CN108768168B - 一种单管升降压驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子电路技术领域，公开了一种单管升降压驱动器，包括第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻以及NMOS管。本发明通过微控制器设定PWM脉冲宽度，并将设定的PWM脉冲宽度输出给PWM控制器作为电流反馈基准信号，PWM控制器根据该基准信号控制NMOS管的导通时间实现稳定输出电流，使得通过微控制器改变PWM脉冲宽度，达到线性调整输出电流的目的。

Description

一种单管升降压驱动器
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种单管升降压驱动器。
背景技术
随着消费类电子产品市场的迅速发展，便携式电子产品不断向小型化、轻型化转变，产品的体积变小使得其电池的体积和容量也随之减小。这就要求尽可能地提高此类产品供电模块的转换效率，减小功耗，并使其能在较宽的电池电压变化范围内提供稳定的输出电压，以便延长电池的使用时间。能在宽输入范围下工作的升降压驱动器被广泛用于此类场合。
图1是现有技术中的一种升降压驱动器的电路原理图。该升降压驱动器将输入电压V转换为输出电压Vout，其采用一个独立的升压电路和一个独立的降压电路实现，即先用升压电路将输入电压V升高到预设电压值，再用降压电路实现零到预设电压值之间连续变化。缺点是该升降压驱动器需要两个PWM控制器来分别控制两个NMOS管，控制复杂且成本较高。
图2是现有技术中的另一种升降压驱动器的电路原理图，该升降压驱动器将输出负极Vout-连接到输入电压正极V+，输出电压Vout+为预设电压减去输入电压V+。缺点是输出电压适应范围小，且输出电压会受到输入电压的影响。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种单管升降压驱动器。本发明通过微控制器设定PWM脉冲宽度，并将设定的PWM脉冲宽度输出给PWM控制器作为电流反馈基准信号，PWM控制器根据该基准信号控制NMOS管的导通时间实现稳定输出电流，使得通过微控制器改变PWM脉冲宽度，达到线性调整输出电流的目的。
本发明所采用的技术方案为：
一种单管升降压驱动器，包括第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻以及NMOS管；所述第一电感的一端以及第一电容的一端连接作为电压输入端；第一电容的另一端接地，第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极以及NMOS管的漏极连接；NMOS管的源极接地，NMOS管的栅极连接有驱动其通断的PWM驱动电路；第三二极管的阴极依次经过第一电阻、第三电容和第二电感后与第三二极管的阳极连接；第三二极管的阴极与第一电阻的结合点分别和第一二极管的阴极以及第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地；第三二极管的阳极与第二电感的结合点和第二二极管的阳极连接；所述第三电容为电压输出端。
进一步地，所述PWM信号发生电路包括与所述NMOS管的栅极连接的PWM控制器；所述PWM控制器连接有PWM信号输入电路。
进一步地，所述PWM控制器与电压输出端之间连接有电压反馈电路。
进一步地，所述PWM控制器与第一电阻之间连接有电流反馈电路。
进一步地，所述PWM信号输入电路包括微控制器；所述微控制器与PWM控制器之间连接有积分电路和分压电路。
进一步地，所述积分电路包括第二电阻和第四电容；所述分压电路包括第三电阻、第四电阻以及第四二极管；第二电阻的一端与微控制器连接，另一端分别与第四电容的一端以及第三电阻的一端连接；第四电容的另一端接地；第三电阻的另一端分别与第四二极管的阳极和PWM控制器连接；第四二极管的阴极分别与第四电阻的一端以及微控制器连接；第四电阻的另一端接地。
进一步地，所述分压电路还包括第五电阻；第五电阻并联有第五电容；第五电阻的一端与PWM控制器连接，另一端接地。
进一步地，所述电压反馈电路包括第六电阻以及第七电阻；第六电阻的两端分别与所述电压输出端和第七电阻的一端连接；第七电阻的另一端接地；第六电阻和第七电阻的结合点与所述PWM控制器连接。
进一步地，所述电流反馈电路包括运算放大器；所述运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述第一电阻的两端连接，运算放大器的输出端与所述PWM控制器连接。
本发明的有益效果为：
本发明通过微控制器设定PWM脉冲宽度，并将设定的PWM脉冲宽度输出给PWM控制器作为电流反馈基准信号，PWM控制器根据该基准信号控制NMOS管的导通时间实现稳定输出电流，使得通过微控制器改变PWM脉冲宽度，达到线性调整输出电流的目的；其次，通过设置电压反馈电路以及电流反馈电路，使得本单管升降压驱动器输出的电压或电流更加稳定；并且，本单管升降压驱动器输出电压范围宽；电流能够从零开始精密控制；线路简单稳定，成本低。
附图说明
图1是现有技术中的一种升降压驱动器的电路原理图；
图2是现有技术中的另一种升降压驱动器的电路原理图；
图3是本发明的一种单管升降压驱动器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
如图3所示，本实施例提供一种单管升降压驱动器，包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻RS1以及NMOS管Q1；所述第一电感L1的一端以及第一电容C1的一端连接作为电压输入端；第一电容C1的另一端接地，第一电感L1的另一端分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极以及NMOS管Q1的漏极连接；NMOS管Q1的源极接地，NMOS管Q1的栅极连接有驱动其通断的PWM驱动电路；第三二极管D4的阴极依次经过第一电阻RS1、第三电容C3和第二电感L2后与第三二极管D4的阳极连接；第三二极管D4的阴极与第一电阻RS1的结合点分别和第一二极管D1的阴极以及第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接地；第三二极管D4的阳极与第二电感L2的结合点和第二二极管D2的阳极连接；所述第三电容C3为电压输出端。
其中，第一二极管D1起到整流作用，第二二极管D2用于隔离升压以及降压电路，使得本单管升降压驱动器只用一个NMOS管就可以驱动升压以及降压电路；第三二极管D4起到续流作用。
具体地，如图3所示，本实施例中的PWM信号发生电路包括与所述NMOS管Q1的栅极连接的PWM控制器；所述PWM控制器连接有PWM信号输入电路。本实施例中，PWM控制器采用型号为BP1808A的DC-DC驱动芯片实现。
所述PWM信号输入电路包括微控制器；所述微控制器与PWM控制器之间连接有积分电路和分压电路。
具体地，如图3所示，本实施例中，所述积分电路包括第二电阻R1和第四电容C4；所述分压电路包括第三电阻R2、第四电阻R3以及第四二极管D3；第二电阻R1的一端与微控制器连接，另一端分别与第四电容C4的一端以及第三电阻R2的一端连接；第四电容C4的另一端接地；第三电阻R2的另一端分别与第四二极管D3的阳极和PWM控制器连接；第四二极管D3的阴极分别与第四电阻R3的一端以及微控制器连接；第四电阻R3的另一端接地。设置第四二极管D3的目的是，使第四电阻R3只能下拉。微控制器可以采用现有的单片机实现，本实施例中，微控制器采用STM32F2系列的ARM芯片实现。
优选地，所述分压电路还包括第五电阻R4；第五电阻R4并联有第五电容C5；第五电阻R4的一端与PWM控制器连接，另一端接地。积分电路将微控制器Iset引脚输出的PWM信号过滤成平滑的直流电压。设置第五电容C5的目的是，减小外部环境的干扰。第五电阻R4作为下拉电阻使用。
如图3所示，本实施例中，所述PWM控制器与电压输出端之间连接有电压反馈电路。
具体地，所述电压反馈电路包括第六电阻R5以及第七电阻R6；第六电阻R5的两端分别与所述电压输出端和第七电阻R6的一端连接；第七电阻R6的另一端接地；第六电阻R5和第七电阻R6的结合点与所述PWM控制器连接。
如图3所示，本实施例中，所述PWM控制器与第一电阻RS1之间连接有电流反馈电路。
具体地，所述电流反馈电路包括运算放大器U1B；所述运算放大器U1B的同相输入端和反相输入端分别与所述第一电阻RS1的两端连接，运算放大器U1B的输出端与所述PWM控制器连接。
工作原理：
如图3所示，微控制器将其Iset引脚的PWM脉冲宽度设定到预设值。PWM脉冲经过第二电阻R1和第四电容C1组成的积分电路平滑为直流电压，再经过第三电阻R2和第四电阻R3分压后，连接至PWM控制器的Iset&DIM引脚，经过PWM控制器内部转换后作为PWM控制器的电流反馈参考值，从而实现改变通过改变微控制器的PWM脉冲宽度达到线性调整输出电流的目的。
PWM控制器的Iset&DIM引脚电压在0.5-2V对应电流产考电压为0.05-0.2V，因此单独的PWM控制器无法实现电流从零开始调整。而当PWM控制器的Iset&DIM引脚电压低于0.5V，PWM控制器的DRV引脚停止输出PWM信号。因此通过控制微控制器的DIM引脚的PWM脉冲宽度，使PWM控制器进入间歇工作状态，从而可以调整输出电流有效值，实现电流从零开始控制调整。当PWM控制器的Iset&DIM引脚电压到达0.5V后并逐渐上升，再继续通过微控制器控制其DIM引脚的PWM脉冲宽度，以进一步调整输出电流。
以下对本单管升降压驱动器的恒流以及恒压阶段原理进行进一步说明：
恒流阶段：输出电流流过第一电阻RS1产生压降，经过运算放大器U1B差分放大后与PWM控制器的电流反馈参考值比较，若第一电阻RS1上的压降大于电流反馈参考值，PWM控制器减小其DRV引脚输出的PWM脉冲宽度；若第一电阻RS1上的压降低于电流反馈参考值，则PWM控制器增大其DRV引脚输出的PWM脉冲宽度；从而达到电流恒定输出。
恒压阶段：输出电压经第六电阻R5和第七电阻R6分压后与PWM控制器的Vfb引脚连接，Vfb引脚的电压与PWM控制器内部的基准电压比较；若Vfb引脚的电压高于基准电压，PWM控制器减小其DRV引脚输出的PWM脉冲宽度；若Vfb引脚的电压低于基准电压，则PWM控制器增大其DRV引脚输出的PWM脉冲宽度；从而达到电压恒定输出。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种单管升降压驱动器，其特征在于：包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电阻(RS1)以及NMOS管(Q1)；所述第一电感(L1)的一端以及第一电容(C1)的一端连接作为电压输入端；第一电容(C1)的另一端接地，第一电感(L1)的另一端分别与第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阴极以及NMOS管(Q1)的漏极连接；NMOS管(Q1)的源极接地，NMOS管(Q1)的栅极连接有驱动其通断的PWM驱动电路；第三二极管(D4)的阴极依次经过第一电阻(RS1)、第三电容(C3)和第二电感(L2)后与第三二极管(D4)的阳极连接；第三二极管(D4)的阴极与第一电阻(RS1)的结合点分别和第一二极管(D1)的阴极以及第二电容(C2)的一端连接，第二电容(C2)的另一端接地；第三二极管(D4)的阳极与第二电感(L2)的结合点和第二二极管(D2)的阳极连接；所述第三电容(C3)为电压输出端。
2.根据权利要求1所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述PWM驱动电路包括与所述NMOS管(Q1)的栅极连接的PWM控制器；所述PWM控制器连接有PWM信号输入电路。
3.根据权利要求2所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述PWM控制器与电压输出端之间连接有电压反馈电路。
4.根据权利要求3所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述PWM控制器与第一电阻(RS1)之间连接有电流反馈电路。
5.根据权利要求2所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述PWM信号输入电路包括微控制器；所述微控制器与PWM控制器之间连接有积分电路和分压电路。
6.根据权利要求5所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述积分电路包括第二电阻(R1)和第四电容(C4)；所述分压电路包括第三电阻(R2)、第四电阻(R3)以及第四二极管(D3)；第二电阻(R1)的一端与微控制器连接，另一端分别与第四电容(C4)的一端以及第三电阻(R2)的一端连接；第四电容(C4)的另一端接地；第三电阻(R2)的另一端分别与第四二极管(D3)的阳极和PWM控制器连接；第四二极管(D3)的阴极分别与第四电阻(R3)的一端以及微控制器连接；第四电阻(R3)的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述分压电路还包括第五电阻(R4)；第五电阻(R4)并联有第五电容(C5)；第五电阻(R4)的一端与PWM控制器连接，另一端接地。
8.根据权利要求3所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述电压反馈电路包括第六电阻(R5)以及第七电阻(R6)；第六电阻(R5)的两端分别与所述电压输出端和第七电阻(R6)的一端连接；第七电阻(R6)的另一端接地；第六电阻(R5)和第七电阻(R6)的结合点与所述PWM控制器连接。
9.根据权利要求4所述的一种单管升降压驱动器，其特征在于：所述电流反馈电路包括运算放大器(U1B)；所述运算放大器(U1B)的同相输入端和反相输入端分别与所述第一电阻(RS1)的两端连接，运算放大器(U1B)的输出端与所述PWM控制器连接。
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