CN102983745B - 一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统 - Google Patents

一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统，涉及电子领域，实现在准直通状态下电源的高效率输出，并且提高电路的电压输出精度。该电压调节方法具体包括，通过正线输入端和负线输入端接收待调整电压；将待调整电压采用固定开通时间调整关断时间的控制模式，改变占空比，得到一次调整电压；将一次调整电压采用固定关断时间，调整开通时间的控制模式，改变占空比得到输出电压。本发明应用于非隔离的直流准直通预稳压电源。

Description

一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统。
背景技术
电源模块(power module)是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路、数字信号处理器、微处理器、存储器、现场可编程门阵列及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点电源供应系统或使用点电源供应系统。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。模块电源具有隔离作用，抗干扰能力强，自带保护功能，便于集成。在需要进行电压转换的应用场景中电源模块又包括交流转换器或直流变换器。
对于各种电路，电源模块是比较常用的，现有的直流预稳压电源就是应用电源模块的隔离作用，同时电源转换器或直流变换器也应用于此种电路的架构中。
然而现有的直流稳压电源主要为采用完全隔离的电路构架和非隔离完全直通的电路构架，其中采用隔离构架的电路结构复杂电源输出效率低下且输出电压精度低。
发明内容
本发明的实施例提供一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统，可以实现在准直通状态下电源的高效率输出，并且提高电路的电压输出精度。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种预稳压电源电路，包括：升压单元，包括正线输入端和负线输入端以及对应所述正线输入端的第一正线输出端和对应所述负线输入端的第一负线输出端，其中所述正线输入端和所述负线输入端用于向所述升压单元输入待调整电压，其中所述第一正线输出端和所述第一负线输出端用于输出通过所述升压单元调整后的待调整电压得到一次待调整电压，其中所述升压单元采用压差频率控制所述待调整电压；降压单元，包括第一正线输入端和第一负线输入端以及对应所述第一正线输入端的正线输出端和对应所述第一负线输入端的负线输出端，其中所述第一正线输入端连接所述第一正线输出端，所述第一负线输入端连接所述第一负线输出端，其中所述第一正线输入端和所述第一负线输入端用于向所述降压单元输入所述一次待调整电压，其中所述正线输出端和所述负线输出端用于输出通过所述降压单元调整后的所述一次待调整电压得到输出电压，其中所述降压单元采用压差频率控制通过所述第一正线输入端和第一负线输入端输入的所述一次待调整电压。
在第一种可能的实现方式中，结合第一方面，所述预稳压电源电路还包括：第三电容、第四电容、正线电流控制模块和负线电流控制模块；所述正线电流控制模块包括：第一电容，所述第一电容的第一极与所述正线输入端相连，所述第一电容的第二极与所述负线输入端相连；第一电感，所述第一电感的第一极与所述正线输入端相连；第一驱动脉冲器，所述第一驱动脉冲器由第一MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)型场效应管和第三二极管构成，其中所述第一MOS型场效应管的漏极与所述第三二极管的负极相连，所述第一MOS型场效应管的源极与所述第三二极管的正极相连，所述第一MOS型场效应管的栅极输入第一电压调整脉冲信号，所述第一MOS型场效应管的漏极与所述第一电感的第二极连接；第一二极管，所述第一二级管的正极与所述第一电感的第二极相连，所述第一二极管的负极与所述第一正线输出端相连；第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输出端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输出端相连；所述第三电容第一极与所述第一MOS型场效应管的源极及所述负线输入端相连，所述第三电容的第二极与所述第一负线输出端相连；所述负线电流控制模块包括：所述第一电容，所述第一电容的第一极与所述正线输入端相连，所述第一电容的第二极与所述负线输入端相连；第二电感，所述第二电感第一极与所述负线输入端相连；第二驱动脉冲器，所述第二驱动脉冲器由第二MOS型场效应管和第四二极管构成，其中所述第二MOS型场效应管的漏极与所述第四二极管的负极相连，所述第二MOS型场效应管的源极与所述第四二极管的正极相连，所述第二MOS型场效应管的栅极输入第二电压调整脉冲信号，所述第二MOS型场效应管的源极与所述第二电感的第二极连接；第二二极管，所述第二二极管的负极与所述第二电感第二极相连，所述第二二极管正极与所述第一负线输出端相连；所述第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输出端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输出端相连；所述第四电容的第一极与所述第二MOS型场效应管的漏极及所述正线输入端相连，所述第四电容的第二极与所述第一正线输出端相连。
在第二种可能的实现方式中，结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，所述预稳压电源电路，还包括：所述降压单元，包括：所述第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输入端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输入端相连；第三驱动脉冲器，所述第三驱动脉冲器由第三MOS型场效应管和第六二极管构成，其中所述第三MOS型场效应管的漏极与所述第六二极管的负极相连，所述第三MOS型场效应管的源极与所述第六二极管的正极相连，所述第三MOS型场效应管的栅极输入第三电压调整脉冲信号，所述第三MOS型场效应管的漏极还与所述第一正线输入端相连；第五二极管，所述第五二极管负极与所述第三MOS型场效应管的源极相连，所述第五二极管的正极与所述第一负线输入端相连；第三电感，所述第三电感的第一极与所述第五二极管的负极一端相连；第五电容，所述第五电容的第一极与所述第三电感的第二极和所述正线输出端相连，所述第五电容的第二极与所述负线输出端相连。
第二方面，提供一种预稳压电源电路系统，包括：多个并联的预稳压电源电路，所述预稳压电源电路为第一方面、第一方面的第一种可能实现方式、第一方面的第二种可能实现方式所述的任一预稳压电源电路。
第三方面，提供一种电压调节方法，包括：通过正线输入端和负线输入端接收待调整电压；将所述待调整电压采用固定开通时间调整关断时间的控制模式，改变占空比，得到一次调整电压；将所述一次调整电压采用固定关断时间，调整开通时间的控制模式，改变占空比得到输出电压。
本发明的实施例提供的电压调节方法、预稳压电源电路及系统，升压单元采用压差频率控制分别控制通过所述正线输入端和负线输入端输入的电流得到一次待调整电压，降压单元采用压差频率控制对一次待调整电压调整，得到输出电压；在输入和输出电压压差小时，降低开关频率，实现准直通状态，电源实现高效率输出，并且提高电路的电压输出精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路示意图；
图3为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路系统的升压单元的正线电流控制模块示意图；
图4为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路系统的升压单元的负线电流控制模块示意图；
图5为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路系统的降压单元示意图；
图6为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路的升压单元的第一电压调整脉冲信号或第二电压调整脉冲信号示意图；
图7为本发明实施例提供的一种预稳压电源电路的降压单元的第三电压调整脉冲信号示意图；
图8为本发明实施例提供的一种准直通预稳压电源电路系统的电路图；
图9为本发明实施例提供的一种电压调节方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种预稳压电源电路，如图1所示，包括，升压单元11和降压单元12，其中：
升压单元11，包括正线输入端111和负线输入端112以及对应正线输入端111的第一正线输出端113和对应负线输入端112的第一负线输出端114，其中正线输入端111和负线输入端112用于向升压单元11输入待调整电压，其中第一正线输出端113和第一负线输出端114用于输出通过升压单元11调整后的待调整电压，其中升压单元11采用压差频率控制待调整电压；
降压单元12，包括第一正线输入端121和第一负线输入端122以及对应第一正线输入端121的正线输出端123和对应第一负线输入端122的负线输出端124，其中第一正线输入端121连接第一正线输出端113，第一负线输入端122连接第一负线输出端114，其中第一正线输入端121和第一负线输入端122用于向降压单元12输入一次待调整电压，其中正线输出端123和负线输出端124用于输出通过降压单元调整后的一次待调整电压得到输出电压，其中降压单元12采用压差频率控制通过所述第一正线输入端121和第一负线输入端122输入的所述一次待调整电压。
本发明的实施例提供的预稳压电源电路，升压单元采用压差频率控制分别控制通过所述正线输入端和负线输入端输入的电流得到一次待调整电压，降压单元采用压差频率控制对一次待调整电压调整，得到输出电压；实现在准直通状态下电源的高效率输出，并且提高电路的电压输出精度。
本发明的实施例提供一种预稳压电源电路，参照图2所示，包括：
第三电容C3、第四电容C4、正线电流控制模块21和负线电流控制模块22，其中：
如图3所示，正线电流控制模块21，包括：
第一电容C1，第一电容C1的第一极与正线输入端相连，第一电容C1的第二极与负线输入端相连；
第一电感L1，所述第一电感L1的第一极与正线输入端相连；
第一驱动脉冲器DRV1，第一驱动脉冲器DRV1由第一MOS型场效应管M1和第三二极管D3构成，其中第一MOS型场效应管M1的漏极与第三二极管D3的负极一端相连，第一MOS型场效应管M1的源极与第三二极管D3的正极一端相连；第一MOS型场效应管M1的栅极输入第一电压调整脉冲信号，第一MOS型场效应管M1的漏极与所述第一电感L1的第二极连接；
第一二极管D1，第一二级管D1的正极与第一电感L1第二极相连，第一二极管D1的负极与第一正线输出端相连；
第二电容C2，第二电容C2第一极与第一正线输出端相连，第二电容C2第二极与第一负线输出端相连；
第三电容C3，第三电容C3第一极与第一MOS型场效应管M1的源极及负线输入端相连；第三电容C3的第二极与第一负线输出端相连；
具体的结合图3和图6所示第一MOS型场效应管的栅极输入第一电压调整脉冲信号，通过调整该脉冲信号的占空比控制第一MOS型场效应管的开关频率，进而实现对输入电压和输出电压的压差调整，当第一电压调整脉冲信号占空比较高时，开关频率较高，输入电压和输出电压压差较大；具体的如图6所示，当该第一电压调整脉冲信号的波形为如图6所示的第二波形时，第一电压调整脉冲信号占空比较高，开关频率较高，输入电压和输出电压压差大。当第一电压调整脉冲信号占空比较低时，开关频率较低，输入电压和输出电压压差较小；具体的如图6所示，当该第一电压调整脉冲信号的波形为如图6所示的第一波形时，第一电压调整脉冲信号占空比较低，开关频率较低，输入电压和输出电压压差小。
MOS型场效应晶体管工作损耗有导通损耗和开关损耗，此时工作于升压单元的正线电流控制模块，要达到准直通需减小电路开关损耗。在输入和输出电压压差小时，MOS型场效应晶体管固定开通时间增加关断时间，降低开关频率，可以减小开关损耗，使电路工作在准直通状态。
如图4所示，负线电流控制模块22，包括：
第一电容C1，第一电容C1第一极与正线输入端相连，第一电容C1第二极与所述负线输入端相连；
第二电感L2，第二电感L2第一极与负线输入端相连；
第二驱动脉冲器DRV2，第二驱动脉冲器DRV2由第二MOS型场效应管M2和第四二极管D4构成，其中第二MOS型场效应管M2的漏极与所述第四二极管D4的负极一端相连，第二MOS型场效应管M2的源极与第四二极管D4的正极一端相连；第二MOS型场效应管的栅极输入第二电压调整脉冲信号，第二MOS型场效应管M2的源极与第二电感L2的第二极连接；
第二二极管D2，第二二极管D2负极与第二电感L2第二极相连，第二二极管D2正极与第一负线输出端相连；
第二电容C2，第二电容C2第一极与第一正线输出端相连，第二电容C2第二极与第一负线输出端相连。
第四电容C4，第四电容C4第一极与第二MOS型场效应管M2的漏极及正线输入端相连，第四电容C4的第二极与第一正线输出端相连；
具体的结合图4和图6所示，通过调整第一电压调整脉冲信号的占空比，可以调整负线回路上的电容即第三电容两端的电压，实现对第一负线输出端上电压的补偿，通过调整第二电压调整脉冲信号的占空比，可以调整正线回路上的电容即第四电容两端的电压，实现对第一正线输出端上电压的补偿，使正线输入端和负线输入端电流一致。
具体的第二MOS型场效应管的栅极输入第二电压调整脉冲信号，通过调整该脉冲信号的占空比控制第二MOS型场效应管的开关频率，进而实现对输入电压和输出电压的压差进行调整，当第二电压调整脉冲信号占空比较高时，开关频率较高，输入电压和输出电压压差较大；具体的如图6所示，当该第二电压调整脉冲信号的波形为如图6所示的第二波形时，第二电压调整脉冲信号占空比较高，开关频率较高，输入电压和输出电压压差大。当第二电压调整脉冲信号占空比较低时，开关频率较低，输入电压和输出电压压差较小；具体的如图6所示，当该第二电压调整脉冲信号的波形为如图6所示的第一波形时，第二电压调整脉冲信号占空比较低，开关频率较低，输入电压和输出电压压差小。
MOS型场效应晶体管工作损耗有导通损耗和开关损耗。此时工作于升压单元的正线电流控制模块，要达到准直通需减小电路开关损耗。在输入和输出电压压差小时，MOS型场效应晶体管固定开通时间增加关断时间，降低开关频率，可以减小开关损耗，使电路工作在准直通状态。
具体的，参照图5所示，降压单元12包括：
第二电容C2，第二电容C2的第一极与第一正线输入端相连，第二电容C2的第二极与第一负线输入端相连；
第三驱动脉冲器DRV3，第三驱动脉冲DRV3由第三MOS型场效应管M3和第六二极管D6构成，其中第三MOS型场效应管M3的漏极与第六二极管D6的负极一端相连，第三MOS型场效应管M3的源极与第六二极管D6的正极一端相连；第三MOS型场效应管的栅极输入第三电压调整脉冲信号，第三MOS型场效应管M3的漏极还与第一正线输入端相连；
第五二极管D5，第五二极管D5负极与第三MOS型场效应管M3的源极相连，第五二极管D5正极与第一负线输入端相连；
第三电感L3，第三电感L3第一极与第五二极管D5负极相连；
第五电容C5，第五电容C5第一极与第三电感L3第二极及正线输出端相连，第五电容C5第二极与负线输出端相连。
具体的结合图5和图7所示，第三MOS型场效应管的栅极输入第三电压调整脉冲信号，通过调整该脉冲信号的占空比控制第三MOS型场效应管的开关频率，进而实现对输入电压和输出电压的压差进行调整，当第三电压调整脉冲信号占空比较低时，开关频率较高，输入电压和输出电压压差较大；具体的如图7所示，当该第三电压调整脉冲信号的波形为如图7所示的第三波形时，第三电压调整脉冲信号占空比较低，开关频率较高，输入电压和输出电压压差大；当第三电压调整脉冲信号占空比较高时，开关频率较低，输入电压和输出电压压差较小；具体的如图7所示，当该第三电压调整脉冲信号的波形为如图7所示的第四波形时，第三电压调整脉冲信号占空比较高，开关频率较低，输入电压和输出电压压差小。
MOS型场效应晶体管工作损耗有导通损耗和开关损耗，此时工作于降压单元的正线电流控制模块，要达到准直通需减小电路开关损耗。在输入和输出电压压差小时，MOS型场效应晶体管固定关断时间增加导通时间，降低开关频率，可以减小开关损耗，使电路工作在准直通状态。
当然以上实施例中的第一MOS型场效应晶体管、第二MOS型场效应晶体管和第三MOS型场效应晶体管均是采用低电平导通的N型MOS型场效应晶体管为例进行说明的，当然以上任一或者全部MOS场效应晶体管采用P型MOS型场效应晶体管亦可行，只是需要重新调整各个MOS场效应晶体管栅极对应的输入电压调整脉冲信号的波形即可，这是本技术领域人员可以轻易想到变换因此也在本发明的保护范围内，这里不再赘述。
本发明的实施例提供的预稳压电源电路，升压单元采用压差频率控制分别控制通过所述正线输入端和负线输入端输入的电流得到一次待调整电压，降压单元采用压差频率控制对一次待调整电压调整，得到输出电压；在输入和输出电压压差小时，降低开关频率，实现在准直通状态下电源的高效率输出，并且提高电路的电压输出精度，同时还实现了地线电流控制功能。
本发明的实施例提供一种预稳压电源电路系统，如图8所示，包括：
多个并联的预稳压电源电路。其中输入侧为采用上述实施例中升压单元即包括正线电流控制模块和负线电流控制模块的升压拓扑，输出侧为采用上述实施例中降压单元构成的降压拓扑，所有并联的预稳压电源电路的输出电压最终并联输出，得到所需的输出电压。
本发明的实施例提供的预稳压电源电路系统，使电源工作在准直通状态，实现高精度的输出电压，提高了电压反馈环路响应速度，同时保证了电源的高效率，进一步的实现了地线电流控制功能，可以多模块并联输出，保证多模块并联输出时，负线电流的平衡。
本发明的实施例提供一种电压调节方法，该方法可以应用于如前述实施例所述的电源电路中。如图9所示，该方法包括：
S101、通过正线输入端和负线输入端接收待调整电压；
S102、将待调整电压采用固定开通时间调整关断时间的控制模式，改变占空比，得到一次调整电压；
S103、将一次调整电压采用固定关断时间，调整开通时间的控制模式，改变占空比得到输出电压。
本发明的实施例提供的电压调节方法，采用压差频率控制分别控制通过正线输入端和负线输入端输入的电流得到一次待调整电压，采用压差频率控制对一次待调整电压调整，得到输出电压；实现在准直通状态下电源的高效率输出，并且提高电路的电压输出精度。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种预稳压电源电路，其特征在于，包括：
升压单元，包括正线输入端和负线输入端以及对应所述正线输入端的第一正线输出端和对应所述负线输入端的第一负线输出端，其中所述正线输入端和所述负线输入端用于向所述升压单元输入待调整电压，其中所述第一正线输出端和所述第一负线输出端用于输出通过所述升压单元调整后的待调整电压得到一次待调整电压，其中所述升压单元采用压差频率控制所述待调整电压；
降压单元，包括第一正线输入端和第一负线输入端以及对应所述第一正线输入端的正线输出端和对应所述第一负线输入端的负线输出端，其中所述第一正线输入端连接所述第一正线输出端，所述第一负线输入端连接所述第一负线输出端，其中所述第一正线输入端和所述第一负线输入端用于向所述降压单元输入所述一次待调整电压，其中所述正线输出端和所述负线输出端用于输出通过所述降压单元调整后的所述一次待调整电压得到输出电压，其中所述降压单元采用压差频率控制通过所述第一正线输入端和第一负线输入端输入的所述一次待调整电压；
所述升压单元包括：第三电容、第四电容、正线电流控制模块和负线电流控制模块，其中，所述正线电流控制模块包括：
第一电容，所述第一电容的第一极与所述正线输入端相连，所述第一电容的第二极与所述负线输入端相连；
第一电感，所述第一电感的第一极与所述正线输入端相连；
第一驱动脉冲器，所述第一驱动脉冲器由第一MOS型场效应管和第三二极管构成，其中所述第一MOS型场效应管的漏极与所述第三二极管的负极相连，所述第一MOS型场效应管的源极与所述第三二极管的正极相连，所述第一MOS型场效应管的栅极输入第一电压调整脉冲信号，所述第一MOS型场效应管的漏极与所述第一电感的第二极连接；
第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一电感的第二极相连，所述第一二极管的负极与所述第一正线输出端相连；
第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输出端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输出端相连；
所述第三电容第一极与所述第一MOS型场效应管的源极及所述负线输入端相连，所述第三电容的第二极与所述第一负线输出端相 连；
所述负线电流控制模块包括：
所述第一电容，所述第一电容的第一极与所述正线输入端相连，所述第一电容的第二极与所述负线输入端相连；
第二电感，所述第二电感第一极与所述负线输入端相连；
第二驱动脉冲器，所述第二驱动脉冲器由第二MOS型场效应管和第四二极管构成，其中所述第二MOS型场效应管的漏极与所述第四二极管的负极相连，所述第二MOS型场效应管的源极与所述第四二极管的正极相连，所述第二MOS型场效应管的栅极输入第二电压调整脉冲信号，所述第二MOS型场效应管的源极与所述第二电感的第二极连接；
第二二极管，所述第二二极管的负极与所述第二电感第二极相连，所述第二二极管正极与所述第一负线输出端相连；
所述第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输出端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输出端相连；
所述第四电容的第一极与所述第二MOS型场效应管的漏极及所述正线输入端相连，所述第四电容的第二极与所述第一正线输出端相连。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述降压单元包括：
所述第二电容，所述第二电容的第一极与所述第一正线输入端相连，所述第二电容的第二极与所述第一负线输入端相连；
第三驱动脉冲器，所述第三驱动脉冲器由第三MOS型场效应管和第六二极管构成，其中所述第三MOS型场效应管的漏极与所述第六二极管的负极相连，所述第三MOS型场效应管的源极与所述第六二极管的正极相连，所述第三MOS型场效应管的栅极输入第三电压调整脉冲信号，所述第三MOS型场效应管的漏极还与所述第一正线输入端相连；
第五二极管，所述第五二极管负极与所述第三MOS型场效应管的源极相连，所述第五二极管的正极与所述第一负线输入端相连；
第三电感，所述第三电感的第一极与所述第五二极管的负极一端相连；
第五电容，所述第五电容的第一极与所述第三电感的第二极和所 述正线输出端相连，所述第五电容的第二极与所述负线输出端相连。
3.一种预稳压电源电路系统，其特征在于，包括多个并联的预稳压电源电路，所述预稳压电源电路为权利要求1～2所述的任一预稳压电源电路。
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