CN1688091A - 小型电感升压式直流变换器 - Google Patents

Abstract

一种小型电感升压式直流变换器，由多谐振荡器生成频率和占空比可调的方波信号驱动开关三极管导通和截至，串连在三极管集电极回路中电感电流随着三极管导通和截止做相应的变化，根据自感效应，导通到截止跳变时，在电感一端产生瞬间高压，经过整流滤波得到稳定的高电压、小电流输出。本发明适合为便携式设备提供偏置高压，优点是重量轻、体积小。

Description

小型电感升压式直流变换器

技术领域

本发明涉及直流变换器，特别是一种高电压小电流输出的小型电感升压式直流变换器，适用于小型便携式产品中光电转换器件、传感器偏置电路以及雪崩光电二极管探测器。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子设备正在向集成化、便携式和数字化方向改进，从而要求系统中的模块越来越小型化和低功耗。因此，电子系统对电源装置提出的技术要求中除了稳定性、可靠性、高效率外，小型化和轻量化也是十分迫切的需求。

目前很多电子系统都直接用电池或仅由一种基础电压供电，但是许多探测器、传感器和模块都需要比基础电压高很多的偏置电压，简单的三端线性稳压器无法满足要求，只有采用升压式开关电源。但是传统的升压式开关电源设计电路复杂、体积庞大、自身功耗和重量都较大，在体积、重量以及功耗要求严格的便携产品中的无法使用。已有的集成型升压式直流/直流变换器虽然在体积和重量上能够做到很小、很轻，但是输出电压难以达到一般偏置电路所需的高压。

在先技术中升压式直流/直流变换方法通常是利用振荡器对直流信号斩波，然后经升压变压器变压后再整流、滤波来产生直流高电压输出，其电路原理如图1所示，利用555集成定时器构成方波发生器，方波信号驱动开关三极管VT在导通或截止两个状态间翻转，从而驱动变压器T工作，变压器的输出经过二极管VD整流后，输出直流高压。通常为了得到需要的高压输出，还要用电容做倍压整流。这种方法由于使用变压器作为升压元件，其体积和重量不可能做到很小。

还有一种直流变换方法是目前广泛采用的脉冲宽度调制(PWM)开关变换器，由高频功率开关对输入直流电压斩波，利用电容、电感等储能元件，从输入电压源获取分离的能量，暂时地把能量以磁场形式存储在电感器中，或以电场形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载，实现DC/DC变换。采用PWM技术由输出反馈控制开关脉冲的占空因数，稳定输出电压，通过提高开关频率可以降低储能元件的物理尺寸。开关变换器因具有稳定性高、效率高、灵活的正负极性和升、降压方式的特点而备受人们的青睐，但是其电路相对复杂，作为升压变换器时，储能元件或变压器及复杂的电路仍将使小型化受到限制。再有一种是将功率开关、同步速流器和控制电路集成在一起，储能电感和输入/输出滤波电容外接，从而将体积和重量大大降低，但是目前这类产品的输出电压在某些场合仍然不能达到要求。

总之，在先技术中升压式直流/直流变换方法由于采用了升压变压器、倍压电容，储能电容、电感等元件，变压器的重量和体积较大。而将控制电路集成在一起的方法往往又不能提供较高的输出电压。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种小型电感升压式直流变换器，以实现高压、小电流输出，同时具有重量轻、体积小的优点。

本发明的基本原理是由方波发生器产生开关信号，利用电感元件的自感特性产生高压脉冲，再经过整流、滤波输出所需的直流高压。

本发明的技术解决方案如下：

一种小型电感升压式直流变换器，采用555集成定时器作为方波发生器，第一电阻和第二电阻分别接在555集成定时器的第6脚与第7脚之间和第7脚与电源之间，该555集成定时器的第6脚和第2脚与第二电阻的节点通过第一电容接地，第1脚接地，第5脚通过电容接地，第4和第8脚接电源，第3脚接开关三极管的控制极，该开关三极管的集电极通过一升压器接电源，该开关三极管的发射极接地，其特征在于所述的第一电阻和第二电阻为可调电阻；所述的升压器为升压电感，该升压电感和该开关三极管的集电极的节点与一整流二极管的正极相连，该整流二极管的负极通过一高压滤波电容再接地，该整流二极管的负极和高压滤波电容的节点作直流高压的输出端。

所述的开关三极管采用耐压值高、饱和管压降低的快速开关三极管MMBAT42，有利于降低功耗。

所述升压电感3应尽量采用体积小、电感量和饱和电流较大的电感。

所述的高压滤波电容是耐压值大于300V的无极性电容。

本发明的优点和特点是：

(1)本发明方波发生器频率和占空比利用第一可变电阻和第二可变电阻的调整而可调，从而实现输出电压宽范围可调。

(2)本发明采用升压电感直接升压，转换效率高，体积和重量大幅度减小。

(3)本发明体积小、重量轻。

附图说明

图1是在先技术中升压式直流变换方法电路原理图

图2是本发明一种电感升压式直流变换器具体实施例的电路原理图

具体实施方式

请参阅图2，图2是本发明电感升压式直流变换器具体实施例的电路原理图。由图可见，本发明小型电感升压式直流变换器，采用555集成定时器作为方波发生器，第一电阻R1和第二电阻R2分别接在555的第6脚与第7脚之间和第7脚与电源Vcc之间，该555集成定时器的第6脚和第2脚与第二电阻R2的节点通过第一电容C1接地，第1脚接地，第5脚通过第二电容C2接地，第4和第8脚接电源Vcc，第3脚接开关三极管T的控制极，该开关三极管T的集电极通过一升压器接电源Vcc，该开关三极管T的发射极接地，其特征在于所述的第一电阻R1和第二电阻R2为可调电阻；所述的升压器为升压电感L，该升压电感L和该开关三极管T的集电极的节点与一整流二极管D的正极相接，该整流二极管D的负极通过一高压滤波电容C3再接地，该整流二极管D的负极和高压滤波电容C3的节点作本发明直流高压的输出端。

所述的开关三极管T采用耐压值高、饱和管压降低的快速开关三极管MMBAT42。所述的升压电感L的电感量为2.2MH。

所述的高压滤波电容C4是耐压值大于300V的无极性电容。滤波电容的等效串连电阻是造成输出文波的主要因素，也会影响转换效率，应选用低等效串连电阻的电容。

由555集成定时器和可调电阻R1、R2构成频率和占空比可调的方波发生器，经过分压后驱动开关三极管T，当输入高电平时，三极管T导通，串连在集电极回路中的升压电感L充电，当低电平到来时，三极管T截止，此时由于升压电感L的自感效应，产生高压脉冲，通过快速整流二极管D给输出滤波电容C4充电，产生高压、小电流直流输出Vout。

综上所述，本发明电感升压式直流变换器具有体积小、重量轻、转换效率高和能提供高电压小电流输出的优点。

Claims (4)

1、一种小型电感升压式直流变换器，采用555集成定时器作为方波发生器(1)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)分别接在555的第6脚与第7脚之间和第7脚与电源(Vcc)之间，该555集成定时器的第6脚和第2脚与第二电阻(R2)的节点通过第一电容(C1)接地，第1脚接地，第5脚通过第二电容(C2)接地，第4和第8脚接电源(Vcc)，第3脚接开关三极管(T)的控制极，该开关三极管(T)的集电极通过一升压器接电源(Vcc)，该开关三极管(T)的发射极接地，其特征在于所述的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)为可调电阻；所述的升压器为升压电感(L)，该升压电感(L)和该开关三极管(T)的集电极的节点与整流二极管(D)的正极相连，该整流二极管(D)的负极通过一高压滤波电容(C3)再接地，该整流二极管(D)的负极和高压滤波电容(C3)的节点作直流高压的输出端。

2、根据权利要求1所述的小型电感升压式直流变换器，其特征在于所述的开关三极管(T)采用耐压值高、饱和管压降低的快速开关三极管MMBAT42。

3、根据权利要求1所述的小型电感升压式直流变换器，其特征在于所述的升压电感(L)的电感量为2.2MH。

4、根据权利要求1至3任一项所述的小型电感升压式直流变换器，其特征在于所述的高压滤波电容(C3)是耐压值大于300V的无极性电容。

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