CN104467412A - 采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法，包括滤波电路、欠压锁定设置电路、电压转换电路、工作频率设置电路、误差放大电路、输出电压设置电路、输出滤波电路，输入电压范围为4.5V至17V，采用同步降压模式工作的电源转换器，输出电流可达8A，可调输入欠压锁定，该直流转换电路体积小、转换效率高，输出纹波可控制在10mV左右，可为数字电路提供稳定的1.2V或者3.3V等供电电压，以满足其低电压、大电流的工作需要。特点是：只需要较少的元器件即可实现低电压大电流的直流转换功能。电路体积较小，仅相当于同等功率的电源转换模块的十分之一，转换效率高，效率最高可达94%，具有很高的占空比，输出纹波低，可低至10mv左右。

Description

采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法

技术领域

本发明涉及一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法，用于满足要求输出电压低、输出电流大的小型化电源转换电路的产品。

背景技术

    目前，由于软件技术的进步和硬件功能的日益强大以及对产品小型化的要求，使数字电路中的DSP、ARM和FPGA等芯片的工作负荷力越来越大，因此对其供电电源的负载能力也有越来越高的要求，很多种单一的电源转换电路无法满足其正常工作所需要的低电压大电流指标要求。现有技术所采用的应对方法是采用多路电源转换电路，分别对不同集成电路进行单独供电，或者应用大功率隔离式电源转换模块对应用电路进行供电，采用多路电源转换电路单独供电，成倍的提高了设计成本，并成倍的增加了印制板使用面积，提高了设计难度和后期的生产调试；采用大功率隔离式电源转换模块，由于其电压转换效率较低，效率最高只能达到80%，对散热条件要求较高，需要添加相应的散热设备，使产品体积增大，由于较多的热量损耗也降低了产品的可靠性，而且输出电压伴随负载电流的变动会产生较大的波动，输出纹波大约为100mv左右，负载调整率不超过5%，影响后续负载电路的正常稳定工作。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及方法，输入电压范围为4.5V至17V，采用同步降压模式工作的电源转换器，输出电流可达8A，可调输入欠压锁定，该直流转换电路体积小、转换效率高，输出纹波可控制在10mV左右，可为数字电路提供稳定的1.2V或者3.3V等供电电压，以满足其低电压、大电流的工作需要。

本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法，其特征在于：包括设置在电路前端的滤波电路及欠压锁定设置电路、电压转换电路、工作频率设置电路、误差放大电路、输出电压设置电路、输出滤波电路，输入电源与所述滤波电路连接，滤波电路通过欠压锁定设置电路分别与电压转换电路、工作频率设置电路、输出电压设置电路、误差放大电路连接，所述误差放大电路通过输出滤波电路与后续的负载电路连接。

具体电路连接为：直流输入正分别连接电容C1和电阻R1的一端及电源芯片U1的4脚、5脚、6脚，直流输入负分别连接电容C1的另一端和电阻R2的一端及地，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连并接电源芯片U1的10脚，电源芯片U1的2脚、3脚、15脚接地，1脚通过电阻R3接地，8脚依次通过电阻R4、电容C2接地，7脚通过电阻R5接地，11脚、12脚接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R6和电容C3的一端并输出直流正，电阻R6的另一端接电源芯片U1的7脚，电容C3的另一端接地并输出直流负。

实现方法为：

电容C1作为电路前端的滤波电路，为后续电路工作提供稳定的输入电压；电源芯片U1作为电源转换的主控芯片为其他电路提供输入欠压锁定基准信号、输出电压基准信号、工作频率基准信号和误差校准信号，是该电压转换电路的核心组件，通过同步降压模式改变4.5V至17V输入电压的工作频率并产生输出电压基准信号，配合工作频率设定电路和输出电压箝位电路以实现电压转换功能，其较高的开关工作频率可实现较高的转换效率和高达8A的输出电路；电阻R1、电阻R2和电源芯片U1的第10引脚构成输入欠压锁定设置电路，通过调节电阻R1和电阻R2的比值大小来设定输入欠压锁定的临界值；电阻R3和U1的第1脚构成工作频率设置电路，通过调节电阻R3的阻值来改变电源的工作频率，以适应不同工作场合的电源工作频率需求，配合电源芯片U1开关控制功能来进行电压转换功能；电阻R4、电容C2和U1的第8引脚构成误差放大电路，用来确定误差放大器的增益和频响，确保电源转换电路正常稳定工作；电阻R5、R6和U1的第7引脚构成输出电压设置电路，由U1的第7引脚提供基准电压信号，通过调节电阻R5和电阻R6的比值来设置输出电压值；电感L1和电容C3构成输出滤波电路，通过合适的配比可将输出电压纹波控制在10mV左右，为后续负载电路提供稳定的1.2V或者3.3V工作电压。

本发明的特点是：通过控制工作电流模式来减少组件数量，设定高开关频率以减少电感器的体积，只需要较少的元器件即可实现低电压大电流的直流转换功能，并且自带输入欠压锁定功能和频率设置功能，可通过调节电路中的电阻阻值和电容容量大小来设定相应的技术指标，可在输出电压较低的情况下输出较大的工作电流。设计周期较短，只需要配置合适的电阻、电容、电感以达到设计指标。输出电压精度高，在满载的状态下，负载调整率可达0.5%，可以为后续电路提供稳定的供电电压。电路体积较小，仅相当于同等功率的电源转换模块的十分之一，转换效率高，效率最高可达94%，具有很高的占空比，输出纹波低，可低至10mv左右，可以很好的应用于集成电路中，为各种大功耗集成电路提供稳定的直流输入。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法，包括设置在电路前端的滤波电路及欠压锁定设置电路、电压转换电路、工作频率设置电路、误差放大电路、输出电压设置电路、输出滤波电路，输入电源与所述滤波电路连接，滤波电路通过欠压锁定设置电路分别与电压转换电路、工作频率设置电路、输出电压设置电路、误差放大电路连接，所述误差放大电路通过输出滤波电路与后续的负载电路连接。

具体电路连接为：直流输入正分别连接电容C1和电阻R1的一端及电源芯片U1的4脚、5脚、6脚，直流输入负分别连接电容C1的另一端和电阻R2的一端及地，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连并接电源芯片U1的10脚，电源芯片U1的2脚、3脚、15脚接地，1脚通过电阻R3接地，8脚依次通过电阻R4、电容C2接地，7脚通过电阻R5接地，11脚、12脚接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R6和电容C3的一端并输出直流正，电阻R6的另一端接电源芯片U1的7脚，电容C3的另一端接地并输出直流负。

实现方法为：

电容C1作为电路前端的滤波电路，为后续电路工作提供稳定的输入电压；电源芯片U1作为电源转换的主控芯片为其他电路提供输入欠压锁定基准信号、输出电压基准信号、工作频率基准信号和误差校准信号，是该电压转换电路的核心组件；电阻R1、电阻R2和电源芯片U1的第10引脚构成输入欠压锁定设置电路，通过调节电阻R1和电阻R2的比值大小来设定输入欠压锁定的临界值；电阻R3和U1的第1脚构成工作频率设置电路，通过调节电阻R3的阻值来改变电源的工作频率，以适应不同工作场合的电源工作频率需求；电阻R4、电容C2和U1的第8引脚构成误差放大电路，用来确定误差放大器的增益和频响；电阻R5、R6和U1的第7引脚构成输出电压设置电路，由U1的第7引脚提供基准电压信号，通过调节电阻R5和电阻R6的比值来设置输出电压值；电感L1和电容C3构成输出滤波电路，为后续负载电路提供稳定的工作电压。

电源芯片U1的型号为TPS54821。

Claims (1)

1.一种采用同步降压模式的低电压大电流直流转换电路及实现方法，其特征在于：包括设置在电路前端的滤波电路及欠压锁定设置电路、电压转换电路、工作频率设置电路、误差放大电路、输出电压设置电路、输出滤波电路，输入电源与所述滤波电路连接，滤波电路通过欠压锁定设置电路分别与电压转换电路、工作频率设置电路、输出电压设置电路、误差放大电路连接，所述误差放大电路通过输出滤波电路与后续的负载电路连接；

具体电路连接为：直流输入正分别连接电容C1和电阻R1的一端及电源芯片U1的4脚、5脚、6脚，直流输入负分别连接电容C1的另一端和电阻R2的一端及地，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连并接电源芯片U1的10脚，电源芯片U1的2脚、3脚、15脚接地，1脚通过电阻R3接地，8脚依次通过电阻R4、电容C2接地，7脚通过电阻R5接地，11脚、12脚接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R6和电容C3的一端并输出直流正，电阻R6的另一端接电源芯片U1的7脚，电容C3的另一端接地并输出直流负，电源芯片U1的型号为TPS54821；

实现方法为：

电容C1作为电路前端的滤波电路，为后续电路工作提供稳定的输入电压；电源芯片U1作为电源转换的主控芯片为其他电路提供输入欠压锁定基准信号、输出电压基准信号、工作频率基准信号和误差校准信号，是该电压转换电路的核心组件，通过同步降压模式改变4.5V至17V输入电压的工作频率并产生输出电压基准信号，配合工作频率设定电路和输出电压箝位电路以实现电压转换功能，其较高的开关工作频率可实现较高的转换效率和高达8A的输出电路；电阻R1、电阻R2和电源芯片U1的第10引脚构成输入欠压锁定设置电路，通过调节电阻R1和电阻R2的比值大小来设定输入欠压锁定的临界值；电阻R3和U1的第1脚构成工作频率设置电路，通过调节电阻R3的阻值来改变电源的工作频率，以适应不同工作场合的电源工作频率需求，配合电源芯片U1开关控制功能来进行电压转换功能；电阻R4、电容C2和U1的第8引脚构成误差放大电路，用来确定误差放大器的增益和频响，确保电源转换电路正常稳定工作；电阻R5、R6和U1的第7引脚构成输出电压设置电路，由U1的第7引脚提供基准电压信号，通过调节电阻R5和电阻R6的比值来设置输出电压值；电感L1和电容C3构成输出滤波电路，通过合适的配比可将输出电压纹波控制在10mV左右，为后续负载电路提供稳定的1.2V或者3.3V工作电压。