CN105356745B - 一种增量dc/dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种增量DC/DC变换器，属于直流电源电压变换技术领域。若直流电源的电压较高，可取该直流电源的一部分电压进行DC/DC变换，与未变换的那一部分直流电源电压正向迭加后向用电器具供电。该技术可用于光伏新能源发电、AC/DC变换等，在数据中心、地铁灯箱广告可具体应用。本发明设计的增量DC/DC变换器，电路简单，既可以使用现有的集成电路，也不需要选取较高耐压的功率元件，降低了成本，便于制作成系列化商品模块；实践证明还提高了电路变换效率，可靠性也得以增强。

Description

一种增量DC/DC变换器
技术领域
本发明为一种增量DC/DC变换器，属于直流电源电压变换技术领域。若直流电源的电压较高，可取该直流电源的一部分电压进行DC/DC变换，与未变换的那一部分直流电源电压正向迭加后向用电器具供电。该技术可用于光伏新能源发电、AC/DC变换等，在数据中心、灯箱广告等等都可应用。
背景技术
直流电源电压变换习惯称为DC/DC变换，特别是小功率、低电压DC/DC变换技术已很成熟，为简化电路设计，商家推出了很多集成电路，可是这些集成电路普遍耐压不高，一般只有30~40伏，个别的耐压能达到70伏，但价格很高。对于较高电压的DC/DC变换，例如100伏以上，这些集成电路易被较高电压击穿而无法使用。虽说可全部采用分立元件来设计DC/DC变换电路，但选取较高耐压的功率元件及其它元器件也会增高成本。需要寻求一种新的电路设计来解决这个问题。
发明内容
本发明取直流电源的一部分电压进行DC/DC变换，例如把这部分电压限制在30~40伏以下，则仍可使用商家推出的集成电路，与未参与变换的那一部分直流电源电压正向迭加后向用电器具供电。如果以未参与DC/DC变换的那一部分直流电源电压作基础，把参与DC/DC变换的这部分电压视作“增量”电压，则本发明可命名为“增量DC/DC变换”。
本发明的特征是：这种增量DC/DC变换器，可对电压较高的直流电源进行电压变换，取该直流电源的一部分电压进行DC/DC变换，与未变换的那一部分电压正向迭加后向用电器具供电。
1），进行DC/DC变换的直流电源Uin必须引出一个中间电极（2），只有该直流电源Uin的正极（1）和中间电极（2）之间的这部分电压U1参与DC/DC变换，并且以中间电极（2）作为DC/DC变换电路零电位参考点；这个DC/DC变换电路为现有技术，可采用已有集成电路或全部采用分立元件来设计；而中间电极（2）和该直流电源Uin的负极（3）之间的那部分电压U2不参与DC/DC变换。DC/DC变换后的正极输出（6）为输出电压Uout的正极，该直流电源Uin的负极（3）亦是输出电压Uout的负极。
2），取样电阻R4和电阻R5串联后必须跨接在输出电压Uout上，电阻R5上的分压作为取样电压，才能反映了输出电压Uout的变化，才能将DC/DC变换后的输出电压与不参与DC/DC变换的那部分电压U2正向迭加起来作为输出电压Uout。
3），由PNP三极管V1、电阻R1~ R5及负载电阻RL、稳压管VD1、三端可调精密电压基准N1组成除DC/DC变换电路之外的控制电路，其目的就是要得到一个控制点（4），与DC/DC变换电路的反馈控制点FB相连接。具体连接方式为：PNP三极管V1的发射极连接DC/DC变换后的电压输出端（6），三极管V1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接中间电极（2），三极管V1的集电极和电阻R1的连接点（4）连接DC/DC变换电路的反馈控制点FB；电阻R2的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的串联节点（5）连接三极管V1的基极，电阻R3的另一端连接稳压管VD1的负极，稳压管VD1的正极连接三端可调精密电压基准N1的阴极K引脚，三端可调精密电压基准N1的阳极A引脚连接直流电源B1的负极（3）；电阻R4的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R4和电阻R5的串联节点（7）连接三端可调精密电压基准N1的参考R引脚。负载RL的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），负载RL的另一端连接直流电源B1的负极（3）。
本发明设计的增量DC/DC变换器，电路简单，既可以使用现有的集成电路，也不需要选取较高耐压的功率元件，降低了成本，便于制作成系列化商品模块；实践证明还提高了电路变换效率，可靠性也得以增强。通常用电器具需要直流稳压电源供电，也有少数需要直流恒流供电（例如LED灯具）的，这些采用“增量DC/DC变换”都很容易实现。
附图说明
图1是本发明设计的直流电源输入的增量DC/DC变换器示意图。
图2是本发明设计的交流市电输入的增量DC/DC变换器示意图。
图3是本发明采用集成电路XL6010、稳压输出的增量DC/DC变换器一个实施例。
具体实施方式
下面结合实施例来解释附图和说明本发明的发明所在。
图1是本发明设计的以直流电源B1输入的增量DC/DC变换器示意图，这个“直流电源”B1可以是蓄电池或是光伏电池，它由多个单元电池串联组成。其中（1）端为直流电源B1的正极，（3）端为直流电源B1的负极，（2）端为从直流电源B1中某两个单元电池的串联节点引出的电极，把该电极约定称为“中间电极”。设（1）、（2）两端的电压为U1，（2）、（3）两端的电压为U2，如图1上所示，则直流电源B1的电压为Uin= U1+ U2。
作增量DC/DC变换时，仅电压U1参与变换，而电压U2不参与变换。电压U1的值要取得较低，例如小于30~40伏，这样便可使用商家推出的集成电路了。
图1中的方框A代表DC/DC变换的具体电路，它可以采用现有的集成电路，也可以是全部采用分立元件来设计DC/DC变换电路，由于它是现有技术，在这里用一个方框A来表示。方框A代表的DC/DC变换具体电路，有一个零电位参考点，这个零电位参考点为直流电源B1的中间电极（2），故方框A有一根接中间电极（2）的导线；另外要控制DC/DC变换后的电压稳定，方框A还引出了一个反馈控制点“FB”。方框A代表的DC/DC变换具体电路，其电源由B1的正极（1）输入，DC/DC变换后的电压输出端为（6）。
此外图1中余下的电路是本发明的技术特征，具体连接的方式为：PNP三极管V1的发射极连接DC/DC变换后的电压输出端（6），三极管V1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接中间电极（2），三极管V1的集电极和电阻R1的连接点（4）连接DC/DC变换电路的反馈控制点FB；电阻R2的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的串联节点（5）连接三极管V1的基极，电阻R3的另一端连接稳压管VD1的负极，稳压管VD1的正极连接三端可调精密电压基准N1的阴极K引脚，三端可调精密电压基准N1的阳极A引脚连接直流电源B1的负极（3）；电阻R4的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R4和电阻R5的串联节点（7）连接三端可调精密电压基准N1的参考R引脚。负载RL的一端连接DC/DC变换后的电压输出端（6），负载RL的另一端连接直流电源B1的负极（3）。
标号为N1的元件为TL431，是三端可调精密电压基准，该元件有阴极K、阳极A和参考R三个引脚。按图示接法，从阴极K处得到的电压为UKA=2.5[1+（R4/R5）]伏。增加一个稳压管VD1是为了帮助N1元件TL431能承受较高电压。
本电路工作原理如下：电阻R4的一端接DC/DC变换后的电压输出端（6），电阻R5的一端接直流电源B1的负极（3），端点（6）和端点（3）就是正向迭加后的输出电压Uout两端，其中端点（6）为该输出电压Uout的正极，端点（3）为该输出电压Uout的负极。由电阻R4和电阻R5分压后得到输出电压Uout的取样电压，取样电压从电阻R4和电阻R5的串联节点（7）引出。
因为电阻R4和电阻R5串联后跨接在输出电压Uout上，电阻R5上的分压作为取样电压，它反映了输出电压Uout的变化。如果DC/DC变换后的电压输出端（6）的电压上升，则取样电压也会上升，与N1元件TL431内部的带隙基准电压（该电压为2.5伏）进行比较，使得N1元件TL431的阴极K的电位降低，从而使PNP三极管V1的基极电流增加[该基极电流由端点（6）→V1的发射极→电阻R3→稳压管VD1→N1元件TL431→端点（3）]，引起三极管V1的集电极电流增加，该集电极电流流过电阻R1，使得电阻R1上的电压降也增加，即是三极管V1的集电极和电阻R1的串联节点（4）的电压上升，（4）连接着DC/DC变换电路的反馈控制点FB，DC/DC变换电路感知到反馈控制点FB的电压上升，便会自动调节电压输出端（6）的电压使之下降；反之若DC/DC变换后的电压输出端（6）的电压下降，DC/DC变换电路也便会自动调节电压输出端（6）的电压使之上升，达到稳压目的。
图2是本发明设计的交流市电输入的增量DC/DC变换器示意图。这里使用了工频变压器T1，T1的原边两端IN1和IN2接交流市电，变压器T1有两个副边绕组L1和L2。副边绕组L1通过整流桥VC1整流和电容C1滤波得到直流电压U1，副边绕组L2通过整流桥VC2整流和电容C2滤波得到直流电压U2。其中直流电压U1参与DC/DC变换，直流电压U2不参与DC/DC变换，直流电压U1的正极为（1），直流电压U2的负极为（3），将直流电压U1的负极与直流电压U2的正极相连接作为中间电极（2）。其余电路与图1相同，电路工作原理不再赘述。
如果使用现有集成电路作DC/DC变换，在输入纯直流电源的情况下，电源电压小于30~40伏便可以了；但要注意，交流电压通常是指有效值，而整流、滤波后得到的电压是峰值，还要考虑交流市电的电压不稳定，最大可能有±20%的变化。若以交流市电作电源，为保险起见，则副边绕组L1的交流电压要小于16.9~22.6伏。
图3是本发明采用集成电路XL6010、稳压输出的增量DC/DC变换器一个实施例，它以光伏电池B1作电源，B1的正极为（1），负极为（3），中间电极为（2）。虚线框内DC/DC变换采用的是生产厂家推荐的“SEPIC”电路拓扑，其特点是DC/DC变换的输出电压Uout既可以高于输入电压Uin，也可以低于输入电压Uin。虚线框内的集成电路芯片N01（XL6010）、电容C01~C05、耦合电感T01、二极管VD01等元件均为该“SEPIC”电路所需。整个虚线框内的DC/DC变换均以中间电极（2）作为零电位参考点，包括集成电路XL6010的接地引脚“GND” 也连接到中间电极（2），反馈控制引脚“FB”连接三极管V1的集电极和电阻R1的串联节点（4）。三极管V1、电阻R1~ R5及负载电阻RL、稳压管VD1、三端可调精密电压基准N1的连接方式均与图1、图2相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施范例而已，并非对发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范畴。

Claims (2)

1.一种增量DC/DC变换器，其特征在于：取直流电源的一部分电压进行DC/DC变换，与未变换的那一部分电压正向迭加后向用电器具供电，进行DC/DC变换的直流电源Uin必须引出一个中间电极(2)，由PNP三极管V1、电阻R1～R5及负载电阻RL、稳压管VD1、三端可调精密电压基准N1组成除DC/DC变换电路之外的控制电路；具体连接方式为：PNP三极管V1的发射极连接DC/DC变换后的电压输出端(6)，三极管V1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接中间电极(2)，三极管V1的集电极和电阻R1的连接点(4)连接DC/DC变换电路的反馈控制点FB；电阻R2的一端连接DC/DC变换后的电压输出端(6)，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的串联节点(5)连接三极管V1的基极，电阻R3的另一端连接稳压管VD1的负极，稳压管VD1的正极连接三端可调精密电压基准N1的阴极K引脚，三端可调精密电压基准N1的阳极A引脚连接直流电源B1的负极(3)；电阻R4的一端连接DC/DC变换后的电压输出端(6)，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接直流电源B1的负极(3)，电阻R4和电阻R5的串联节点(7)连接三端可调精密电压基准N1的参考R引脚；负载RL的一端连接DC/DC变换后的电压输出端(6)，负载RL的另一端连接直流电源B1的负极(3)。
2.如权利要求1所述的增量DC/DC变换器，其特征在于：只有该直流电源Uin的正极(1)和中间电极(2)之间的这部分电压U1参与DC/DC变换，并且以中间电极(2)作为DC/DC变换电路零电位参考点；而中间电极(2)和该直流电源Uin的负极(3)之间的那部分电压U2不参与DC/DC变换；DC/DC变换后的正极输出为输出电压Uout的正极，该直流电源Uin的负极(3)为输出电压Uout的负极。
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