CN210016402U - 升降压电路、电源及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升降压电路、电源和医疗设备，该电路包括：第一可控开关，第一端与输入端连接，控制端用于接收升降压控制信号；第二可控开关，第一端与输出端连接，控制端与第一可控开关的第二端连接；第一储能元件，连接在第二可控开关的第一端与控制端之间；第二储能元件，连接在第二可控开关的第一端与第二端之间。该电路通过升降压控制信号驱动第一可控开关的开通与关断，第二可控开关直接由第一可控开关驱动；第一可控开关开通时，第二可控开关开通向第一储能元件充电；第一可控开关关断时，第二可控开关也随之关断，第一储能元件向第二储能元件充电，实现了升降压。

Description

升降压电路、电源及医疗设备

技术领域

本实用新型涉及医疗技术领域，具体涉及一种升降压电路、电源和医疗设备。

背景技术

开关电源广泛应用于家电、计算机、通信、控制等设备中，升降压电路广泛引用于电源领域。在许多电压变换领域，输入电压通常在一个窄范围内变化，加入升降压电路后会得到一个宽范围的输出电压，增加了电压变换的范围。

实用新型内容

基于此，本实用新型实施例提供了一种能够实现升降压功能的升降压电路、电源和医疗设备。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种升降压电路，包括：第一可控开关，其第一端与输入端连接，其控制端用于接收升降压控制信号；第二可控开关，其第一端与输出端连接，其控制端与所述第一可控开关的第二端连接；第一储能元件，连接在所述第二可控开关的第一端与控制端之间，用于在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关和所述第二可控开关导通时由所述输入端向所述第一储能元件充电；第二储能元件，连接在所述第二可控开关的第一端与第二端之间，在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关和所述第二可控开关关断时，所述第一储能元件向所述第二储能元件放电，以使所述第二储能元件根据所述升降压控制信号通过所述输出端实现升压或者降压。

可选地，所述升降压电路还包括：控制单元，其与所述第一可控开关的控制端连接，用于提供所述升降压控制信号。

可选地，提供所述控制信号的控制单元与所述第一可控开关集成在同一个芯片上。

可选地，还包括：第一二极管，连接在第二可控开关的控制端与第二端之间；和/或，第二二极管，连接在第二可控开关的第一端和输出端之间。

可选地，所述第一储能元件为电感；和/或，所述第二储能元件为电容。

可选地，还包括：分压电路，所述第二可控开关的控制端通过所述分压电路与所述第一可控开关的第二端连接。

可选地，所述分压电路为电阻分压电路。

可选地，所述电阻分压电路包括：第一分压电阻，其第一端与所述第一可控开关的第二端连接，其第二端与所述第二可控开关的控制端连接；第二分压电阻，其第一端与所述第一分压电阻的第二端连接，其第二端与地线连接。

可选地，所述分压电路为电容分压电路。

可选地，所述电容分压电路分压电容，所述第二可控开关的控制端通过所述分压电容与所述第一可控开关的第二端连接。

可选地，还包括：第三二极管，其与所述分压电容并联连接。

可选地，还包括：第一电阻，其与所述第二可控开关的控制端串联连接。

可选地，还包括：RC吸收电路，其连接在第二可控开关的控制端和第二端之间。

可选地，所述RC吸收电路包括：第二电阻，其第一端与所述第二可控开关的控制端连接；第一电容，其第一端与所述第二电阻的第二端连接，其第二端与所述第二可控开关的第二端连接。

可选地，还包括：滤波电容，与所述第一可控开关的第一端连接。

根据第二方面，本实用新型实施例提供了一种电源，所述电源应用于医疗设备，所述电源包括如本实用新型第一方面中任一所述的升降压电路。

根据第三方面，本实用新型实施例提供了一种医疗设备，包括如本实用新型第二方面中所述的电源。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的升降压电路，包括：第一可控开关，第一端与输入端连接，控制端用于接收升降压控制信号；第二可控开关，第一端与输出端连接，控制端与第一可控开关的第二端连接；第一储能元件，连接在第二可控开关的第一端与控制端之间，用于在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关和所述第二可控开关导通时，由所述输入端向所述第一储能元件充电；第二储能元件，连接在第二可控开关的第一端与第二端之间，在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关和所述第二可控开关关断时，所述第一储能元件向所述第二储能元件放电，以使所述第二储能元件根据所述升降压控制信号通过所述输出端实现升压或者降压。该电路通过升降压控制信号驱动第一可控开关的开通与关断，第二可控开关直接由第一可控开关驱动；第一可控开关开通时输入电压直接加载在第二可控开关的控制端上，第二可控开关开通，输入电压向第一储能元件充电；第一可控开关关断时，第二可控开关也随之关断，第一储能元件向第二储能元件充电，不同占空比的升降压控制信号输出不同的电压值，进而实现了升降压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的升降压电路的一个具体示例的示意图；

图2为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图3为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图4为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图5为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图6为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图7为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图；

图8为本实用新型实施例的升降压电路的另一个具体示例的示意图。

附图标记：

T1、第一可控开关；T2、第二可控开关；S1、控制单元；D1、第一二极管；D2、第二二极管；D3、第三二极管；R8、第一分压电阻；R9、第二分压电阻；R5、第一电阻；R4、第二电阻；C1、滤波电容；C5、第一电容；C6、第一分压电容；C8、第二分压电容；C9、分压电容；1、第一储能元件；2、第二储能元件；3、分压电路；4、RC吸收电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例提供了一种升降压电路，可应用于具有升降压功能的医疗设备中，实现了医疗设备的升降压功能。

如图1所示，升降压电路包括：第一可控开关T1，其第一端与输入端VIN连接，其控制端用于接收升降压控制信号；第二可控开关T2，其第一端与输出端Vo连接，其控制端与第一可控开关T1的第二端连接，其第二端与地线GND连接；第一储能元件1，连接在第二可控开关T2的第一端与控制端之间，用于在升降压控制信号控制第一可控开关T1和第二可控开关T2导通时，由输入端VIN向第一储能元件充电；第二储能元件2，连接在第二可控开关T2的第一端与第二端之间，在升降压控制信号控制第一可控开关T1和第二可控开关T2关断时，第一储能元件向第二储能元件放电，以使第二储能元件2根据升降压控制信号通过输出端实现升压或者降压。

在一些实施例中，所述升降压电路还包括：控制单元S1，与第一可控开关T1的控制端连接，用于提供升降压控制信号。为了实现上述升降压的器件集成体积更小，在一些实施例中，可以将提供所述升降压控制信号的控制单元与所述第一可控开关对应的降压部分集成在同一个芯片上，再连接相应的升压器件(第二可控开关T2)得到所述升降压电路，以实现模块化管理，且方便连接。例如，其可以选择TPS54331D芯片或者具有相同功能的降压芯片。本实施例仅作示意性说明，并不以此为限，在其它可替换实施例中，升降压控制信号的控制单元也可以与第一可控开关分立设置，根据实际需要合理设置即可。

控制单元产生的升降压控制信号可以为PWM信号，根据PWM信号的占空比调节输出电压，在PWM信号占空比大于50％时，输出电压大于输入电压，该电路实现了升压功能，在PWM信号占空比小于50％时，输出电压小于输入电压，该电路实现了降压功能。

具体地，在升降压控制信号控制第一可控开关T1导通，第一可控开关T1导通后，输入端的输入电压使得第二可控开关T2导通，进而使得输入电压对第一储能元件1充电；在升降压控制信号控制第一可控开关T1关断后，第二可控开关T2也随之关断，第一储能元件1对第二储能元件2和负载放电，进而使得输出端输出相应的电压值。

上述升降压电路，通过升降压控制信号驱动第一可控开关T1的开通与关断，第二可控开关T2直接由第一可控开关T1驱动；第一可控开关T1开通时输入电压直接加载在第二可控开关的控制端上，第二可控开关T2开通，输入电压向第一储能元件充电；第一可控开关T1关断时，第二可控开关T2也随之关断，第一储能元件向第二储能元件充电，不同占空比的升降压控制信号输出不同的电压值，进而实现了升降压。

在一实施例中，第一可控开关T1和第二可控开关T2可以是MOS管，具体地，第一可控开关T1和第二可控开关T2均为N沟道MOS管；当然，在其它实施例中，第一可控开关T1和第二可控开关T2还可以是其它可控开关，例如IGBT等。

在上述升降压电路的基础上，如图2所示，该电路还包括：第一二极管D1，连接在第二可控开关T2的控制端与第二端之间；和/或，第二二极管D2，连接在第二可控开关T2的第一端和输出端Vo之间。

在一实施例中，第一二极管D1连接在第二可控开关T2的控制端与第二端之间；并且，第二二极管D2连接在第二可控开关T2的第一端和输出端Vo之间。具体地，第一二极管D1的阳极与第二可控开关T2的第二端连接，第一二极管D1的阴极与第二可控开关T2的控制端连接，第二二极管D2的阳极与第二可控开关T2的第一端连接，第二二极管D2的阴极与输出端Vo连接。其中，第一二极管D1在升降压控制信号控制第一可控开关T1关断时，与第一储能元件和第二储能元件构成回路；第二二极管D2在下一个周期内，防止输出电压在第一可控开关T1和第二可控开关T2导通时输出电压下降，使得在下一个周期内，输出电压能够持续改变。

需要说明的是，若升降压控制信号仅包括一个周期，则无需上述升降压电路中的第一二极管D1和第二二极管D2；若升降压控制信号包括多个周期，则需要增加具有单向导通功能的第一二极管D1和第二二极管D2，以保证升降压电路的正常工作。

在一实施例中，第一储能元件1为电感L1；和/或，第二储能元件2为电容C2。具体地，如图2所示，第一储能元件为电感L1，且第二储能元件为电容C2，储能元件的设置简单、便捷；当然，在其它实施例中，储能元件还可采用现有技术中的其它储能元件，根据需要合理设置即可。

在上述升降压电路的基础上，如图3所示，该电路还包括：分压电路3，第二可控开关T2的控制端通过分压电路与第一可控开关T1的第二端连接。当输入端VIN的输入电压过高时，要求第二可控开关T2的开启电压VGS较大，故通过分压电路降低第二可控开关T2的开启电压，进而降低了第二可控开关T2的成本。

由于第二可控开关T2直接由第一可控开关T1驱动，当输入端VIN的输入电压过高，要求对应的第二可控开关T2的VGS电压也要较大。VGS电压较大，则对第二可控开关T2器件的性能要求较高，会导致第二可控开关T2的成本较高，因此，在一些实施例中，可以通过分压电路对第一可控开关T1对应的驱动电压进行分压，以将分压后的电压再驱动所述第二可控开关T2导通。

在一实施例中，所述分压电路3为电阻分压电路，具体地，如图4所示，该电阻分压电路包括：第一分压电阻R8，其第一端与第一可控开关T1的第二端连接，其第二端与第二可控开关T2的控制端连接；第二分压电阻R9，其第一端与第一分压电阻R8的第二端连接，其第二端与地线GND连接。当输入端的输入电压过大时，在第一可控开关导通后，加在第二可控开关的控制端上电压也相应的较大，通过分压电阻实现分压，有效降低第二可控开关的控制端输入电压，提高了升降压电路的寿命。

由于电阻会和第二可控开关(例如MOS管)的输入电容Ciss构成RC充电电路，RC充电电路会使陡峭的开关驱动信号变缓慢，采用电阻分压，电阻阻值不能太大，但电阻阻值又不能太小，电阻太小会导致电阻消耗的能量大。因此，在一些实施例中，所述分压电路3还可以为电容分压电路。具体地，如图5所示，该电容分压可以包括：第一分压电容C6，其第一端与第一可控开关T1的第二端连接，其第二端与第二可控开关T2的控制端连接；第二分压电容C8，其第一端与第一分压电容C6的第二端连接，其第二端与地线GND连接。通过第一分压电容和第二分压电容实现分压，以为第二可控开关提供合适的驱动电压。

所述电容分压电路与所述电阻分压电路相比，其好处是：对于变化的电压，电容具有交流阻抗，电容能够对变化的电压进行分压，因此，采用电容分压既能够实现驱动信号的陡峭程度，又能够降低能量损耗。

在一具体实施例中，如图6所示，所述电容分压电路包括分压电容C9，该分压电容C9和MOS管的栅极和源极的寄生电容Cgs共同作用，实现分压，解决了后级MOS管驱动电压过高的问题，且简化了电容分压电路，降低了生产成本。

分压电容C9和第二可控开关T2的寄生电容构成分压电路，MOS管的栅极和源极的寄生电容Cgs(该寄生电容Cgs仅与栅极和衬底间的氧化层单位面积电容Cox、沟道长度W、沟道宽度L有关，Cgs不会随着温度、Vgs或者其他因素变化)将电压幅度较高的开关信号分压到合适的电压范围，电容分压的分压系数为K＝C9/(C9+Cgs)。上述升降压电路利用MOS管的栅极和源极之间存在的寄生电容，通过电容分压的方式用于解决MOS管VGS电压过低，而输入电压过高的问题，可以有效减小电源功率器件的面积，保证更小的电源关键环路，因而具有更好的EMI性能，同时能够有效降低电路成本。

在上述升降压电路的基础上，如图7所示，该电路还包括：第三二极管D3，与分压电容C9并联连接。第三二极管D3用于泄放掉存储在分压电容C9中的电荷，避免当第一可控开关关闭时分压电容C9中的电荷无处释放。

在上述升降压电路的基础上，如图7所示，该电路还包括：第一电阻R5，与第二可控开关T2的控制端串联连接。第一电阻R5用于降低开关速度，避免过快的开关速度产生振铃，从而导致EMI问题，第一电阻R5的取值在100Ω之内，使之能够降低振铃，同时也不会因为电阻阻值过大导致MOS管功耗过大从而温升过高。

在上述升降压电路的基础上，如图7所示，该电路还包括：RC吸收电路4，连接在第二可控开关T2的控制端和第二端之间。RC吸收电路用于消除开关波形产生的振铃，提高了升降压电路的可靠性。

在一实施例中，RC吸收电路4包括：第二电阻R4，其第一端与第二可控开关T2的控制端连接；第一电容C5，其第一端与第二电阻R4的第二端连接，其第二端与第二可控开关T2的第二端连接。

DC－DC电路中D1为续流二极管，与D1并联的R4和C5为RC吸收电路，由于D1端的开关波形会产生振铃，R4和C5组成的RC吸收电路可以有效消除该振铃从而消除EMI隐患。

在上述升降压电路的基础上，如图7所示，该电路还包括：滤波电容C1，与第一可控开关T1的第一端连接，用于滤除输入电源的干扰，提高了升降压电路的可靠性。

在一具体实施例中，如图8所示，采用TPS54331D芯片中内置的高功率MOSFET作为第一可控开关，且上述芯片内部还集成有控制单元，本实施例主要由201异步降压DC－DC电路、202电容分压驱动电路、203功率电感、204升压电路、205输出电压调整电路等几部分组成。通过改变205输出电压调整电路中电阻R6、R7的取值可以在一定范围内改变输出电压的大小。当然，在其它实施例中，其它具有类似功能的芯片也包含在本申请保护范围内。

现有技术中当输入电压过高时要求后开关管T2的开启电压VGS较大，目前VGS电压大于21V且IDS大于4A的N沟道MOS管体积大(各厂商符合要求的通常为SO－8)且价格较高，这会使得该电路成本高、面积大、器件多、EMI性能差。本实施例中的升降压电路，对于变化的电压，电容具有交流阻抗，电容能够对变化的电压进行分压，而在MOS管的栅极和源极之间存在着寄生电容Cgs，该电容仅和Cox(栅极和衬底间的氧化层单位面积电容，

ε_ox为氧化物介电常数、t_ox为氧化物的厚度)、沟道长度W、沟道宽度L有关，Cgs不会随着温度、Vgs或者其他因素变化而变化，充分利用MOS管的栅极和源极的寄生电容Cgs，提供一种采用电容分压方式驱动MOS管工作的升降压电路，这样可以有效解决了后级MOS管驱动电压过高的问题。

本实施例还提供一种电源，所述电源包括上述实施例中的升降压电路，由于该电源采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例还提供一种医疗设备，包括如上述实施例中的电源。在一实施例中，医疗设备可以是医疗监护仪或者超声仪器等，当然，也可以是现有技术中的其它具有升降压功能的医疗设备中，根据需要合理设置即可。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (17)

1.一种升降压电路，其特征在于，包括：

第一可控开关(T1)，其第一端与输入端(VIN)连接，其控制端用于接收升降压控制信号；

第二可控开关(T2)，其第一端与输出端(Vo)连接，其控制端与所述第一可控开关(T1)的第二端连接；

第一储能元件，连接在所述第二可控开关(T2)的第一端与控制端之间，用于在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关(T1)和所述第二可控开关(T2)导通时，由所述输入端(VIN)向所述第一储能元件充电；

第二储能元件，连接在所述第二可控开关(T2)的第一端与第二端之间，在所述升降压控制信号控制所述第一可控开关(T1)和所述第二可控开关(T2)关断时，所述第一储能元件向所述第二储能元件放电，以使所述第二储能元件根据所述升降压控制信号通过所述输出端实现升压或者降压。

2.根据权利要求1所示的升降压电路，其特征在于，还包括：控制单元，其与所述第一可控开关(T1)的控制端连接，用于提供所述升降压控制信号。

3.根据权利要求1所示的升降压电路，其特征在于，提供所述控制信号的控制单元与所述第一可控开关集成在同一个芯片上。

4.根据权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，还包括：

第一二极管(D1)，连接在第二可控开关(T2)的控制端与第二端之间；和/或，

第二二极管(D2)，连接在第二可控开关(T2)的第一端和输出端(Vo)之间。

5.根据权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，所述第一储能元件为电感；和/或，

所述第二储能元件为电容。

6.根据权利要求1－5任一项所述的升降压电路，其特征在于，还包括：分压电路，所述第二可控开关(T2)的控制端通过所述分压电路与所述第一可控开关(T1)的第二端连接。

7.根据权利要求6所述的升降压电路，其特征在于，所述分压电路为：电阻分压电路。

8.根据权利要求7所述的升降压电路，其特征在于，所述电阻分压电路包括：第一分压电阻(R8)，其第一端与所述第一可控开关(T1)的第二端连接，其第二端与所述第二可控开关(T2)的控制端连接；

第二分压电阻(R9)，其第一端与所述第一分压电阻(R8)的第二端连接，其第二端与地线连接。

9.根据权利要求6所述的升降压电路，其特征在于，所述分压电路为：电容分压电路。

10.根据权利要求9所述的升降压电路，其特征在于，所述电容分压电路包括：分压电容(C9)，所述第二可控开关(T2)的控制端通过所述分压电容与所述第一可控开关(T1)的第二端连接。

11.根据权利要求10所述的升降压电路，其特征在于，还包括：

第三二极管(D3)，其与所述分压电容(C9)并联连接。

12.根据权利要求11所述的升降压电路，其特征在于，还包括：

第一电阻(R5)，其与所述第二可控开关(T2)的控制端串联连接。

13.根据权利要求12所述的升降压电路，其特征在于，还包括：

RC吸收电路，其连接在第二可控开关(T2)的控制端和第二端之间。

14.根据权利要求13所述的升降压电路，其特征在于，所述RC吸收电路包括：

第二电阻(R4)，其第一端与所述第二可控开关(T2)的控制端连接；

第一电容(C5)，其第一端与所述第二电阻(R4)的第二端连接，其第二端与所述第二可控开关(T2)的第二端连接。

15.根据权利要求14所述的升降压电路，其特征在于，还包括：

滤波电容(C1)，与所述第一可控开关(T1)的第一端连接。

16.一种电源，所述电源应用于医疗设备，其特征在于，所述电源包括如权利要求1－15任一项所述的升降压电路。

17.一种医疗设备，其特征在于，包括：如权利要求16所述的电源。

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