CN106208696A - 水车式程控直流升压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水车式程控直流升压电路，包括芯片控制程序、并联充电串联升压电路、电压检测监控电路、PWM脉宽调制稳压电路；所述并联充电串联升压电路是由二极管、电容、升压程控开关组成的直流升压电路，直流升压电路由程控开关控制通断；所述PWM脉宽调制稳压电路是由功率三极管和滤波电容组成的、并由程序控制三极管通断、以实现输出频率可调的稳压电路。本发明依据电容储能的特点，通过电容并联充电、然后再自动转换成串联升压输出的结构，采用水车升压原理，实现直流电压升压的目的。
Description
技术领域
本发明涉及升压电路技术领域，尤其是涉及一种水车式程控直流升压电路。
背景技术
在电路设计中，直流降压很容易就可以实现，比如通过一个二极管就可以起到直流降压的作用。但直流升压电路却很复杂，也不容易实现。如图2所示，传统的直流升压电路都离不开电感或变压器，电感和变压器属感抗元件。社会上各行各业都大量使用感抗电器，比如：电机、注塑机、保温箱、电热水器、电暖器、电磁炉、电热壶等等。大量使用感抗电器会给国家的市电电源造成巨大的能源浪费，因为感性电路会使市电的无功功率增加，功率因素降低。如果用容性电路去补偿（中和）感性电路中多余的感性，从理论上绝对可以增加市电的有功功率，减少无功功率，从而提高市电电源的功率因素。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供一种水车式程控直流升压电路替代了传统的变压器或电感升压电路，取消了笨重的电感或变压器，既节省了成本，又提高了市电的功率因素，还为直流升压电路节省了硬件空间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水车式程控直流升压电路，包括芯片控制程序、并联充电串联升压电路、电压检测监控电路、PWM脉宽调制稳压电路；所述并联充电串联升压电路是由二极管、电容、升压程控开关组成的直流升压电路，直流升压电路由程控开关控制通断；所述PWM脉宽调制稳压电路是由功率三极管和滤波电容组成的、并由程序控制三极管通断、以实现输出频率可调的稳压电路。
所述芯片控制程序包括硬件单片机，所述单片机具有多个A/D转换电路端口。
所述电压检测监控电路，是由复数个电阻和单片机组成的直流电压检测电路，并由程序读取电压信息。
所述并联充电串联升压电路包括由二极管和电容串联支路D1和C1、D2和C2、D3和C3组成并联充电电路，所述升压程控开关包括两组程控同步开关，第一组程控同步开关K1、K2分别连接在三个电容之间，第二组程控同步开关分别连接C1与C3的负端、C2与C3的负端，两组程控同步开关不同时闭合。
本发明的有益效果如下：
本发明依据电容储能的特点，通过电容并联充电、然后再自动转换成串联升压输出的结构，采用水车升压原理，实现直流电压升压的目的。
本发明通过软件编程来控制电路中各个关键参数，以达到由电容并联充电结构自动转为电容串联升压的结构，应用软件编程技术轻易就实现了直流升压的目的。
本发明取消了电感或者变压器，采用了电容器进行并联充电，然后再串联升压的电路结构，利用了水车升压的原理。所以，本发明最大的贡献是可以为国家节约大量的电能。
附图说明
图1为本发明水车式程控直流升压电路图。
图2为现有的直流升压电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的水车式程控直流升压电路，包括芯片控制程序、并联充电串联升压电路1、电压检测监控电路2、PWM脉宽调制稳压电路3。所述芯片控制程序包括硬件单片机，该单片机必须具有多个A/D（模拟/数字）转换电路端口。所述并联充电升压电路是由二极管、电容、程控开关组成的直流升压电路，并由程控开关的通断，以实现直流升压的目的。所述电压检测监控电路，是由复数个电阻和单片机组成的直流电压检测电路，并由程序读取电压信息，以实现检测和监控输入电压是否正常的目的。所述PWM脉宽调制稳压电路是由功率三极管和滤波电容组成的，并由程序控制三极管的通断，以实现输出频率可调的稳压电路。
如图1所示：多组二极管和电容串联支路（D1和C1、D2和C2、D3和C3）并联组成并联充电电路。开关（K1和K2、K3和K4）和单片机共同组成自动转换电路，由电容并联充电自动转换成电容串联升压的电路结构，K1和K2、K3和K4两组个开关的通断由单片机端口VK1、VK2控制。其并联充电和串联升压的工作过程如下：并联充电时，K1和K2断开，K3和K4闭合，BT1提供直流电源，分别通过D1、D2和D3给C1、C2和C3充电。并联充电完成后，由单片机程序控制，先自动断开K3和K4，然后再自动闭合K1和K2。此时，三个电容就由并联结构自动转换成了串联结构。输出电压由原来的Vcc，变成了3Vcc，实现升压的目的。图中，D1 、D2和D3的作用是：在电容并联结构转换成电容串联结构时防止电容短路。K1和K2组成一组开关，K3和K4组成一组开关，两组开关一定不能同时闭合，但允许同时断开。
电阻（R1、R2、R3）和RC1端口组成电压检测和监控电路。R1和R2组成分压电路，R3起限流作用，RC1连通单片机端口。通过电阻R2上的电压可以检测出电容串联后输出的电压值，同时通过单片机也可以监控升压电路的电压值是否正常。
二极管D4和电容C4组成充电滤波电路，其中D4起到防止电路反充电作用。三极管Q1和电容C5组成脉宽调压稳压电路，电阻（R5、R6和R7）组成输出电压的检测监控电路。工作过程描述如下：经过前面电容串联升压后，D4给C4一直充电，以保证电源的供给。参见单片机电路4，端口B1与单片机连接，通过单片机来控制Q1的通断，就可以调节Q1开关的导通频率，以达到可调节输出电压的占空比的目的，从而实现调节输出电压值的目的。输出电压通过C5电容进行滤波和稳压。最后再通过R5、R6、R7组成的输出电压检测电路，以监控输出电压是否正常。其中，RC2与单片机连接，通过单片机来检测输出电压值的大小，同时又根据输出电压值的大小来监控和调节Q1的占空比。以实现输出电压的稳定的目的。
K1-K4开关根据应用场合的需要可以选择光藕、光电开关或继电器等。如果选择继电器则要考虑继电器的寿命与工作频率的谐调问题。参见图1，K1-K4四个开关也都是由单片机程序控制的，分别受VK1-VK4进行控制。四个开关可采用继电器式控制开关，也可采用光藕开关电路5。
综上所述，现以举例说明，假设由3V的蓄电池供电，要求输出5V的直流电压。根据PWM调频电路的特点，输入电压必须大于输出电压2.5V以上，我们取4V，则输入电压值为：5V+4V=9V。则需要的电容充电电路为：9V/3V=3（组），也就是说需要3组电容并联充电。以此类推，可以根据输出电压值的大小来确定并联充电电路的组数。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.水车式程控直流升压电路，其特征在于：包括芯片控制程序、并联充电串联升压电路、电压检测监控电路、PWM脉宽调制稳压电路；所述并联充电串联升压电路是由二极管、电容、升压程控开关组成的直流升压电路，直流升压电路由程控开关控制通断；所述PWM脉宽调制稳压电路是由功率三极管和滤波电容组成的、并由程序控制三极管通断、以实现输出频率可调的稳压电路。
2.根据权利要求1所述水车式程控直流升压电路，其特征在于：所述芯片控制程序包括硬件单片机，所述单片机具有多个A/D转换电路端口。
3.根据权利要求2所述水车式程控直流升压电路，其特征在于：所述电压检测监控电路，是由复数个电阻和单片机组成的直流电压检测电路，并由程序读取电压信息。
4.根据权利要求1-3任一所述水车式程控直流升压电路，其特征在于：所述并联充电串联升压电路包括由二极管和电容串联支路D1和C1、D2和C2、D3和C3组成并联充电电路，所述升压程控开关包括两组程控同步开关，第一组程控同步开关K1、K2分别连接在三个电容之间，第二组程控同步开关分别连接C1与C3的负端、C2与C3的负端，两组程控同步开关不同时闭合。
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