CN201830141U - 直流电间负电压变换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了直流电间负电压变换电路，包括直流电源、电源控制器、电感、第一二极管、第一电容、负载、软启动电路和电压调整电路，负载一端引出负电压输出端，另一端为接地端；直流电源的正极接参考地，负极与电源控制器连接；电源控制器与负电压输出端、第一二极管连接；电感与第一二极管、第一电容、电压调整电路、负电压输出端连接；第一二极管与电压调整电路、第一电容、负载的接地端连接；第一电容与负载并联；软启动电路与电源控制器、直流电源负极、参考地连接；电压调整电路与参考地、直流电源、电源控制器、负电压输出端、负载的接地端连接。本实用新型具有较强的带负载能力和较高的效率。

Description

直流电间负电压变换电路

技术领域

本实用新型属于变换电路技术领域，特别涉及一种直流电间负电压变换电路(即DC-DC负电压变换电路)。

背景技术

随着电子技术的高速发展，越来越多的电子系统需要用到负电源才能正常工作，如运算放大器，调制解调器，计算机电源等。与此同时，为了满足现代电源技术的发展方向，系统对于负电源的要求也进一步提高，特别是在负电源的带负载能力和效率这两个方面。

常用的直流电间负电压变换电路(即DC-DC负电压变换电路)有以下三种：

1、线性稳压电源

如图1所示，该负电压变换电路包括直流电源1、滤波电容2、滤波电容3、负载4和负电压三端稳压器5，直流电源1的电压幅值比实际输出端46的负电压的幅值高。利用负电压三端稳压器5，如7905等，即可得到所需输出端46的负电压。这种技术电路简单，但效率低，功耗大，一般只用于不能采用开关电源的场合，如用于对干扰敏感的电路。

2、电荷泵

如图2所示，该负电压变换电路包括直流电源7、模拟开关8、模拟开关9、模拟开关11、模拟开关12、储能电容10、储能电容13、负载14、矩形波振荡器6和反相器15，矩形波振荡器6输出的矩形波驱动信号直接控制模拟开关8、模拟开关9的开通与关断。同时，该驱动信号经过反相器15也直接控制模拟开关11，模拟开关12的开通以及关断。当矩形波振荡器6输出高电平时，模拟开关8、模拟开关9导通，模拟开关11、模拟开关12关断，直流电源7将对储能电容10进行充电。当矩形波振荡器6输出高电平时，模拟开关8、模拟开关9关断，模拟开关11、模拟开关12导通，储能电容10将对储能电容13进行充电和对负载14供电。由于储能电容13的高电位接地，此时就可以得到输出端47的负电压。此方案最大的优点是采用电容储存能量，外接元件少，能使电源的体积做到很小。但是，其输出特性差，带负载能力差。

3、DC-DC电压变换(即直流电间电压变换)

如图3所示，该DC-DC电压变换电路包括直流电源16、开关管17、二极管18、电感19、电容20和负载21，其基本工作原理是：当开关管17导通时，电感19储存能量，电容20对负载21供电。当开关管17关断时，电感19通过二极管18对电容20充电，二极管18的单向导通特性使得输出端48的输出电压相对参考地为负。这种电路的缺点是不能在电感储能的同时给电容充电，因此带负载能力较弱。

实用新型内容

本实用新型的首要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，可有效减小输出电压的纹波，增大其带负载能力和效率的直流电间负电压变换电路。

为达上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

直流电间负电压变换电路，包括直流电源、电源控制器、电感、第一二极管、第一电容、负载、软启动电路和电压调整电路，所述电源控制器包括功率三极管集电极输出引脚、参考地引脚、反馈输入引脚、软启动输入引脚和电源引脚，所述负载的一端引出负电压输出端，另一端为连接参考地的接地端；所述直流电源的正极接参考地，其负极与电源控制器的参考地引脚连接；所述电源控制器的电源引脚与负电压输出端连接，所述电源控制器的功率三极管集电极输出引脚与第一二极管的阳极连接；所述电感的一端与第一二极管的阳极连接，其另一端分别与第一电容的一端、电压调整电路、所述负载的一端以及负电压输出端连接；所述第一二极管的阴极分别与电压调整电路、第一电容的另一端以及负载的接地端连接；第一电容的两端分别与负载的两端连接；所述软启动电路分别与电源控制器的软启动输入引脚、直流电源的负极、参考地连接；所述电压调整电路分别与参考地、直流电源的负极、反馈输入引脚、负电压输出端、负载的接地端连接。

所述软启动电路包括第二电容和第六电阻，所述第二电容的两端分别与直流电源的负极、电源控制器的软启动输入引脚连接，所述第六电阻的一端连接参考地，另一端与电源控制器的软启动输入引脚连接。

所述电压调整电路包括第五电阻、第四电阻、三极管、三端并联型稳压二极管、第一电阻和第二电阻，所述直流电源的负极、第五电阻、第四电阻、三极管的集电极依次连接，所述电源控制器的反馈输入引脚连接在第五电阻与第四电阻的联接点上；所述三极管的发射极与参考地连接，其基极与三端并联型稳压二极管的阴极连接，所述三端并联型稳压二极管的阳极分别与负电压输出端、电感的一端连接；所述三端并联型稳压二极管的参考极与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端分别与第一二极管的阴极、负载的接地端连接；所述第一电阻的两端分别与三端并联型稳压二极管的参考极、阳极连接。

所述电压调整电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与三极管的基极连接，另一端分别与三极管的发射极、参考地连接。

所述第一二极管为肖特基二极管。

所述三极管为PNP三极管。

由上述电路的直流电间负电压变换过程，包括如下步骤：

(1)软启动：当施加直流电源前，软启动电路中第二电容上的电压是零，施加直流电源后，第二电容上的电压即电源控制器的软启动输入引脚上的电压由零逐渐增大；当第二电容上的电压即电源控制器的软启动输入引脚上的电压大于电源控制器内部的启动电压时，则完成了软启动过程，其软启动的时间由软启动电路中的第六电阻与第二电容的大小来确定；

(2)第一电容的充电：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，当电源控制器内部的功率三极管导通时，电源控制器的功率三极管集电极输出引脚与参考地引脚之间形成低阻抗通路，直流电源给电感和第一电容充电；当电源控制器内部的功率三极管关断时，电感中的电流改由通过第一二极管继续给第一电容充电直至电感中储存的能量释放完毕或电源控制器内部的功率三极管再次导通；实现第一电容在电感储存能量和释放能量的过程中均获得充电，以减小了输出电压的纹波，增大所述直流电间负电压变换电路的带负载能力和效率；

(3电压调整：

(3-1)升压调整：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，电压调整电路中，当负电压输出端的电压幅值下降时，相应地通过第一电阻和第二电阻分压加载到三端并联型稳压二极管的参考极与阳极之间的电压也下降，若通过第一电阻和第二电阻分压加载到三端并联型稳压二极管的参考极与阳极之间的电压小于三端并联型稳压二极管内部的参考电压，则三端并联型稳压二极管的阴极的输入电流下降，同时三极管集电极的电流下降，通过第四电阻与第五电阻加载到电源控制器的反馈输入引脚的电压也下降，电源控制器相应地增加内部功率三极管的导通时间，以减小其关断时间，从而增加对第一电容的充电电流和充电时间，提高负电压输出端的电压；

(3-2)降压调整：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，电压调整电路中，当负电压输出端的电压幅值上升时，相应地通过第一电阻和第二电阻分压加载到三端并联型稳压二极管的参考极与阳极之间的电压也上升，若通过第一电阻和第二电阻分压加载到三端并联型稳压二极管的参考极与阳极之间的电压大于三端并联型稳压二极管内部的参考电压，则三端并联型稳压二极管的阴极的输入电流上升，同时三极管的集电极的电流上升，通过第四电阻与第五电阻加载到电源控制器的反馈输入引脚的电压也上升，电源控制器相应地减小内部功率三极管的导通时间，以增加其关断时间，从而减小对第一电容的充电电流和充电时间，降低负电压输出端的电压。

所述步骤(3)中，电压调整电路在进行升压调整或降压调整时，第三电阻实现对三端并联型稳压二极管的漏电流旁路，防止三端并联型稳压二极管的漏电流对反馈回路产生不利的影响。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型所述直流电间负电压变换电路，与现有的直流电间负电压变换电路相比，可在电感储能的同时给电容充电，在电源控制器内部功率三极管的通断期间均能通过电感输出能量，从而减小输出电压的纹波，增大其带负载能力和效率，具有较强的带负载能力。

(2)本实用新型设有电压调整电路，可通过电压调整电路调整电源控制器内部功率三极管的导通时间，从而调整负电压输出端的电压，具有效率高、灵活等优点。

附图说明

图1是现有技术电路的第一种结构示意图。

图2是现有技术电路的第二种结构示意图。

图3是现有技术电路的第三种结构示意图。

图4是本实用新型电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图4所示，本直流电间负电压变换电路包括直流电源36、电源控制器39、电感31、第一二极管30、第一电容29、负载28、软启动电路和电压调整电路，所述电源控制器39包括功率三极管集电极输出引脚40、参考地引脚41、反馈输入引脚42、软启动输入引脚43和电源引脚44，所述负载28的一端引出负电压输出端45，另一端为连接参考地的接地端；所述直流电源36的正极接参考地，其负极与电源控制器39的参考地引脚41连接；所述电源控制器39的电源引脚44与负电压输出端45连接，所述电源控制器39的功率三极管集电极输出引脚40与第一二极管30的阳极连接；所述电感31的一端与第一二极管30的阳极连接，其另一端分别与第一电容29的一端、电压调整电路、所述负载28的一端以及负电压输出端45连接；所述第一二极管30的阴极分别与电压调整电路、第一电容29的另一端以及负载28的接地端连接；第一电容29的两端分别与负载28的两端连接；所述软启动电路分别与电源控制器39的软启动输入引脚43、直流电源36的负极、参考地连接；所述电压调整电路分别与参考地、直流电源36的负极、反馈输入引脚42、负电压输出端45、负载28的接地端连接。

所述软启动电路包括第二电容37和第六电阻38，所述第二电容37的两端分别与直流电源36的负极、电源控制器39的软启动输入引脚43连接，所述第六电阻38的一端连接参考地，另一端与电源控制器39的软启动输入引脚43连接。

所述电压调整电路包括第五电阻35、第四电阻34、三极管33、三端并联型稳压二极管22、第一电阻27和第二电阻26，所述直流电源36的负极、第五电阻35、第四电阻34、三极管33的集电极依次连接，所述电源控制器39的反馈输入引脚42连接在第五电阻35与第四电阻34的联接点上；所述三极管33的发射极与参考地连接，其基极与三端并联型稳压二极管22的阴极23连接，所述三端并联型稳压二极管22的阳极25分别与负电压输出端45、电感31的一端连接；所述三端并联型稳压二极管22的参考极24与第二电阻26的一端连接，第二电阻26的另一端分别与第一二极管30的阴极、负载28的接地端连接；所述第一电阻27的两端分别与三端并联型稳压二极管22的参考极24、三端并联型稳压二极管22的阳极25连接。

所述电压调整电路还包括第三电阻32，所述第三电阻32的一端与三极管33的基极连接，另一端分别与三极管33的发射极、参考地连接。

所述第一二极管30为肖特基二极管。

所述三极管33为PNP三极管。

由上述电路的直流电间负电压变换过程，包括如下步骤：

(1)软启动：当施加直流电源36前，软启动电路中第二电容37上的电压是零，施加直流电源36后，第二电容37上的电压即电源控制器39的软启动输入引脚43上的电压由零逐渐增大；当第二电容37上的电压即电源控制器39的软启动输入引脚43上的电压大于电源控制器39内部的启动电压时，则完成了软启动过程，其软启动的时间由软启动电路中的第六电阻38与第二电容37的大小来确定；

(2)第一电容29的充电：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，当电源控制器39内部的功率三极管导通时，电源控制器39的功率三极管集电极输出引脚40与参考地引脚41之间形成低阻抗通路，直流电源36给电感31和第一电容29充电；当电源控制器39内部的功率三极管关断时，电感31中的电流改由通过第一二极管30继续给第一电容29充电直至电感31中储存的能量释放完毕或电源控制器39内部的功率三极管再次导通；实现第一电容29在电感31储存能量和释放能量的过程中均获得充电，以减小了输出电压的纹波，增大所述直流电间负电压变换电路的带负载能力和效率；

(3电压调整：

(3-1)升压调整：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，电压调整电路中，当负电压输出端45的电压幅值下降时，相应地通过第一电阻27和第二电阻26分压加载到三端并联型稳压二极管22的参考极24与阳极25之间的电压也下降，若通过第一电阻27和第二电阻26分压加载到三端并联型稳压二极管22的参考极24与阳极25之间的电压小于三端并联型稳压二极管22内部的参考电压，则三端并联型稳压二极管22的阴极23的输入电流下降，同时三极管33集电极的电流下降，通过第四电阻34与第五电阻35加载到电源控制器39的反馈输入引脚42的电压也下降，电源控制器39相应地增加内部功率三极管的导通时间，以减小其关断时间，从而增加对第一电容29的充电电流和充电时间，提高负电压输出端45的电压；

(3-2)降压调整：所述直流电间负电压变换电路完成软启动后，电压调整电路中，当负电压输出端45的电压幅值上升时，相应地通过第一电阻27和第二电阻26分压加载到三端并联型稳压二极管22的参考极24与阳极25之间的电压也上升，若通过第一电阻27和第二电阻26分压加载到三端并联型稳压二极管22的参考极24与阳极25之间的电压大于三端并联型稳压二极管22内部的参考电压，则三端并联型稳压二极管22的阴极23的输入电流上升，同时三极管33的集电极的电流上升，通过第四电阻34与第五电阻35加载到电源控制器39的反馈输入引脚42的电压也上升，电源控制器39相应地减小内部功率三极管的导通时间，以增加其关断时间，从而减小对第一电容29的充电电流和充电时间，降低负电压输出端45的电压。

所述步骤(3)中，电压调整电路在进行升压调整或降压调整时，第三电阻32实现对三端并联型稳压二极管22的漏电流旁路，防止三端并联型稳压二极管22的漏电流对反馈回路产生不利的影响。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.直流电间负电压变换电路，其特征在于：包括直流电源、电源控制器、电感、第一二极管、第一电容、负载、软启动电路和电压调整电路，所述电源控制器包括功率三极管集电极输出引脚、参考地引脚、反馈输入引脚、软启动输入引脚和电源引脚，所述负载的一端引出负电压输出端，另一端为连接参考地的接地端；所述直流电源的正极接参考地，其负极与电源控制器的参考地引脚连接；所述电源控制器的电源引脚与负电压输出端连接，所述电源控制器的功率三极管集电极输出引脚与第一二极管的阳极连接；所述电感的一端与第一二极管的阳极连接，其另一端分别与第一电容的一端、电压调整电路、所述负载的一端以及负电压输出端连接；所述第一二极管的阴极分别与电压调整电路、第一电容的另一端以及负载的接地端连接；第一电容的两端分别与负载的两端连接；所述软启动电路分别与电源控制器的软启动输入引脚、直流电源的负极、参考地连接；所述电压调整电路分别与参考地、直流电源的负极、反馈输入引脚、负电压输出端、负载的接地端连接。

2.根据权利要求1所述的直流电间负电压变换电路，其特征在于：所述软启动电路包括第二电容和第六电阻，所述第二电容的两端分别与直流电源的负极、电源控制器的软启动输入引脚连接，所述第六电阻的一端连接参考地，另一端与电源控制器的软启动输入引脚连接。

3.根据权利要求1所述的直流电间负电压变换电路，其特征在于：所述电压调整电路包括第五电阻、第四电阻、三极管、三端并联型稳压二极管、第一电阻和第二电阻，所述直流电源的负极、第五电阻、第四电阻、三极管的集电极依次连接，所述电源控制器的反馈输入引脚连接在第五电阻与第四电阻的联接点上；所述三极管的发射极与参考地连接，其基极与三端并联型稳压二极管的阴极连接，所述三端并联型稳压二极管的阳极分别与负电压输出端、电感的一端连接；所述三端并联型稳压二极管的参考极与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端分别与第一二极管的阴极、负载的接地端连接；所述第一电阻的两端分别与三端并联型稳压二极管的参考极、阳极连接。

4.根据权利要求3所述的直流电间负电压变换电路，其特征在于：所述电压调整电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与三极管的基极连接，另一端分别与三极管的发射极、参考地连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的直流电间负电压变换电路，其特征在于：所述第一二极管为肖特基二极管。

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