输入电压范围可以在2.8V-30V范围内任意浮动，如采用图3的电路时输入电压范围可以在0V-30V范围内任意浮动。

Claims

1.超宽范围稳压电路，其特征是：

基于boost升压电路，为了适应用电器电压的需要，在12V供电电压处于严重不足的情况下，所述稳压电路构成为：12V直流电接入降压稳压集成电路（6.1）的1脚输入端，2脚接地，电池充电管理集成电路（6.3）的l脚与充电指示灯（9.1）和R2充电指示灯限流电阻（9.2）依次连接后，再与降压稳压集成电路（6.1）的3脚连接，同时降压稳压集成电路（6.1）的3脚与电池充电管理集成电路（6.3）的4脚连接，并通过C3电容接地线上，电池充电管理集成电路（6.3）的5脚与地线之间连接有R1电阻（8），电池充电管理集成电路（6.3）的3脚与地线之间分别连接有电池（10）和C1电容（5.1），电池充电管理集成电路（6.3）的1脚与充电指示灯（9.1）和R2充电指示灯限流电阻（9.2）依次连接后，再与D2二极管（4.2）的正极连接，电池充电管理集成电路（6.3）的3脚与D1二极管（4.1）连接线上连接电感（2），并与升压稳压集成电路（6.2）的3脚相连接，D1二极管（4.1）和D2二极管（4.2）的负极和升压稳压集成电路（6.2）的2脚连接线连接后作为电压输出端（7），在电压输出端与地线之间连接有C2电容（5.2）；

所述的降压稳压集成电路采用LM7805；升压稳压集成电路采用PJ501CP；二极管选用肖基特二极管1N5817；电池充电管理集成电路采用PJ4054。