CN206250973U - 一种智能升降压变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能升降压变换器，包括电源、显示屏、微处理器、TL494脉冲宽度调制PWM控制电路、IR2117的NMOS驱动电路、升降压电路以及电源分压电路，所述电源分别与所述电源分压电路和所述升降压电路相连，所述显示屏与所述微处理器相连，所述微处理器还与所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路相连，所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路还与所述IR2117的NMOS驱动电路相连，所述IR2117的NMOS驱动电路还与所述升降压电路相连。一种智能升降压变换器具有升降压状态隔离、抗扰动能力强、输出电流恒定、控制迅速、精确且能够观测电回路电流等有益效果。

Description

一种智能升降压变换器

技术领域

本实用新型涉及升降压变压器领域，尤其涉及一种输出电流稳定且升降压模式可调的变换器。

背景技术

目前传统的升降压变换器(Buck-Boost Converter)也具有升压和降压功能其主要通过控制施加在NMOS管上的PWM波占空比来实现的，当占空比>50％的时候处于升压状态，当占空比<50％时处于降压状态，然而对于这个电路在其做闭环控制之后出现了了明显的弊端，当发生负载扰动或者电源扰动时由于各状态可调占空比范围仅为50％因此其补偿网络抑制扰动的能力将大幅减小，同时当发生较强扰动时电路通过补偿网络进行自补偿容易导致升降压状态之间的切换。

传统的升降压变换器在做闭环控制之后也可实现对电回路中电流的控制，通常是旋动电位器来改变输入Vref参考电压，这种控制反应较慢、不精确且不能直观的观测电回路中的电流值现实意义不大。

发明内容

本实用新型要解决以上技术问题，提供一种升降压状态隔离、抗扰动能力强、输出电流恒定、控制迅速、精确且能够观测电回路电流的智能升降压变换器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种智能升降压变换器，包括电源、显示屏、微处理器、TL494脉冲宽度调制PWM控制电路、IR2117的NMOS驱动电路、升降压电路以及电源分压电路，所述电源分别与所述电源分压电路和所述升降压电路相连，所述显示屏与所述微处理器相连，所述微处理器还与所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路相连，所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路还与所述IR2117的NMOS驱动电路相连，所述IR2117的NMOS驱动电路还与所述升降压电路相连。

所述电源分压电路包括电阻R1、电阻R9、稳压二极管Z1和稳压二极管Z2，所述电阻R1的一端与所述电源相连，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R9和所述稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的另一端接地，所述电阻R9的另一端接所述稳压二极管Z2，所述稳压二极管Z2的另一端接地。

所述升降压电路包括继电器J1、继电器J2、继电器J3、继电器J4、继电器J5、继电器J6、继电器J7、继电器J8、继电器J9、继电器J10、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、二极管D1、电阻R6和NMOS管，所述电容C1、电容C2的一端分别与所述继电器J1的开关片相连，所述电容C1、电容C2的另一端均接地，所述继电器J1的触点1与所述继电器J2的触点1串联，所述继电器J2的开关片分别连接所述继电器J3的开关片和所述NMOS管的漏极，所述继电器J3的触点1通过所述电容C3接地，所述NMOS管的源极接所述继电器J4的开关片，所述继电器J4的触点2接地，所述继电器J3的触点2与所述继电器J4的触点1相连，所述继电器J4的触点1还分别连接所述继电器J10的触点1和所述继电器J5的开关片，所述继电器J10的开关片接所述二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接所述继电器J9的开关片，所述继电器J9的触点1接地，所述继电器J5的触点1和所述继电器J6的触点1串联，所述继电器J6的开关片通过所述电感L1接所述继电器J7的开关片，所述继电器J7的触点1与所述继电器J8的触点1串联，所述继电器J8的开关片分别接所述电容C4的一端和负载，所述电容C4接地，所述继电器J1的触点2与所述继电器J6的触点2相连，所述继电器J2的触点2与所述继电器J7的触点2相连，所述继电器J5的触点2与所述继电器J9的触点2相连，所述继电器J10的触点2与所述继电器J8的触点2相连，所述电阻R6的一端与所述负载相连，所述电阻R6另一端接地。

所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路包括TL494电路、电阻R8、电阻R7、电阻R4、电阻R2、电阻R3、电容C11、电容C10、电容C7、电容C6、电容C5、可变电阻器R5和继电器J11，所述微处理器的PWM输出端与所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端分别接所述电容C11的一端和所述可变式电阻器R5的一个固定引脚，所述电容C11的另一端接地，所述可变式电阻器R5的另一个固定引脚接地，所述可变式电阻器R5的活动触片连接所述继电器J11的开关片，所述继电器J11的触点2通过所述电阻R7与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述继电器J11的触点1与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述TL494电路的IN1+引脚分别连接所述微处理器、所述电容C6和所述电阻R3，所述电容C6另一端接地，所述电阻R3另一端接所述负载，所述TL494电路的IN2-引脚、IN2+引脚均接地，所述TL494电路的REF引脚通过所述电阻R4接地，所述TL494电路的VCC引脚、C1、C2引脚均连接所述电容C10的一端，所述电容C10的另一端接地，所述TL494电路的DT引脚、GND引脚均接地，所述TL494电路的CT引脚、RT引脚分别连接所述电容C5和所述电阻R2的一端，所述电容C5和所述电阻R2的另一端均接地，所述电容C7的一端连接所述TL494电路的FB引脚，所述电容C7的另一端连接所述TL494电路的IN1-引脚。

所述IR2117的NMOS驱动电路包括IR2117驱动器、二极管D2、电容C8和电容C9，所述TL494电路的E1引脚、E2引脚均连接至所述IR2117驱动器的HIN引脚，所述电容C8的一端分别接所述IR2117驱动器的VCC引脚和所述二极管D2的正极，所述电容C8的另一端分别接所述IR2117驱动器的COM引脚和接地，所述二极管D2的负极分别接所述IR2117驱动器的VB引脚和所述电容C9的一端，所述电容C9的另一端分别接所述IR2117驱动器的LO引脚和所述NMOS管的源极，所述IR2117驱动器的HO引脚接所述NMOS管的栅极。

所述微处理器型号为C8051F350。

本实用新型具有的优点和积极效果是：一种智能升降压变换器，能够根据需要选择升降压模式并获得恒定的输出电流；电源为整个系统供电；显示屏能够监测流过负载的电流；显示屏可以进行操作控制电路中的电流和继电器的开断；继电器用于改变电路连接控制电路升压降压模式；微控制器控制PWM波输出、反馈电压采集、继电器开断以及与显示屏之间的数据交互；TL494脉冲宽度调制PWM控制电路根据输入的反馈电压Vx和参考电压Vref控制输出的脉冲宽度；IR2117的NMOS驱动电路为TL494脉冲宽度调制PWM控制电路输出的脉冲进行增幅；升降压电路还包括负载负端的采样电阻以及反馈网络；升降压电路回路中的电流恒定不变；电源分压电路通过分压为单片机、TL494电路和IR2117驱动器提供合适的工作电压。一种智能升降压变换器具有升降压状态隔离、抗扰动能力强、输出电流恒定、控制迅速、精确且能够观测电回路电流等有益效果。

附图说明

图1是一种智能升降压变换器的电路图；

图2是电源分压电路图；

图3是升降压电路的升压使用效果图；

图4是升降压电路的降压使用效果图；

图5是TL494脉冲宽度调制PWM控制电路和IR2117的NMOS驱动电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1-5所示，一种智能升降压变换器，包括电源、显示屏、微处理器、TL494脉冲宽度调制PWM控制电路、IR2117的NMOS驱动电路、升降压电路以及电源分压电路，所述电源分别与所述电源分压电路和所述升降压电路相连，所述显示屏与所述微处理器相连，所述微处理器还与所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路相连，所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路还与所述IR2117的NMOS驱动电路相连，所述IR2117的NMOS驱动电路还与所述升降压电路相连。

所述电源分压电路包括电阻R1、电阻R9、稳压二极管Z1和稳压二极管Z2，所述电阻R1的一端与所述电源相连，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R9和所述稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的另一端接地，所述电阻R9的另一端接所述稳压二极管Z2，所述稳压二极管Z2的另一端接地。

所述升降压电路包括继电器J1、继电器J2、继电器J3、继电器J4、继电器J5、继电器J6、继电器J7、继电器J8、继电器J9、继电器J10、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、二极管D1、电阻R6和NMOS管，所述电容C1、电容C2的一端分别与所述继电器J1的开关片相连，所述电容C1、电容C2的另一端均接地，所述继电器J1的触点1与所述继电器J2的触点1串联，所述继电器J2的开关片分别连接所述继电器J3的开关片和所述NMOS管的漏极，所述继电器J3的触点1通过所述电容C3接地，所述NMOS管的源极接所述继电器J4的开关片，所述继电器J4的触点2接地，所述继电器J3的触点2与所述继电器J4的触点1相连，所述继电器J4的触点1还分别连接所述继电器J10的触点1和所述继电器J5的开关片，所述继电器J10的开关片接所述二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接所述继电器J9的开关片，所述继电器J9的触点1接地，所述继电器J5的触点1和所述继电器J6的触点1串联，所述继电器J6的开关片通过所述电感L1接所述继电器J7的开关片，所述继电器J7的触点1与所述继电器J8的触点1串联，所述继电器J8的开关片分别接所述电容C4的一端和负载，所述电容C4接地，所述继电器J1的触点2与所述继电器J6的触点2相连，所述继电器J2的触点2与所述继电器J7的触点2相连，所述继电器J5的触点2与所述继电器J9的触点2相连，所述继电器J10的触点2与所述继电器J8的触点2相连，所述电阻R6的一端与所述负载相连，所述电阻R6另一端接地。

所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路包括TL494电路、电阻R8、电阻R7、电阻R4、电阻R2、电阻R3、电容C11、电容C10、电容C7、电容C6、电容C5、可变电阻器R5和继电器J11，所述微处理器的PWM输出端与所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端分别接所述电容C11的一端和所述可变式电阻器R5的一个固定引脚，所述电容C11的另一端接地，所述可变式电阻器R5的另一个固定引脚接地，所述可变式电阻器R5的活动触片连接所述继电器J11的开关片，所述继电器J11的触点2通过所述电阻R7与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述继电器J11的触点1与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述TL494电路的IN1+引脚分别连接所述微处理器、所述电容C6和所述电阻R3，所述电容C6另一端接地，所述电阻R3另一端接所述负载，所述TL494电路的IN2-引脚、IN2+引脚均接地，所述TL494电路的REF引脚通过所述电阻R4接地，所述TL494电路的VCC引脚、C1、C2引脚均连接所述电容C10的一端，所述电容C10的另一端接地，所述TL494电路的DT引脚、GND引脚均接地，所述TL494电路的CT引脚、RT引脚分别连接所述电容C5和所述电阻R2的一端，所述电容C5和所述电阻R2的另一端均接地，所述电容C7的一端连接所述TL494电路的FB引脚，所述电容C7的另一端连接所述TL494电路的IN1-引脚。

所述IR2117的NMOS驱动电路包括IR2117驱动器、二极管D2、电容C8和电容C9，所述TL494电路的E1引脚、E2引脚均连接至所述IR2117驱动器的HIN引脚，所述电容C8的一端分别接所述IR2117驱动器的VCC引脚和所述二极管D2的正极，所述电容C8的另一端分别接所述IR2117驱动器的COM引脚和接地，所述二极管D2的负极分别接所述IR2117驱动器的VB引脚和所述电容C9的一端，所述电容C9的另一端分别接所述IR2117驱动器的LO引脚和所述NMOS管的源极，所述IR2117驱动器的HO引脚接所述NMOS管的栅极。

所述微处理器型号为C8051F350。

一种智能升降压变换器的最佳实施方式如图1所示，电源作为外界的供电端口需求供给电压为25V，通过电源分压电路分压得到微处理器、TL494电路、IR2117驱动器工作的合适电压，电源分压电路如图2所示；图1中的NMOS管、电感、二极管、电容、继电器、电阻共同构成了升降压电路，升压使用效果如图3所示，降压使用效果如图4所示；图5中TL494脉冲宽度调制PWM控制电路中的误差放大器以及外部连接的电阻电容构成了补偿网络，IR2117的NMOS驱动电路和其外部连接的二极管、电容等较好的实现了对输出脉冲的增幅功能；微处理器和显示屏合并使用构成了一个简易的人机交互界面便于人为控制。

如图2所示，电源分压电路通过稳压二极管和电阻进行分压得到微处理器、TL494电路、IR2117驱动器工作的合适电压，具体实施方式为电阻R1和稳压二极管Z1获得稳定的15V电压，电阻R9和稳压二极管Z2获得稳定的5V电压，其中稳压二极管Z1获得的15V电压作为TL494脉冲宽度调制PWM控制电路和IR2117的NMOS驱动电路的供电电压；稳压二极管Z2获得的5V电压作为单片机C8051F350的供电电压。

升降压电路的输入电压是电源供电端口的输入电压，电解电容C1和瓷片电容C2对输入电压进行滤波，其中电解电容滤除低频信号瓷片电容滤除高频信号。当继电器J1到J10的开关片都吸合至继电器的触点1端时，整个电路切换为Buck降压电路，如图4所示：NMOS管的漏极接输入电源，栅极接IR2117驱动器的7号脚，其输出的PWM波控制NMOS的开断，源极与二极管D1、电感L1和IR2117驱动器的6号脚同时相连；电感的作用是保持电回路电流不变，二极管作为续流二极管，当NMOS关断时，为电流提供一个回路；电容C4维持负载输出端的电压保持恒定；采样电阻R6的电压值作为反馈电压Vx反馈给补偿环节。当继电器J1到J10的开关片都吸合至继电器的触点2端时，整个电路切换为Boost升压电路，如图3所示：电源输入电压通过C1和C2滤波之后直接接入电感一端，电感的另一端同时接二极管的正端和NMOS管的漏极，NMOS管的栅极接IR2117驱动器的7号脚，源极接地；当NMOS管开通时，电源、电感和NMOS管构成闭合回路对电感进行充磁，当NMOS管关断的时候，电感则与二极管、负载、采样电阻等构成回路并释放能量维持回路中的电路恒定不变；电容C4在升压和电降压电路中的作用相同。

TL494脉冲宽度调制PWM控制电路如图5所示：其中误差放大器、比较器和锯齿波振荡器皆为TL494脉冲宽度调制PWM控制电路中的元器件。锯齿波外接的电阻R2、电容C5共同决定了锯齿波振荡器输出锯齿波频率其公式为f＝1.1/(C*R)。电容选值范围C(4.7nF-10uF)、电阻选值范围R(1.8K-500K)；PWM调制电路主要由锯齿波振荡器、比较器、电阻电容等构成，其目的在于将误差放大器输出的模拟量转换成数字量；补偿网络主要由误差放大器、电阻电容等组成，其中反馈电压Vx通过电阻R3和电容C6构成的RC滤波电路滤波之后输入误差放大器的负端，而单片机输出的PWM波经电阻R8、电容C11构成的RC滤波器滤波之后以模拟量的形式输入误差放大器的正端；当继电器J11的开关片吸合至继电器的触点1端时，误差放大器和与其连接的电阻电容组成了Buck降压电路的补偿环节，其是一个比例-积分环节为1+1/S*C7*R5’，其中R5’为可变式电阻器R5接入电路的有效电阻；当继电器J11的开关片吸合至继电器的触点2端时，误差放大器和与其连接的电阻电容组成了Boost升压电路的补偿环节，其是一个比例-积分环节为1+1/S*C7*(R5’+R7)。

当参考电压Vref由单片机控制决定时，可变式电阻器R5接入电路中的有效电阻应保持不变，否则会影响回路电流值使其出现偏移。

IR2117的NMOS驱动电路图如图5所示：TL494脉冲宽度调制PWM控制电路中1、2号引脚和15、16号引脚分别作为两个误差放大器的两输入端，3号脚是反馈/PWM输入引脚其与误差放大器的的输出相连，5、6号引脚分别接电容和电阻决定锯齿波振荡器输出锯齿波的频率；15、16号引脚为防止干扰直接接地，12号脚为VCC接15V电压为电路供电，8、11号脚接15V电压决定9、10号引脚输出PWM波的高电平幅值，4号脚是死区时间控制端和7号GND脚直接接地，13号脚是输出控制脚当其接地时使得9、10号脚输出的PWM波同步；14号脚是电路基准输出口其外接电阻R4；9、10号脚输出的PWM波进入IR2117驱动器的2号脚。IR2117驱动器的1号脚接电压15V为电路供电且在与8号脚之间接了一个二极管D2，3号脚接地并在其与1号脚之间接滤波电容C8，在6号脚与8号脚之间接滤波电容C9，7号脚输出增幅之后的PWM波至NMOS管的栅极，6号脚接NMOS管的源极。

所述电源为整个系统供电；所述显示屏监测流过负载的电流；所述显示屏能够进行人机交互可以根据需求进行操作控制电路中的电流和继电器的开断；所述继电器作为开关，用于改变电路连接控制电路处于升压模式或者降压模式；所述单片机C8051F350作为核心控制器，控制PWM波输出、反馈电压采集、继电器开断以及与显示屏之间的数据交互；所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路根据反馈电压Vx和Vref参考电压控制输出的脉冲宽度；所述IR2117的NMOS驱动电路为TL494脉冲宽度调制PWM控制电路输出的脉冲进行增幅；所述升降压电路还包括负载负端的采样电阻以及反馈网络；所述升降压电路回路中的电流恒定不变；所述电源分压电路通过分压为单片机、TL494电路和IR2117驱动器提供了合适的工作电压。

所述升降压电路通过TL494脉冲宽度调试PWM控制电路中的误差放大器和其外部连接的电阻电容所构成的补偿网络能够有效抑制外部扰动，保证回路中电流的恒定不变。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种智能升降压变换器，其特征在于：包括电源、显示屏、微处理器、TL494脉冲宽度调制PWM控制电路、IR2117的NMOS驱动电路、升降压电路以及电源分压电路，所述电源分别与所述电源分压电路和所述升降压电路相连，所述显示屏与所述微处理器相连，所述微处理器还与所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路相连，所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路还与所述IR2117的NMOS驱动电路相连，所述IR2117的NMOS驱动电路还与所述升降压电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种智能升降压变换器，其特征在于：所述电源分压电路包括电阻R1、电阻R9、稳压二极管Z1和稳压二极管Z2，所述电阻R1的一端与所述电源相连，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R9和所述稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的另一端接地，所述电阻R9的另一端接所述稳压二极管Z2，所述稳压二极管Z2的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种智能升降压变换器，其特征在于：所述升降压电路包括继电器J1、继电器J2、继电器J3、继电器J4、继电器J5、继电器J6、继电器J7、继电器J8、继电器J9、继电器J10、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、二极管D1、电阻R6和NMOS管，所述电容C1、电容C2的一端分别与所述继电器J1的开关片相连，所述电容C1、电容C2的另一端均接地，所述继电器J1的触点1与所述继电器J2的触点1串联，所述继电器J2的开关片分别连接所述继电器J3的开关片和所述NMOS管的漏极，所述继电器J3的触点1通过所述电容C3接地，所述NMOS管的源极接所述继电器J4的开关片，所述继电器J4的触点2接地，所述继电器J3的触点2与所述继电器J4的触点1相连，所述继电器J4的触点1还分别连接所述继电器J10的触点1和所述继电器J5的开关片，所述继电器J10的开关片接所述二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接所述继电器J9的开关片，所述继电器J9的触点1接地，所述继电器J5的触点1和所述继电器J6的触点1串联，所述继电器J6的开关片通过所述电感L1接所述继电器J7的开关片，所述继电器J7的触点1与所述继电器J8的触点1串联，所述继电器J8的开关片分别接所述电容C4的一端和负载，所述电容C4接地，所述继电器J1的触点2与所述继电器J6的触点2相连，所述继电器J2的触点2与所述继电器J7的触点2相连，所述继电器J5的触点2与所述继电器J9的触点2相连，所述继电器J10的触点2与所述继电器J8的触点2相连，所述电阻R6的一端与所述负载相连，所述电阻R6另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种智能升降压变换器，其特征在于：所述TL494脉冲宽度调制PWM控制电路包括TL494电路、电阻R8、电阻R7、电阻R4、电阻R2、电阻R3、电容C11、电容C10、电容C7、电容C6、电容C5、可变电阻器R5和继电器J11，所述微处理器的PWM输出端与所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端分别接所述电容C11的一端和所述可变式电阻器R5的一个固定引脚，所述电容C11的另一端接地，所述可变式电阻器R5的另一个固定引脚接地，所述可变式电阻器R5的活动触片连接所述继电器J11的开关片，所述继电器J11的触点2通过所述电阻R7与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述继电器J11的触点1与所述TL494电路的IN1-引脚相连，所述TL494电路的IN1+引脚分别连接所述微处理器、所述电容C6和所述电阻R3，所述电容C6另一端接地，所述电阻R3另一端接所述负载，所述TL494电路的IN2-引脚、IN2+引脚均接地，所述TL494电路的REF引脚通过所述电阻R4接地，所述TL494电路的VCC引脚、C1、C2引脚均连接所述电容C10的一端，所述电容C10的另一端接地，所述TL494电路的DT引脚、GND引脚均接地，所述TL494电路的CT引脚、RT引脚分别连接所述电容C5和所述电阻R2的一端，所述电容C5和所述电阻R2的另一端均接地，所述电容C7的一端连接所述TL494电路的FB引脚，所述电容C7的另一端连接所述TL494电路的IN1-引脚。

5.根据权利要求4所述的一种智能升降压变换器，其特征在于：所述IR2117的NMOS驱动电路包括IR2117驱动器、二极管D2、电容C8和电容C9，所述TL494电路的E1引脚、E2引脚均连接至所述IR2117驱动器的HIN引脚，所述电容C8的一端分别接所述IR2117驱动器的VCC引脚和所述二极管D2的正极，所述电容C8的另一端分别接所述IR2117驱动器的COM引脚和接地，所述二极管D2的负极分别接所述IR2117驱动器的VB引脚和所述电容C9的一端，所述电容C9的另一端分别接所述IR2117驱动器的LO引脚和所述NMOS管的源极，所述IR2117驱动器的HO引脚接所述NMOS管的栅极。

6.根据权利要求1所述的一种智能升降压变换器，其特征在于：所述微处理器型号为C8051F350。