CN109921616A - 一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，包括电感电流峰峰值检测环节、输出电流检测环节、电感储能与输出能量比值计算环节和显示电路，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，得到电感电流峰峰值所对应的电压；并经过显示电路显示输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k；本发明对于CCM模式下的Buck变换器，电感储能与输出能量比值计算，不需要电路的电感值L和开关周期T这两个参数，能同时适用于PWM和PFM两种控制方式，并且方便实时显示，显示电感储能与输出能量的比值，间接了解能量剩余情况，进而提高电路的本质安全性能。

Description

一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路。

背景技术

Buck变换器属于最基本的一种DC-DC变换器，并具有CCM和DCM两种工作模式，其中CCM模式下电感电流连续。无论正常断电还是故障断电，输入电源可以通过开关管来切除，之后电感电流自然降低到零，储存于电感中的剩余能量随之自然释放。在爆炸性气体环境下，储存于电感中的剩余能量会影响到电路的本质安全。电感储能与输出能量的比值是表征电路本质安全的一个间接参数，间接表示电路的安全程度。显然这种剩余能量越小，电感储能与输出能量的比值越小，电路的本质安全性能越高，因此计算这种剩余能量和显示电感储能与输出能量的比值就成为必要，以方便评估电路的实时本质安全性。电感储能WL与输出能量WO的比值定义为k＝W L/WO。对于k的计算，现有技术采用直接计算方法，电感储能WL与输出能量WO均通过功率与时间的积分获得，因此需要电路的电感值L和开关周期T。如果电路的电感值L和开关周期T发生变化，则计算k值时，需要重新修改这两个常数，因此这种计算方法一是依赖于电路参数，二是只适合于脉宽调制(PWM)方式，不适合于变频率的脉冲频率调制(PFM)方式，因为后者周期是变化的，因而限制了其应用范围。经过理论分析和数学变换，对于Buck变换器的CCM模式，发现k＝W L/WO＝ΔI/(2Io)。其中ΔI为电感电流的峰峰值，Io为输出电流。这样k值的计算就变成与ΔI和Io有关了，而ΔI和Io是很容易实时测量了。因此这种测量及显示电路具有与控制电路的调制方式无关、与电路参数无关、便于测量、便于实时显示的优点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，用于解决电感储能与输出能量比值计算依赖于电路参数、不适合于脉冲频率调制(PFM)方式的问题并且便于实时显示。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，包括基本Buck变换器、电感电流峰峰值检测环节、输出电流检测环节、电感储能与输出能量比值计算环节和显示电路，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，得到电感电流峰峰值所对应的电压；并经过显示电路显示输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k。

优选的，所述电感电流峰峰值检测环节包括检测电阻R1，运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1。

优选的，所述输出电流检测环节包括检测电阻R2和运放U3；

所述电感储能与输出能量比值计算环节为除法器U4；

所述显示电路为带有模拟量输入的数码管显示模块U5。

优选的，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，检测电阻R1得到与电感电流成比例的电压值；再经过由运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1构成的峰峰值检测电路，得到电感电流峰峰值所对应的电压。

优选的，输出电流通过电阻R2取样后，经过运放U3，得到与输出电流对应的电压；电感电流峰峰值所对应的电压与输出电流对应的电压经过除法器U4后，输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k。

优选的，对于Buck变换器的CCM模式，其输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k＝W L/WO＝ΔI/(2Io)，其中ΔI为电感电流的峰峰值，Io为输出电流。

本发明的有益效果为：

本发明对于CCM模式下的Buck变换器，电感储能与输出能量比值计算，不需要电路的电感值L和开关周期T这两个参数，能同时适用于PWM和PFM两种控制方式，并且方便实时显示，显示电感储能与输出能量的比值，间接了解能量剩余情况，进而提高电路的本质安全性能，本发明测量及显示电路具有与控制电路的调制方式无关、与电路参数无关、便于测量、便于实时显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的Buck变换器原理图；

图2是本发明Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，包括基本Buck变换器、电感电流峰峰值检测环节、输出电流检测环节、电感储能与输出能量比值计算环节和显示电路，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，得到电感电流峰峰值所对应的电压；并经过显示电路显示输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k。

其中Buck变换器如图1所示。

Buck变换器电感储能与输出能量比值及显示显示电路如图2所示。

图2中，为简单起见，选择R2＝2R1。

电感电流峰峰值检测环节包括检测电阻R1，运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1。

输出电流检测环节包括检测电阻R2和运放U3。

电感储能与输出能量比值计算环节为除法器U4。

显示电路为常规的带有模拟量输入的数码管显示模块U5。

Buck变换器处于CCM模式下工作时，检测电阻R1得到与电感电流成比例的电压值；再经过由运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1构成的峰峰值检测电路，得到电感电流峰峰值所对应的电压；输出电流通过电阻R2取样后，经过运放U3，得到与输出电流对应的电压；电感电流峰峰值所对应的电压与输出电流对应的电压经过除法器U4后，输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k，最后经过显示电路显示出来。U4输出电压范围0-1V，数码管显示模块U5采用市面常用0.28寸二线制电压表头模块，对应显示范围0-0.99。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，包括基本Buck变换器，其特征在于，包括电感电流峰峰值检测环节、输出电流检测环节、电感储能与输出能量比值计算环节和显示电路，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，得到电感电流峰峰值所对应的电压；并经过显示电路显示输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k。

2.根据权利要求书1所述的Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，所述电感电流峰峰值检测环节包括检测电阻R1，运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1。

3.根据权利要求书1所述的Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，所述输出电流检测环节包括检测电阻R2和运放U3；

所述电感储能与输出能量比值计算环节为除法器U4；

所述显示电路为带有模拟量输入的数码管显示模块U5。

4.根据权利要求书1所述的Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，所述Buck变换器处于CCM模式下工作时，检测电阻R1得到与电感电流成比例的电压值；再经过由运放U1、U2，二极管D1、D2，电阻R3、R4和电容C1构成的峰峰值检测电路，得到电感电流峰峰值所对应的电压。

5.根据权利要求书4所述的Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，输出电流通过电阻R2取样后，经过运放U3，得到与输出电流对应的电压；电感电流峰峰值所对应的电压与输出电流对应的电压经过除法器U4后，输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k。

6.根据权利要求书5所述的Buck变换器电感储能与输出能量比值测量及显示电路，其特征在于，对于Buck变换器的CCM模式，其输出Buck变换器电感储能与输出能量比值k＝WL/WO＝ΔI/(2Io)，其中ΔI为电感电流的峰峰值，Io为输出电流。