CN210839348U - 一种非隔离升降压变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种非隔离升降压变换器，包括功率模块、控制模块、驱动模块以及为所述驱动模块供电的辅助电源；所述驱动模块的高侧浮动电源端口和高侧浮动电源补偿端口上设置有自举电容，所述辅助电源将其输入电压值分别提供给所述驱动模块的电源端，并提供一路第一电压值的电源给所述控制模块；所述辅助电源的电源输入端上连接有一个在所述辅助电源的控制模块的开关中点的波形的控制下充放电的充放电支路，所述充放电支路在其放电时为所述自举电容充电。实施本实用新型的一种非隔离升降压变换器，具有以下有益效果：使得整个变换器在BOOST模式下的正常工作，不需要使用独立的绕组对自举电容进行充电。故其成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种非隔离升降压变换器。
背景技术
BUCKBOOST是一种常见的非隔离电路，图1示出了其拓扑结构。这种结构通常用于常见的斩波非隔离电压变换。该电路可工作于3种模式：当输入电压大于输出电压时一定值时，电路工作于BUCK(降压)模式，这种情况下，图1中Q1与Q2交替导通，Q4一直导通，Q3一直关闭；当输入电压与输出电压接近时(一定范围内)，电路工作于BUCKBOOST(升降压)模式，此时，图1中Q1、Q2、Q3、Q4交替导通；当输入电压小输出电压时一定值时，电路工作于BOOST(升压)模式，此时，Q1一直导通，Q2一直关闭，Q3与Q4交替导通。这种电路通常需要一个辅助电源为上述驱动模块和控制模块供电。图2示出了现有技术中包括控制、驱动部分的升降压变换电路和辅助电源电路图，因为工作于BOOST模式时，图2中Q1一直导通，HS网络或节点一直约等于输入电压，电容C1(图2中虚线框内)供电得不到补充，加上驱动IC消耗，C1电压会越来越低，需要再加一个独立绕组供电(如图4虚线框框内的N3)。因此，现有技术中的上述辅助电源的绕组绕制较为复杂，成本较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述辅助电源中的需要单独的绕组为自举电容充电、成本较高的缺陷，提供一种不需要独立的绕组为自举电容供电、成本较低的一种非隔离升降压变换器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种非隔离升降压变换器，包括将输入电压斩波并将其转换为设定的输出电压输出的功率模块、产生控制所述功率模块中的开关器件导通和截止的控制信号的控制模块、输入所述控制信号驱动所述功率模块中的开关器件的驱动模块以及为所述驱动模块供电的辅助电源；所述驱动模块包括一个高低侧驱动器，其高侧浮动电源端口和高侧浮动电源补偿端口上设置有自举电容，所述辅助电源将其输入电压值分别提供给所述驱动模块的电源端，并提供一路第一电压值的电源给所述控制模块，所述第一电压值小于所述输入电压值；所述辅助电源的电源输入端上连接有一个在所述控制模块的开关中点的波形的控制下充放电的充放电支路，所述充放电支路在其放电时为所述自举电容充电。
更进一步地，所述功率模块包括按照BUCKBOOST拓扑连接的四个功率开关管，所述控制模块包括BUCKBOOST控制集成电路，所述辅助电源包括一个BUCK控制集成电路，所述驱动模块包括一个高低侧驱动集成电路。
更进一步地，所述BUCK控制集成电路包括两个内置的、和外接电感以BUCK拓扑连接的开关管，所述辅助电源还包括连接在所述两个开关管上的外接电感，通过控制所述两个开关管的导通和截止实现降压输出，得到所述第一电压值。
更进一步地，所述充放电支路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和第一电阻；所述第一二极管的正极连接在所述辅助电源的电源输入端，其负极连接所述第一电容一端并与所述第二二极管正极连接，所述第一电容另一端连接在所述BUCK控制集成电路的开关中点，所述第二二极管负极分别与所述第一电阻一端和第二电容一端连接，所述第二电容另一端连接在所述升降压变压器的电压输入端，所述第一电阻的另一端连接在所述驱动模块的所述高侧浮动电源端口。
更进一步地，所述第一电阻的取值范围包括5-20欧姆。
更进一步地，所述辅助电源的输入电源电压包括10V或20V，所述第一电压包括5V。
更进一步地，所述自举电容上并接有一个稳压二极管，所述稳压二极管的负极与所述高侧浮动电源端口连接，其正极与所述高侧浮动电源补偿端口连接。
更进一步地，所述稳压二极管的稳压值包括10V或20V。
实施本实用新型的一种非隔离升降压变换器，具有以下有益效果：由于设置了充放电支路，且该充放电支路利用辅助电源中的开关器件的开关中点的电平或波形，能够实现对该充放电支路中自身的电容进行充电并通过该电容对自举电容进行放电，因此其能够保证自举电容的电位，从而使得整个变换器在BOOST模式下的正常工作，不需要使用独立的绕组对自举电容进行充电。故其成本较低。
附图说明
图1是现有技术中的非隔离升降压变换器的开关拓扑的结构示意图；
图2是现有技术中非隔离升降压变换器及其辅助电源电路图；
图3是本实用新型一种非隔离升降压变换器实施例中其变换器和辅助电源的电路原理图；
图4是所述实施例中辅助电源中开关中点的位置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
如图3所示，在本实用新型的一种非隔离升降压变换器实施例中，构造一种非隔离升降压变换器，包括将输入电压斩波并将其转换为设定的输出电压输出的功率模块、产生控制所述功率模块中的开关器件导通和截止的控制信号的控制模块(图3中buckboost控制IC)、输入所述控制信号并驱动所述功率模块中的开关器件(图3中的Q1-Q4)的驱动模块(图3中驱动IC，一个常见的高低侧驱动器，high-low side driver)以及为所述驱动模块供电的辅助电源(图3中下部带有辅助供电标记的部分)；所述驱动模块包括一个高低侧驱动器，其高侧浮动电源端口和高侧浮动电源补偿端口上设置有自举电容C1，所述辅助电源将其输入电压值提供给所述驱动模块的电源端(图3中10V供电端)，并提供一路第一电压值的电源(图3中5V辅助供电端)给所述控制模块，所述第一电压值小于所述输入电压值；所述辅助电源的电源输入端(PVDD)上连接有一个在辅助电源控制模块(图3中BUCK控制IC)的开关中点的波形或电平的控制下充放电的充放电支路，所述充放电支路在其放电时为所述自举电容充电。
在本实施例中，所述充放电支路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C2、第二电容C3和第一电阻R1；所述第一二极管D1的正极连接在所述辅助电源的电源输入端(PVDD)，其负极连接所述第一电容C2一端并与所述第二二极管D2的正极连接，所述第一电容C2另一端连接在所述BUCK控制集成电路的开关中点SW上，所述第二二极管D3负极分别与所述第一电阻R1一端和第二电容C3一端连接，所述第二电容C3另一端连接在所述升降压变压器的电压输入端Vin，所述第一电阻R1的另一端连接在所述驱动模块的所述高侧浮动电源端口，即连接在上述自举电容C1的一端。
在本实施例中，辅助电源中的所述BUCK控制集成电路包括两个内置的、和外接电感以BUCK拓扑连接的开关管，所述辅助电源还包括连接在所述两个开关管上的外接电感或变压器的绕组，通过控制所述两个开关管的导通和截止实现降压输出，得到所述第一电压值。两个开关管的具体结构及其之间的连接关系请参见图4，如图4所示，在其连接关系中，可以看到两个开关管之间存在一个连接点，在图4中标记为SW点，该点就是前述的开关中点，第一电容C2的另一端就是连接在其上的。在该点上，当辅助电源工作时将会出现高低电平交替的方波波形，这样就使得上述充放电支路能够不断地对第一电容C2充电，并在另一时刻对上述自举电容C1放电，从而实现对自举电容C1的供电。
在本实施例中，所述功率模块包括按照BUCKBOOST拓扑连接的四个功率开关管，所述控制模块包括BUCKBOOST控制集成电路，所述辅助电源包括一个BUCK控制集成电路，所述驱动模块包括一个高低侧驱动集成电路。这些模块或器件可以是现有的，并没有任何改变。当然，在一些情况下，也可以是重新设计或优化的器件。在本实施例中，所述辅助电源的输入电源电压包括10V或20V，所述第一电压包括5V。
在本实施例中，所述第一电阻的取值范围包括5-20欧姆。优先的取值为10或者12欧姆。
此外，和图2中的自举电容有所区别的是，在图3中，所述自举电容C1上并接有一个稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的负极与所述高侧浮动电源端口连接，其正极与所述高侧浮动电源补偿端口连接。所述稳压二极管的稳压值包括10V或20V。
总之，在本实施例中，通过对现有技术中或现有的器件中的某些特殊或特别的节点得利用，增加一个充放电支路以替代原先采用在在辅助电源的变压器中使用一个独立的绕组为自举电容C1的方案，使得整个变换器的结构简单，成本较低。由于BUCK-BOOST电路工作于BOOST模式时Q1常通，HS网络或节点的电平约等于输入电压(+VIN),辅助供电BUCK控制IC内置MOS上管关断，下管(请参见图4)开通时，SW网络或节点对地低电平，PVDD网络或节点通过第一二极管D1对第一电容C2进行充电,而当辅助供电BUCK控制IC内置MOS下管关断，上管(请参见图4)开通时，SW网络或节点对地电平略小于输入电压(+VIN)，第一电容C2通过第二二极管D2对第二电容C3进行充电，第二电容C3通过第一电组R1给图3中的自举电容C1充电，维持自举电容C1电压处于合理电压,从而使Q1驱动电压维持不变。在本实施例中，第一电阻R1电阻设计要合理，例如，实际中较为常用取值为10欧姆，使得流过电流只够维持BUCK-BOOST电路工作在BOOST模式时自举电容C1电压即可；稳压二极管Z1可以使BUCK-BOOST电路处于其它工作模式时C1电压不超过驱动IC工作电压，因为工作于其他模式时Q1,Q2会交替导通，此时，自举电容C1主要靠输入的PVDD网络或节点来供电。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种非隔离升降压变换器，包括将输入电压斩波并将其转换为设定的输出电压输出的功率模块、产生控制所述功率模块中的开关器件导通和截止的控制信号的控制模块、输入所述控制信号驱动所述功率模块中的开关器件的驱动模块以及为所述驱动模块供电的辅助电源；所述驱动模块包括一个高低侧驱动器，其高侧浮动电源端口和高侧浮动电源补偿端口上设置有自举电容，所述辅助电源将其输入电压值分别提供给所述驱动模块的电源端，并提供一路第一电压值的电源给所述控制模块，所述第一电压值小于所述输入电压值；其特征在于，所述辅助电源的电源输入端上连接有一个在所述辅助电源的控制模块的开关中点的波形的控制下充放电的充放电支路，所述充放电支路在其放电时为所述自举电容充电。
2.根据权利要求1所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述功率模块包括按照BUCKBOOST拓扑连接的四个功率开关管，所述控制模块包括BUCKBOOST控制集成电路，所述辅助电源包括一个BUCK控制集成电路，所述驱动模块包括一个高低侧驱动集成电路。
3.根据权利要求2所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述BUCK控制集成电路包括两个内置的、和外接电感以BUCK拓扑连接的开关管，所述辅助电源还包括连接在所述两个开关管上的外接电感，通过控制所述两个开关管的导通和截止实现降压输出，得到所述第一电压值。
4.根据权利要求3所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述充放电支路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和第一电阻；所述第一二极管的正极连接在所述辅助电源的电源输入端，其负极连接所述第一电容一端并与所述第二二极管正极连接，所述第一电容另一端连接在所述BUCK控制集成电路的开关中点，所述第二二极管负极分别与所述第一电阻一端和第二电容一端连接，所述第二电容另一端连接在所述升降压变压器的电压输入端，所述第一电阻的另一端连接在所述驱动模块的所述高侧浮动电源端口。
5.根据权利要求4所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述第一电阻的取值范围包括5-20欧姆。
6.根据权利要求5所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述辅助电源的输入电源电压包括10V或20V，所述第一电压包括5V。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述自举电容上并接有一个稳压二极管，所述稳压二极管的负极与所述高侧浮动电源端口连接，其正极与所述高侧浮动电源补偿端口连接。
8.根据权利要求7所述的非隔离升降压变换器，其特征在于，所述稳压二极管的稳压值包括10V或20V。
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