CN105006968A - 一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电压调试设备，尤其是涉及一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑。该电路为BUCK电路和BOOST电路串联演化而来，主要特点是较完全的BUCK电路和BOOST电路串联节省一个电感和一个电容器，简化电路结构，共用一个电感L1，该电路便适合于输入电压范围波动较宽的使用场合，也适合小型化电源设计，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压调试设备，尤其是涉及一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑。
背景技术
为解决人力发电机、风力发电机输出电压波动较大负载适应性差的问题，以及一些输入电压变化范围较宽的场合。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，包括：
一BUCK电路拓扑：当输入电压较高时，BUCK电路工作，BUCK电路控制器在检测到输出变高时会自动减小PWM1波脉宽，从而减小降压MOS管Q1的导通时间，迫使降压电路输出电压变低，这样构成了一个负反馈，使输出电压稳定；由于BOOST电路的输入就是BUCK电路的输出，BOOST电路又输出稳定，该级BOOST控制电路，会自动识别为不做任何调节，PWM4不发脉冲，相当于直接将BOOST电路输入输出直通；
一BOOST电路拓扑：与BUCK电路拓扑串联，且与BUCK电路拓扑共用一个电感L1；当输入电压下降时，BOOST电路控制器在检测到输出变低时会自动增大PWM1波脉宽，随着控制器进一步积分，一直调节到脉宽变为最大，处于饱和状态，使BUCK电路MOS管Q1导通时间为最大，这时相当于BUCK电路的输入与输出直接连通，当BOOST电路控制器在检测到输出低于预期时，就会自动增大PWM4波脉宽，使升压MOS管Q3导通时间变大，迫使BOOST电路输出电压稳定；通过这两级电路相互紧密配合，就能很好的解决在输入电压较宽范围变化时也能保证输出电压稳定；
一BUCK电路控制器：用于检测BUCK电路输出电压，当输入电压较高时，控制BUCK电路工作；
一BOOST电路控制器：用于检测BOOST电路输出电压，当输入电压较低时，控制BOOST电路工作。
在上述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，所述BUCK电路拓扑包括：一降压MOS管Q1；该降压MOS管Q1的漏极为拓扑正极输入端，栅极接两个并联的电阻R4和R2后与BUCK电路控制器连接，电容C3一端和电阻R7串联后与一二极管D1并联接入降压MOS管Q1源极；电容C3另一端与二极管另一端并联再与一电阻R3一端串接后接稳定直流电压输出电路拓扑的负极输入；电容C3另一端还与BUCK电路控制器和BOOST电路控制器连接；所述降压MOS管Q1的漏极和源极跨接串联的电阻R1和电容C2； 稳定直流电压输出电路拓扑的负极和正极还跨接一个电容C1，所述C1一端与压MOS管Q1漏极连接，另一端直接接入稳定直流电压输出电路拓扑的负极输出端；所述降压MOS管Q1源极接一电感L1后与BOOST电路拓扑的正极输入端连接，所述电阻R3与电容C3连接的一端接BOOST电路拓扑的负极输入端。
在上述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，所述BOOST电路拓扑包括一升压MOS管Q3；所述升压MOS管Q3的漏极为BOOST电路拓扑正极输入端且与电感L1连接，源极为BOOST电路拓扑的负极输入端，升压MOS管Q3的栅极接一电阻R8后与BOOST电路控制器连接，所述升压MOS管Q3的栅极和源极还跨接一电阻R9；电容C4和电阻R10以及二极管D2依次串联后再分别与电容C6、电容C7并联最后接在升压MOS管Q3的漏极和源极两端；电阻R12与电容C5并联后接到二极管D2两端；依次串联的电阻R15和R14，与依次串联的电阻R16和电阻R17并联后，再与电容C8并联，最后接到电容C7两端；所述电阻R17两端还并联一电阻R18；电容C7的两端分别是BOOST电路拓扑的正极输出端和负极输出端。
在上述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，所述BUCK电路控制器包括一PWM控制器U1以及与PWM控制器U1连接的外围电路；该BUCK电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对
电路输出电压由串联的电阻R15和R14分压后进行采样，
PWM控制器U1的15脚和13脚为辅助电源输入端；
5脚和6脚组成频率震荡器，所述频率震荡器包括接5脚的电容C5、以及与电容C5并联且接6脚的电阻R6；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R3和电阻R8串联后接16脚，电容C3与电阻R3和电阻R8并联，所述电阻R3和电阻R8的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D1、电阻R4、电阻R9依次串联后接9脚，电阻R2和电容C6串联后并联在电阻R4两端，电阻R2和电容C6的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过二极管D2、二极管D3、电阻R10、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2、电阻R13组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R1、R7、C2、R5、C4组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
5在上述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，所述BOOST电路控制器包括一PWM控制器U2以及与PWM控制器U2连接的外围电路；该BOOST电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对电路输出电压由串联的电阻R16和R17分压后进行采样；
PWM控制器U2的15脚和13脚为辅助电源输入端，5脚6脚组成频率震荡器；所述频率震荡器包括接5脚的电容C13、以及与电容C13并联且接6脚的电阻R18；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R15和电阻R20串联后接16脚，电容C11与电阻R15和电阻R20并联，所述电阻R15和电阻R20的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D4、电阻R16、电阻R21依次串联后接9脚，电阻R14和电容C14串联后并联在电阻R16两端，电阻R14和电容C14的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过D5、D6、R23、R22、Q3、Q4、R24组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R12、R19、C10、R17、C12组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
在上述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，所述BUCK电路控制器和BOOST电路控制器的PWM控制器均采用型号为SG2525的电源IC控制芯片。
正常工作时，BUCK电路控制器和BOOST电路控制器是相互独立的，自动根据输入电压的变化进行相应的升降压控制，实现稳定电压输出，以及限流控制。
因此，本发明具有如下优点：适合于输入电压范围波动较宽的使用场合，提高电源功率密度，降低成本，控制简单，尤其是适用于人力发电机，风力发电机等电压变化较宽的场合。
附图说明
图1 为BUCK电路拓扑和BOOST电路示意图。
图2为BUCK电路控制器示意图。
图3为BOOST电路控制器示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明主要包括：
一BUCK电路拓扑：当输入电压较高时，BUCK电路工作，BUCK电路控制器在检测到输出变高时会自动减小PWM1波脉宽，从而减小降压MOS管Q1的导通时间，迫使降压电路输出电压变低，这样构成了一个负反馈，使输出电压稳定；由于BOOST电路的输入就是BUCK电路的输出，BOOST电路又输出稳定，该级BOOST控制电路，会自动识别为不做任何调节，PWM4不发脉冲，相当于直接将BOOST电路输入输出直通；
一BOOST电路拓扑：与BUCK电路拓扑串联，且与BUCK电路拓扑共用一个电感L1；当输入电压下降时，BOOST电路控制器在检测到输出变低时会自动增大PWM1波脉宽，随着控制器进一步积分，一直调节到脉宽变为最大，处于饱和状态，使BUCK电路MOS管Q1导通时间为最大，这时相当于BUCK电路的输入与输出直接连通，当BOOST电路控制器在检测到输出低于预期时，就会自动增大PWM4波脉宽，使升压MOS管Q3导通时间变大，迫使BOOST电路输出电压稳定；通过这两级电路相互紧密配合，就能很好的解决在输入电压较宽范围变化时也能保证输出电压稳定；
一BUCK电路控制器：用于检测BUCK电路输出电压，当输入电压较高时，控制BUCK电路工作；
一BOOST电路控制器：用于检测BOOST电路输出电压，当输入电压较低时，控制BOOST电路工作。
其中，BUCK电路拓扑包括：一降压MOS管Q1；该降压MOS管Q1的漏极为拓扑正极输入端，栅极接两个并联的电阻R4和R2后与BUCK电路控制器连接，电容C3一端和电阻R7串联后与一二极管D1并联接入降压MOS管Q1源极；电容C3另一端与二极管另一端并联再与一电阻R3一端串接后接稳定直流电压输出电路拓扑的负极输入；电容C3另一端还与BUCK电路控制器和BOOST电路控制器连接；所述降压MOS管Q1的漏极和源极跨接串联的电阻R1和电容C2； 稳定直流电压输出电路拓扑的负极和正极还跨接一个电容C1，所述C1一端与压MOS管Q1漏极连接，另一端直接接入稳定直流电压输出电路拓扑的负极输出端；所述降压MOS管Q1源极接一电感L1后与BOOST电路拓扑的正极输入端连接，所述电阻R3与电容C3连接的一端接BOOST电路拓扑的负极输入端。
BOOST电路拓扑包括一升压MOS管Q3；所述升压MOS管Q3的漏极为BOOST电路拓扑正极输入端且与电感L1连接，源极为BOOST电路拓扑的负极输入端，升压MOS管Q3的栅极接一电阻R8后与BOOST电路控制器连接，所述升压MOS管Q3的栅极和源极还跨接一电阻R9；电容C4和电阻R10以及二极管D2依次串联后再分别与电容C6、电容C7并联最后接在升压MOS管Q3的漏极和源极两端；电阻R12与电容C5并联后接到二极管D2两端；依次串联的电阻R15和R14，与依次串联的电阻R16和电阻R17并联后，再与电容C8并联，最后接到电容C7两端；所述电阻R17两端还并联一电阻R18；电容C7的两端分别是BOOST电路拓扑的正极输出端和负极输出端。
BUCK电路控制器包括一PWM控制器U1以及与PWM控制器U1连接的外围电路；该BUCK电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对
电路输出电压由串联的电阻R15和R14分压后进行采样，
PWM控制器U1的15脚和13脚为辅助电源输入端；
5脚和6脚组成频率震荡器，所述频率震荡器包括接5脚的电容C5、以及与电容C5并联且接6脚的电阻R6；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R3和电阻R8串联后接16脚，电容C3与电阻R3和电阻R8并联，所述电阻R3和电阻R8的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D1、电阻R4、电阻R9依次串联后接9脚，电阻R2和电容C6串联后并联在电阻R4两端，电阻R2和电容C6的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过二极管D2、二极管D3、电阻R10、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2、电阻R13组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R1、R7、C2、R5、C4组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
BOOST电路控制器包括一PWM控制器U2以及与PWM控制器U2连接的外围电路；该BOOST电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对电路输出电压由串联的电阻R16和R17分压后进行采样；
PWM控制器U2的15脚和13脚为辅助电源输入端，5脚6脚组成频率震荡器；所述频率震荡器包括接5脚的电容C13、以及与电容C13并联且接6脚的电阻R18；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R15和电阻R20串联后接16脚，电容C11与电阻R15和电阻R20并联，所述电阻R15和电阻R20的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D4、电阻R16、电阻R21依次串联后接9脚，电阻R14和电容C14串联后并联在电阻R16两端，电阻R14和电容C14的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过D5、D6、R23、R22、Q3、Q4、R24组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R12、R19、C10、R17、C12组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
6 BUCK电路控制器和BOOST电路控制器的PWM控制器均采用型号为SG2525的电源IC控制芯片。
本发明为BUCK电路和BOOST电路串联演化而来，主要特点是较完全的BUCK电路和BOOST电路串联节省一个电感和一个电容器，简化电路结构，共用一个电感L1，该电路便适合于输入电压范围波动较宽的使用场合，也适合小型化电源设计，降低成本，
当输入电压较高时，降压电路工作（红框内），该级降压控制电路在检测到输出变高时会自动减小PWM1波脉宽，从而减小降压MOS管Q1的导通时间，迫使降压电路输出电压变低，这样构成了一个负反馈，使输出电压稳定；由于BOOST电路（绿框内）的输入就是BUCK电路的输出，BOOST电路又输出稳定，该级BOOST控制电路，会自动识别为不做任何调节，PWM4不发脉冲，相当于直接将BOOST电路输入输出直通。
同样当输入电压下降时，BUCK控制电路在检测到输出变低时会自动增大PWM1波脉宽，随着控制器进一步积分，一直调节到脉宽变为最大，处于饱和状态，使BUCK电路MOS管Q1导通时间为最大，这时相当于BUCK电路的输入与输出直接连通，当BOOST控制电路在检测到输出低于预期时，就会自动增大PWM4波脉宽，使升压MOS管Q13导通时间变大，迫使BOOST电路输出电压稳定；通过这两级电路相互紧密配合，就能很好的解决在输入电压较宽范围变化时也能保证输出电压稳定。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，包括：
一BUCK电路拓扑：当输入电压较高时，BUCK电路工作，BUCK电路控制器在检测到输出变高时会自动减小PWM1波脉宽，从而减小降压MOS管Q1的导通时间，迫使降压电路输出电压变低，这样构成了一个负反馈，使输出电压稳定；由于BOOST电路的输入就是BUCK电路的输出，BOOST电路又输出稳定，该级BOOST控制电路，会自动识别为不做任何调节，PWM4不发脉冲，相当于直接将BOOST电路输入输出直通；
一BOOST电路拓扑：与BUCK电路拓扑串联，且与BUCK电路拓扑共用一个电感L1；当输入电压下降时，BOOST电路控制器在检测到输出变低时会自动增大PWM1波脉宽，随着控制器进一步积分，一直调节到脉宽变为最大，处于饱和状态，使BUCK电路MOS管Q1导通时间为最大，这时相当于BUCK电路的输入与输出直接连通，当BOOST电路控制器在检测到输出低于预期时，就会自动增大PWM4波脉宽，使升压MOS管Q3导通时间变大，迫使BOOST电路输出电压稳定；通过这两级电路相互紧密配合，就能很好的解决在输入电压较宽范围变化时也能保证输出电压稳定；
一BUCK电路控制器：用于检测BUCK电路输出电压，当输入电压较高时，控制BUCK电路工作；
一BOOST电路控制器：用于检测BOOST电路输出电压，当输入电压较低时，控制BOOST电路工作。
2.根据权利要求1所述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，所述BUCK电路拓扑包括：一降压MOS管Q1；该降压MOS管Q1的漏极为拓扑正极输入端，栅极接两个并联的电阻R4和R2后与BUCK电路控制器连接，电容C3一端和电阻R7串联后与一二极管D1并联接入降压MOS管Q1源极；电容C3另一端与二极管另一端并联再与一电阻R3一端串接后接稳定直流电压输出电路拓扑的负极输入；电容C3另一端还与BUCK电路控制器和BOOST电路控制器连接；所述降压MOS管Q1的漏极和源极跨接串联的电阻R1和电容C2； 稳定直流电压输出电路拓扑的负极和正极还跨接一个电容C1，所述C1一端与压MOS管Q1漏极连接，另一端直接接入稳定直流电压输出电路拓扑的负极输出端；所述降压MOS管Q1源极接一电感L1后与BOOST电路拓扑的正极输入端连接，所述电阻R3与电容C3连接的一端接BOOST电路拓扑的负极输入端。
3.根据权利要求1所述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，所述BOOST电路拓扑包括一升压MOS管Q3；所述升压MOS管Q3的漏极为BOOST电路拓扑正极输入端且与电感L1连接，源极为BOOST电路拓扑的负极输入端，升压MOS管Q3的栅极接一电阻R8后与BOOST电路控制器连接，所述升压MOS管Q3的栅极和源极还跨接一电阻R9；电容C4和电阻R10以及二极管D2依次串联后再分别与电容C6、电容C7并联最后接在升压MOS管Q3的漏极和源极两端；电阻R12与电容C5并联后接到二极管D2两端；依次串联的电阻R15和R14，与依次串联的电阻R16和电阻R17并联后，再与电容C8并联，最后接到电容C7两端；所述电阻R17两端还并联一电阻R18；电容C7的两端分别是BOOST电路拓扑的正极输出端和负极输出端。
4.根据权利要求1所述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，所述BUCK电路控制器包括一PWM控制器U1以及与PWM控制器U1连接的外围电路；该BUCK电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对
电路输出电压由串联的电阻R15和R14分压后进行采样，
PWM控制器U1的15脚和13脚为辅助电源输入端；
5脚和6脚组成频率震荡器，所述频率震荡器包括接5脚的电容C5、以及与电容C5并联且接6脚的电阻R6；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R3和电阻R8串联后接16脚，电容C3与电阻R3和电阻R8并联，所述电阻R3和电阻R8的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D1、电阻R4、电阻R9依次串联后接9脚，电阻R2和电容C6串联后并联在电阻R4两端，电阻R2和电容C6的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过二极管D2、二极管D3、电阻R10、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2、电阻R13组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R1、R7、C2、R5、C4组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
5.根据权利要求1所述的一种适应宽范围输入稳压输出电路拓扑，其特征在于，所述BOOST电路控制器包括一PWM控制器U2以及与PWM控制器U2连接的外围电路；该BOOST电路控制器采用电源IC控制芯片SG2525，对电路输出电压由串联的电阻R16和R17分压后进行采样；
PWM控制器U2的15脚和13脚为辅助电源输入端，5脚6脚组成频率震荡器；所述频率震荡器包括接5脚的电容C13、以及与电容C13并联且接6脚的电阻R18；
16脚和2脚组成输出电压参考点，具体是电阻R15和电阻R20串联后接16脚，电容C11与电阻R15和电阻R20并联，所述电阻R15和电阻R20的连接点接2脚；
9脚为过流保护点，具体是二极管D4、电阻R16、电阻R21依次串联后接9脚，电阻R14和电容C14串联后并联在电阻R16两端，电阻R14和电容C14的连接点接地；
11脚和14脚产生PWM波，由于该IC单个脚只能产生最大50%的脉宽，而实际应用需要产生大于50%的脉宽PWM波，通过D5、D6、R23、R22、Q3、Q4、R24组 成的脉宽扩展电路可以满足实际使用需要；
1脚、3脚、R12、R19、C10、R17、C12组成电压负反馈电路，当输出电压降低时，调整PWM脉宽增大，迫使输出电压升高，同理当电压升高时，调整脉宽减小，迫使输出电压降低，实现稳压的目的。
6.根据权利要求1所述的一一种稳定直流电压输出电路拓扑，其特征在于，所述BUCK电路控制器和BOOST电路控制器的PWM控制器均采用型号为SG2525的电源IC控制芯片。
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