CN103036425B - 一种dc-dc变换器死负载 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DC-DC变换器死负载，包括：取样电阻Ri、控制电路、功率开关管Q、阻性负载Rd和负载接入端子OUT-，OUT+；所述取样电阻Ri一端与DC-DC变换器输出负极、控制电路的输入负端Cin-、控制电路的输出负端Cout-和功率开关管Q的发射极相连接；取样电阻Ri另一端连接DC-DC变换器负载接入端子OUT-和控制电路的输入正端Cin+；所述控制电路的输出正端Cout+连接功率开关管Q的门极；所述阻性负载Rd的一端连接功率开关管Q的集电极，阻性负载Rd另一端连接DC-DC变换器输出正极和负载接入端子OUT+；本发明保证了轻载和空载时DC-DC变换器负载电流的连续性，重载时节省电能。

Description

一种DC-DC变换器死负载
技术领域
本发明涉及一种DC-DC变换器死负载。
背景技术
DC-DC变换器是一种将直流电源变换为固定输出或稳定可调直流电压的变换器，其输出滤波电路一般采用LC滤波，经过电感滤波后的电流为锯齿波，则当DC-DC变换器输出端所带负载减小时，流过电感的电流同时减小，当电感电流减小到一定值时，锯齿波最低点降为零，若电感电流进一步减小，电感将进入不连续的工作状态，且当DC-DC变换器不带负载即空载时，由于没有负载电流流过电感，输出端检测不到电压也就无法进行调试工作；若想获得更加平滑的输出电流，只能通过设置更大的滤波电感，从而实现锯齿波最低点与最高点的差值减小，这样不仅增加了成本且会增大设备体积和重量；鉴于这些方面，通常滤波电感的设计原则是：所选择的电感其参数设定为当负载电流高于DC-DC变换器输出额定电流的10%时能够保证电感电流是连续的，据此那么设计一死负载，使得当负载电流不高于DC-DC变换器输出额定电流的10%时或DC-DC变换器空载时能够保证电感电流是连续的，同时当负载电流高于DC-DC变换器输出额定电流的10%时死负载不参与功率损耗和能量消耗，便有着必要的应用意义；参考图2所示，现有技术中也存在DC-DC变换器输出端连接死负载的情况，但死负载直接并联在输出端，持续连接在电路中，没有区别DC-DC变换器轻载和重载的不同工作状态，没有有效利用死负载，损耗功率消耗能量。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制设计巧妙、方便实用的DC-DC变换器死负载。
本发明的技术手段如下：
一种DC-DC变换器死负载，包括：取样电阻Ri、控制电路、功率开关管Q、阻性负载Rd和负载接入端子OUT-，OUT+；所述取样电阻Ri一端与DC-DC变换器输出负极、控制电路的输入负端Cin-、控制电路的输出负端Cout-和功率开关管Q的发射极相连接；取样电阻Ri另一端连接DC-DC变换器负载接入端子OUT-和控制电路的输入正端Cin+；所述控制电路的输出正端Cout+连接功率开关管Q的门极；所述阻性负载Rd的一端连接功率开关管Q的集电极，阻性负载Rd另一端连接DC-DC变换器输出正极和负载接入端子OUT+；
进一步地，所述控制电路包括运算单元、比较单元、驱动单元和电源V；
进一步地，所述电源V负极与DC-DC变换器的输出负极连接；
进一步地，所述运算单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运算放大器U1；所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻R1连接控制电路的输入正端Cin+；所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻R2连接控制电路的输入负端Cin-；所述运算放大器U1的输出端通过电阻R3连接运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端为所述运算单元的输出端；
进一步地，所述比较单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和比较器U2；所述比较器U2的反相输入端通过电阻R4连接运算单元的输出端；电阻R6、R7相串联连接在电源V正极和电源V负极之间；电阻R5的一端连接比较器U2的同相输入端，另一端与电阻R6和电阻R7的相接点连接；比较器U2的输出端通过电阻R8连接电源V正极；所述比较器U2的输出端为所述比较单元的输出端；
进一步地，所述驱动单元包括电阻R9、三极管S、电阻R10和电阻R11；所述三极管S的基极通过电阻R9连接比较单元的输出端；所述三极管S的集电极与电源V正极连接；所述三极管S的发射极通过电阻R10连接控制电路的输出负端Cout-；所述电阻R11的一端连接三极管S的发射极，另一端为控制电路的输出正端Cout+。
由于采用了上述技术方案，本发明通过在DC-DC变换器输出端设置的阻性负载回路上串接有功率开关管，采用控制电路控制功率开关管的通断，间接控制阻性负载的工作状态，使得阻性负载在空载和轻载情况下连接到DC-DC变换器输出端，保证了轻载和空载时DC-DC变换器负载电流的连续性；同时使得阻性负载在重载情况下与DC-DC变换器的输出端断开，保证了重载时DC-DC变换器的变换效率和节省电能，避免了传统DC-DC变换器当空载时不能调试且当重载时损耗功率消耗电能的问题。
附图说明
图1是本发明所述DC-DC变换器连接死负载的电路原理图；
图2是现有技术DC-DC变换器连接死负载的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示的一种DC-DC变换器死负载，包括：取样电阻Ri、控制电路、功率开关管Q、阻性负载Rd和负载接入端子OUT-，OUT+；所述取样电阻Ri一端与DC-DC变换器输出负极、控制电路的输入负端Cin-、控制电路的输出负端Cout-和功率开关管Q的发射极相连接；取样电阻Ri另一端连接DC-DC变换器负载接入端子OUT-和控制电路的输入正端Cin+；所述控制电路的输出正端Cout+连接功率开关管Q的门极；所述阻性负载Rd的一端连接功率开关管Q的集电极，阻性负载Rd另一端连接DC-DC变换器输出正极和负载接入端子OUT+；进一步地，所述控制电路包括运算单元、比较单元、驱动单元和电源V；所述电源V负极与DC-DC变换器的输出负极连接；所述运算单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运算放大器U1；所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻R1连接控制电路的输入正端Cin+；所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻R2连接控制电路的输入负端Cin-；所述运算放大器U1的输出端通过电阻R3连接运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端为所述运算单元的输出端；所述比较单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和比较器U2；所述比较器U2的反相输入端通过电阻R4连接运算单元的输出端；电阻R6、R7相串联连接在电源V正极和电源V负极之间；电阻R5的一端连接比较器U2的同相输入端，另一端与电阻R6和电阻R7的相接点连接；比较器U2的输出端通过电阻R8连接电源V正极；所述比较器U2的输出端为所述比较单元的输出端；所述驱动单元包括电阻R9、三极管S、电阻R10和电阻R11；所述三极管S的基极通过电阻R9连接比较单元的输出端；所述三极管S的集电极与电源V正极连接；所述三极管S的发射极通过电阻R10连接控制电路的输出负端Cout-；所述电阻R11的一端连接三极管S的发射极，另一端为控制电路的输出正端Cout+。
本发明的工作原理为：通过取样电阻Ri检测DC-DC变换器输出电流，取样电阻Ri两端产生与输出电流成正比的电压信号；电压信号经过控制电路控制功率开关管Q的开通和关断，从而控制阻性负载Rd的工作状态，当功率开关管开通时，阻性负载Rd并联在DC-DC变换器的输出端，阻性负载Rd流过电流；当功率开关管关断时，阻性负载Rd与DC-DC变换器的输出端断开，阻性负载Rd没有电流流过。
通常DC-DC变换器滤波电感的设计原则是：当负载电流高于额定电流的10%时，电感的选择应能保证电感电流连续；所以本发明设定当负载电流不高于10%额定电流或者空载时，功率开关管Q是导通的，这时阻性负载Rd并联接到DC-DC变换器输出端，其有电流流过从而使得电感电流也是连续的。
下面推算阻性负载Rd的阻值；当DC-DC变换器输出电流为10%额定电流时，设定DC-DC变换器输出额定功率为Pn；DC-DC变换器输出额定电压为Un；则阻性负载Rd的额定功率Pd=0.1*Pn，同时Rd=Un2/Pd=10Un2/Pn；
下面推算控制电路中各组成电阻的阻值大小关系；设定DC-DC变换器输出电流为I，电阻Ri两端电压为UI，电阻Ri的阻值很小，UI是一毫伏级电压，有UI=I*Ri，UI经过运算放大器U1的输出电压等于反馈电压Uf=（1+R3/R2）*UI=（1+R3/R2）*I*Ri；电阻R1是一平衡电阻，其作用是消除静态电流对运算放大器输出电压的影响，R1=(R2*R3)/(R2+R3)，取电阻R6=9*R7，电阻R6、R7对电压15V进行分压，得到比较器U2的参考电压为1.5V，电阻R8为比较器U2输出上拉电阻，当Uf小于参考电压时，比较器U2输出高电平UH，高电平UH经过电阻R9驱动三极管S，使得三极管S导通，这时电阻R10两端电压为+15V，+15V电压经过电阻R11驱动功率开关管Q导通，阻性负载Rd流过电流，保证电感电流连续；当Uf大于参考电压时，比较器U2输出低电平UL，三极管S不导通，这时电阻R10两端电压为0V，功率开关管Q不导通，阻性负载Rd没有电流流过，不消耗电能；即当输出电流不高于10%额定电流时，功率开关管Q开通，阻性负载Rd流过电流；当输出电流高于10%额定电流时，功率开关管Q关断，阻性负载Rd没有电流流过；当I=0.1*In时，设定反馈电压Uf等于参考电压值1.5V，则运算放大器U1的放大倍数Au=1.5/(0.1*In*Ri)=15/(In*Ri)；又有Au=Uf/UI=(1+R3/R2)；得出R3/R2=15/(In*Ri)-1；
本发明通过在DC-DC变换器输出端设置的阻性负载回路上串接有功率开关管，采用控制电路控制功率开关管的通断，间接控制阻性负载的工作状态，使得阻性负载在空载和轻载情况下连接到DC-DC变换器输出端，保证了轻载和空载时DC-DC变换器负载电流的连续性；同时使得阻性负载在重载情况下与DC-DC变换器的输出端断开，保证了重载时DC-DC变换器的变换效率和节省电能，避免了传统DC-DC变换器当空载时不能调试且当重载时消耗功率浪费电能的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种DC-DC变换器死负载，其特征在于包括：取样电阻Ri、控制电路、功率开关管Q、阻性负载Rd和负载接入端子OUT-，OUT+；所述取样电阻Ri一端与DC-DC变换器输出负极、控制电路的输入负端Cin-、控制电路的输出负端Cout-和功率开关管Q的发射极相连接；取样电阻Ri另一端连接DC-DC变换器负载接入端子OUT-和控制电路的输入正端Cin+；所述控制电路的输出正端Cout+连接功率开关管Q的门极；所述阻性负载Rd的一端连接功率开关管Q的集电极，阻性负载Rd另一端连接DC-DC变换器输出正极和负载接入端子OUT+；当负载电流不高于DC-DC变换器额定电流的10％时，所述功率开关管Q导通；
所述控制电路包括运算单元、比较单元、驱动单元和电源V；
所述电源V负极与DC-DC变换器的输出负极连接；
所述运算单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运算放大器U1；所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻R1连接控制电路的输入正端Cin+；所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻R2连接控制电路的输入负端Cin-；所述运算放大器U1的输出端通过电阻R3连接运算放大器U1的反相输入端；所述运算放大器U1的输出端为所述运算单元的输出端；
所述比较单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和比较器U2；所述比较器U2的反相输入端通过电阻R4连接运算单元的输出端；电阻R6、R7相串联连接在电源V正极和电源V负极之间；电阻R5的一端连接比较器U2的同相输入端，另一端与电阻R6和电阻R7的相接点连接；比较器U2的输出端通过电阻R8连接电源V正极；所述比较器U2的输出端为所述比较单元的输出端；
所述驱动单元包括电阻R9、三极管S、电阻R10和电阻R11；所述三极管S的基极通过电阻R9连接比较单元的输出端；所述三极管S的集电极与电源V正极连接；所述三极管S的发射极通过电阻R10连接控制电路的输出负端Cout-；所述电阻R11的一端连接三极管S的发射极，另一端为控制电路的输出正端Cout+。
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