CN203617907U - 一种降压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种降压电路，其包括：与电源电连接的场效应管Q5、用于控制场效应管Q5的开关频率的开关振荡模块、用于根据基准电压设定调节输出电压的比较调节模块、用于根据外部控制信号强制断开所述场效应管Q5的控制模块、电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1。本实用新型提供的降压电路既能耐高压也能灵活高效的进行降压转换。

Description

一种降压电路

技术领域

本实用新型涉及一种转换电路，尤其涉及一种降压电路。

背景技术

目前，大量的电子产品需要将电源转换为合适电压的直流电来供电，尤其是将较高电压的直流电转换为较低电压的直流电，所以，市面需要大量的降压电路。目前的降压电路主要有两类：一类是通过集成电路形成的降压电路，例如，以TL494电压型控制芯片为代表DC-DC电源,这种方式由于采用集成电路以致其难以承受高电压；另外一类主要是由线性稳压器实现降压，这种方式虽然能耐高压且成本低，但是这种结构的降压电路转换的效率较低。所以，目前市场上缺乏一种既能耐高压且能以较高的转换效率进行降压的降压电路。

可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中降压电路不能同时具备耐高压及较高转换效率的缺陷，提供一种转换效率较高、工作灵活且能耐高压的降压电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种降压电路，其包括：与电源电连接的场效应管Q5、用于控制场效应管Q5的开关频率的开关振荡模块、用于根据基准电压设定调节输出电压的比较调节模块、用于根据外部控制信号强制断开所述场效应管Q5的控制模块、电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1；其中，场效应管Q5的栅极通过电阻R1与电源的正极相连，场效应管Q5的栅极同时通过电阻R2与电源的负极相连，场效应管Q5的源极与电源的正极相连，场效应管Q5的漏极通过电感L1与比较调节模块的第一端相连，场效应管Q5的漏极同时接二极管D2的阴极及开关振荡模块的第一端，二极管D2的阳极接电源的负极；二极管D1的阴极接电源的正极，二极管D1的阳极同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块的第二端，比较调节模块的第三端接电源的负极；三极管Q1的基极同时接二极管D1的阳极、开关振荡模块的第二端、及比较调节模块的第二端，其集电极通过电阻R2接电源的负极，其集电极同时接场效应管Q5的栅极，其发射极接电源的正极。

在本实用新型提供的降压电路中，所述比较调节模块包括：三极管Q3、稳压管Z2、及电阻R6、R7、R8、R9、R10；其中，三极管Q3的基极同时与电阻R9的一端及电阻R10的一端相连，其集电极通过电阻R8同时与所述电感L1及电阻R9的另一端相连，其集电极同时通过电阻R6与所述二极管D1的阳极相连，其发射极通过电阻R7与电阻R9的另一端相连，其发射极同时与稳压管Z2的阴极相连，稳压管Z2的阳极同时接电阻R10 的另一端及电源的负极。

在本实用新型提供的降压电路中，所述开关振荡模块包括串联的电容C2及电阻R3，电容C2的一端接场效应管Q5的漏极，电容C2的一端同时通过电感L1接比较调节模块的第一端，电容C2的另一端通过电阻R3同时接比较调节模块的第二端及三极管Q1的基极。

在本实用新型提供的降压电路中，所述控制模块包括：三极管Q6、电阻R13、R14及二极管D3；其中，三极管Q6的基极通过电阻R14接二极管D3的阴极，其集电极通过电阻R13同时接二极管D1的阳极及三极管Q1的基极，其发射极接电源的负极，二极管D3的阳极接外部控制信号输出端。

在本实用新型提供的降压电路中，还包括用于过流保护的电流保护模块，所述电流保护模块连接于所述电阻R9的另一端与电源的负极之间。

在本实用新型提供的降压电路中，所述电流保护模块包括：三极管Q2、三极管Q4、及电阻R4、R5、R11、R12；其中，三极管Q4的基极通过电阻R12与电阻R9的另一端相连，其集电极通过电阻R5接三极管Q2的基极，其发射极通过电阻R11接电阻R9的另一端；三极管Q2的集电极通过电阻R4同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块的第二端，其发射极接电源的负极。

在本实用新型提供的降压电路中，还包括稳压管Z1，稳压管Z1的阳极接场效应管Q5的栅极，其阴极接电源的正极。

在本实用新型提供的降压电路中，还包括电容C1，电容C1连接于电源的正极与电源的负极之间。

在本实用新型提供的降压电路中，所述电阻R9及电阻R10均为可调电阻。

在本实用新型提供的降压电路中，还包括电容C3，电容C3连接于电阻R9的另一端与电阻R10的另一端之间。

本实用新型提供的降压电路中，其通过调节场效应管Q5的通断，以将电源输出的电压降低。具体的，其通过开关振荡模块调节场效应管Q5的开关频率，通过比较调节模块与基准电压进行比较后设定调节输出的电压值，且由控制模块根据外部控制信号的情况及时强制的对场效应管Q5进行关断控制，再结合电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1使得电感L1循环充放电，进而使得比较调节模块端输出已降压的所需电压值。本实用新型由于结合开关电源的方式来控制调节电源，所以其降压转换的效率较高，其避免采用集成电路，而是采用分立式器件，使得降压电路能承受较高的电压且能根据比较调节模块输出所需的电压值，而且，其能根据外部控制信号灵活的中断降压电路的工作。  

附图说明

图1是本实用新型提供的一实施例中降压电路的电路示意图；

图2是本实用新型提供的一实施例中降压电路的电路结构图；

图3是本实用新型提供的一实施例里降压电路中电感L1与场效应管Q5对应的工作时序图。  

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参见图1至图3，本实用新型提供的降压电路主要包括：与电源电连接的场效应管Q5、开关振荡模块10、比较调节模块20、控制模块30、电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1。开关振荡模块10通过振荡来控制场效应管Q5的开关频率，即控制场效应管Q5的导通时间。比较调节模块20用于根据基准电压设定调节输出电压，比较调节模块20的两端为降压电路的输出端，即比较调节模块20根据预定的基准电压可以控制调节降压电路输出的电压的范围（即设定输出电压）。控制模块30用于根据外部控制信号S1强制断开所述场效应管Q5，这样可以在降压电路需要强制停止工作时灵活的进行控制，例如当降压电路外围的电路需要降压电路停止供电或者降压电路出现故障需要中止工作以避免后患时，均可以快捷灵活的使降压电路停止工作，进而降压电路能安全灵活的工作。其中，场效应管Q5的栅极通过电阻R1与电源的正极相连，场效应管Q5的栅极同时通过电阻R2与电源的负极相连，场效应管Q5的源极与电源的正极相连，场效应管Q5的漏极通过电感L1与比较调节模块20的第一端相连，场效应管Q5的漏极同时接二极管D2的阴极及开关振荡模块10的第一端，二极管D2的阳极接电源的负极；二极管D1的阴极接电源的正极，二极管D1的阳极同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块20的第二端，比较调节模块20的第三端接电源的负极；三极管Q1的基极同时接二极管D1的阳极、开关振荡模块10的第二端、及比较调节模块20的第二端，其集电极通过电阻R2接电源的负极，其集电极同时接场效应管Q5的栅极，其发射极接电源的正极。所以，其结合电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1使得电感L1循环充放电，进而使得比较调节模块20端输出已降压的所需电压值。本实用新型由于结合开关电源的方式来控制调节电源，所以其降压转换的效率较高，且其避免采用集成电路，而是采用分立式器件，使得其能承受较高的电压，且能根据比较调节模块20输出所需的电压值。

再次参见图2及图3所示实施例，本实用新型提供的降压电路的工作原理将结合图2所示实施例进行详细说明。

在图2的优选实施例中，比较调节模块20包括：三极管Q3、稳压管Z2、及电阻R6、R7、R8、R9、R10。其中，三极管Q3的基极同时与电阻R9的一端及电阻R10的一端相连，其集电极通过电阻R8同时与所述电感L1及电阻R9的另一端相连，其集电极同时通过电阻R6与所述二极管D1的阳极相连，其发射极通过电阻R7与电阻R9的另一端相连，其发射极同时与稳压管Z2的阴极相连，稳压管Z2的阳极同时接电阻R10 的另一端及电源的负极。比较调节模块20中稳压管Z2提供基准电压，电阻R7给稳压管Z2提供工作电流，电阻R9、R10调节输出电压，故其可以根据上述基准电压、及电阻R9、R10的比值来设定比较调节模块20输出的电压（即降压电路输出的电压），该比较调节模块20结构简单，能承受高压且反应速度较快。在该优选实施例中，开关振荡模块10包括串联的电容C2及电阻R3，电容C2的一端接场效应管Q5的漏极，电容C2的一端同时通过电感L1接比较调节模块20的第一端，电容C2的另一端通过电阻R3同时接比较调节模块20的第二端及三极管Q1的基极。开关振荡模块10通过电容C2周期性的充电及放电，可以改变场效应管Q5的漏极的电压，进而改变场效应管Q5的开关情况，即R3与C2的乘积决定场效应管Q5的开关频率。同时在该优选地实施例中，控制模块30包括：三极管Q6、电阻R13、R14及二极管D3。其中，三极管Q6的基极通过电阻R14接二极管D3的阴极，其集电极通过电阻R13同时接二极管D1的阳极及三极管Q1的基极，其发射极接电源的负极，二极管D3的阳极接外部控制信号输出端S1。当向端点5注入高电平时（即接通外部控制信号时），三极管Q6导通，其引起三极管Q1导通，进而导致Q5关闭无输出，相反，端点5悬空或为低电平则不影响场效应管Q5的工作。所以，控制模块30可以根据外部控制信号S1灵活的中止降压电路的工作。

图2所示实施例的工作原理大致如下：端点1、2是电源的输入端，端点3、4是输出端，端点5是输出控制端（即控制信号输出端），当端点5为高电平时，场效应管Q5断开无输出，相反低电平有输出。根据公式：Vout=Vin*D(D是占空比)，当负载变大会引起D的变大，即C2、R3、D1回路充电时间变长，反之变短。整个电路就是控制对电感L1的充电时间，负载越大充电时间越长，反之越短。

具体的，刚上电时（即接通电源时），由于电阻R1、R2的分压，场效应管Q5的栅极端电压大于场效应管Q5的开通电压Vth(一般在2-4V)，故场效应管Q5导通，开始对电感L1充电，同时对电容C2、电阻R3、二极管D1形成的回路充电；随着对电感L1的充电，输出电压上升（即端点3、4上的电压上升），当输出电压大于设定值时（设定值由稳压管Z2提供的基准电压、及电阻R9与R10的比值决定），比较调节模块里的三极管Q3上基极电压较大，以致三极管Q3饱和导通；三极管Q3饱和导通则带动三极管Q1导通，进而引起场效应管Q5断开，这时三极管Q1的基极、电阻R3、电容C2所在的回路对电容C2反向充电，由于场效应管Q5断开，故储能电感L1开始放电以对负载供电，二极管D2开始续流，由于对负载供电，所以输出电压下降，当输出电压小于设定值时，三极管Q3断开，进而三极管Q1断开，场效应管Q5导通，又开始对电感充电，降压电路按上述过程重复循环。所以，通过场效应管Q5的周期性通断及电感L1的循环充放电，可以将输入端电源的电压降低，例如，参见图3所示，故降压电路的输出端可以提供用户所需的较低的电压。而比较调节模块可以根据稳压管Z2、电阻R9、R10的阻值调节场效应管Q5的导通情况，进而可以调节输出电压。当电阻R9、R10的阻值固定时，固定的输入电压降压后输出的电压为固定的，为了适当调节降压电路输出端的电压，优选地，电阻R9及电阻R10均为可调电阻，则用户可以调节电阻R9、R10后得到所需范围里的输出电压。

在本实用新型的优选实施例中，降压电路还包括用于过流保护的电流保护模块40，电流保护模块40连接于所述电阻R9的另一端与电源的负极之间。这样，当降压电路中出现过流时可以进行安全保护。具体优选地，电流保护模块包括：三极管Q2、三极管Q4、及电阻R4、R5、R11、R12；其中，三极管Q4的基极通过电阻R12与电阻R9的另一端相连，其集电极通过电阻R5接三极管Q2的基极，其发射极通过电阻R11接电阻R9的另一端；三极管Q2的集电极通过电阻R4同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块的第二端，其发射极接电源的负极。电阻R11是输出回路的电流采样电阻，当电阻R11电压增大到一定阀值时，例如0.7V时，三极管Q4导通，三极管Q4上的电流流入三极管Q2的基极，于是三极管Q2导通，进而电流注入三极管Q1管的基极，三极管Q1管导通，三极管Q1饱和导通压降0.3V，拉低了场效应管Q5的栅极电压，则场效应管Q5断开以保护回路。优选地，降压电路还包括稳压管Z1，稳压管Z1的阳极接场效应管Q5的栅极，其阴极接电源的正极。Z1是钳位二极管，其用来保护场效应管Q5的栅极电压。在本实用新型的优选实施例中，降压电路还包括用于滤波的电容C1，电容C1连接于电源的正极与电源的负极之间。降压电路还包括用于滤波的电容C3，电容C3连接于电阻R9的另一端与电阻R10的另一端之间。

综上所述，本实用新型提供的降压电路避免使用LDO（即低压差线性稳压器)、振荡器、运放等电路，其利用RC充放电控制场效应管Q5的通断，整个电路是分立器件构成，耐高压，结构简单。其结合开关电源的方式来控制调节电源的输出，所以其降压转换的效率较高。而且，其能根据外部控制信号灵活的中断降压电路的工作。使得降压电路能安全的便捷的进行降压。同时，其具有输出电压可调、过流保护、输出使能的优点。其可以应用于输入电压范围较宽的情况，可以适用于24V\36V\48V的电池系统，也可制作成模块电路批量生产，成本较低，具有较广的应用范围。  

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降压电路，其特征在于，包括：与电源电连接的场效应管Q5、用于控制场效应管Q5的开关频率的开关振荡模块、用于根据基准电压设定调节输出电压的比较调节模块、用于根据外部控制信号强制断开所述场效应管Q5的控制模块、电阻R1、R2、电感L1、二极管D1、D2、及三极管Q1；

其中，场效应管Q5的栅极通过电阻R1与电源的正极相连，场效应管Q5的栅极同时通过电阻R2与电源的负极相连，场效应管Q5的源极与电源的正极相连，场效应管Q5的漏极通过电感L1与比较调节模块的第一端相连，场效应管Q5的漏极同时接二极管D2的阴极及开关振荡模块的第一端，二极管D2的阳极接电源的负极；

二极管D1的阴极接电源的正极，二极管D1的阳极同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块的第二端，比较调节模块的第三端接电源的负极；

三极管Q1的基极同时接二极管D1的阳极、开关振荡模块的第二端、及比较调节模块的第二端，其集电极通过电阻R2接电源的负极，其集电极同时接场效应管Q5的栅极，其发射极接电源的正极。

2.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述比较调节模块包括：三极管Q3、稳压管Z2、及电阻R6、R7、R8、R9、R10；

其中，三极管Q3的基极同时与电阻R9的一端及电阻R10的一端相连，其集电极通过电阻R8同时与所述电感L1及电阻R9的另一端相连，其集电极同时通过电阻R6与所述二极管D1的阳极相连，其发射极通过电阻R7与电阻R9的另一端相连，其发射极同时与稳压管Z2的阴极相连，稳压管Z2的阳极同时接电阻R10 的另一端及电源的负极。

3.如权利要求1或2所述的降压电路，其特征在于，所述开关振荡模块包括串联的电容C2及电阻R3，电容C2的一端接场效应管Q5的漏极，电容C2的一端同时通过电感L1接比较调节模块的第一端，电容C2的另一端通过电阻R3同时接比较调节模块的第二端及三极管Q1的基极。

4.如权利要求1或2所述的降压电路，其特征在于，所述控制模块包括：三极管Q6、电阻R13、R14及二极管D3；

其中，三极管Q6的基极通过电阻R14接二极管D3的阴极，其集电极通过电阻R13同时接二极管D1的阳极及三极管Q1的基极，其发射极接电源的负极，二极管D3的阳极接外部控制信号输出端。

5.如权利要求2所述的降压电路，其特征在于，还包括用于过流保护的电流保护模块，所述电流保护模块连接于所述电阻R9的另一端与电源的负极之间。

6.如权利要求5所述的降压电路，其特征在于，所述电流保护模块包括：三极管Q2、三极管Q4、及电阻R4、R5、R11、R12；

其中，三极管Q4的基极通过电阻R12与电阻R9的另一端相连，其集电极通过电阻R5接三极管Q2的基极，其发射极通过电阻R11接电阻R9的另一端；

三极管Q2的集电极通过电阻R4同时接开关振荡模块的第二端及比较调节模块的第二端，其发射极接电源的负极。

7.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括稳压管Z1，稳压管Z1的阳极接场效应管Q5的栅极，其阴极接电源的正极。

8.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，还包括电容C1，电容C1连接于电源的正极与电源的负极之间。

9.如权利要求2所述的降压电路，其特征在于，所述电阻R9及电阻R10均为可调电阻。

10.如权利要求2所述的降压电路，其特征在于，还包括电容C3，电容C3连接于电阻R9的另一端与电阻R10的另一端之间。

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