CN108683333A - 一种单输入双输出的直流电源电路 - Google Patents

一种单输入双输出的直流电源电路 Download PDF

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陆玮
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    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

本发明涉及直流电源技术领域，具体为一种单输入双输出的直流电源电路，包括输入直流电压源Us、电容C1、电容C2、可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3、第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，本发明具有一个输入电压VIN，两个输出电压VOUT1和VOUT2，其VOUT1输出正电压，VOUT2输出负电压，且包含两个负反馈环路，其中一个反馈环路通过控制可控电流源I1来控制稳定直流电压VOUT1，另一个反馈环路控制电路通过控制两个可控电流源I2和I3来控制稳定直流电压VOUT2，本发明能够实现对两个输出电压的高精度闭环控制，输出一个正电压和一个负电压，并且电压转换效率高。

Description

一种单输入双输出的直流电源电路
技术领域
本发明涉及直流电源技术领域，具体为一种单输入双输出的直流电源电路。
背景技术
随着电子技术的不断发展，越来越多的电子设备的电路结构中，需要提供两种以上不同的电压供不同负载使用。
现有的多电压输出电路，一般利用全桥或者半桥电路将直流输入电压逆变成高频交流电，再利用多绕组高频变压器将其转换为不同幅值的高频交流电，最后利用整流电路将不同幅值的高频交流电分别整流成不同电压的直流电，从而提供不同的输出电压以供不同负载使用。这种电路结构中，由于需要逆变和整流两个过程，从而导致电路结构复杂，电路干扰因素多，电路输出稳定性差。针对这一问题，中国专利公开号为CN107040134A的发明专利公开了一种双输出直流变换电路(如图1所示)，其虽然解决了现有多电压输出电路电路结构复杂的问题，但其双输出的均为正电压，而且也无法满足需要正电压和负电压输出的特殊场合的应用，并且其两路输出也不能独立控制。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种单输入双输出的直流电源电路。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种单输入双输出的直流电源电路，包括输入直流电压源、电容C1、电容C2、可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3、第一反馈控制电路和第二反馈控制电路；所述可控电流源I1的控制极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，负极分别与输入直流电压源的正极和可控电流源I2的负极相连，正极与电容C1的一端相连；所述可控电流源I2的控制极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，正极分别与可控电流源I3的负极相连、电容C1的另一端和电容C2的一端相连；所述可控电流源I3的控制极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，正极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连；所述第一反馈控制电路的第二连接端和第三连接端分别与电容C1的两端相连；所述第二反馈控制电路的第三连接端和第四连接端分别与电容C2的两端相连；所述电容C1两端之间的电压作为输出正电压，所述电容C2两端之间的电压作为输出负电压，所述第一反馈控制电路通过控制可控电流源I1来控制输出正电压，所述第二反馈控制电路通过控制可控电流源I2和可控电流源I3来控制输出负电压。。
上述技术方案中，可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3均可以通过功率半导体器件来实现，具体包括以下几种实现方案：
第一种优选方案：所述可控电流源I1为PMOS管Q1，所述可控电流源I2为PMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；所述PMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与输入直流电压源的正极和PMOS管Q2的源极相连，漏极与电容C1的一端相连；所述PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
第二种优选方案：所述可控电流源I1为NMOS管Q1，所述可控电流源I2为NMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；所述NMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与输入直流电压源的正极和NMOS管Q2的漏极相连，源极与电容C1的一端相连；所述NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
第三种优选方案：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为PMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和PMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C1的一端相连；所述PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
第四种优选方案：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为NMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和NMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C1的一端相连；所述NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
第五种优选方案：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为PNP型三极管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和PNP型三极管Q2的发射极相连，集电极与电容C1的一端相连；所述PNP型三极管Q2的基极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，集电极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明能够实现对两个输出电压的高精度闭环控制，输出一个正电压和一个负电压；
2.本发明电压转换效率高。
附图说明
图1是背景技术的电路结构示意图；
图2是本发明的电路结构示意图；
图3是本发明的电路结构示意图；
图4是本发明实施例1的电路结构示意图；
图5是本发明实施例2的电路结构示意图；
图6是本发明实施例3的电路结构示意图；
图7是本发明实施例4的电路结构示意图；
图8是本发明实施例5的电路结构示意图。
具体实施方式
结合图2至图8，详细说明本发明的具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图2所示，一种单输入双输出的直流电源电路，包括输入直流电压源Us、电容C1、电容C2、可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3、第一反馈控制电路和第二反馈控制电路；
可控电流源I1的控制极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，负极分别与输入直流电压源的正极和可控电流源I2的负极相连，正极与电容C1的一端相连；
可控电流源I2的控制极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，正极分别与可控电流源I3的负极相连、电容C1的另一端和电容C2的一端相连；
可控电流源I3的控制极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，正极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连；
第一反馈控制电路的第二连接端和第三连接端分别与电容C1的两端相连；
第二反馈控制电路的第三连接端和第四连接端分别与电容C2的两端相连；
电容C1两端之间的电压作为输出正电压，电容C2两端之间的电压作为输出负电压。
图2所示的直流电源电路中，具有一个输入电压VIN，两个输出VOUT1和VOUT2，其VOUT1输出正电压，VOUT2输出负电压。该电源电路包含两个负反馈环路(第一反馈控制电路和第二反馈控制电路)，分别用于控制稳定直流输出电压VOUT1和VOUT2：第一反馈控制电路通过控制可控电流源I1来控制稳定直流电压VOUT1，当VOUT1高于目标值时，可以降低I1，反之当输出电压低于目标值时，可以升高I1。I1连接输入端N1和输出端N3，I1提供电容C1和C2的充电电流和负载电流ILOAD1，在VOUT1输出达到稳态时，I1＝ILOAD1；第二反馈控制电路通过控制两个可控电流源I2和I3来控制稳定直流电压VOUT2，其中I2对C2进行充电，I3对C2进行放电，当VOUT2高于目标值时，可以降低I2或者升高I3；反之当VOUT2低于目标值时，可以升高I2或者降低I3。因为VOUT2有一部分电流是通过I1来提供，当实际负载电流大于I1时，这时需要从输入端来提供这个差值，这部分电流由I2来提供；而当实际负载电流小于I1时，这是需要把I1提供的一部分电流导向地，由I3来实现这个功能。在VOUT2输出达到稳态时，I1+I2-I3＝ILOAD2。
从上述描述可以看出，本发明能够实现对两个输出电压的高精度闭环控制，同时能够满足高效率的要求，例如将本发明应用于IGBT门驱动时，ILOAD1＝ILOAD2，电源的整体效率＝(VOUT1+VOUT2)/VIN。
图2所示的技术方案中，3个可控电流源I1、I2、I3均可以通过功率半导体器件实现，如图3所示(图3中I1为Q1、I2为Q2、I3为Q3)。
下面对图3所示的技术方案进行具体设计：
第一种优选方案：如图4所示，可控电流源I1为PMOS管Q1，可控电流源I2为PMOS管Q2，可控电流源I3为NMOS管Q3；PMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的正极和PMOS管Q2的源极相连，漏极与电容C1的一端相连；PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的负极和电容C2的另一端相连。
第二种优选方案：如图5所示，可控电流源I1为NMOS管Q1，可控电流源I2为NMOS管Q2，可控电流源I3为NMOS管Q3；NMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与输入直流电压源Us的正极和NMOS管Q2的漏极相连，源极与电容C1的一端相连；NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的负极和电容C2的另一端相连。
第三种优选方案：如图6所示，可控电流源I1为PNP型三极管Q1，可控电流源I2为PMOS管Q2，可控电流源I3为NMOS管Q3；PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源Us的正极和PMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C2的一端相连；PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的负极和电容C2的另一端相连。
第四种优选方案：如图7所示，可控电流源I1为PNP型三极管Q1，可控电流源I2为NMOS管Q2，可控电流源I3为NMOS管Q3；PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源Us的正极和NMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C1的一端相连；NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的负极和电容C2的另一端相连。
第五种优选方案：如图8所示，可控电流源I1为PNP型三极管Q1，可控电流源I2为PNP型三极管Q2，可控电流源I3为NMOS管Q3；PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源Us的正极和PNP型三极管Q2的发射极相连，集电极与电容C1的一端相连；PNP型三极管Q2的基极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，集电极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源Us的负极和电容C2的另一端相连。
上述五种技术方案仅为本发明实施时的几种典型设计，本发明具体应用还可以采用其他技术方案。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明能够实现对两个输出电压的高精度闭环控制，输出一个正电压和一个负电压；
2.本发明电压转换效率高。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：包括输入直流电压源、电容C1、电容C2、可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3、第一反馈控制电路和第二反馈控制电路；
所述可控电流源I1的控制极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，负极分别与输入直流电压源的正极和可控电流源I2的负极相连，正极与电容C1的一端相连；
所述可控电流源I2的控制极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，正极分别与可控电流源I3的负极相连、电容C1的另一端和电容C2的一端相连；
所述可控电流源I3的控制极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，正极分别与输入直流电压源的负极、电容C2的另一端相连；
所述第一反馈控制电路的第二连接端和第三连接端分别与电容C1的两端相连；
所述第二反馈控制电路的第三连接端和第四连接端分别与电容C2的两端相连,；
所述电容C1两端之间的电压作为输出正电压，所述电容C2两端之间的电压作为输出负电压,所述第一反馈控制电路通过控制可控电流源I1来控制输出正电压，所述第二反馈控制电路通过控制可控电流源I2和可控电流源I3来控制输出负电压。
2.根据权利要求1所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1、可控电流源I2、可控电流源I3均通过功率半导体器件实现。
3.根据权利要求2所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1为PMOS管Q1，所述可控电流源I2为PMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；
所述PMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与输入直流电压源的正极和PMOS管Q2的源极相连，漏极与电容C1的一端相连；
所述PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；
所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
4.根据权利要求2所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1为NMOS管Q1，所述可控电流源I2为NMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；
所述NMOS管Q1的栅极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与输入直流电压源的正极和NMOS管Q2的漏极相连，源极与电容C1的一端相连；
所述NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，源极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；
所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
5.根据权利要求2所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为PMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；
所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和PMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C1的一端相连；
所述PMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；
所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
6.根据权利要求2所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为NMOS管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；
所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和NMOS管Q2的源极相连，集电极与电容C1的一端相连；
所述NMOS管Q2的栅极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，漏极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；
所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
7.根据权利要求2所述的单输入双输出的直流电源电路，其特征在于：所述可控电流源I1为PNP型三极管Q1，所述可控电流源I2为PNP型三极管Q2，所述可控电流源I3为NMOS管Q3；
所述PNP型三极管Q1的基极与第一反馈控制电路的第一连接端相连，发射极分别与输入直流电压源的正极和PNP型三极管Q2的发射极相连，集电极与电容C1的一端相连；
所述PNP型三极管Q2的基极与第二反馈控制电路的第一连接端相连，集电极分别与NMOS管Q3的漏极、电容C1的另一端、电容C2的一端相连；
所述NMOS管Q3的栅极与第二反馈控制电路的第二连接端相连，源极分别与输入直流电压源的负极和电容C2的另一端相连。
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