CN1196603A - 压降型直流－直流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不使用复杂的振荡电路,而以低成本,且省空间的简单电路控制切换元件的占空比的压降型直流—直流变换器。该变换器是以具备有运算放大器4的控制电路3,对来自直流电源供应电力于负载的切换元件Q1进行切换处理,运算放大器4通过CR延迟电路5而输入负载电压于负输入端子,且以上推电容器C1反馈运算放大器4的输出于正输入端子。以CR延迟电路5和上推电容器C1在滞后(hysteresis)作用的状态下,切换元件Q1的通－断动作。

Description

压降型直流-直流变换器

本发明涉及为切换元件的通-断动作而实质地将输出电压降压的压降型DC-DC变换器。

来自电池等的直流电源的供应于负载的电力可通过将切换元件之通-断动作的占空比作变更而予以控制。例如，对应于断开时间的导通时间愈短，则供应于负载的电力即变得愈小。因此，缩短对应于切换元件的断开时间之接通时间，则实质上是相同于降低电池的供给电压。所以变更切换元件的占空比而不使用变压器，则能实质地减小供应于负载的电压。

而且，直接地连接负载于电池，自电池供应电力于负载时，随着电池电压的下降，供应于负载的电力亦变小。此时，将切换元件连接于电池和负载之间，而控制切换元件的占空比，就能控制供应于负载的电力于一定。

对如此之用途，可使用在电池等的直流电源与负载之间连接切换元件，而调整切换该切换元件之通-断动作的占空比之连接供应于负载之电力的压降型DC-DC变换器。

由于压降型DC-DC变换器内藏有用以决定切换元件的通-断动作之时序(tinning)的振荡电路，使其电路之构成极其复杂在而且高价，所以难以实现小型化。而且，具有为了使振荡电路动作而不能使用低电压的缺点。

本发明系以解决上述之缺点为目的而开发的创作，因此本发明之重要目的，系为提供一种不使用振荡电路，且以极简单、低成本、省空间的电路来控制切换元件的占空比的压降型DC-DC变换器。

本发明的压降型DC-DC变换器具备：自直流电源供应电力于负载的切换元件Q1、及控制该切换元件Q1的通-断动作的控制电路3，而控制电路3具有运算放大器4。

运算放大器4通过CR延迟电路5而输入负载电压于负输入端子，并输入基准电压于正输入端子的同时，亦通过上推电容器C1输入运算放大器4的输出。

CR延迟电路5使负载电压的变动延迟而输入于运算放大器4的负输入端子。上推电容器C1将运算放大器4形成＂高(high)态＂时的输出电压予以输入至正输入端子，而一时地提升基准电压，然后使之逐渐下降。

当切换元件Q1是为断开时，下降的负载电压通过CR延迟电路5逐渐地使负输入端子的电压下降，而当负输入端子的电压是较正输入端子的电压为低时，运算放大器4的输出即形成＂高态＂而将切换元件Q1切换至导通。且于此时，上推电容器C1以＂高态＂电压一时地拉高基准电压而保持运算放大器4的输出于＂高态＂。此後，当上推电容器C1经充电而基准电压逐渐下降至较负载电压为低时，运算放大器4的输出即形成＂低态＂而切换元件Q1则切换至断开。亦即，上推电容器C1是使运算放大器4的输出反馈于正输入端子、形成滞後作用而进行切换元件Q1的通-断切换动作。

根据本发明的另一方面的压降型DC-DC变换器系通过电阻与齐纳二极管而将电源电压输入于运算放大器4的负输入端子。该DC-DC变换器系在切换元件Q1导通时，以电源电压来加速负输入端子的电压的上升。电源电压愈高，负输入端子的电压上升愈迅速。因此，当电源电压高时，负输入端子较正输入端子的高态时间为短，而于短时间内将切换元件Q1切换于断开。由于当直流电源电压为高时，即缩短切换元件Q1的导通时间，当直流电源电压低时，即拉长切换元件Q1的导通时间，因此在直流电源电压变动时，能减少负载电力的变动。

图1表示本发明的实施例的压降型DC-DC变换器的电路图。

符号说明

1  电池

2   电热器

3   控制电路

4   运算放大器

5   CR延迟电路

6   电源开关

Q1  切换元件

Q2  驱动用电晶体

C1  上推电容器

ZD  齐纳二极管

以下，根据附图说明本发明的实施例。但是，以下所示之实施例系为举例表示用以具体化本发明之技术思想的压降型DC-DC变换器之技术，本发明并不仅特定于下述之DC-DC变换器。

本发明之说明书为能使申请专利范围更容易了解，特将对应于示于实施例之构件的编号，附注于「权利要求书」及「技术方案部分」中所记载之构件之后。但并非是将表示于权利要求书的构件特定于实施例中之构件。

表示于图1的压降型DC-DC变换器为具有直流电源的电池1、自该电池1供应电力于作为负载的电热器2、连接于电池1与电热器2之间的晶体管的切换元件Q1、和控制该切换元件Q1之通-断动作的控制电路3。电路图系以电热器作为负载，但本发明并不特定负载为电热器。负载也可以为马达或电灯泡等。

表示于该图中的压降型DC-DC变换器之控制电路3是具有运算放大器4，及由该运算放大器4之输出所控制的驱动用晶体管Q2。运算放大器4通过CR延迟电路5输入负载电压于负输入端子。CR延迟电路5是由连接于负载与负输入端子之间的电阻R3、和连接于负输入端子与接地之间的电容器C2所构成。电容器C2上连接有兼用于分压电阻与放电电阻的电阻R5。CR延迟电路5系当电阻R3与电容器C2为大时，负载电压的延迟时间即变长。亦即，当切换元件Q1切换至通-断时，缓和了负输入端子的电压变动。因此，即拉长了切换元件Q1之切换至通-断的时序，换句话说，切换周期变长。

运算放大器4系在输入基准电压于正输入端子的同时，通过上推电容器C1而反馈运算放大器4的输出。基准电压是由串联连接的电阻R1与二极管D1而获得。串联连接的电阻R1与二极管D1系与电池1作并联连接，而用二极管D1之顺向的电压降，约可得0.6V的基准电压。基准电压亦可通过将电阻与齐纳二极管作串联连接而获得。基准电压系考虑供应于负载的电力而设定于最适当之值。当基准电压为高时，供应于负载的电力即变大，相反地，当降低了基准电压时，负载的供应电力即变小。这是由于运算放大器4控制切换元件Q1之通-断动作而使负载电压形成相等于基准电压之故。

上推电容器C1系与电阻R2作串联连接，而反馈输入运算放大器4的输出于正输入端子。上推电容器C1当静电容量为大时，运算放大器4的反馈量即变大，在运算放大器4的＂高态＂输出电压下，长时间地保持为高的正输入端子的电压。因此，切换元件Q1的导通时间即变长。

图1的DC-DC变换器系将电池1的正端通过电阻R4与齐纳二极管ZD而连接于运算放大器4的负输入端子。电阻R4与齐纳二极管ZD系以电池电压提升负输入端子的电压，在切换元件Q1为导通状态时，负输入端子的电压即加速上升。因此，切换元件Q1是导通状态而负输入端子的电压是由于负载电压而逐渐变高时，当电池电压为高，则更加速负端子的电压的上升，而缩短切换元件Q1的导通时间。相反地，当电池电压下降时，使负输入端子的电压的上升速度即变得延迟，而长时间地保持形成导通状态的切换元件Q1于导通状态。此情形系为，在电池电压为高时缩短切换元件Q1的导通时间，而随着电池电压的下降，拉长切换元件Q1的导通状态的时间，以保持对负载的供应电力于一定。因此，当电池1消耗而电压下降时，有着能减少对负载之供应电力的变动之特点。

因此，当图1的DC-DC变换器使用于电池1和电热器2的电力控制时，对于电池电压的变动，具有能够减少电热器2的消费电力的变动之特点。

示于图1之压降型DC-DC变换器是通过下述的步骤以进行切换元件Q1的通-断的切换动作的。

(1)当电源开关6为导通时，切换元件Q1处于断开状态，故负载电压为0V。

(2)此时，由于对运算放大器4的正输入端子是供应着基准电压、运算放大器4的之正输入端子的电压是较负输入端子为高而输出高的＂高态＂电压。

(3)运算放大器4的＂高态＂输出将驱动用的晶体管Q2切换于导通。

(4)当驱动用的晶体管Q2于导通时，即供应基极电流于切换元件Q1，而切换元件Q1则被切换于导通。

(5)在导通状态的切换元件Q1将电池1连接于负载的电热器2而供应电力于电热器2。

(6)施加于负载两端的电压通过CR延迟电路5而输入于运算放大器4的负输入端子。CR延迟电路5即使在负载电压变得相等于电池电压时，也延迟负输入端子的电压的上升。所以，即使电池电压是供应于负载，负输入端子的电压也不立即的上升，而是逐渐地变高。

(7)另一方面，当运算放大器4的输出是＂高态＂时，＂高态＂电压通过上推电容器C1而一时地提高运算放大器4的输出。上推电容器C1随着充电之情形而使正输入端子的电压下降到基准电压。

(8)正输入端子的电压随着上推电容器C1的充电状况而逐渐下降，而负输入端子的电压则由于CR延迟电路5而逐渐升高。

(9)当负输入端子的电压当较正输入端子的电压为高时，运算放大器4以输出为＂低态＂而切换驱动用晶体管Q2于断开。

(10)当驱动用晶体管Q2是断开时，切换元件Q1亦断开。

(11)当切换元件Q1是断开时，负载即自电池1切离，而负载则成为不消耗电力的状态。

(12)在该状态下，当负载电压为0V时，CR延迟电路5系使负输入端子的电压逐渐地下降。

(13)与此状态的同时，运算放大器4的＂低态＂电压使正输入端子的基准电压一时地下降到＂低态＂，但此後则逐渐地上升到基准电电压而使正输入端子的电压提升。

(14)当正输入端子的电压是较负输入端子的电压为高时，运算放大器4的输出成为＂高态＂。此後，重覆着(2)～(14)的动作，而DC-DC变换器则供应电力于作为负载的电热器2。

以上实施例的压降型DC-DC变换器系为以电池控制负载的电热器。本发明的压降型的DC-DC变换器也可以用于例如将商用电源的交流100V予以整流而作为直流，以该直流使直流马达转动的电动刮胡刀等的控制电路。

本发明的压降型DC-DC变换器是具有不使用振荡电路等的复杂的电路，以极简单、低成本、省空间的电路，能够控制对负载的供应电力的特点。这是由于，本发明的DC-DC变换器是使用运算放大器于可将切换元件切换于通-断的控制电路中，而该运算放大器通过CR延迟电路而输入负载之电压，且以上推电容器反馈输出于正输入端子而构成滞後现象，而进行切换之故。

而且，根据本发明的另一方面的DC-DC变换器系由于随着直流电源之电压的下降，而拉长切换元件的导通时间，故具有减少对于直流电源电压的变动之负载的消耗电力的变动之特点。这是由于，切换元件是于形成导通状态时，以电源电压加速运算放大器之负输入端子的电压的上升，而当负输入端子的电压是较正输入端子的电压为高时，能将切换元件切换于断开之故。该方式是当电源电压愈高，则负输入端子的电压上升愈迅速。换句话说，当电源电压下降，负输入端子的电压上升则延迟，而将切换元件切换到断开的时间即变长。

Claims (2)

1.一种压降型直流-直流变换器，具有自直流电源供应电力于负载的切换元件(Q1)、及控制该切换元件(Q1)通-断动作的控制电路(3)，其特征在于：

所述控制电路(3)具有运算放大器(4)，负载电压是通过CR延迟电路(5)而被输入于运算放大器(4)的负输入端子，且在基准电压是输入于运算放大器(4)的正输入端的同时，运算放大器(4)的输出通过上推电容器(C1)作反馈输入；

所述CR延迟电路(5)用以将负载电压的变动延迟后而输入于运算放大器(4)的负输入端子，上推电容器(C1)在输入运算放大器(4)是为＂高态＂时将输出电压输入于正输入端子，而一时地提升基准电压后逐渐地使之下降；

当所述切换元件(Q1)为断开时，下降的负载电压通过CR延迟电路(5)而逐次地使负输入端子的电压下降，当负输入端子的电压是较正输入端子的电压为低时，运算放大器(4)的输出则形成为＂高态＂而将切换元件(Q1)切换于导通的同时，上推电容器(C1)以＂高态＂电压一时地提高基准电压而保持运算放大器(4)的输出于＂高态＂；

当上推电容器(C1)被充电而基准电压逐次下降而较负载电压为低时，运算放大器(4)的输出成为＂低态＂而切换元件(Q1)被切换于断开状态。

2.如权利要求1所述的压降型直流-直流变换器，其特征在于，当电源电压通过电阻与齐纳二极管(ZD)而输入于运算放大器(4)的负输入端子、而切换元件(Q1)为导通时，以电源电压加速负输入端子之电压上升，且以电源电压缩短切换元件(Q1)的导通时间，从而减少对于电源电压的变动之负载电力的变动。