CN203660881U - 一种输出电压线性可调的降压式变换电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输出电压线性可调的降压式变换电源，它包括降压式变换芯片、输出电压采样模块、输入滤波器、开关管、电源输出端储能滤波模块、主控模块和运放跟随模块，其中，主控模块包括电阻R4和滑动变阻器R5，电阻R4的一端连接稳压电源，电阻R4的另一端连接滑动变阻器R5的一端，滑动变阻器R5的另一端接地，滑动变阻器R5的滑动触头连接运放跟随模块的信号输入端，运放跟随模块的信号输出端也与降压式变换芯片的反馈信号输入端连接。本实用新型实现了降压式变换电源输出电压的线性可调。

Description

一种输出电压线性可调的降压式变换电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体地指一种输出电压线性可调的降压式变换电源。

背景技术

BUCK（降压式变换电路）电源具有体积小，支持大电流输出，电源效率高的特点，被业界称为绿色能源，目前大量应用在电力电子行业中。

典型的降压式变换电源的工作原理是通过采集输出端口的电压与基准电压进行比较，两信号差值经误差放大器放大，被放大的误差电压被输入到脉宽调制器中，脉宽调制器另一端输入是周期为T的锯齿波，脉宽调制器对流经MOSFET管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层半导体场效晶体管）的电压占空比进行控制，如输出电压偏高，则降低占空比，如输出电压偏低，则提高占空比，反馈、取样和控制的不断循环，使输出电压维持在一个恒定的值。

目前降压式变换电源输出电压可调是基于两种方法实现的。第一种是改变输出电压反馈环路采样电阻中的硬件参数，即可调的电子元器件（如滑动变阻器）的阻值，改变反馈系数以达到输出电压可调，但输入的变量与输出变量不成线性关系，可调范围窄，且精度不高。第二种是微调基准电压在一定范围内以达到输出电压可调，但是现在很多降压式芯片内集成了一个固定的基准电压值，不支持微调基准电压，限制降压式电源的适用性。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要提供一种输出电压线性可调的降压式变换电源。

为实现此目的，本实用新型所设计的一种输出电压线性可调的降压式变换电源，它包括降压式变换芯片、输出电压采样模块、输入滤波器、开关管、电源输出端储能滤波模块，其中，所述输入滤波器的输入端为直流电源输入端口，输入滤波器的输出端连接开关管的输入端，开关管的输出端连接电源输出端储能滤波模块输入端，电源输出端储能滤波模块的输出端为直流电源输出端口，电源输出端储能滤波模块的输出端连接输出电压采样模块的采样信号输入端，输出电压采样模块的输出端连接降压式变换芯片的反馈信号输入端，降压式变换芯片的方波信号输出端连接开关管的控制端，其特征在于：它还包括主控模块和运放跟随模块，其中，主控模块包括电阻R4和滑动变阻器R5，所述电阻R4的一端连接稳压电源，电阻R4的另一端连接滑动变阻器R5的一端，滑动变阻器R5的另一端接地，所述滑动变阻器R5的滑动触头连接运放跟随模块的信号输入端，运放跟随模块的信号输出端也与降压式变换芯片的反馈信号输入端连接。

所述运放跟随模块包括运算放大器UI和电阻R1，其中，运算放大器UI的同相输入端连接滑动变阻器R5的滑动触头，运算放大器UI的反相输入端连接运算放大器UI的输出端，所述运算放大器UI的输出端通过电阻R1连接降压式变换芯片的反馈信号输入端。

所述输出电压采样模块包括电阻R2和电阻R3，其中，电阻R2的一端连接电源输出端储能滤波模块的输出端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，所述电阻R2与电阻R3之间的中间节点为输出电压采样模块的输出端。

本实用新型中发明思想是给输出电压采样模块并联一个受电压控制的压控电阻器。主控模块，运放跟随模块，降压式变换芯片的反馈信号端组成的电路相当于一个受电压控制的压控电阻器，压控电阻器与输出电压采样模块中的电阻R3并联，一个主控模块输出电压对应压控电阻器的一个阻值，一个确定的压控电阻器的阻值就确定了输出电压采样模块的反馈系数Fv，而降压式变换芯片里的基准电压（Vref）不改变，也就对应唯一的一个输出的电压值，这样就实现了降压式变换电源输出电压的线性可调。且具有输出电压可调范围宽，精度高的优点。

本实用新型的工作原理为：为了分析方便和直观，在本发明实施例子中，规定在滑动变阻器滑动范围内，运放跟随模块输出电压小于降压式变换芯片的基准电压，主控模块，运放跟随模块，降压式变换芯片的反馈信号端组成的电路相当于一个受电压控制的压控电阻器，电阻R2与电阻R3之间的中间节点的节点电压Node近似等于降压式变换芯片里的基准电压（Vref），运算放大器UI输出电压等于运算放大器U1的输入电压Vdac，流经电阻R1的电流为：I1=（Vref-Vdac）/R1。则节点Node到运放跟随模块和主控模块这一支路等效电阻R6为：R6=Vref/I1=R1*Vref/(Vref-Vdac)。电阻R1，降压式变换芯片里的基准电压Vref为确定量，等效电阻R6的阻值随运放跟随模块输入电压Vdac改变而改变的。节点Node到地的等效电阻为电阻R6和R3的并联。

本实用新型的输出电压公式为：

Vout≈Vref/Fv=Vref*[1+R2/(R3//R6)]

其中，Fv为输出电压采样模块的反馈系数；//为两电阻并联符合；

调整运放跟随模块中的运算放大器输入电压就会调整等效电阻R6的阻值，等效电阻R6的阻值的改变会引起反馈系数Fv的改变，最终达到输出电压可调，具体地，在本实施例中，输出电压线性可调的降压式变换电源输出的电压随着反馈系数Fv的改变而改变。

本实用新型的输出电压Vout与运算放大器输入电压Vdac关系式由基尔霍夫电流定律推导,节点Node的电流满足关系式为：

I2-I1-I3-I4=0

其中，I1为流经电阻R1的电流、I2为流经电阻R2的电流、I3为流经电阻R3的电流、I4为输入到降压式变换芯片反馈信号输入端的电流；

降压式变换芯片的基准电压Vref输出阻抗可以看作无穷大，电流I4可以忽略不计，所以Vdac与Vout关系满足：(Vout-Vref)/R2-Vref/R3-(Vref-Vdac)/R1=0。

即：Vout=-R2/R1*Vdac+Vref(R2/R1+R2/R3+1)。

本实用新型的输出电压Vout与运算放大器输入电压Vdac的函数图形如图二所示，从图二可知该曲线为直线，斜率为-R2/R1，已知量为Vref*(R2/R1+R2/R3+1)。这样就实现了降压式变换电源输出电压的线性可调。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中输出电压Vout与运放跟随模块输入电压Vdac的函数图；

其中，101—降压式变换芯片、102—输出电压采样模块、103—运放跟随模块、104—主控模块、105—电源输出端储能滤波模块、106—输入滤波器、107—开关管。

图2中函数图形的X轴为运放跟随模块输入电压Vdac，函数图形的Y轴为输出电压Vout，其中，斜率K为-R2/R1，则线性关系式为：Vout=-R2/R1*Vdac+Vref（R2/R1+R2/R3+1）。图2中虚线框内的电阻R6为等效电阻。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

如图1所示的一种输出电压线性可调的降压式变换电源，它包括降压式变换芯片101、输出电压采样模块102、输入滤波器106、开关管107、电源输出端储能滤波模块105，其中，所述输入滤波器106的输入端为直流电源输入端口，输入滤波器106的输出端连接开关管107的输入端，开关管107的输出端连接电源输出端储能滤波模块105输入端，电源输出端储能滤波模块105的输出端为直流电源输出端口，电源输出端储能滤波模块105的输出端连接输出电压采样模块102的采样信号输入端，输出电压采样模块102的输出端连接降压式变换芯片101的反馈信号输入端，降压式变换芯片101的方波信号输出端连接开关管107的控制端，它还包括主控模块104和运放跟随模块103，其中，主控模块104包括电阻R4和滑动变阻器R5，所述电阻R4的一端连接+5V的稳压电源，电阻R4的另一端连接滑动变阻器R5的一端，滑动变阻器R5的另一端接地GND，所述滑动变阻器R5的滑动触头连接运放跟随模块103的信号输入端，运放跟随模块103的信号输出端也与降压式变换芯片101的反馈信号输入端连接。选择电阻R4和滑动变阻器R5的阻值，在滑动变阻器滑动范围内，使运放跟随模块输入电压大于等于或小于等于降压式变换芯片101的基准电压Vref，以满足本实用新型可调的降压式变换电源输出电压与运运放跟随器的输入电压成线性调节的关系。

上述技术方案中，所述运放跟随模块103包括运算放大器UI和电阻R1，其中，运算放大器UI的同相输入端连接滑动变阻器R5的滑动触头，运算放大器UI的反相输入端连接运算放大器UI的输出端，所述运算放大器UI的输出端通过电阻R1连接降压式变换芯片101的反馈信号输入端。当改变滑动变阻器R5滑动触头的位置时，运算放大器UI同相输入端的输入电压也跟着改变；在运算放大器UI负反馈的作用下，运算放大器UI的输出电压等于运放同相端输入的电压。

上述技术方案中，所述输出电压采样模块102包括电阻R2和电阻R3，其中，电阻R2的一端连接电源输出端储能滤波模块105的输出端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地GND，所述电阻R2与电阻R3之间的中间节点为输出电压采样模块102的输出端。

上述技术方案中，降压式变换芯片101能根据输出端的采样电压调整开关管107的导通或截止时间，经电源输出端储能滤波模块105储能和滤波，使本实用新型输出稳定的直流电压。

上述技术方案中，输入滤波器106用于减小或消除由于开关管107的作用或输出端负载的变化，对输入端电压产生的影响。

上述技术方案中，开关管107为MOSFET管。

上述技术方案中，电源输出端储能滤波模块105在本实用新型中主要起储能，滤波，供电的作用。

上述技术方案中，输出电压采样模块102用于对输出电压进行采样，并把电压信号反馈给降压式变换芯片101，以调整降压式变换芯片101输出的占空比。

上述技术方案中，运放跟随模块103实现运算放大器UI输出电压跟随由主控模块104产生的电压信号。

上述技术方案中，主控模块104用于产生电压信号，电压信号提供给后级的运放跟随模块103。电压信号可以是硬件参数可调整的器件（滑动变阻器R5）来调整。由主控模块104输入电压的作用，可使运放跟随模块103输入电压产生变化的任何电路，均适用于本实用新型，增加了本实用新型的适用性。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种输出电压线性可调的降压式变换电源，它包括降压式变换芯片（101）、输出电压采样模块（102）、输入滤波器（106）、开关管（107）、电源输出端储能滤波模块（105），其中，所述输入滤波器（106）的输入端为直流电源输入端口，输入滤波器（106）的输出端连接开关管（107）的输入端，开关管（107）的输出端连接电源输出端储能滤波模块（105）输入端，电源输出端储能滤波模块（105）的输出端为直流电源输出端口，电源输出端储能滤波模块（105）的输出端连接输出电压采样模块（102）的采样信号输入端，输出电压采样模块（102）的输出端连接降压式变换芯片（101）的反馈信号输入端，降压式变换芯片（101）的方波信号输出端连接开关管（107）的控制端，其特征在于：它还包括主控模块（104）和运放跟随模块（103），其中，主控模块（104）包括电阻R4和滑动变阻器R5，所述电阻R4的一端连接稳压电源，电阻R4的另一端连接滑动变阻器R5的一端，滑动变阻器R5的另一端接地，所述滑动变阻器R5的滑动触头连接运放跟随模块（103）的信号输入端，运放跟随模块（103）的信号输出端也与降压式变换芯片（101）的反馈信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种输出电压线性可调的降压式变换电源，其特征在于：所述运放跟随模块（103）包括运算放大器UI和电阻R1，其中，运算放大器UI的同相输入端连接滑动变阻器R5的滑动触头，运算放大器UI的反相输入端连接运算放大器UI的输出端，所述运算放大器UI的输出端通过电阻R1连接降压式变换芯片（101）的反馈信号输入端。

3.根据权利要求2所述的一种输出电压线性可调的降压式变换电源，其特征在于：所述输出电压采样模块（102）包括电阻R2和电阻R3，其中，电阻R2的一端连接电源输出端储能滤波模块（105）的输出端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，所述电阻R2与电阻R3之间的中间节点为输出电压采样模块（102）的输出端。

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