CN102832811B - 升压拓扑电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种升压拓扑电路，该升压拓扑电路包括用于输入待升压电源的电源输入端、用于输出升压后电源的电源输出端、用于将待升压电源进行升压的第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元、以及用于控制第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元的升压工作的电子开关；第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元相互串联连接，一端与电源输入端的正极连接，另一端与电源输出端连接；电子开关的一端与第一升压单元连接，电子开关的另一端与电源输入端的负极之间。本发明升压拓扑电路在保证高变比的升压要求的同时，还能够降低电路的成本，以及减小电路输出电压的纹波。

Description

升压拓扑电路

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种升压拓扑电路。

背景技术

由于LED灯具有寿命长、节能及驱动方便等优点，使得目前愈来愈多的电视机都采用LED灯作为其背光源。现有技术中，很大一部分电视机都是采用图1所示的升压拓扑电路来驱动其背光源LED灯的工作。

如图1所示，图1是现有技术中一种升压拓扑电路的电路结构示意图。该电路包括电源输入端101、电源输出端102、第一升压单元103、第二升压单元104及电子开关105，并且，第一升压单元103和第二升压单元104之间连接有隔离二极管D6。其中，第一升压单元103包括电感L2、二极管D4、极性电容C5；第二升压单元104包括电感L3、第二二极管D5、极性电容C6；电子开关105包括电阻R3、电阻R4、电子开关K2及PWM控制集成电路IC2。具体地，电源输入端101的正极经电感L2与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与极性电容C5的正极连接，极性电容C5的负极与电源输入端101的负极连接；电感L3的一端与第一二极管D4的阴极连接，另一端与第二二极管D5的阳极连接，第二二极管D5的阴极与极性电容C6的正极连接，且与电源输出端102连接，极性电容C6的负极与电源输入端101的负极连接；电阻R3与电阻R4相互串联，一端电源输出端102连接，另一端与电源输入端101的负极连接，PWM控制集成电路IC2的反馈电压输入脚FB连接于电阻R3和电阻R4之间，电子开关K2的一端连接于电感L3和第二二极管D5的阳极之间，电子开关K2的另一端与电源输入端101的负极连接，电子开关K2的控制端与PWM控制集成电路IC2的PWM信号输出脚P连接；隔离二极管D6的阳极与第一二极管D4的阳极连接，阴极与第二二极管D5的阳极连接。

图1所示电路，第一升压单元103的输入电压由电源输入端101的电压U2提供，第二升压单元104的输入电压由第一升压单元103的输出电压提供。该电路当电子开关K2导通时，电感L2、隔离二极管D6及电子开关K2形成导通回路，电感L2两端的电压为电源输入端101的电压U2，从而电源输入端101的电压U2为电感L2储能，同时，电感L3两端的电压等于极性电容C5两端的电压UC5，从而电感L3也在电压UC5下储能；当电子开关K2关断时，电感L2所储存的电能叠加电源输入端101的电压U2，向极性电容C5放电，从而将极性电容C5两端的电压UC5提升，此时，电感L3所储存的电能叠加提升后的UC5，向极性电容C6放电，从而使得极性电容C6两端的电压UC6（即电源输出端102的电压）相对于电源输入端101的电压，提升了较大的倍数。并且，在上述升压过程中，当将电子开关K2进行导通和关断操作时，由于隔离二极管D6的存在，使得第一升压单元103和第二升压单元104的升压工作互不干扰。图2所示电路，若第一升压单元103对电源输入端101的电压U2的升压倍数为5倍，第二升压单元104对第一升压单元103的输出电压的升压倍数也为5倍，则电源输出端102的电压UC6是电源输入端101的电压U2的25倍。并且，图1所示电路，可以通过改变PWM控制集成电路IC2的PWM信号输出脚所输出的PWM信号的占空比来改变该电路的总升压倍数。

图1所示电路能够满足高变比（比如上述提到的25倍的升压倍数）的升压要求，但是，该电路还存在以下缺陷：需要用到两个分立的电感（即电感L2和电感L3），电子开关K2导通时，其需要流过该两个电感的电流，且由于该电路的工作方式是反激式工作方式（即在电子开关K2的关断期间为电路的后续负载供电），该电流相对于正激式工作方式时更大，并且，由于电子开关K2与高压的电源输出端102连接，因此，电子开关K2需要能够承受很高的电压，从而使得图1所示电路中的电子开关K2需要采用耐高压和耐大电流的电子开关，而耐高压和耐大电流的电子开关的价格昂贵，从而导致电路的成本很高，并且，图1所示电路输出电压的纹波也较大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种升压拓扑电路，旨在保证高变比的升压要求的同时，降低电路的成本，以及减小电路输出电压的纹波。

为了达到上述目的，本发明提出一种升压拓扑电路，所述升压拓扑电路包括用于输入待升压电源的电源输入端、用于输出升压后电源的电源输出端、用于将所述待升压电源进行升压的第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元、以及用于控制所述第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元的升压工作的电子开关；其中：

所述第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元相互串联连接，一端与所述电源输入端的正极连接，另一端与所述电源输出端连接；所述电子开关的一端与所述第一升压单元连接，所述电子开关的另一端与所述电源输入端的负极之间。

优选地，还包括用于滤波的电感和第四电容；所述电感的一端与所述第三升压单元连接，所述电感的另一端与所述电源输出端连接；所述第四电容的一端与所述电源输出端连接，所述第四电容的另一端接地。

优选地，所述第一升压单元包括一变压器的初级绕组、第一二极管和第一电容；所述第一电容为极性电容；所述第一二极管的阳极与所述变压器的初级绕组的异名端连接，所述变压器的初级绕组的同名端与所述电源输入端的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极与所述电源输入端的负极连接，所述第一电容的正极还与所述第二升压单元连接。

优选地，所述第二升压单元包括所述变压器的次级绕组、第二二极管和第二电容；所述第二电容为极性电容；所述第二电容的正极与所述变压器的次级绕组的同名端连接，且与所述第三升压单元连接，所述第二电容的负极与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述变压器的次级绕组的异名端连接。

优选地，所述第三升压单元包括所述变压器的次级绕组、第三二极管和第三电容；所述第三电容为极性电容；所述第三二极管的阳极与所述变压器的次级绕组的异名端连接，所述第三二极管的阴极与所述第三电容的正极连接，且经所述电感与所述电源输出端连接，所述第三电容的负极与所述变压器的次级绕组的同名端连接。

优选地，所述第一升压单元中的所述第一电容的正极与所述第二升压单元中的所述第二电容的负极连接，所述第二电容的正极与所述第三升压单元中的所述第三电容的负极连接。

优选地，所述变压器为带气隙的变压器。

本发明提出的升压拓扑电路，通过相互串联的第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元配合一电子开关实现对电源输入端的电压进行升压目的，本发明中的电子开关可以采用低压小电流的电子开关，而低压小电流的电子开关的价格较便宜，从而使得本发明升压拓扑电路实现了电子开关的低成本化，从而降低了电路的成本；并且，本发明升压拓扑电路的电源输出端还设有用于滤波的电感和电容，从而使得本发明的输出电压的纹波较小。

附图说明

图1是现有技术中一种升压拓扑电路的电路结构示意图；

图2是本发明升压拓扑电路较佳实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2是本发明升压拓扑电路较佳实施例的电路结构示意图。

参照图2，本发明升压拓扑电路包括用于输入待升压电源的电源输入端201、用于输出升压后电源的电源输出端202、用于将待升压电源进行升压的第一升压单元203、第二升压单元204及第三升压单元205、以及用于控制第一升压单元203、第二升压单元204及第三升压单元205的升压工作的电子开关K1。

其中，第一升压单元203、第二升压单元及204第三升压单元205相互串联连接，一端与电源输入端201的正极连接，另一端与电源输出端202连接；电子开关K1的一端与第一升压单元203连接，电子开关K1的另一端与电源输入端201的负极之间。

并且，本发明升压拓扑电路还包括用于滤波的电感L1和第四电容C4。其中，电感L1的一端与第三升压单元205连接，电感L1的另一端与电源输出端202连接；第四电容C4的一端与电源输出端202连接，第四电容C4的另一端接地。

具体地，上述第一升压单元203包括变压器T1的初级绕组S0、第一二极管D1和第一电容C1，本实施例中，第一电容C1为极性电容。其中。第一二极管D1的阳极与变压器T1的初级绕组S0的异名端连接，变压器T1的初级绕组S0的同名端与电源输入端201的正极连接，第一二极管D1的阴极与第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极与电源输入端201的负极连接，第一电容C1的正极还与第二升压单元204连接；

上述第二升压单元204包括变压器T1的次级绕组S1、第二二极管D2和第二电容C2，本实施例中，第二电容C2为极性电容。其中，第二电容C2的正极与变压器T1的次级绕组S1的同名端连接，且与第三升压单元205连接，第二电容C2的负极与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与变压器T1的次级绕组S1的异名端连接；

上述第三升压单元205包括变压器T1的次级绕组S1、第三二极管D3和第三电容C3，本实施例中，第三电容C3为极性电容。其中，第三二极管D3的阳极与变压器T1的次级绕组S1的异名端连接，第三二极管D3的阴极与第三电容C3的正极连接，且经电感L1与电源输出端202连接，第三电容C3的负极与变压器T1的次级绕组S1的同名端连接；

并且，上述第一升压单元203中的第一电容C1的正极与第二升压单元204中的第二电容C2的负极连接，第二电容C2的正极与第三升压单元205中的第三电容C3的负极连接，即第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3相互串联连接。

本实施例中的上述变压器T1为带气隙的变压器。

本发明升压拓扑电路的工作原理具体描述如下：当电子开关K1导通时，变压器T1的初级绕组S0接到电源输入端201的正负两极，电源输入端201的电能在变压器T1的磁芯中储存，同时，变压器T1的次级绕组S1会感应得到一个次级感应电压（该电压大小由变压器T1的初级绕组S0和次级绕组S1的匝数比决定），该次级感应电压通过第二二极管D2为第二电容C2充电；当电子开关K1关断时，变压器T1的初级绕组S0中所储存的电能将通过其次级绕组S1产生一个反向的电压来释放，该反向的电压通过第三二极管D3为第三电容C3充电，同时，变压器T1的初级绕组S0的感应电压和电源输入端201的电压U1叠加后为第一电容C1充电。由于本实施例中第一升压单元203的第一电容C1、第二升压单元204的第二电容C2以及第三升压单元205的第三电容C3相互串连连接，因此，电源输出端202的电压Uout是第一电容C1正极的电压与第二电容C2正极的电压以及第三电容C3正极的电压的之和，本实施例通过选择合理的变压器T1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，可以使得本实施例满足高变比（比如25倍升压倍数）的升压要求。并且，由于电源输出端202所输出的一部分电能是在电子开关K1导通时传递到变压器T1的次级绕组S1的，因此，流过电子开关K1的电流相对较小。同时，电子开关K1关断时，由于电感L1的变比关系，使得该电子开关K1在关断时所承受的电压较低，从而使得本发明实施例中的电子开关K1可以选用低压小电流的电子开关，而低压小电流的电子开关的价格较便宜，从而本发明实施例实现了电子开关的低成本化，从而降低了电路的成本；并且，本发明的电源输出端202还设有用于滤波的电感和电容（即上述第四电容C4），从而使得本发明实施例的输出电压的纹波较小。

本发明升压拓扑电路可以应用于电视机的LED背光驱动电源中，以驱动电视机LED背光灯的点亮，以降低现有电视机中LED背光驱动电源的成本，以及减小其输出驱动电压的纹波。同理，本发明升压拓扑电路也可以应用于其他任何需要用到高压驱动电源的电子设备中。

本发明升压拓扑电路，通过相互串联的第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元配合一电子开关实现对电源输入端的电压进行升压目的，本发明中的电子开关可以采用低压小电流的电子开关，而低压小电流的电子开关的价格较便宜，从而使得本发明升压拓扑电路实现了电子开关的低成本化，从而降低了电路的成本；并且，本发明升压拓扑电路的电源输出端还设有用于滤波的电感和电容，从而使得本发明的输出电压的纹波较小。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种升压拓扑电路，其特征在于，包括用于输入待升压电源的电源输入端、用于输出升压后电源的电源输出端、用于将所述待升压电源进行升压的第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元、以及用于控制所述第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元的升压工作的电子开关；其中：

所述第一升压单元、第二升压单元及第三升压单元相互串联连接，一端与所述电源输入端的正极连接，另一端与所述电源输出端连接；所述电子开关的一端与所述第一升压单元连接，所述电子开关的另一端与所述电源输入端的负极之间；

所述第一升压单元包括一变压器的初级绕组、第一二极管和第一电容；所述第二升压单元包括所述变压器的次级绕组、第二二极管和第二电容；所述第三升压单元包括所述变压器的次级绕组、第三二极管和第三电容；所述变压器为带气隙的变压器；所述第一升压单元中第一电容的正极与第二升压单元中第二电容的负极连接，第二电容的正极与第三升压单元中的第三电容的负极连接；

当电子开关导通时，变压器的次级绕组的次级感应电压通过第二二极管为第二电容充电；当电子开关关断时，变压器的初级绕组中所储存的电能将通过次级绕组产生一个反向的电压来释放，该反向的电压通过第三二极管为第三电容充电，且变压器的初级绕组的感应电压和电源输入端的电压叠加后为第一电容充电。

2.根据权利要求1所述的升压拓扑电路，其特征在于，还包括用于滤波的电感和第四电容；所述电感的一端与所述第三升压单元连接，所述电感的另一端与所述电源输出端连接；所述第四电容的一端与所述电源输出端连接，所述第四电容的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的升压拓扑电路，其特征在于，所述第一电容为极性电容；所述第一二极管的阳极与所述变压器的初级绕组的异名端连接，所述变压器的初级绕组的同名端与所述电源输入端的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极与所述电源输入端的负极连接，所述第一电容的正极还与所述第二升压单元连接。

4.根据权利要求3所述的升压拓扑电路，其特征在于，所述第二电容为极性电容；所述第二电容的正极与所述变压器的次级绕组的同名端连接，且与所述第三升压单元连接，所述第二电容的负极与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述变压器的次级绕组的异名端连接。

5.根据权利要求4所述的升压拓扑电路，其特征在于，所述第三电容为极性电容；所述第三二极管的阳极与所述变压器的次级绕组的异名端连接，所述第三二极管的阴极与所述第三电容的正极连接，且经所述电感与所述电源输出端连接，所述第三电容的负极与所述变压器的次级绕组的同名端连接。