CN205610481U - 一种单电感四输出升压型开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于开关电源技术领域，具体为一种单电感四输出升压型开关电源。该电源具体结构包括：输入滤波模块、功率变化模块、逻辑控制电路、驱动电路、输出滤波；整个系统采用模块化设计；其中：输入滤波模块主要由大小两组电容组成，用于对输入电源的噪声滤波；功率变化模块主要由储能电感、开关管、续流二极管组成,用于控制各路输出的选通，形成稳定的输出电压；逻辑控制电路主要由PWM脉宽调制芯片组成，其结合输出电压反馈信号产生输出五路开关控制信号驱动信号；驱动电路主要由变压器Tn、电容Cn、电阻Rn和Rm及二极管Dn组成；输出滤波模块主要由电容组成，用于输出噪声滤波，并稳定输出电压。本实用新型在小型化、轻量化、低成本等方面具有优势。
Description
技术领域
本实用新型属于开关电源技术领域，具体涉及一种单电感四输出升压型开关电源。
背景技术
随着信息技术快速发展，移动终端成为便携式电子产品发展的主要方向。便携性要求其续航能量强、低成本、体积小和重量轻等。这些要求都是供电电源多路输出，目前大部分开关电源器件多、体积大及重量重，使其在应用中受到很多制约。单电感多输出开关电源基于这种需要得到发展和应用，从而小型化供电模块在电子产品中的体积和重量比。这种单电感多输出的电源多集中在单电感双输出降压型的开关电源，在某些对体积和重量要求严格的电子产品中还是无法满足要求。
发明内容
为了能获取体积小、重量轻、多输出、种类多的供电电源，更好满足移动终端电子产品发展对功率模块的要求，本实用新型提供一种单电感四输出升压型开关电源，该仪器不仅能得提供四路升压电源输出，而且整个系统只需单个电感。从而在体积小、重量轻、低成本及多种类输出方面做到了进一步优化。
本实用新型提供的单电感四输出升压型开关电源，其结构包括：输入滤波模块、功率变化模块、逻辑控制电路、驱动电路、输出滤波；整个系统采用模块化设计；其中：
所述输入滤波模块，主要是由大小两组电容组成，用于对输入电源的噪声滤波，滤除共模噪声和差模噪声。大电容以3uH/W原则作为选择依据，小电容以开关最高频率作为选择依据。
所述功率变化模块，主要是由储能电感、开关管、续流二极管等组成,开关管在储能电感与续流二极管之间，起到各路输出的选通控制，形成稳定的输出电压。单电感设计即指此电感设计。储能电感作为电路唯一的电感，其主要用于能量暂存，其一端与输入电源直接连接，实现了升压功能，因为在放电的过程中电感另外一端的电压会反向；开关管结合逻辑控制电路实现四路输出的放电过程，续流二极管主要作用为形成电感放电续流回路和防止输出电压反向充电。在稳定工作情况下，为使电流工作在连续模式下，即CCM模式，设计电感电流在上升阶段的变化量应与下降阶段的电流变化量总和相等，即：
ΔI=ΔI1+ΔI2+ΔI3+ΔI4
所述逻辑控制电路，主要由PWM脉宽调制芯片组成，其主要作用是，结合输出电压反馈信号产生输出五路开关控制信号驱动信号，其中，驱动信号Q0对应的是开关管Q0的驱动信号，依次地，驱动信号Q1、Q2、Q3、Q4对应的是开关管Q1、Q2、Q3、Q4的驱动信号，五路输出PWM信号周期为T，即为电源工作的开关频率，根据各路输出电压幅值及功率大小，逻辑控制器产生不同占空比的信号，选取四路输出的一路电压信号作为反馈控制信号，逻辑控制器输出的占空比根据反馈信号的幅值每个周期都产生调制，使得输出电压稳定，形成了闭环控制系统，其余三路电压根据设定的参数稳定在预设电压幅值。
所述驱动电路，主要由变压器Tn、电容Cn、电阻Rn和Rm及二极管Dn组成（参见图4），逻辑控制器输出驱动信号与隔离驱动的变压器Tn原边连接，变压器Tn的副边输出与电阻Rn连接,电容Cn并联在电阻Rn两端，两者共同作用加速开关管Qn的导通，进而减小由于导通时间过长带来的功率损耗，这里开关管Qn是指逻辑控制电路中的开关管，n的取值有0，1，2，3，4；电阻Rm一端连接于功率变化模块中的开关管栅极，另一端连接于该开关管源级，其作用是加速该开关管关断，目的为了减小由于开关管关断时间过长带来的关断功率损耗；二极管Dn并联在电阻Rm两端，其作用防静电，目的防止功率变换开关管被静电击穿导致系统失效。
所述输出滤波模块，主要由电容组成，该模块主要起到两个作用，其一就是输出噪声滤波；其二作为输出储能电容，使输出电压稳定。其容值选取依据3uH/W原则，根据输出各路输出功率选择相应的合适电容。
本实用新型的有益效果是，针对便携式电子产品发展对供电系统的需求，提供了一种单电感四输出升压型开关电源，系统在小型化、轻量化、低成本等方面具有很强的优势。
附图说明
图1是本实用新型的系统组成框图。
图2是本实用新型的拓扑电路原理图。
图3是本实用新型的开关逻辑控制信号图。
图4是本实用新型采用的驱动电路原理图。
图5是本实用新型采用的电感电流波形图。
具体实施方式
单电感四输出升压型开关电源在输出为5V的情况下，输出电压V1、V2、V3、V4依次为12V、15V、9V、6V。此设计电感选取的是82uH；输入电容选取的为22uF和0.1uF；开关管Q0、Q1、Q2、Q3、Q4选取的是IRF630；续流二极管D1、D2、D3、D4采样的是1N5811；驱动变压器匝比为12：12；Rn为10Ω；Cn为0.1uF；Rm采用的是10KΩ；控制器输出五路控制逻辑信号占空比D0、D1、D2、D3、D4依次为53%、10%、15%、8%、14%的情况下，电源工作在电流连续模式下，正常稳定输出四路升压电源。
Claims (1)
1. 一种单电感四输出升压型开关电源，其特征在于具体结构包括：输入滤波模块、功率变化模块、逻辑控制电路、驱动电路、输出滤波；整个系统采用模块化设计；其中：
所述输入滤波模块，主要由大小两组电容组成，用于对输入电源的噪声滤波，滤除共模噪声和差模噪声；其中，大电容以3uH/W原则作为选择依据，小电容以开关最高频率作为选择依据；
所述功率变化模块，主要由储能电感、开关管、续流二极管组成,所述开关管在储能电感与续流二极管之间，用于控制各路输出的选通，形成稳定的输出电压；所述储能电感主要用于能量暂存，其一端与输入电源直接连接，实现升压功能；所述开关管结合逻辑控制电路实现四路输出的放电过程；所述续流二极管主要用于形成电感放电续流回路和防止输出电压反向充电；
所述逻辑控制电路，主要由PWM脉宽调制芯片组成，其主要作用是，结合输出电压反馈信号产生输出五路开关控制信号驱动信号，其中，驱动信号Q0对应的是开关管Q0的驱动信号，依次地，驱动信号Q1、Q2、Q3、Q4对应的是开关管Q1、Q2、Q3、Q4的驱动信号，五路输出PWM信号周期为T，即为电源工作的开关频率，根据各路输出电压幅值及功率大小，逻辑控制器产生不同占空比的信号，选取四路输出的一路电压信号作为反馈控制信号，逻辑控制器输出的占空比根据反馈信号的幅值每个周期都产生调制，使得输出电压稳定，形成闭环控制系统，其余三路电压根据设定的参数稳定在预设电压幅值；
所述驱动电路，主要由变压器Tn、电容Cn、电阻Rn和Rm及二极管Dn组成，逻辑控制器输出驱动信号与隔离驱动的变压器Tn原边连接，变压器Tn的副边输出与电阻Rn连接,电容Cn并联在电阻Rn两端，两者共同作用加速开关管Qn的导通，进而减小由于导通时间过长带来的功率损耗，这里开关管Qn是指逻辑控制电路中的开关管，n的取值有0，1，2，3，4；电阻Rm一端连接于功率变化模块中的开关管栅极，另一端连接于该开关管源级，其作用是加速该开关管关断；二极管Dn并联在电阻Rm两端，用于防静电；
所述输出滤波模块，主要由电容组成，该模块起到两个作用，其一就是输出噪声滤波；其二作为输出储能电容，使输出电压稳定。
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