CN214045445U - 升降压电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升降压电路及装置，所述电路包括降压芯片、储能电感、储能电容、单向整流模块以及开关模块；降压芯片的第一端与电压输入端连接，第二端接地，输出端与储能电感、单向整流模块及电压输出端依次连接；电压输出端通过储能电容接地；单向整流模块的输入端通过开关模块接地，开关模块的控制端与降压芯片的输出端连接；降压芯片，用于根据输出电压调整周期信号的占空比，并根据周期信号将输出端与第一端或第二端连接；开关模块，用于在降压芯片的输出端与第一端或第二端连接时导通或截止；单向整流模块，用于将限制电流方向。本实用新型电路结构简单，成本较低，能够实现输入电压的升压或降压。

Description

升降压电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电路电子领域，尤其涉及升降压电路及装置。

背景技术

在电池供电系统中，通常锂电池的电池电压随电量的减少而降低，电池电压的范围为3V～4.2V，而负载实际所需的供电电压通常为3.3V。因此，在电池电压高于供电电压时，需要对电池电压进行降压处理；而在电池电压低于供电电压时，则需要对电池电压进行升压处理。

为实现电池对系统的正常供电，电池与负载之间通常设置有升降压电路，能够对电池电压进行升压或降压，以得到负载所需的供电电压。目前，现有的升降压电路通常为升压电路与降压电路串联后接入电池与负载之间。升压电路为升压芯片与分立器件的组合，降压电路则为降压芯片与分立器件的组合。因此，为实现电池电压的升降压，需要使用到多种电压调整芯片，电路结构十分复杂，且电路生产成本较高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种升降压电路及装置，旨在解决现有的升降压电路较为复杂且成本较高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种升降压电路，包括降压芯片、储能电感、储能电容、单向整流模块以及开关模块；

所述降压芯片的第一端与电压输入端连接，所述降压芯片的第二端接地，所述降压芯片的输出端与所述储能电感的第一端连接，所述储能电感的第二端与所述单向整流模块的输入端连接，所述单向整流模块的输出端通过所述储能电容接地，所述开关模块的第一端与所述储能电感的第二端连接，所述开关模块的第二端接地，所述开关模块的控制端与所述降压芯片的输出端连接，所述单向整流模块的输出端还与电压输出端连接；

所述降压芯片，用于根据电压输出端的输出电压调整周期信号的占空比，并根据所述周期信号的占空比将所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端或第二端连接；

所述开关模块，用于在所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端连接时导通；在所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第二端连接时截止；

所述单向整流模块，用于将电流方向限制为从所述单向整流模块的输入端至所述单向整流模块的输出端。

可选地，所述降压芯片还包括反馈端，所述降压芯片的反馈端与电压输出端连接；

所述降压芯片，还用于通过反馈端接收电压输出端的输出电压，并根据输出电压调整所述周期信号的占空比，所述周期信号的占空比为一个周期内所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端连接的时长与所述周期信号的时长之比。

可选地，所述降压芯片包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与电压输入端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端接地，所述第一开关管的第二端与所述储能电感的第一端连接；

所述降压芯片，还用于控制所述第一开关管和所述第二开关管周期性交替导通，

可选地，所述第一开关管和所述第二开关管均为MOS管，所述第一开关管的漏极与电压输入端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极接地，所述第一开关管的源极与所述储能电感的第一端连接。

可选地，所述第一开关管和所述第二开关管均为N沟道MOS管，所述第一开关管的栅极与周期信号输出端连接，所述第二开关管的栅极通过反相器与周期信号输出端连接。

可选地，所述第一开关管为N沟道MOS管，所述第二开关管为P沟道MOS管，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极均与周期信号输出端连接。

可选地，所述开关模块为第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与所述储能电感的第二端连接，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的栅极与所述降压芯片的输出端连接。

可选地，所述单向整流模块为第一二极管，所述第一二极管的正极与所述储能电感的第二端连接，所述第一二极管的负极与电压输出端连接。

可选地，所述升降压电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述降压芯片的第一端连接，所述第一电容的第二端接地。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种升降压装置，所述升降压装置包括依次连接的电源模块、升降压电路以及负载，所述升降压电路被配置为如上所述的升降压电路。

本实用新型通过设置单相整流模块和开关模块，能够在原有的降压电路中实现升降压功能。降压芯片能够通过将储能电感与电压输入端或地来回导通连接实现储能电感的充放电过程。储能电感所存储的能量能够释放给储能电容，以提升储能电容两端电压，实现输出电压大于输入电压的升压功能。无论所需的输出电压高于或低于输入电压的供电电路中，均能够通过调整占空比输出符合要求的电压。并且相对于现有的升降压电路还能够减少电路中的芯片数量，降低电路的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型升降压电路一实施例的模块示意图；

图2为图1实施例的电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	降压芯片	A	反相器
20	单向整流模块	D1	第一二极管
				30	开关模块	C1	第一电容
40	电源模块	Q1	第一开关管
				50	负载	Q2	第二开关管
C	储能电容	Q3	第三MOS管
				L	储能电感

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种升降压电路，应用于升降压装置中，该升降压装置可以将电源模块输出的电压进行调整，以得到负载所需的供电电压。其中，电源模块可以为锂电池或锂电池组。

参见图1，在一实施例中，所述升降压电路包括降压芯片10、储能电感L、储能电容C、单向整流模块20以及开关模块30。降压芯片10的第一端与电压输入端连接，降压芯片10的第二端接地，降压芯片10的输出端与储能电感L的第一端连接，储能电感L的第二端与单向整流模块20的输入端连接，单向整流模块20的输出端通过储能电容C接地，开关模块30的第一端与储能电感L的第二端连接，开关模块30的第二端接地，开关模块30的控制端与降压芯片10的输出端连接，单向整流模块20的输出端还与电压输出端连接。其中，降压芯片10、储能电感L和储能电容C可以组成一降压电路，在未设置单向整流模块20和开关模块30时，其不具备升压功能。

上述升降压电路的电压调整过程可以分为储能电感L的充电过程和放电过程，充电过程和放电过程周期性交替执行。

可以理解的是，在降压芯片10的第一端与输出端连接时即为充电过程，而第二端与输出端连接时即为放电过程。在充电过程中开关模块30导通，放电过程中开关模块30截止。而单向整流模块20可以限制电流方向仅能够由其输入端流向输出端。

在储能电感L的充电过程中，降压芯片10的第一端与输出端连通，开关模块30导通，此时储能电感L的第二端通过开关模块30接地，单向整流模块20的输入端为低电平，输出端为高电平，此时单向整流模块20相当于截止。则电压输入端的输入电压通过储能电感L和开关模块30流入大地，在该电流回路中，储能电感L上的电流不断上升，从而实现储能电感L的储能充电。

在储能电感L的放电过程中，降压芯片10的第二端与输出端连通，此时储能电感L的第一端不再有输入电压，储能电感L上的电流开始降低，为抑制电流减少，储能电感L将存储的能量进行释放。此时，由于储能电感L放电而导致储能电感L第二端为高电平，第一端为低电平，则单向整流模块20导通，开关模块30截止，电流方向为单向整流模块20的输入端至输出端，电流回路为大地-储能电感L-单向整流模块20-储能电容C-大地。在储能电感L的放电过程中，能够将储能电感L所存储的能量传递至储能电容C，从而使得储能电容C两端的电压继续升高至超出输入电压，从而实现输入电压的升压。

在结束储能电感L的放电过程后，储能电感L进入充电过程，在储能电感L充电的过程中，储能电容C则可以通过储能电感L在放电过程中传输的能量为负载50进行供电。

可以理解的是，降压芯片10可以检测电压输出端的输出电压，并根据输出电压调整周期信号的占空比。其中，在每个周期内，储能电感L需要经历一次充电过程和一次放电过程，周期信号的占空比即为储能电感L的充电过程的时长与周期时长之比。

在降压芯片10检测到电压输出端的输出电压低于实际所需的供电电压时，可以将周期信号的占空比增大，此时储能电感L在每个周期内的充电时长增大，放电时长减小，在一个周期内，储能电容C两端的等效电压增大；而在周期信号的占空比减小时，储能电感L的充电时长减小，放电时长增大，则储能电容C两端的等效电压降低。

在储能电感L充放电过程的连续周期模式中，输入电压与输出电压的传递函数与占空比相关，传递函数为：Vout＝Vin*D/(1-D)；

其中，Vin为输入电压，D为占空比，Vout为输出电压。由上述传递函数可知，当D＝50％时，Vout＝Vin；D>50％时，Vout>Vin；D<50％时，Vout<Vin。也即，当负载50所需的供电电压大于输入电压时，可以将占空比设置为大于50％，以将输入电压进行升压；而在负载50所需的供电电压小于输入电压时，可以将占空比设置为小于50％，以将输入电压进行降压。即，通过调整周期信号的占空比，即可灵活实现输入电压的升压或降压调整。

在本实施例中，通过设置单相整流模块和开关模块30，能够在原有的降压电路中实现升降压功能。降压芯片10能够通过将储能电感L与电压输入端或大地来回导通以实现储能电感L的充放电过程。储能电感L所存储的能量能够释放给储能电容C，以提升储能电容C两端电压，实现输出电压大于输入电压的升压功能。无论所需的输出电压高于或低于输入电压的供电电路中，均能够通过调整占空比输出符合要求的电压。并且相对于现有的升降压电路还能够减少电路中的芯片数量，降低电路的生产成本。

需要说明的是，通常单节锂电池作为电源模块40，其电池电压的范围为3V～4.2V，通过上述升降压电路，即使电池电压低于3.3V，也能够通过升压功能为供电电压为3.3V的负载50供电。而在双节锂电池电源中，通过上述升降压电路也能够为供电电压为5V的负载50供电。

进一步地，上述降压芯片10还可以包括反馈端，降压芯片10的反馈端可以与电压输出端连接，以在电路正常运行时检测实际的输出电压，并根据该实际的输出电压调整周期信号的占空比。

在降压芯片10通过反馈端检测到的实际输出电压低于需求的输出电压时，可以将周期信号的占空比增大，即在周期时长不发生变化的情况下增大每个周期内降压芯片10的输出端与第一端连接的时长，也即增大储能电感L的充电时长和储能容量，以使得储能电感L将能量释放给储能电容C时进一步提升储能电容C两端的电压，从而提升实际的输出电压。而在检测到实际的输出电压高于所需求的输出电压时，则可以将周期信号的占空比减小，以减小储能电感L的充电时长和储能容量，使得储能电容C两端的电压降低，从而降低实际的输出电压。

需要说明的是，如图2所示，降压芯片10的SW引脚即为输出端，FB引脚即为反馈端。

一并参照图1和图2，上述降压芯片10可以包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1的第一端与电压输入端连接，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端接地，第一开关管Q1的第二端与储能电感L的第一端连接。

降压芯片10可以控制第一开关管Q1导通时第二开关管Q2保持截止，第二开关管Q2导通时第一开关管Q1保持截止，并控制第一开关管Q1和第二开关管Q2周期性交替导通，从而实现储能电感L充电过程和放电过程的不断循环，实现输出电压的升降压调整。

进一步地，上述第一开关管Q1和第二开关管Q2可以均为MOS管，第一开关管Q1的漏极与电压输入端连接，第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极连接，第二开关管Q2的源极接地，第一开关管Q1的源极与储能电感L的第一端连接。

可以理解的是，MOS管可以为N沟道MOS管或P沟道MOS管。

如图2所示，在第一开关管Q1和第二开关管Q2均选取N沟道MOS管时，两个开关管均为栅极高电平导通，低电平截止。而升降压电路中要求第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关状态相反，则两个开关管的栅极需要接收到相反的控制信号。例如，可以设置第一开关管Q1的栅极与周期信号输出端连接，第二开关管Q2的栅极则通过反相器A与周期信号输出端连接。在第一开关管Q1接收到导通信号时，第二开关管Q2接收到的则是经过反相后的截止信号；而在第一开关管Q1接收到截止信号时，第二开关管Q2则接收到导通信号，从而实现两个开关管的循环导通。

在另一实施例中，还可以设置第一开关管Q1为N沟道MOS管，第二开关管Q2为P沟道MOS管，此时第一开关管Q1栅极高电平导通，第二开关管Q2栅极高电平截止，可以将第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极均与周期信号输出端连接。在接收相同的周期信号时，保证了第一开关管Q1的开关状态与第二开关管Q2相反。

上述单向整流模块20可以为第一二极管D1，第一二极管D1的正极与储能电感L的第二端连接，第一二极管D1的负极与电压输出端连接。第一二极管D1能够限制电流方向为阳极流向阴极，即储能电感L能够在放电过程中向储能电容C释放能量，而在储能电感L充电时，第一二极管D1反偏截止，储能电容C无法将能量传输给储能电感L，而仅能够向负载50供电。

上述开关模块30可以为第三MOS管Q3，第三MOS管Q3的漏极与储能电感L的第二端连接，第三MOS管Q3的源极接地，第三MOS管Q3的栅极与降压芯片10的输出端连接。

第三MOS管Q3可以为N沟道MOS管，栅极接收到高电平时导通，接收低电平时截止。在降压芯片10的输出端与第一端连接时，第三MOS管Q3的栅极接收到电压输入端的输入电压而导通，在降压芯片10的输出端与第二端连接时，第三MOS管Q3的栅极接地而截止。

进一步地，上述升降压电路还可以包括第一电容C1，第一电容C1的第一端与降压芯片10的第一端连接，第一电容C1的第二端接地。第一电容C1具有滤波作用，能够将输入电压中的交流信号分量进行过滤，实现交流噪声信号的滤波，避免输入电压中的交流信号损坏降压芯片10。

上述储能电容C和第一电容C1可以为有极性电容。储能电容C为有极性电容时，储能电容C的正极与第一二极管D1的负极连接，储能电容C的负极接地。第一电容C1为有极性电容时，第一电容C1的正极与电压输入端连接，第一电容C1的第二端接地。

本实用新型还提供一种升降压装置，该升降压装置包括依次连接的电源模块40、升降压电路以及负载50，电源模块40可以提供输入电压至升降压电路，升降压电路根据负载50所需的供电电压对该输入电压进行升降压调整后生成符合需求的输出电压为负载50进行供电。该升降压电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的升降压装置采用了上述升降压电路的技术方案，因此该升降压装置具有上述升降压电路所有的有益效果。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种升降压电路，其特征在于，包括降压芯片、储能电感、储能电容、单向整流模块以及开关模块；

所述降压芯片的第一端与电压输入端连接，所述降压芯片的第二端接地，所述降压芯片的输出端与所述储能电感的第一端连接，所述储能电感的第二端与所述单向整流模块的输入端连接，所述单向整流模块的输出端通过所述储能电容接地，所述开关模块的第一端与所述储能电感的第二端连接，所述开关模块的第二端接地，所述开关模块的控制端与所述降压芯片的输出端连接，所述单向整流模块的输出端还与电压输出端连接；

所述降压芯片，用于根据电压输出端的输出电压调整周期信号的占空比，并根据所述周期信号的占空比将所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端或第二端连接；

所述开关模块，用于在所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端连接时导通；在所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第二端连接时截止；

所述单向整流模块，用于将电流方向限制为从所述单向整流模块的输入端至所述单向整流模块的输出端。

2.如权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，所述降压芯片还包括反馈端，所述降压芯片的反馈端与电压输出端连接；

所述降压芯片，还用于通过反馈端接收电压输出端的输出电压，并根据输出电压调整所述周期信号的占空比，所述周期信号的占空比为一个周期内所述降压芯片的输出端与所述降压芯片的第一端连接的时长与所述周期信号的时长之比。

3.如权利要求2所述的升降压电路，其特征在于，所述降压芯片包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与电压输入端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端接地，所述第一开关管的第二端与所述储能电感的第一端连接；

所述降压芯片，还用于控制所述第一开关管和所述第二开关管周期性交替导通。

4.如权利要求3所述的升降压电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为MOS管，所述第一开关管的漏极与电压输入端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极接地，所述第一开关管的源极与所述储能电感的第一端连接。

5.如权利要求4所述的升降压电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为N沟道MOS管，所述第一开关管的栅极与周期信号输出端连接，所述第二开关管的栅极通过反相器与周期信号输出端连接。

6.如权利要求4所述的升降压电路，其特征在于，所述第一开关管为N沟道MOS管，所述第二开关管为P沟道MOS管，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极均与周期信号输出端连接。

7.如权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，所述开关模块为第三MOS管，所述第三MOS管的漏极与所述储能电感的第二端连接，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的栅极与所述降压芯片的输出端连接。

8.如权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，所述单向整流模块为第一二极管，所述第一二极管的正极与所述储能电感的第二端连接，所述第一二极管的负极与电压输出端连接。

9.如权利要求1所述的升降压电路，其特征在于，所述升降压电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述降压芯片的第一端连接，所述第一电容的第二端接地。

10.一种升降压装置，其特征在于，所述升降压装置包括依次连接的电源模块、升降压电路以及负载，所述升降压电路被配置为如权利要求1～9中任一项所述的升降压电路。

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