CN112671207A - 一种基于电压控制型dc-dc控制的开关电源及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种基于电压控制型DC‑DC控制的开关电源及其工作方法，包括电路板（1）、主芯片（2）、输入端（31）、输出端（32）、555芯片（4）、电路焊盘（51）、冗余功能焊盘（52）、接地端（6）、电容（7）、电位器（8）、水泥电阻（9）和小芯片模块（10）；本发明公开的一种基于电压控制型DC‑DC控制的开关电源采用BUCK电路，通过555芯片调节充放电时间和调节电位器改变占空比，改变输出电压；将固定直流高压改为低压，电路体积小，可调性强，预留冗余功能单元，可便捷的进行降压，适用于日常使用的小电器变压。

Description

一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源及其工作方法
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源及其工作方法。
技术背景
开关模式电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。
常用的开关电源包括BUCK电路、BOOST电路和BUCK-BOOST电路，用以实现升压或降压，但大多数开关电源仅能对指定用电器实行固定数值的升压或降压，普适性差，可用范围小。
发明内容
针对上述不足，本发明公开一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源及其工作方法，本发明提供了如下的技术方案：
一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，包括电路板、主芯片、输入端、输出端、555芯片、电路焊盘、冗余功能焊盘、接地端、电容、电位器、水泥电阻和小芯片模块；所述主芯片位于电路板重心处；所述输入端、输出端分别设置于电路板两角；所述555芯片设置于输入端旁；所述电路焊盘、冗余功能焊盘分别设置于主芯片两端；所述接地端设置于电路板异于输入端、输出端的两角；所述三个电容竖直固定在电路板上；所述电位器竖直固定在电路板侧面；所述小芯片模块设置于电路板上；
该方法包括：由负载调整可知：当输出电流Io在其工作范围由轻载至重载、Iomin至Iomax内变化时，系统可保持输出电压Vout相对稳定；即对一固定Vin，改变内部电路关系，包括充放电时间、变比、占空比等，该电路仍可保持稳定工作。
进一步的，所述主芯片为SG3525A芯片；作为本发明的一种优选，SG3525A芯片是一种性能优良的PWM控制芯片；频率可调，有过流保护和PWM锁存器；其还具有以下特点：
1)内置5.1V±1.0％的基准电压源
2)含芯片内振荡器
3)死区时间可调
4)具有振荡器外部同步功能
5)内设欠压锁定电路
6)内置PWM。锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。
进一步的，所述输入端和输出端的电压关系包括包括：
由电感方程
Figure BDA0002819862460000031
可知，当电路达到稳态时，有：ΔION＝ΔIOFF≡ΔI，即：导通时的电感电压和其导通时间的乘积与其关断时的电感电压和其关断时间的乘积相等，也即：VON*tON＝VOFF*tOFF；将所述电感电压和其作用时间记为伏秒积，可知导通阶段伏秒积幅值与关断阶段伏秒积幅值为等值异号，即稳态工作闭合区间内电感电压曲线净面积为0；由
Figure BDA0002819862460000032
可知：
Figure BDA0002819862460000033
和
Figure BDA0002819862460000034
当开关在频率f的状态下重复工作时，功率变换器的占空比即为开关导通时间与开关周期的比值，即：
Figure BDA0002819862460000035
作为本发明的一种优选，其可知通电时常与输入电压之间的关系，有利于数值调整所需输出电压值和输出电流值，也有利于通过调节充放电时间来改变输出参数；相较于电位器调节，其数值可计算预测且更为精确。
进一步的，所述冗余功能焊盘用以增加功能单元；作为本发明的一种优选，相较于普通电压的单一供电功能，所述开关电源更有利于自定义电源参数和功能。
进一步的，所述接地端在接通大电流时保持接地；作为本发明的一种优选，其是SG3525A芯片以外的又一过流保护，可有效保障使用安全。
进一步的，所述电位器包括：该电位器用以控制占空比；其关系包括：，
预设电感电流额定值为
Figure BDA0002819862460000041
则有VON＝VIN-VO和VOFF＝VO-(-VD)＝VO+VD，综上可得
Figure BDA0002819862460000042
可知所述电位器(8)调整与实际输出电压比值关系；作为本发明的一种优选，所述电位器是另一种调节输出的方式；相较于改变充放电时间，该调节方式更为简便，可通过转动滑片改变输出。
进一步的，所述水泥电阻通过导线连接在电路板上；作为本发明的一种优选，水泥电阻相较于普通电阻更抗跃变电流，对陡增的电压有较强的适应能力，不易烧坏，可有效保障电路安全。
进一步的，所述开关电源直流传递函数包括：
在开关导通时，有
Figure BDA0002819862460000043
即电感电流是以一固定斜率线性上涨；在开关导通阶段，电流增量为
Figure BDA0002819862460000044
在开关关断阶段，由电感方程
Figure BDA0002819862460000045
可知，电流增量为
Figure BDA0002819862460000046
其中，两阶段电流增量之和必为0，即无论哪个开关周期之中，电流总是会准确回到该周期的初始值，否则电感就不能在一个可重复的，稳定的状态下工作。
进一步的，上述的基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的工作方法，包括以下步骤：
I.将低压用电器连接在输出端，在输入端通入高压输入电压；
II.调节555芯片充放电时间，调节电位器以改变输出电压至用电器所需电压；
III.可在冗余功能焊盘增设新的功能模块以达到稳压或其他目的。
上述方案表明，本发明至少具有以下有益效果：本发明公开的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源及其工作方法，通过调节占空比和充放电时间，以改变输出电压，适应低电压用电器的使用限幅，自带电流保护装置，相比变压器等更为安全；且体积较小，可便捷地添加在各种用电器中。
附图说明
附图1为实施例1和2所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的示意图；
附图2为实施例2所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的一种优选电路图；
其中：1.电路板、2.主芯片、31.输入端、32.输出端、4.555芯片、51.电路焊盘、52.冗余功能焊盘、6.接地端、7.电容、8.电位器、9.水泥电阻、10.小芯片模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1所示的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，包括电路板1、主芯片2、输入端31、输出端32、555芯片4、电路焊盘51、冗余功能焊盘52、接地端6、电容7、电位器8、水泥电阻9和小芯片模块10；所述主芯片2位于电路板1重心处；所述输入端31、输出端32分别设置于电路板1两角；所述555芯片4设置于输入端31旁；所述电路焊盘51、冗余功能焊盘52分别设置于主芯片2两端；所述接地端6设置于电路板6异于输入端31、输出端32的两角；所述三个电容7竖直固定在电路板1上；所述电位器8竖直固定在电路板1侧面；所述小芯片模块10设置于电路板1上；
该方法包括：由负载调整可知：当输出电流Io在其工作范围由轻载至重载、Iomin至Iomax内变化时，系统可保持输出电压Vout相对稳定；即对一固定Vin，改变内部电路关系，包括充放电时间、变比、占空比等，该电路仍可保持稳定工作。
上述的基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的工作方法，包括以下步骤：
I.将低压用电器连接在输出端32，在输入端31通入高压输入电压；
II.调节555芯片4充放电时间，调节电位器以改变输出电压至用电器所需电压；
III.可在冗余功能焊盘52增设新的功能模块以达到稳压或其他目的。
实施例2
如图1和2所示的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，包括电路板1、主芯片2、输入端31、输出端32、555芯片4、电路焊盘51、冗余功能焊盘52、接地端6、电容7、电位器8、水泥电阻9和小芯片模块10；所述主芯片2位于电路板1重心处；所述输入端31、输出端32分别设置于电路板1两角；所述555芯片4设置于输入端31旁；所述电路焊盘51、冗余功能焊盘52分别设置于主芯片2两端；所述接地端6设置于电路板6异于输入端31、输出端32的两角；所述三个电容7竖直固定在电路板1上；所述电位器8竖直固定在电路板1侧面；所述小芯片模块10设置于电路板1上；
该方法包括：由负载调整可知：当输出电流Io在其工作范围由轻载至重载、Iomin至Iomax内变化时，系统可保持输出电压Vout相对稳定；即对一固定Vin，改变内部电路关系，包括充放电时间、变比、占空比等，该电路仍可保持稳定工作。
优选地，所述主芯片2为SG3525A芯片。
优选地，所述输入端31和输出端32的电压关系包括包括：
由电感方程
Figure BDA0002819862460000091
可知，当电路达到稳态时，有：ΔION＝ΔIOFF≡ΔI，即：导通时的电感电压和其导通时间的乘积与其关断时的电感电压和其关断时间的乘积相等，也即：VON*tON＝VOFF*tOFF；将所述电感电压和其作用时间记为伏秒积，可知导通阶段伏秒积幅值与关断阶段伏秒积幅值为等值异号，即稳态工作闭合区间内电感电压曲线净面积为0；由
Figure BDA0002819862460000092
可知：
Figure BDA0002819862460000093
和
Figure BDA0002819862460000094
当开关在频率f的状态下重复工作时，功率变换器的占空比即为开关导通时间与开关周期的比值，即：
Figure BDA0002819862460000095
优选地，所述冗余功能焊盘52用以增加功能单元。
优选地，所述接地端6在接通大电流时保持接地。
优选地，所述电位器8包括：该电位器8用以控制占空比；其关系包括：，
预设电感电流额定值为
Figure BDA0002819862460000101
则有VON＝VIN-VO和VOFF＝VO-(-VD)＝VO+VD，综上可得
Figure BDA0002819862460000102
可知所述电位器8调整与实际输出电压比值关系。
优选地，所述水泥电阻9通过导线连接在电路板1上。
优选地，所述开关电源直流传递函数包括：
在开关导通时，有
Figure BDA0002819862460000103
即电感电流是以一固定斜率线性上涨；在开关导通阶段，电流增量为
Figure BDA0002819862460000104
在开关关断阶段，由电感方程
Figure BDA0002819862460000105
可知，电流增量为
Figure BDA0002819862460000106
其中，两阶段电流增量之和必为0，即无论哪个开关周期之中，电流总是会准确回到该周期的初始值，否则电感就不能在一个可重复的，稳定的状态下工作。
上述的基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的工作方法，包括以下步骤：
I.将低压用电器连接在输出端32，在输入端31通入高压输入电压；
II.调节555芯片4充放电时间，调节电位器以改变输出电压至用电器所需电压；
III.可在冗余功能焊盘52增设新的功能模块以达到稳压或其他目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，包括电路板(1)、主芯片(2)、输入端(31)、输出端(32)、555芯片(4)、电路焊盘(51)、冗余功能焊盘(52)、接地端(6)、电容(7)、电位器(8)、水泥电阻(9)和小芯片模块(10)；所述主芯片(2)位于电路板(1)重心处；所述输入端(31)、输出端(32)分别设置于电路板(1)两角；所述555芯片(4)设置于输入端(31)旁；所述电路焊盘(51)、冗余功能焊盘(52)分别设置于主芯片(2)两端；所述接地端(6)设置于电路板(6)异于输入端(31)、输出端(32)的两角；所述三个电容(7)竖直固定在电路板(1)上；所述电位器(8)竖直固定在电路板(1)侧面；所述小芯片模块(10)设置于电路板(1)上；
该方法包括：由负载调整可知：当输出电流Io在其工作范围由轻载至重载、Iomin至Iomax内变化时，系统可保持输出电压Vout相对稳定；即对一固定Vin，改变内部电路关系，包括充放电时间、变比、占空比等，该电路仍可保持稳定工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述主芯片(2)为SG3525A芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述输入端(31)和输出端(32)的电压关系包括包括：
由电感方程
Figure FDA0002819862450000011
可知，当电路达到稳态时，有：ΔION＝ΔIOFF≡ΔI，即：导通时的电感电压和其导通时间的乘积与其关断时的电感电压和其关断时间的乘积相等，也即：VON*tON＝VOFF*tOFF；将所述电感电压和其作用时间记为伏秒积，可知导通阶段伏秒积幅值与关断阶段伏秒积幅值为等值异号，即稳态工作闭合区间内电感电压曲线净面积为0；由
Figure FDA0002819862450000021
可知：
Figure FDA0002819862450000022
和
Figure FDA0002819862450000023
当开关在频率f的状态下重复工作时，功率变换器的占空比即为开关导通时间与开关周期的比值，即：
Figure FDA0002819862450000024
TON+TOFF＝T，。
4.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述冗余功能焊盘(52)用以增加功能单元。
5.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述接地端(6)在接通大电流时保持接地。
6.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述电位器(8)包括：该电位器(8)用以控制占空比；其关系包括：，
预设电感电流额定值为
Figure FDA0002819862450000025
则有VON＝VIN-VO和VOFF＝VO-(-VD)＝VO+VD，综上可得
Figure FDA0002819862450000031
可知所述电位器(8)调整与实际输出电压比值关系。
7.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述水泥电阻(9)通过导线连接在电路板(1)上。
8.根据权利要求1所述的一种基于电压控制型DC-DC控制的开关电源，其特征在于，所述开关电源直流传递函数包括：
在开关导通时，有
Figure FDA0002819862450000032
即电感电流是以一固定斜率线性上涨；在开关导通阶段，电流增量为
Figure FDA0002819862450000033
在开关关断阶段，由电感方程
Figure FDA0002819862450000034
可知，电流增量为
Figure FDA0002819862450000035
其中，两阶段电流增量之和必为0，即无论哪个开关周期之中，电流总是会准确回到该周期的初始值，否则电感就不能在一个可重复的，稳定的状态下工作。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于电压控制型DC-DC控制的开关电源的工作方法，包括以下步骤：
I.将低压用电器连接在输出端(32)，在输入端(31)通入高压输入电压；
II.调节555芯片(4)充放电时间，调节电位器以改变输出电压至用电器所需电压；
III.可在冗余功能焊盘(52)增设新的功能模块以达到稳压或其他目的。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113162200A (zh) * 2021-05-21 2021-07-23 苏州市新方纬电子有限公司 一种dc-dc升降压充电电流控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090072800A1 (en) * 2007-09-13 2009-03-19 Ramadass Yogesh K Circuit and Method for a Fully Integrated Switched-Capacitor Step-Down Power Converter
CN108082000A (zh) * 2018-01-16 2018-05-29 于小兵 一种电动汽车直流充电桩适配器及其充电控制方法
CN111384733A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中惠创智无线供电技术有限公司 一种充电电流可调的充电装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090072800A1 (en) * 2007-09-13 2009-03-19 Ramadass Yogesh K Circuit and Method for a Fully Integrated Switched-Capacitor Step-Down Power Converter
CN108082000A (zh) * 2018-01-16 2018-05-29 于小兵 一种电动汽车直流充电桩适配器及其充电控制方法
CN111384733A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中惠创智无线供电技术有限公司 一种充电电流可调的充电装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张建: "电动汽车用高效率电源变换器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(工程科技Ⅱ辑)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113162200A (zh) * 2021-05-21 2021-07-23 苏州市新方纬电子有限公司 一种dc-dc升降压充电电流控制系统

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