CN203574540U - 一种直流升压电路及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流升压电路及电子设备，包括至少一级倍压单元，在所述倍压单元中设置有两个二极管和两个电容，倍压单元的第一输入端通过第一电容分别与第一二极管的阴极和第二二极管的阳极相连接，第二二极管的阴极通过第二电容连接第一二极管的阳极，第一二极管的阳极连接倍压单元的第二输入端；所述倍压单元的第一输入端接收脉冲信号，第二输入端连接一直流电源。本实用新型的直流升压电路仅需选用几颗常见的二极管和电容器件即可完成电路设计，对输入的直流电源进行升压变换，实现高压输出，电路结构简单，成本低廉，功耗小。将其应用在电子设备的电源电路设计中，可以降低系统的整机成本，节约PCB空间，方便电子产品的小型化设计。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种直流升压电路以及采用所述直流升压电路设计的电子设备。
背景技术
目前的电子设备，特别是家电产品，其要求集成的功能越来越多，由此导致该类电子产品在进行电路设计时需要引入更多的电器元件。由于不同类型的电器元件所需使用的供电电源不尽相同，因此，在进行电源电路设计时经常会使用到升压电路，用于将一路电压幅值较低的供电电源升压变换成一路或者多路幅值较高的直流电源，以满足某些电器元件的用电需求。
目前的直流升压电路大多采用DC-DC集成芯片或者变压器配合简单的外围电路组建而成，虽然使用的器件较少，但是集成芯片和变压器的价格普遍较高，从而导致电子设备的整机成本升高，这对于价格竞争相对激烈的家电产品来说，影响尤为明显。除此之外，采用变压器设计的升压电路，在变压器的初级绕组侧通常需要使用继电器作为控制器件，通过继电器控制变压器初级绕组的开关频率，以变换生成所需幅值的次级电源。这种电路设计方式，会带来严重的功耗问题，进而给电子产品的节能设计带来困难。
基于此，如何设计一种电路结构简单、成本低、功耗小的直流升压电路，以满足电子产品中不同用电负载的供电需求，是电源电路设计领域致力于解决的一项主要问题。
发明内容
本实用新型为了解决现有直流升压电路成本高、功耗大的问题，提出了一种采用二极管和电容元件组建而成的直流升压电路，在满足不同用电负载供电需求的同时，显著降低了系统的硬件成本。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种直流升压电路，包括至少一级倍压单元，在所述倍压单元中设置有两个二极管和两个电容，倍压单元的第一输入端通过第一电容分别与第一二极管的阴极和第二二极管的阳极相连接，第二二极管的阴极通过第二电容连接第一二极管的阳极，第一二极管的阳极连接倍压单元的第二输入端；所述倍压单元的第一输入端接收脉冲信号，第二输入端连接一直流电源。
当所述倍压单元仅设置有一级时，将第二二极管的阴极连接输出端的正极，输出升压变换后的直流电源；输出端的负极接地。
当所述倍压单元设置有多级时，前一级倍压单元中的第二二极管的阳极连接后一级倍压单元的第一输入端，前一级倍压单元中的第二二极管的阴极连接后一级倍压单元的第二输入端；第一级倍压单元的两个输入端分别接收所述的脉冲信号和直流电源，最后一级倍压单元中的第二二极管的阴极连接输出端的正极，输出端的负极接地。
优选的，在所述直流升压电路中设置有至少三级级联的倍压单元，对输入的直流电源进行至少三级倍压变换。
进一步的，在每一级所述的倍压单元中，第一电容的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的低电平时间；第二电容的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的高电平时间。
优选的，所述脉冲信号优选采用占空比为50%的方波信号。
优选的，所述脉冲信号的高电平幅值等于所述直流电源的电压幅值。
优选的，所述脉冲信号优选通过一处理器的PWM接口输出至所述的倍压单元。
为了提高直流供电的稳定性，将所述直流电源通过一滤波电容接地，以滤除供电线路中的干扰信号。
基于上述直流升压电路结构，本实用新型还提出了一种采用所述直流升压电路设计的电子设备，包括至少一级倍压单元，在所述倍压单元中设置有两个二极管和两个电容，倍压单元的第一输入端通过第一电容分别与第一二极管的阴极和第二二极管的阳极相连接，第二二极管的阴极通过第二电容连接第一二极管的阳极，第一二极管的阳极连接倍压单元的第二输入端；所述倍压单元的第一输入端接收脉冲信号，第二输入端连接一直流电源。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的直流升压电路仅需选用几颗常见的二极管和电容器件即可完成电路设计，对输入的直流电源进行升压变换，实现高压输出，不仅电路结构简单，成本低廉，功耗小，而且通过合理地配置倍压单元的级联数目，即可方便地升压变换成系统所需的各种直流供电电源，满足不同负载的用电需求。将所述直流升压电路应用在电子设备的电源电路设计中，不仅可以降低系统的整机成本，提高电子产品的市场竞争力；而且可以节约PCB空间，有助于电子产品的小型化设计。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型所提出的直流升压电路的一种实施例的电路原理图；
图2是本实用新型所提出的直流升压电路的另外一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
本实施例的直流升压电路为了简化电路结构，降低成本，采用常见的二极管器件和电容器件组成倍压单元，用于对输入的直流电源进行升压变换。所述倍压单元可以设置一级，也可以设置多级，通过合理地配置倍压单元的级联数目，即可方便地生成多种不同幅值的直流电源，以满足不同用电负载的不同供电需求。
在本实施例中，每一级倍压单元均可以采用两个二极管和两个电容组建而成。参见图1所示，以一级倍压单元为例进行说明，可以具体包括第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1、第二二极管D2。将所述第一电容C1连接在倍压单元的第一输入端Vin_1与第一二极管D1的阴极之间，第一二极管D1的阳极连接倍压单元的第二输入端Vin_2；将第二二极管D2的阳极连接第一二极管DI的阴极，第二二极管D2的阴极通过第二电容C2连接第一二极管DI的阳极。
在进行直流升压变换时，向所述倍压单元的第一输入端Vin_1输入脉冲信号，所述脉冲信号可以由电子设备系统电路中的处理器MCU输出提供，具体可以连接处理器MCU的一路GPIO口MCU_IO或者一路PWM接口，以接收处理器MCU输出的占空比可调的脉冲信号。将第二输入端Vin_2连接直流电源VDD，接收直流电源VDD提供的直流供电。
假设通过处理器MCU输出的脉冲信号的高电平幅值为Vo，低电平幅值为0，则当脉冲信号为低电平时，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，直流电源VDD通过第一二极管D1为第一电容C1充电。当脉冲信号由低电平跳变成高电平时，第一电容C1的左侧电压由0V变为Vo，由于电容两端的电压不能突变，因此，第一电容C1的右侧电压瞬时变成VDD+Vo。此时，第一二极管D1反偏截止，第二二极管D2导通，第一电容C1放电，通过导通的第二二极管D2为第二电容C2充电，在脉冲信号的一个周期内，使第二电容C2的右侧电压变为VDD+Vo，左侧电压为VDD。由此，第一级倍压单元升压完成。
如果后级负载所需的供电电源为VDD+Vo，那么在系统电路中只需设计一级倍压单元即可满足供电需求。此时，可以将第二二极管D2的阴极连接升压电路的输出端Vout，具体连接输出端Vout的正极+，输出端Vout的负极-接地，通过输出端Vout输出升压后的直流电源VDD+Vo，为系统负载供电。
由上可见，若配置处理器MCU输出的脉冲信号的高电平幅值Vo等于直流电源VDD的电压幅值，则通过第一级倍压单元输出的直流电源的电压幅值即可2Vo，实现倍压输出。
以直流电源VDD为3.3V，处理器MCU输出的脉冲信号的高电平幅值同为3.3V，低电平为0V为例进行说明，则通过第二二极管D2的阴极即可输出大约6.6V的直流电源。
为了保证直流升压电路的升压变换过程正常进行，对于输入到第一输入端Vin_1的脉冲信号的占空比应满足：第一电容C1的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的低电平时间，以保证直流电源VDD能够完成向第一电容C1的充电过程；第二电容C2的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的高电平时间，以保证第二电容C2能够完成充电过程。
作为本实施例的一种优选设计方案，优选配置所述脉冲信号的占空比为50%，以均衡两个电容C1、C2的充放电进程。
上面是针对一级倍压单元设计的直流升压电路，对于要求供电电源高于VDD+Vo的用电负载来说，可以在电子设备的系统电路中设计多级倍压单元，并以级联的方式依次连接，实现对输入电源的多级倍压变换。
下面以N级倍压单元为例进行说明，所述N为大于1的自然数。
参见图2所示，在每一级倍压单元中均设置两个二极管和两个电容，例如：二极管D1、D2、电容C1、C2构成第一级倍压单元；二极管D3、D4、电容C3、C4构成第二级倍压单元；二极管D5、D6、电容C5、C6构成第三级倍压单元；等等。各级倍压单元中的二极管和电容的连接关系相同，均与上述第一级倍压单元中的两个二极管D1、D2和两个电容C1、C2的连接关系相同，本实施例在此不再一一说明。将第一级倍压单元的第一输入端Vin_1连接处理器MCU ，接收处理器MCU输出的脉冲信号，第二输入端Vin_2连接直流电源VDD。然后，将后一级倍压单元的第一输入端连接至前一级倍压单元中的第二二极管的阳极（例如：将第二级倍压单元中的第一电容C3连接至第一级倍压单元中的第二二极管D2的阳极；将第三级倍压单元中的第一电容C5连接至第二级倍压单元中的第二二极管D4的阳极；以此类推），将后一级倍压单元的第二输入端连接至前一级倍压单元中的第二二极管的阴极（例如：将第二级倍压单元中的第一二极管D3的阳极连接至第一倍压单元中的第二二极管D2的阴极；将第三级倍压单元中的第一二极管D5的阳极连接至第二倍压单元中的第二二极管D4的阴极；以此类推）。将各级倍压单元级联后，最后，将处于最后一级的倍压单元中的第二二极管的阴极连接至输出端Vout的正极+，并将输出端Vout的负极-接地，由此便可通过输出端Vout输出幅值为VDD+N*Vo的直流电源。
以N=3为例进行说明，如图2所示，将第三级倍压单元中的第二二极管D6的阴极连接输出端Vout的正极+，输出端Vout的负极-接地，由此，通过输出端Vout即可输出VDD+3*Vo的直流供电。设置脉冲信号的高电平幅值Vo=VDD，则通过输出端Vout即可输出4倍的VDD，实现对输入电源的多级升压变换。
随着处理器MCU不断地产生高电平的脉冲信号，电流会不断地传送至各级倍压单元，以保证通过输出端Vout有足够的电流输出，满足供电要求。
为了保证输入到升压电路的直流电源VDD稳定，本实施例在所述直流电源VDD与地之间还连接有滤波电容C9，参见图1、图2所示，以滤除供电线路中的干扰信号。
本实施例的直流升压电路结构简单，成本低廉，倍压单元的级数根据所需输出的电压来具体确定，所需电压越高，所需配置的倍压单元的级数就越多，配置方式灵活，可以很好地满足系统中不同用电负载的不同用电需求。将其代替传统设计中的DC-DC集成芯片或者变压器，完成系统电路中电源电路的线路设计，可以有效降低系统电路的硬件成本，提高电子产品的市场竞争力。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种直流升压电路，其特征在于：包括至少一级倍压单元，在所述倍压单元中设置有两个二极管和两个电容，倍压单元的第一输入端通过第一电容分别与第一二极管的阴极和第二二极管的阳极相连接，第二二极管的阴极通过第二电容连接第一二极管的阳极，第一二极管的阳极连接倍压单元的第二输入端；所述倍压单元的第一输入端接收脉冲信号，第二输入端连接一直流电源。
2.根据权利要求1所述的直流升压电路，其特征在于：所述倍压单元仅设置有一级，第二二极管的阴极连接输出端的正极，输出端的负极接地。
3.根据权利要求1所述的直流升压电路，其特征在于：所述倍压单元设置有多级，前一级倍压单元中的第二二极管的阳极连接后一级倍压单元的第一输入端，前一级倍压单元中的第二二极管的阴极连接后一级倍压单元的第二输入端；第一级倍压单元的两个输入端分别接收所述的脉冲信号和直流电源，最后一级倍压单元中的第二二极管的阴极连接输出端的正极，输出端的负极接地。
4.根据权利要求3所述的直流升压电路，其特征在于：在所述直流升压电路中设置有至少三级级联的倍压单元。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的直流升压电路，其特征在于：在每一级所述的倍压单元中，第一电容的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的低电平时间；第二电容的充电时间小于所述脉冲信号在一个周期内的高电平时间。
6.根据权利要求5所述的直流升压电路，其特征在于：所述脉冲信号为占空比为50%的方波信号。
7.根据权利要求6所述的直流升压电路，其特征在于：所述脉冲信号的高电平幅值等于所述直流电源的电压幅值。
8.根据权利要求5所述的直流升压电路，其特征在于：所述脉冲信号通过一处理器的PWM接口输出至所述的倍压单元。
9.根据权利要求5所述的直流升压电路，其特征在于：所述直流电源通过一滤波电容接地。
10.一种电子设备，其特征在于：设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的直流升压电路。
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