CN104184318A - 可调式dc-dc升压变换器以及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可调式DC-DC升压变换器，其连接在电源以及负载之间，其包括：控制单元、开关，其受控于控制单元；节能单元，其用于降低开关的功率损耗；升压单元，其用于对可调式DC-DC升压变换器输出的正向电压变为反向电压，并进行升压；调压单元，其用于调节可调式DC-DC升压变换器的输出电压；其中，当控制单元的脉冲输出端输出高电平时，开关断开，电源与负载断开，当控制单元的脉冲输出端输出低电平时，开关闭合，电源与负载连接，升压单元对输出电压升压。本发明还提出一种灯具。本发明能够有效地提高可调式DC-DC升压变换器的性能，根据需要调节的电压输出，并且电源转换效率高。

Description

可调式DC-DC升压变换器以及灯具

技术领域

本发明涉及一种电路，尤其涉及一种可调式DC-DC升压变换器以及灯具。

背景技术

现有技术中，输出负电压的DC-DC变换器的典型拓扑结构如图1所示，S是高频开关，相当于输入一个占空比可调的方波脉冲。L是储能电感，在开关S闭合期间以磁场方式储能，上正下负，在开关S断开期间将能量以电能形式释放，上负下正，实现了负电压输出。二极管D用于整流，保证在S闭合期间，电源电流只流入L支路，而在S断开期间，L可以通过D构成回路。电容C用于滤波，平滑输出电压。这种结构的DC-DC变换器可以升压也可以降压。但是，该种结构的DC-DC变换器升压性能差，升压幅度较小、并且无法调节电压的输出，电源转换效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种可调式DC-DC升压变换器以及灯具，能够解决现有技术的DC-DC变换器的升压的幅度小、无法调节输出、转换效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种可调式DC-DC升压变换器，其连接在电源以及负载之间，其包括：控制单元，其包括电源输入端、反馈输入端以及脉冲输出端，控制单元的电源输入端连接电源；开关，其受控于控制单元，其包括控制端、输入端以及输出端，开关的控制端连接控制单元的脉冲输出端，开关的输入端与电源之间连接有电感，开关的输出端接地；节能单元，其用于降低开关的功率损耗，其包括输入端、第一输出端以及第二输出端，节能单元的输入端连接控制单元的脉冲输出端，节能单元的第一输出端连接开关受控端，节能单元的第二输出端接地；升压单元，其用于对可调式DC-DC升压变换器输出的正向电压变为反向电压，并进行升压，其包括第一输入端、第一输出端以及第二输出端，升压单元的输入端连接开关的输入端，升压单元的第一输出端连接负载，升压单元的第二输出端接地；调压单元，其用于调节可调式DC-DC升压变换器的输出电压，其包括输入端、第一输出端以及第二输出端，调压单元的输入端连接升压单元的第一输出端，调压单元的第一输出端连接控制单元的反馈输入端，调压单元的第二输出端接地；其中，当控制单元的脉冲输出端输出高电平时，开关断开，电源与负载断开，当控制单元的脉冲输出端输出低电平时，开关闭合，电源与负载连接，升压单元对输出电压升压。

优选地，升压单元包括：第一电容、第一稳压管以及第二稳压管，第一电容的正极连接升压单元的输入端，第一电容的负极连接第一稳压管的阴极，第一稳压管的阳极连接升压单元的第一输出端，第二稳压管的阳极连接第一电容的负极，第二稳压管的阴极连接升压单元的第二输出端。

优选地，调压单元包括：第一电阻、第二电阻以及可调电阻，第二电阻的一端连接调压单元的输入端，第二电阻的另一端连接调压单元的第一输出端，第一电阻的一端连接第二电阻的另一端，第一电阻的另一端连接可调电阻至地。

优选地，节能单元包括：二极管、第一三极管、第二三极管以及第三电阻，二极管的阳极连接节能单元的输入端，二极管的阴极连接节能单元的第一输出端，第一三极管的集电极连接节能单元的输入端，第一三极管的发射极连接节能单元的第二输出端，第二三极管的发射极连接节能单元的第一输出端，第二三极管基极连接第一三极管的集电极，第二三极管的集电极连接第一三极管的基极，第三电阻的一端连接第一三极管的基极，第三电阻的另一端连接第一三极管的发射极。

优选地，开关为MOS管，MOS管的栅极为开关的控制端，MOS管的源极为开关的输入端，MOS管的漏极为开关的输出端。

优选地，控制单元包括反相开关调节器，反相开关调节器的端口VCC连接控制单元的电源输入端，反相开关调节器的端口FB连接控制单元的反馈输入端，反相开关调节器的的端口LX连接控制单元的脉冲输出端。

优选地，反相开关调节器的型号为MAX4391。

优选地，控制单元还包括下拉电阻，下拉电阻的一端连接控制单元的脉冲输出端，另一端接地。

本发明还提出一种灯具，包括如上所述的可调式DC-DC升压变换器。

与现有技术相比，本发明的可调式DC-DC升压变换器以及灯具，通过设置节能单元、升压单元以及调节单元，能够有效地提高可调式DC-DC升压变换器的性能，根据需要调节的电压输出，并且电源转换效率高。

附图说明

图1是现有技术的可调式DC-DC升压变换器的电路结构图。

图2是本发明的可调式DC-DC升压变换器的电路结构图。

附图标记说明如下：控制单元1  反相开关调节器IC1  下拉电阻R4   节能单元2  二极管D  第一三极管Q1  第二三极管Q2  第三电阻R3  升压单元3  第一电容C1  第一稳压管D1  第二稳压管D2  调压单元4  第一电阻R1  第二电阻R2  可调电阻RS  开关Q3  滤波电容C2  电感L1。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

请参阅图2，本发明的可调式DC-DC升压变换器，其连接在电源以及负载之间，其包括：控制单元1、开关Q3、节能单元2、升压单元3以及调压单元4。

控制单元1包括电源输入端、反馈输入端以及脉冲输出端，控制单元1的输入端连接电源。开关Q3包括控制端、输入端以及输出端，开关Q3的控制端连接控制单元1的脉冲输出端，开关Q3的输入端与电源之间连接有电感L1，开关Q3的输出端接地。节能单元2包括输入端、第一输出端以及第二输出端，节能单元2的输入端连接控制单元1的脉冲输出端，节能单元2的第一输出端连接开关Q3受控端，节能单元2的第二输出端接地。升压单元3包括第一输入端、第一输出端以及第二输出端，升压单元3的输入端连接开关Q3的输入端，升压单元3的第一输出端连接负载，升压单元3的第二输出端接地。调压单元4包括输入端、第一输出端以及第二输出端，调压单元4的输入端连接升压单元3的第一输出端，调压单元4的第一输出端连接控制单元1的反馈输入端，调压单元4的第二输出端接地。开关Q3受控于控制单元1，节能单元2用于降低开关Q3的功率损耗，升压单元3用于对可调式DC-DC升压变换器的输出电压进行升压，调压单元4用于调节可调式DC-DC升压变换器的输出电压。

其中，当控制单元1的脉冲输出端输出高电平时，开关Q3断开，电源与负载断开，当控制单元1的脉冲输出端输出低电平时，开关Q3闭合，电源与负载连接，升压单元3对输出电压升压。

控制单元1包括一反相开关调节器IC1以及下拉电阻R4。控制单元1的电源输入端为反相开关调节器IC1的端口VCC，控制单元1的反馈输入端为反相开关调节器IC1的端口FB，控制单元1的脉冲输出端为反相开关调节器IC1的端口LX。本实施例中，反相开关调节器IC1的型号为MAX4391。在其他实施例中，也可以采用诸如MAX4391、LTC1617这些反相开关调节芯片IC1，这里不作限制，根据具体的情况进行选择。下拉电阻R4的一端连接反相开关调节器IC1的端口LX，另一端接地。下拉电阻R4用于稳定反相开关调节器IC1的端口LX的低电平状态。

开关Q3为MOS管，MOS管的栅极为开关Q3的控制端，MOS管的源极为开关Q3的输入端，MOS管的漏极为开关Q3的输出端。本实施例中，MOS管为N沟道的MOS管。在其他实施例中，也可以使用三极管。本实施例中，反相开关调节器IC1从端口LX输出一个脉冲方波，由整流管D1整流之后，驱动一个N沟道的MOS管Q3，高电平输入时导通，低电平输入时截止。电感L1在一个脉冲周期内实现了储能和放电的循环，将电源电压进行了升压，在电感L1的另外一端输出一个正向电压。

节能单元2包括：二极管D、第一三极管Q1、第二三极管Q2以及第三电阻R3。二极管D的阳极连接节能单元2的输入端，二极管D的阴极连接节能单元2的第一输出端，第一三极管Q1的集电极连接节能单元2的输入端，第一三极管Q1的发射极连接节能单元2的第二输出端，第二三极管Q2的发射极连接节能单元2的第一输出端，第二三极管Q2基极连接第一三极管Q1的集电极，第二三极管Q2的集电极连接第一三极管Q1的基极，第三电阻R3的一端连接第一三极管Q1的基极，第三电阻R3的另一端连接第一三极管Q1的发射极。由于MOS管的栅极存在一个结电容，在较高的开关Q3频率下，此结电容会产生较大的功率损耗，影响变换器的转换效率。节能单元2使用第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三电阻R3构成的网络减少MOS管的开关Q3损耗。

升压单元3包括：第一电容C1、第一稳压管D1以及第二稳压管D2。第一电容C1的正极连接升压单元3的输入端，第一电容C1的负极连接第一稳压管D1的阴极，第一稳压管D1的阳极连接升压单元3的第一输出端，第二稳压管D2的阳极连接第一电容C1的负极，第二稳压管D2的阴极连接升压单元3的第二输出端。

调压单元4包括：第一电阻R1、第二电阻R2以及可调电阻RS。第二电阻R2的一端连接调压单元4的输入端，第二电阻R2的另一端连接调压单元4的第一输出端，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的另一端，第一电阻R1的另一端连接可调电阻RS至地。

可调式DC-DC升压变换器还包括滤波电容C2，滤波电容C2的正端接地，滤波电容C2用于滤波。

本发明还提出一种灯具，其包括如上所述的可调式DC-DC升压变换器。

下面结合图1来详细说明本发明的工作原理。

当反相开关调节器IC1的端口LX由高电平跳变为低电平时，若没有第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三电阻R3，由于MOS管栅极结电容的存在，结电容两端电压不允许突变，所以MOS管的导通会花费较长的时间，造成较大的开关Q3损耗。加上第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三电阻R3后，MOS管栅极的高电平会使第二三极管Q2导通，第二三极管Q2的导通会引起第一三极管Q1的导通，而第一三极管Q1的导通又反过来促进第二三极管Q2的进一步导通，所以两个三极管瞬间进入深度饱和状态。MOS管的栅极的结电容上积累的电荷可以在短时间内通过第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三电阻R3迅速释放掉，从而加快了MOS管的关断速度，减少MOS管的开关Q3损耗，提升了电路的转换效率。

当第一电容C1的正极端输入高电平时，第一稳压管D1导通，第二稳压管D2截止，第一电容C1开始充电；当第一电容C1的正极端的高电平跳变为低电平时，第一稳压管D1截止，第二稳压管D2导通，第一电容C1通过第二稳压管D2进行放电，输出一个负电压，此负电压等于第一电容C1上的电压、电感L1上的电压、电源电压的和，实现了升压及负电压输出。

利用反相开关调节器IC1的端口FB和可调电阻RS，实现输出电压的可调。端口FB是反相开关调节器IC1的输出反馈引脚，通过设置端口FB的输入电压，可以调节芯片的输出电压值。此处用第一电阻R1、第二电阻R2以及可调电阻RS构成一个电阻分压网络，通过调节可调电阻RS的阻值，即可实现输出电压的可调。

本发明将基于图1中的典型拓扑结构设计一款新颖的DC-DC变换器，主要改善的地方有三处：

1、通过一个简单的由分立元件构成的电荷泵电路，提高此可调式DC-DC升压变换器的升压性能，使其输出更高电压。

2、在可调式DC-DC升压变换器的反馈线路上加一个可调电阻RS，实现输出可调。

3、通过第一三极管Q1以及第二三极管Q2，减少外部开关管的开关Q3损耗，以提高整体电路的转换效率。

与现有技术相比，本发明的可调式DC-DC升压变换器以及灯具，通过设置节能单元、升压单元以及调节单元，能够有效地提高可调式DC-DC升压变换器的性能，根据需要调节的输出，并且电源转换效率高。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可调式DC-DC升压变换器，其连接在电源以及负载之间，其特征在于，其包括：

控制单元，其包括电源输入端、反馈输入端以及脉冲输出端，所述控制单元的电源输入端连接所述电源；

开关，其受控于所述控制单元，其包括控制端、输入端以及输出端，所述开关的控制端连接所述控制单元的脉冲输出端，所述开关的输入端与所述电源之间连接有电感，所述开关的输出端接地；

节能单元，其用于降低开关的功率损耗，其包括输入端、第一输出端以及第二输出端，所述节能单元的输入端连接所述控制单元的脉冲输出端，所述节能单元的第一输出端连接所述开关受控端，所述节能单元的第二输出端接地；

升压单元，其用于对所述可调式DC-DC升压变换器输出的正向电压变为反向电压，并进行升压，其包括第一输入端、第一输出端以及第二输出端，所述升压单元的输入端连接所述开关的输入端，所述升压单元的第一输出端连接所述负载，所述升压单元的第二输出端接地；

调压单元，其用于调节所述可调式DC-DC升压变换器的输出电压，其包括输入端、第一输出端以及第二输出端，所述调压单元的输入端连接所述升压单元的第一输出端，所述调压单元的第一输出端连接所述控制单元的反馈输入端，所述调压单元的第二输出端接地；

其中，当所述控制单元的脉冲输出端输出高电平时，所述开关断开，所述电源与负载断开，当所述控制单元的脉冲输出端输出低电平时，所述开关闭合，所述电源与负载连接，所述升压单元对所述输出电压升压。

2.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述升压单元包括：第一电容、第一稳压管以及第二稳压管，所述第一电容的正极连接所述升压单元的输入端，所述第一电容的负极连接所述第一稳压管的阴极，所述第一稳压管的阳极连接所述升压单元的第一输出端，所述第二稳压管的阳极连接所述第一电容的负极，所述第二稳压管的阴极连接所述升压单元的第二输出端。

3.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述调压单元包括：第一电阻、第二电阻以及可调电阻，所述第二电阻的一端连接所述调压单元的输入端，所述第二电阻的另一端连接所述调压单元的第一输出端，所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的另一端，所述第一电阻的另一端连接所述可调电阻至地。

4.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述节能单元包括：二极管、第一三极管、第二三极管以及第三电阻，所述二极管的阳极连接所述节能单元的输入端，所述二极管的阴极连接所述节能单元的第一输出端，所述第一三极管的集电极连接所述节能单元的输入端，所述第一三极管的发射极连接所述节能单元的第二输出端，所述第二三极管的发射极连接所述节能单元的第一输出端，所述第二三极管基极连接所述第一三极管的集电极，所述第二三极管的集电极连接所述第一三极管的基极，所述第三电阻的一端连接所述第一三极管的基极，所述第三电阻的另一端连接所述第一三极管的发射极。

5.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述开关为MOS管，所述MOS管的栅极为所述开关的控制端，所述MOS管的源极为所述开关的输入端，所述MOS管的漏极为所述开关的输出端。

6.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述控制单元包括反相开关调节器，所述反相开关调节器的端口VCC连接所述控制单元的电源输入端，所述反相开关调节器的端口FB连接所述控制单元的反馈输入端，所述反相开关调节器的的端口LX连接所述控制单元的脉冲输出端。

7.如权利要求6所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述反相开关调节器的型号为MAX4391。

8.如权利要求1所述的可调式DC-DC升压变换器，其特征在于，所述控制单元还包括下拉电阻，所述下拉电阻的一端连接所述控制单元的脉冲输出端，另一端接地。

9.一种灯具，其特征在于，所述灯具包括如权利要求1至8任意一项所述的可调式DC-DC升压变换器。