CN108429455B - 一种电源的电压转换电路及终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种电源的电压转换电路及终端设备,用于过滤电源纹波。电源的电压转换电路包括电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,电源输入端与PWM控制单元的输入端电性连接,PWM控制单元的输出端与纹波过滤单元的输入端电性连接,纹波过滤单元的输出端与电源输出端电性连接;纹波过滤单元包括第一电阻、第一电容和第一三极管,第一电阻的一端和第一三极管的集电极电性连接,并作为纹波过滤单元的输入端与PWM控制单元的输出端电性连接;第一电阻的另一端分别与第一电容的一端和第一三极管的基极电性连接;第一三极管的发射极构成纹波过滤单元的输出端,与电源输出端电性连接;第一电容的另一端接地连接。

Description

一种电源的电压转换电路及终端设备
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种电源的电压转换电路及终端设备。
背景技术
直流转换器是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置,其采用微电子技术,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成。
此前,一般使用低压差线性稳压器(LDO,low dropout regulator)作为直流转换器件,在其线性区域内运行的晶体管或场效应管,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。在LDO中,电池电压会因为充电和放电而改变,电池电压与LDO的输出电压之差会直接影响到能量转换的效率。
在现有技术中,为了保证一定的转换效率,选用脉冲宽度调制(PWM, Pulse WidthModulation)方式进行直流转换。PWM是一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管基极的偏置,来实现晶体管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变,这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。
然而,由于PWM器件内部结构复杂且反馈环路长,由于这类器件本身的固有特性,容易产生以锯齿波干扰为主的明显纹波,导致电源效率的降低。特别是在使用电池供电的小功率终端设备中,如智能穿戴手表、手机等,当纹波较强时,会造成浪涌电压或电流的产生,干扰数字电路的逻辑关系,从而影响了设备的运行稳定。
发明内容
本申请实施例提供了一种电源的电压转换电路及终端设备,用于解决电池供电的小功率设备中,将电池电压转换成所需要的工作电压时,纹波偏大的问题。
本申请实施例提供了一种电源的电压转换电路,包括电源输入端、PWM 控制单元和电源输出端,所述电源的电压转换电路还包括纹波过滤单元,所述电源输入端与所述PWM控制单元的输入端电性连接,所述PWM控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接,所述纹波过滤单元的输出端与所述电源输出端电性连接;
所述纹波过滤单元包括第一电阻、第一电容和第一三极管,所述第一电阻的一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接;
所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和所述第一三极管的基极电性连接;
所述第一三极管的发射极构成所述纹波过滤单元的输出端,与所述电源输出端电性连接;
所述第一电容的另一端接地连接。
可选地,所述纹波过滤单元还包括第一电感;
所述电阻的一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接包括:
所述第一电感的一端与所述第一电阻的一端电性连接;
所述第一电感的另一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接。
可选地,所述第一电感为可调电感。
可选地,所述纹波过滤单元还包括第二三极管,所述第二三极管与所述第一三极管级联连接。
可选地,所述第二三极管的数量为至少一个。
可选地,所述电源的电压转换电路还包括电压控制单元,所述PWM控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接包括:
所述PWM控制单元的输出端与所述电压控制单元的输入端电性连接;
所述电压控制单元的调整端与所述PWM控制单元的反馈端电性连接;
所述电压控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接。。
可选地,所述电压控制单元包括:
第二电感、第二电阻、第三电阻和第二电容;
所述第二电感的一端作为所述电压控制单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接;
所述第二电感的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第二电容的一端电性连接,并作为所述电压控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接;
所述第三电阻的一端分别与所述第二电阻的另一端和所述第二电容的另一端电性连接,并作为所述电压控制单元的调整端与PWM控制单元的反馈端电性连接;
所述第三电阻的另一端接地连接。
本申请实施例还提供了一种终端设备,所述终端设备包括如前述实施例任一项所述的电源的电压转换电路。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本实施例中,电源的电压转换电路包括电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,当使用该电源的电压转换电路供电时,纹波过滤单元用于对PWM控制单元调整的电压进行纹波过滤处理后,向所述电源输出端输出。其中,该纹波过滤单元包括第一电阻、第一电容和第一三极管,利用三极管的放大原理,第一三极管用于对第一电阻和第一电容组成的滤波电路的滤波效果进行放大,从而消除设备中PWM器件在电路中产生的纹波,提升设备的稳定性。
附图说明
图1为本申请实施例中电源的电压转换电路的一个示意图;
图2为本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个示意图;
图3为本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个示意图;
图4为本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个示意图;
图5为本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电源的电压转换电路及终端设备,用于解决电池供电的小功率终端设备中,将电池电压转换成所需要的工作电压时,纹波偏大的问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于理解,下面对本申请实施例中的具体流程进行描述,请参阅图1,本申请实施例中电源的电压转换电路的一个实施例包括:
电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,如图1所示,该电源输入端与该PWM控制单元的输入端电性连接,该PWM控制单元的输出端与该纹波过滤单元的输入端A电性连接,该纹波过滤单元的输出端B与该电源输出端电性连接。
其中,纹波过滤单元包括第一电阻R1、第一电容C1和第一三极管Q1,该纹波过滤单元的输入端A分别与第一电阻R1的一端和第一三极管Q1的集电极电性连接。此外,第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端和第一三极管Q1的基极电性连接,第一三极管Q1的发射极与该纹波过滤单元的输出端B电性连接,电容C1的另一端接地连接。
本实施例中,当使用图1所述实施例的电源的电压转换电路进行供电时,电源输入端提供电源,PWM控制单元采用预设的占空比,用于对该电源输入端输入电源的电压进行降压或者升压后,向纹波过滤单元输出相对稳定的电压。此时,由于PWM控制单元自身器件的固有特性,在电压转换的过程中容易产生纹波,本实施例中提供的纹波过滤单元用于消除这一部分纹波。
具体地,纹波过滤单元的输入端A分别与第一电阻R1的一端和第一三极管Q1的集电极电性连接,同时,第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端和第一三极管Q1的基极电性连接,第一三极管Q1的发射极与该纹波过滤单元的输出端B电性连接,第一电容C1的另一端接地连接。
其中,纹波过滤单元中的第一三极管Q1可以为NPN型,也可以为PNP 型,具体此处不做限定。下面以NPN型硅三极管为例对三极管Q1的作用进行说明:定义从基极流至发射极的电流为基极电流Ib,从集电极流至发射极的电流为集电极电流Ic,集电极电流受基极电流的控制,并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍,即电流变化被放大了β倍。因此,在本实施例中,将由电阻R1和电容C1产生变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。从而根据电压计算公式U=R*I可以算得,纹波电路单元的输出端B的电压就会发生相对应的变化。
本实施例中,电源的电压转换电路包括电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,当使用该电源的电压转换电路供电时,纹波过滤单元用于对PWM控制单元调整的电压进行纹波过滤处理后,向所述电源输出端输出。其中,该纹波过滤单元包括第一电阻R1、第一电容C1和第一三极管 Q1,利用三极管的放大原理,第一三极管Q1用于对第一电阻R1和第一电容 C1组成的滤波电路的滤波效果进行放大,从而消除设备中PWM器件在电路中产生的纹波,提升设备的稳定性。
本实际应用中,可根据实际对纹波质量控制的情况相对应地在电路中增加电感和/或增加三极管的数量,从而提供更好的纹波过滤效果。下面请参阅图2,本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个实施例包括:
电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,如图2所示,该电源输入端与该PWM控制单元的输入端电性连接,该PWM控制单元的输出端与该纹波过滤单元的输入端A电性连接,该纹波过滤单元的输出端B与该电源输出端电性连接。
其中,纹波过滤单元包括第一电阻R1、第一电容C1、第一电感L1和第一三极管Q1,该纹波过滤单元的输入端A分别与第一电感L1的一端、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极电性连接,第一电感L1的另一端与第一电阻R1的一端电性连接。第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端和第一三极管Q1的基极电性连接;第一三极管Q1的发射极与第二三极管 Q2的基极电性连接,第二三极管Q2的发射极与该纹波过滤单元的输出端B电性连接,第一电容C1的另一端接地连接。
具体地,第一电感L1可以为可调电感,在实际应用中,可以根据实际电路对纹波质量的要求调整第一电感L1的值;此外,第一电感L1也可以为固定电感,具体此处不做限定。
具体实现过程中,电源输出电压中的纹波可以通过示波器检测出来,若此时纹波分量不足以影响后级电路的工作,则无需第一电感L1接入,如果纹波分量对后级电路的工作造成影响,则可以接入第一电感L1,具体在应用过程中可以根据纹波分量的多少而具体决定第一电感L1具体的电感。
此外,第二三极管Q2用于对电路中的纹波效果进一步的放大,本实施例中并不对第二三极管Q2的数量进行限定。在实际应用中,当需要多个三极管进行放大作用时,可依据图2中第二三极管Q2与第一三极管Q1的连接方式进行连接,进一步提升电路中的纹波过滤效果。具体地,第二三极管Q2的数量可以为1、2、3……,例如,当第二三极管的数量为2时,请参阅图3,此时Q2与Q3的连接关系如图所示。
具体实现过程中,当第二三级管每增加一级,每一级三极管的放大倍数的乘积就是最终的放大倍数,具体在方案的实现过程中,当存在对纹波质量要求高的情况下,需要更高的放大倍数来乘以C1的容量,得到一个很大的等效电容来满足滤波后的低纹波要求。而在要求不太高的情况下,就不需要那么大的等效电容,三极管的级连数目就不用那么多级,在具体应用过程中以满足后级电路不受影响,能可靠工作为前提。
本实施例中,电源的电压转换电路包括电源输入端、PWM控制单元、电源输出端和纹波过滤单元,当使用该电源的电压转换电路供电时,纹波过滤单元用于对PWM控制单元调整的电压进行纹波过滤处理后,向所述电源输出端输出。其中,该纹波过滤单元包括第一电感L1、第一电阻R1、第一电容C1、第一三极管Q1和第二三极管Q2,利用三极管的放大原理,第一三极管Q1和第二三极管Q2用于对电感L1、电阻R1和电容C1组成的滤波电路的滤波效果进行放大,从而消除设备中PWM器件在电路中产生的纹波,提升设备的稳定性。
在实际应用中,电源的电压转换电路可以为输出电压可调节方式的电源,本申请实施例提供的纹波过滤单元同样适用。下面请参阅图4和图5,本申请实施例中电源的电压转换电路的另一个实施例包括:
电源输入端、PWM控制单元、电源输出端、电压控制单元和纹波过滤单元,如图4所示,该电源输入端与该PWM控制单元的输入端电性连接,该 PWM控制单元的输出端与电压控制单元的输入端电性连接,该电压控制单元的输出端与该纹波过滤单元的输入端A电性连接,该纹波过滤单元的输出端 B与该电源输出端电性连接。
本实施例中,纹波过滤单元的组成和连接方式与前述实施例类似,请参照前述实施例,此处不在赘述。此外,电压控制单元中通过调整端与PWM控制单元的反馈段电性连接,可以实现对输出电压的调节。
请参阅图5,本申请实施例中,电压控制单元具体可以为第二电感L2、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2组成。第二电感L2的一端作为电压控制单元的输入端与PWM控制单元的输出端电性连接,第二电感L2的另一端分别与第二电阻R2的一端和第二电容C2的一端电性连接,并作为所述电压控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接;第三电阻R3的一端分别与第二电阻R2的另一端和第二电容C2的另一端电性连接,并作为所述电压控制单元的调整端与PWM控制单元的反馈端电性连接,第三电阻R3的另一端接地连接。
在实际应用中,可以根据对各个组件的参数选取,实现对电源的电压转换电路的输出电压进行调节控制。
本实施例中,电源的电压转换电路包括电源输入端、PWM控制单元、电源输出端、电压控制单元和纹波过滤单元,当使用该电源的电压转换电路供电时,纹波过滤单元用于对PWM控制单元调整的电压进行纹波过滤处理后,向所述电源输出端输出。其中,该电压控制单元用于 实现对电源的电压转换电路的输出电压进行调节控制,该纹波过滤单元包括第一电阻R1、第一电容 C1和第一三极管Q1,利用三极管的放大原理,第一三极管Q1用于对第一电阻 R1和第二电容C1组成的滤波电路的滤波效果进行放大,从而消除设备中PWM 器件在电路中产生的纹波,提升设备的稳定性。
本申请实施例还提供了一种终端设备,该终端设备包括电源的电压转换电路,其中,该电源的电压转换电路为前述实施例所述的电源的电压转换电路,因此该终端设备包括以上实施例所述的电源的电压转换电路的有益效果,此处不再赘述。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种电源的电压转换电路,包括电源输入端、脉冲宽度调制PWM控制单元和电源输出端,其特征在于,所述电源的电压转换电路还包括纹波过滤单元,所述电源输入端与所述PWM控制单元的输入端电性连接,所述PWM控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接,所述纹波过滤单元的输出端与所述电源输出端电性连接;
所述纹波过滤单元包括第一电阻、第一电容和第一三极管,所述第一电阻的一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接;
所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和所述第一三极管的基极电性连接;
所述第一三极管的发射极构成所述纹波过滤单元的输出端,与所述电源输出端电性连接;
所述第一电容的另一端接地连接;
所述电源的电压转换电路还包括电压控制单元,所述PWM控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接包括:
所述PWM控制单元的输出端与所述电压控制单元的输入端电性连接;
所述电压控制单元的调整端与所述PWM控制单元的反馈端电性连接;
所述电压控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接;
所述电压控制单元包括:
第二电感、第二电阻、第三电阻和第二电容;
所述第二电感的一端作为所述电压控制单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接;
所述第二电感的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第二电容的一端电性连接,并作为所述电压控制单元的输出端与所述纹波过滤单元的输入端电性连接;
所述第三电阻的一端分别与所述第二电阻的另一端和所述第二电容的另一端电性连接,并作为所述电压控制单元的调整端与PWM控制单元的反馈端电性连接;
所述第三电阻的另一端接地连接。
2.根据权利要求1所述的电源的电压转换电路,其特征在于,所述纹波过滤单元还包括第一电感;
所述第一电阻的一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接包括:
所述第一电感的一端与所述第一电阻的一端电性连接;
所述第一电感的另一端和所述第一三极管的集电极电性连接,并作为所述纹波过滤单元的输入端与所述PWM控制单元的输出端电性连接。
3.根据权利要求2所述的电源的电压转换电路,其特征在于,所述第一电感为可调电感。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电源的电压转换电路,其特征在于,所述纹波过滤单元还包括第二三极管,所述第二三极管与所述第一三极管级联连接。
5.根据权利要求4所述的电源的电压转换电路,其特征在于,所述第二三极管的数量为至少一个。
6.一种终端设备,其特征在于,所述终端设备包括如权利要求1-5任意一项所述的电源的电压转换电路。
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