CN110535340A - 一种变结构的宽输入降压电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变结构的宽输入降压电路，包括：直流电源、变结构回路、开关电感回路、滤波回路及负载；所述电源的输出端与所述变结构回路的输入端电连接，所述变结构回路的输出端与所述开关电感回路的输入端电连接，所述开关电感回路的输出端与所述滤波回路电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接，其中，所述变结构回路用于根据所述负载的电压与所述电源的电压的差值对电路的工作模式进行切换。基于本发明，可以根据输入的电压大小不同，对变结构回路进行切换控制，使电路在工作在经典buck模式或开关电感降压模式，输入电压在大范围内变化时，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。

Description

一种变结构的宽输入降压电路及装置
技术领域
本发明涉及宽输入调压领域，特别涉及一种变结构的宽输入降压电路及装置。
背景技术
经典的buck降压斩波电路中，在电源的输入电压与经降压斩波电路降压后的输出电压的差值较大时，回路中开关管的占空比偏小，降低电能变换的效率，甚至影响系统工作的稳定性，而开关电感型降压电路中，在电源的输入电压与经开关电感型降压电路降压后的输出电压的差值较小时，其工作性能不如经典的buck降压斩波电路，因此，在面对宽输入电压时，二者不能较好的匹配。
发明内容
本发明公开了一种变结构的宽输入降压电路及装置，可以根据输入的电压大小不同，对电路的工作模式进行切换，使电路在工作在经典buck模式或开关电感降压模式，使得输入电压在大范围内变化时，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。
本发明第一实施例提供了一种变结构的宽输入降压电路，包括：直流电源、变结构回路、开关电感回路、滤波回路及负载；
所述直流电源的输出端与所述变结构回路的输入端电连接，所述变结构回路的输出端与所述开关电感回路的输入端电连接，所述开关电感回路的输出端与所述滤波回路电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接，其中，所述变结构回路用于根据所述负载的电压与所述直流电源的电压的差值对所述开关电感回路进行切换。
优选地，所述变结构回路包括：第一场效应管、第二场效应管及第一二极管；
所述直流电源的正极与所述第一场效应管的D极电连接，所述第一场效应管的S极与所述第二场效应管的S极电连接，所述第二场效应管的D极与所述第一二极管的负极电连接，所述第一二极管的正极与所述直流电源的负极电连接，所述第一场效应管的G极与所述第二场效应管的G极用于与驱动电路的输出端电连接。
优选地，所述开关电感回路包括：第一电感、第二电感、第二二极管及第三二极管；
其中，所述第一电感的第一端与所述第二二极管的负极电连接，所述第一电感的第二端与所述第三二极管的负极电连接，所述第二电感的第一端与所述第三二极管的正极极电连接，所述第二电感的第二端与所述第二二极管的正极极电连接，所述第一电感的第一端与所述第二场效应管的S极电连接，所述第二电感的第一端与所述第一二极管的正极电连接。
优选地，所述滤波电路包括：第一电容，其中，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电感的第二端电连接。
优选地，所述第一场效应管为N沟道场效应管，所述第二场效应管为N沟道场效应管。
本发明第二实施例提供了一种变结构的宽输入降压装置，包括如上任意一项所述的一种变结构的宽输入降压电路。
基于本发明提供的一种变结构的宽输入降压电路及装置，通过对比输入电压与输出电压的差值，驱动场效应管的导通与截止，对电路的工作模式进行切换，使得输入电压在大范围内变化，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种变结构的宽输入降压电路；
图2是本发明实施例工作模式为经典buck电路时等效电路图；
图3是本发明实施例经典buck电路第一场效应管导通时等效电路；
图4是本发明实施例经典buck电路第一场效应管关断时等效电路；
图5是本发明实施例工作模式为开关电感电路时等效电路图；
图6是本发明实施例开关电感电路第一场效应管导通时等效电路图；
图7是本发明实施例开关电感电路第一场效应管关断时等效电路图；
图8是本发明实施例电压传输比与占空比的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种变结构的宽输入降压电路及装置，可以根据输入的电压大小不同，对电路的工作模式进行切换，使电路在工作在经典buck模式或开关电感降压模式，使得输入电压在大范围内变化时，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种变结构的宽输入降压电路，包括：直流电源、变结构回路、开关电感回路、滤波回路及负载R；
所述直流电源的输出端与所述变结构回路的输入端电连接，所述变结构回路的输出端与所述开关电感回路的输入端电连接，所述开关电感回路的输出端与所述滤波回路电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载R电连接，其中，所述变结构回路用于根据所述负载R的电压与所述直流电源的电压的差值对所述开关电感回路进行切换。
需要说明的是，所述变结构回路用于根据所述负载R的电压与所述直流电源的电压的差值，对回路进行切换，在差值不大时，所述变结构回路将其切换为经典的buck电路，在差值较大时，所述变结构回路将其切换为开关电感电路，其中，可以在所述负载R端设置一个电压检测电路，以获得输出电压，在输入端设置一个电压检测电路，以获得输入电压，将其切换至合适模拟量发送至一个控制芯片，所述控制芯片根据所述输入电压及所述输出电压的大小进行对比，所述控制芯片输出对应的控制信号至一个驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述变结构回路进行切换，使得整个回路会根据不同的差值进行自动切换为经典的buck电路或开关电感电路，使得所述输入电压在大范围内变化，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出，在其他实施例中，也可以其他的方式进行判断输入电压及输出电压的差值，对变结构回路进行控制，这里不做具体限定。
在本实施例中，所述变结构回路包括：第一场效应管S1、第二场效应管S2及第一二极管；
所述直流电源的正极与所述第一场效应管S1的D极电连接，所述第一场效应管S1的S极与所述第二场效应管S2的S极电连接，所述第二场效应管S2的D极与所述第一二极管D1的负极电连接，所述第一二极管D1的正极与所述直流电源的负极电连接，所述第一场效应管S1的G极与所述第二场效应管S2的G极用于与驱动电路的输出端电连接。
在本实施例中，所述开关电感回路包括：第一电感L1、第二电感L2、第二二极管D2及第三二极管D3；
其中，所述第一电感L1的第一端与所述第二二极管D2的负极电连接，所述第一电感L1的第二端与所述第三二极管D3的负极电连接，所述第二电感L2的第一端与所述第三二极管D3的正极极电连接，所述第二电感L2的第二端与所述第二二极管D2的正极极电连接，所述第一电感L1的第一端与所述第二场效应管S2的S极电连接，所述第二电感L2的第一端与所述第一二极管D1的正极电连接。
需要说明的是，当输入电压与输出电压的差值较小时，所述第二场效应管S2保持导通，所述第一场效应管S1保持高频开关工作，此时电路的工作模式为经典buck电路，等效电路如图2所示，当所述第一场效应管S1导通时的等效电路图如图3所示，所述第一二极管D1反向截止，所述第一电感L1及所述第二电感L2串联作为经典buck电路的电感，所述直流电源对所述第一电感L1及所述第二电感L2进行充电，IL线性增大，当所述第一场效应管S1关断时的等效电路图如图4所示，所述第一二极管D1续流导通，IL通过所述第一二极管D1续流，向所述负载R供电。
如果电感工作于电流连续模式，稳态时的理想输入、输出电压传输比与占空比D的关系为：
需要说明的是，当输入电压与输出电压的差值较大时，所述第二场效应管S2保持截止，所述第一场效应管S1保持高频开关工作，此时电路的工作模式为开关电感电路，等效电路如图5所示，当所述第一场效应管S1导通时的等效电路图如图6所示，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3反向截止，所述第一电感L1及所述第二电感L2串联，所述直流电源对所述第一电感L1及所述第二电感L2进行充电，IL线性增大，IL1＝IL2＝IL。当所述第二场效应管S2关断时的等效电路图如图7所示，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3导通，为所述第一电感L1及所述第二电感L2提供续流通路，此时所述第一电感L1及所述第二电感L2并联，对所述负载R放电，IL线性减小，IL1＝IL2＝IL。
如果电感工作于电流连续模式，稳态时的理想输入、输出电压传输比与占空比D的关系为：
请参阅图8，通过上述两种电路的工作状态分析，在电感连续电流工作模式，将公式(1)、(2)所描述的二者输入、输出电压关系绘制出来，如图8所示。在相同的占空比D时，开关电感电路具有更大的降压比，即具有更低的输出电压。因此，当要求大降压输出时，可以让所提电路工作于开关电感电路模式，提升电路工作的占空比，改善系统的电能变换效率和稳定性；当输入、输出压差不大时，使所提电路工作于经典buck电路模式。根据上述，输入电压在大范围内变化，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。
在本实施例中，所述第一场效应管S1可以为N沟道场效应管，所述第二场效应管S2可以为N沟道场效应管。
需要说明的是，在其他实施例中，所述第一场效应管S1也可以是P沟道场效应管，所述第二场效应管S2也可以是P沟道场效应管，则所述第一场效应管S1及所述第二场效应管S2与回路的连接对应变化，当然，所述第一场效应管及所述第二场效应管可以是IGBT、GTR等其它类型的全控型器件，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，所述滤波电路包括：第一电容C1，其中，所述第一电容C1的第一端与所述第一电感L1的第二端电连接，所述第一电容C1的第二端与所述第二电感L2的第二端电连接。
需要说明的是，滤波电容用在直流电源整流电路中，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑，而且对于精密电路而言，往往这个时候会采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。
本发明第二实施例提供了一种变结构的宽输入降压装置，包括如上任意一项所述的一种变结构的宽输入降压电路。
基于本发明提供的一种变结构的宽输入降压电路及装置，通过对比输入电压与输出电压的差值，驱动场效应管的导通与截止，对电路的工作模式进行切换，使得输入电压在大范围内变化，系统能保持高效的电能变换和稳定的电压输出。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种变结构的宽输入降压电路，其特征在于，包括：直流电源、变结构回路、开关电感回路、滤波回路及负载；
所述直流电源的输出端与所述变结构回路的输入端电连接，所述变结构回路的输出端与所述开关电感回路的输入端电连接，所述开关电感回路的输出端与所述滤波回路电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接，其中，所述变结构回路用于根据所述负载的电压与所述直流电源的电压的差值对电路的工作模式进行切换。
2.根据权利要求1所述的一种变结构的宽输入降压电路，其特征在于，所述变结构回路包括：第一场效应管、第二场效应管及第一二极管；
所述直流电源的正极与所述第一场效应管的D极电连接，所述第一场效应管的S极与所述第二场效应管的S极电连接，所述第二场效应管的D极与所述第一二极管的负极电连接，所述第一二极管的正极与所述直流电源的负极电连接，所述第一场效应管的G极与所述第二场效应管的G极用于与驱动电路的输出端电连接。
3.根据权利要求2所述的一种变结构的宽输入降压电路，其特征在于，所述开关电感回路包括：第一电感、第二电感、第二二极管及第三二极管；
其中，所述第一电感的第一端与所述第二二极管的负极电连接，所述第一电感的第二端与所述第三二极管的负极电连接，所述第二电感的第一端与所述第三二极管的正极极电连接，所述第二电感的第二端与所述第二二极管的正极极电连接，所述第一电感的第一端与所述第二场效应管的S极电连接，所述第二电感的第一端与所述第一二极管的正极电连接。
4.根据权利要求3所述的一种变结构的宽输入降压电路，其特征在于，所述滤波电路包括：第一电容，其中，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电感的第二端电连接。
5.根据权利要求2所述的一种变结构的宽输入降压电路，其特征在于，所述第一场效应管为N沟道场效应管，所述第二场效应管为N沟道场效应管。
6.一种变结构的宽输入降压装置，包括如权利要求1至5任意一项所述的一种变结构的宽输入降压电路。
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