CN215185998U

CN215185998U - 一种基于boost架构的充电电路

Info

Publication number: CN215185998U
Application number: CN202121509855.9U
Authority: CN
Inventors: 华为焱; 李毅; 卢强
Original assignee: Shang Yu Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Shangyu Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2031-07-02

Abstract

本申请涉及UPS电源系统的技术领域，尤其是涉及一种基于boost架构的充电电路，包括电感器L、第一电容器C1和全桥逆变器，电感器L与全桥逆变器的第一输入端和第二输入端连接，第一电容器C1与全桥逆变器的输出端连接，在第一电容器两端并联有蓄电池。全桥逆变器包括多个MOS管，MOS管内部设置有寄生二极管，MOS管能够代替boost升压电路中的开关管控制电感器L的充电和放电，寄生二极管能够对MOS管起到保护效果，同时能够代替boost升压电路中的整流二极管。该充电电路充分利用了全桥逆变器使用的MOS管，且不需要额外接入实体二极管，使得使用的元器件更少，具有降低成本的效果。

Description

一种基于boost架构的充电电路

技术领域

本申请涉及UPS电源系统的技术领域，尤其是涉及一种基于boost架构的充电电路。

背景技术

UPS全称是Uninterruptible Power Supply，意为不间断电源系统，包括蓄电池、充电器、DC/AC逆变器、输出转换开关和智能调压电路。在市电正常时充电器对蓄电池进行充电，当市电中断时蓄电池放电，为用电设备提供持续的稳压稳频的交流电。其中UPS电源系统的充电器常采用反激式开关电源使得蓄电池升压。

boost升压电路是一种开关直流升压电路，可以使得输出电压比输入电压高。

针对上述中的相关技术，发明人认为反激式开关电源需要用到的元器件包括高频变压器、开关管、二极管和电容器等元器件，使用元器件较多，设计成本较高。

实用新型内容

为了降低UPS电源系统的成本，本申请提供一种基于boost架构的充电电路。

本申请提供的一种基于boost架构的充电电路，采用如下的技术方案：

一种基于boost架构的充电电路，包括电感器L、第一电容器C1和全桥逆变器，所述全桥逆变器包含第一输入端、第二输入端、输出端和接地端，所述电感器L的两端分别与全桥逆变器的第一输入端和第二输入端连接，所述全桥逆变器用于控制电感器L的充电和放电；所述第一电容器C1的一端与所述全桥逆变器的输出端连接，另一端接地，所述第一电容器C1两端并联有蓄电池。

通过采用上述技术方案，当全桥逆变器控制电感器L进行充电时，此时电感器L处的电压为U_L，蓄电池两端电压U_S为第一电容器C1两端电压U_C；当全桥逆变器控制电感器L进行放电时，此时第一电容器C1两端电压升高为U_L+U_C，蓄电池两端电压U_S升高至U_L+U_C，达到为蓄电池充电的目的。全桥逆变器包括多个MOS管，MOS管的源极和漏极之间设置有寄生二极管，MOS管能够代替boost升压电路中的开关管控制电感器L的充电和放电，寄生二极管能够对MOS管起到保护作用，当电路中产生反向电流时减少反向电流击穿MOS管的现象，同时寄生二极管能够代替boost升压电路中的整流二极管。相比于反激式开关电源和传统的boost升压电路，该充电电路使用的元器件较少，不需要额外接入实体二极管，具有降低成本的效果。

可选的，所述全桥逆变器包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，所述第三MOS管Q3内部设置有第三寄生二极管D3，所述第四MOS管Q4内部设置有第四寄生二极管D4；

所述第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的源极均与所述全桥逆变器的第一输入端连接；所述第二MOS管Q2的漏极和第四MOS管Q4的源极均与所述全桥逆变器的第二输入端连接；所述第一MOS管Q1的源极和所述第二MOS管Q2的源极均与所述全桥逆变器的接地端连接；所述第三MOS管Q3的漏极和所述第四MOS管Q4的漏极均与所述全桥逆变器的输出端连接；

所述第一MOS管Q1的栅极用于接收高电平和低电平，所述第二MOS管Q2的栅极用于接收高电平和低电平；

所述第三寄生二极管D3的阳极与第三MOS管Q3的源极连接，所述第三寄生二极管D3的阴极与第三MOS管Q3的漏极连接；所述第四寄生二极管D4的阳极与第四MOS管Q4的源极连接，所述第四寄生二极管D4的阴极与第三MOS管Q3的漏极连接。

通过采用上述技术方案，当第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极均接收到高电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通，电流经第一输入端和第二输入端流到全桥逆变器的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2内，电感器L、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2形成回路，电感器L开始进行充电；当第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极均接收到低电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2截止，电流从全桥逆变器的第一输入端和第二输入端流经第三寄生二极管D3和第四寄生二极管D4，从输出端流至第一电容器C1处，电感器L对第一电容器C1进行放电，使得第一电容器C1两端的电压升高，第三寄生二极管D3和第四寄生二极管D4能够减少反向电流击穿MOS管的现象，对MOS管起到保护效果，同时代替boost升压电路中的整流二极管，不需要额外接入实体二极管。

可选的，所述充电电路还包括控制电路，所述控制电路包括PWM调制芯片，所述PWM调制芯片包含信号输出端，所述PWM调制芯片的信号输出端分别与第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极连接，用于输出PWM信号，所述PWM信号包括高电平和低电平。

通过采用上述技术方案，PWM调制芯片输出PWM信号，用于控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通或截止，实现电感器L的充电或者放电。当PWM信号为高电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均导通，此时电感器L开始充电；当PWM信号为低电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均截止，此时电感器L开始放电。

可选的，所述充电电路还包括放大电路，所述放大电路包含输入端和输出端，所述放大电路的输入端与所述PWM调制芯片的信号输出端连接，所述放大电路的输出端分别与第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极连接，用于放大高电平或低电平。

通过采用上述技术方案，PWM信号的电流较小，难以直接控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通或截止，放大电路能够对高电平和低电平的电流进行放大，便于更好驱动第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通或截止。

可选的，所述放大电路包括第一NPN三极管T1和第二PNP三极管T2，所述第一NPN三极管T1的基极和第二PNP三极管T2的基极均与所述放大电路的输入端连接，所述第一NPN三极管T1的集电极与所述放大电路的供电电源连接，所述第二PNP三极管T2的集电极接地，所述第一NPN三极管的发射极和第二PNP三极管T2的发射极均与所述放大电路的输出端连接。

通过采用上述技术方案，第一NPN三极管T1和第二PNP三极管T2，放大电路的输入端接收到高电平时，第一NPN三极管T1导通，对高电平进行放大，放大电路的输出端输出放大后的高电平；放大电路的输入端接收到低电平时，第二PNP三极管T2导通，对低电平信号进行放大，放大电路的输出端输出放大后的低电平信号。

可选的，所述充电电路还包括MCU模块，所述PWM调制芯片包括电压反馈端，所述MCU模块与所述PWM调制芯片的电压反馈端连接，用于对蓄电池电压值U_S进行采样，所述PWM调制芯片基于电压值U_S调整所述PWM信号的占空比。

通过采用上述技术方案，MCU模块对蓄电池电压值U_S进行采样，蓄电池电压值U_S越大，则MCU模块输出的电压值越大，PWM调制芯片根据MCU模块输出的电压值调整PWM信号的占空比，当MCU模块输出的电压值达到预设电压值时，PWM信号为低电平，此时第一MOS管Q1和第二MOS管Q2截止，电感器L放电，放电结束后第一电容器C1两端电压不再发生变化，蓄电池的电压U_S保持稳定。

可选的，所述MCU模块连接有第一电阻器R1和第二电阻器R2，所述第一电阻器R1一端和所述MCU模块连接，另一端和第二电阻器R2连接；所述第二电阻器R2的另一端接地，所述PWM调制芯片的电压反馈端连接在第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接点处。

通过采用上述技术方案，第一电阻器R1和第二电阻器R2串联， PWM调制芯片的电压反馈端连接在第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接点处，第一电阻器R1和第二电阻器R2能够起到分压的作用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

该基于boost架构的充电电路充分利用了全桥逆变器使用的MOS管，MOS管能够代替个boost升压电路中的开关管，MOS管中的寄生二极管能够代替boost升压电路中的整流二极管，与反激式开关电源和boost升压电路相比该电路使用的元器件较少，减少了实体二极管的接入，具有降低成本的效果。

附图说明

图1是boost升压电路的电路图；

图2是本申请实施例的充电电路的电路图；

图3是本申请实施例的控制电路的电路图；

图4是本申请实施例的放大电路的电路图。

附图标记：100、全桥逆变器；200、蓄电池；300、自耦变压器；400、放大电路。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

参照图1，boost升压电路包括电感器L、开关管Q、整流二极管D和电容器C，电感器L与开关管Q串联，电感器L的另一端与输入电压Vin连接，开关管Q的另一端接地；整流二极管D的阳极与开关管Q的一端连接，阴极和电容器C的正极连接，电容器C的另一端接地，该电路的输出电压Vout为电容器C两端电压。当开关管Q导通时，电感器L进行充电；当开关管Q截止时，电感器L进行放电，电容器C两端电压升高，输出电压Vout升高。

本申请实施例公开一种基于boost架构的充电电路。

参照图2，基于boost架构的充电电路包括电感器L、第一电容器C1和全桥逆变器100，全桥逆变器100包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，第三MOS管内部设置有第三寄生二极管D3，第四MOS管Q4内部设置有第四寄生二极管D4。在实际应用中，组成全桥逆变器100的四个MOS管结构相同，第一MOS管内部设置有第一寄生二极管D1，第二MOS管Q2内部也设置有第二寄生二极管D2，每个寄生二极管的阳极与对应MOS管的源极连接，阴极与对应MOS管的漏极连接。

全桥逆变器100包含第一输入端、第二输入端、输出端和接地端，第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的源极与全桥逆变器100的第一输入端连接；第二MOS管Q2的漏极和第四MOS管Q4的源极与全桥逆变器100的第二输入端连接；第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的源极均与全桥逆变器100的接地端连接；第三MOS管Q3的漏极和第四MOS管Q4的漏极均与全桥逆变器100的输出端连接；第一MOS管Q1的栅极连接有M1.V_GS端，用于接收高电平和低电平，第二MOS管Q2的栅极连接有M2.V_GS端，用于接收高电平和低电平，第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极不与任何元器件连接，也不接收任何信号。

电感器L的两端分别与全桥逆变器100的第一输入端和第二输入端连接，全桥逆变器100用于控制电感器L的充电和放电。第一电容器C1的一端与全桥逆变器100的输出端连接，另一端接地，在第一电容器C1两端并联有需要进行充电的蓄电池200。在本申请实施例中，该充电电路的供电电源为自耦变压器300，自耦变压器300包括原边AB和副边ab，电感器L与自耦变压器300的副边ab连接，市电接入自耦变压器300的原边AB时自耦变压器300的副边ab两端能够得到感应电压U_ab。

参照图3，为了控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通与截止，该充电电路还包括控制电路，控制电路包括能够输出PWM信号的PWM调制芯片，PWM信号包括高电平和低电平。在本申请实施例中PWM调制芯片可选择UC3845芯片，UC3845芯片的O/P引脚为输出端，用于输出高电平和低电平。

UC3845芯片连接有MCU模块，MCU模块连接有第一电阻器R1，第一电阻器R1的另一端连接有第二电阻器R2，第二电阻器R2的另一端接地，UC3845芯片的VF引脚为电压反馈端，连接在第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接点处，第一电阻器R1和第二电阻器R2具有分压的效果。MCU模块能够对蓄电池200的电压值U_S进行采样，电压值U_S越大MCU模块输出的电压值越大，UC3845芯片根据电压采样值调整PWM信号的占空比，当采样值达到预设电压值时PWM信号为低电平，蓄电池200的电压值U_S不再升高。在本申请实施例中，预设电压值为蓄电池200的额定电压，蓄电池200在实际使用过程中内部会有一些损耗，因此在蓄电池200电压值U_S达到额定值后，PWM信号会短时间输出高电平然后很快变为低电平，PWM信号的占空比维持在一个很小的数值，使得蓄电池200处于浮充的状态。

UC3845芯片还连接有基准电压REF，基准电压REF处连接有第三滤波电容器C3，第三滤波电容器C3的另一端接地；基准电压REF与第五NPN三极管T5的集电极连接，第五NPN三极管T5的发射极与第四电阻器R4连接，第四电阻器R4的另一端连接有第三电阻器R3，第三电阻器R3的另一端接地，UC3845芯片的IS引脚在第三电阻器R3和第四电阻器R4之间。UC3845芯片的R/C引脚处连接有第五电阻器R5和第四电容器C4，第五电阻器R5的另一端与基准电压REF连接，第四电容器C4的另一端接地。UC3845芯片会对基准电压REF和VF引脚处的电压进行比较，第五电阻器R5和第四电容器C4能够根据比较结果调整UC3845芯片的振荡频率，以改变PWM信号的占空比。

UC3845芯片的COMP引脚和VF引脚之间还并联有第五电容器C5和第六电阻器R6，能够起到频率补偿的效果，提高电路的稳定性。VF引脚处还连接有限流电阻器R7，限流电阻器R7的另一端为CHG-ON端，当有市电接入CHG-ON端时UC3845芯片开启，开始输出PWM信号。

UC3845芯片的VCC引脚连接供电电源，在本申请实施例中供电电源为12V；供电电源处连接有第二滤波电容器C2，第二滤波电容器C2的另一端与保护二极管D5的阳极连接，保护二极管D5的阴极与UC3845芯片的Vref引脚连接。

参照图4，由于PWM信号的电压和电压都比较小，难以较好的驱动第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，因此该充电电路还包括放大电路400。放大电路400包含输入端和输出端，输入端与PWM调制芯片的信号输出端连接，用于接收高电平和低电平；输出端分别与M1.V_GS端和M2.V_GS端连接，用于输出放大后的高电平和低电平。

放大电路400包括第一NPN三极管T1和第二PNP三极管T2，第一NPN三极管T1的基极和第二PNP三极管T2的基极均与放大电路400的输入端连接，第一NPN三极管T1的集电极与放大电路400的供电电源连接，第二PNP三极管T2的集电极接地，第一NPN三极管的发射极和第二PNP三极管T2的发射极均与所述放大电路400的输出端连接。

在实际应用中，PWM信号约为5V，需要转换成12V驱动第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，因此放大电路400还连接有第三NPN三极管T3、第四NPN三极管T4、第八电阻器R8、第九电阻器R9、第十电阻器R10、第十一电阻器R11。第八电阻器R8的一端用于接收PWM信号，另一端与第九电阻器R9连接，同时还与第三NPN三极管T3的基极连接，第九电阻器R9的另一端接地。第十电阻器R10的一端与放大电路400的供电电源连接，另一端与第三NPN三极管T3的集电极连接，同时与第四NPN三极管T4的基极连接。第四NPN三极管T4的发射极接地，集电极与第十一电阻器R11连接，第十一电阻器R11的另一端与供电电源连接。放大电路400的输入端连接在第四NPN三极管T4和第十一电阻器R11的连接点处。在本申请实施例中供电电源为12V。

当PWM信号为高电平时，第三NPN三极管T3导通，供电电源处的电流经第十电阻器R10和第三NPN三极管T3流到接地端，此时第四NPN三极管T4的基极处为低电平，第四NPN三极管T4截止，供电电源处的电流经第十一电阻器R11流到放大电路400输入端，第一NPN三极管T1导通，放大电路400输出放大后的高电平信号。

当PWM信号为低电平时，第三NPN三极管T3截止，供电电源处的电流经第十电阻器R10流到第四NPN三极管T4处，第四NPN三极管T4导通，供电电源处的电流经第十一电阻器R11和第四NPN三极管T4流到接地端，此时放大电路400的输入端相当于接地为低电平，第二PNP三极管T2导通，放大电路400输出放大后的低电平信号。

本申请实施例一种基于boost架构的充电电路的实施原理为：基于boost架构的充电电路包括电感器L、第一电容器C1和全桥逆变器100，全桥逆变器100包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，四个MOS管内部均设置有寄生二极管，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2的导通和截止由PWM信号控制，PWM信号由PWM调制芯片输出，市电接入后PWM调制芯片开始输出PWM信号，当PWM信号为高电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通，电感器L开始充电，此时蓄电池200处的电压U_S为第一电容器C1两端的电压U_C；当PWM信号为低电平时，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2截止，电感器开始放电，电流经MOS管内的寄生二极管流动至第一电容器C1，此时蓄电池200处的电压为电容器两端的电压U_C+U_L，蓄电池200处的电压升高，达到了为蓄电池200充电的目的。该充电电路充分利用了全桥逆变器使用的MOS管，MOS管能够代替boost升压电路中的开关管Q，MOS管内部的寄生二极管能够代替boost升压电路中的整流二极管D，不需要额外接入实体二极管，使得使用的元器件更少，具有降低成本的效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，包括电感器L、第一电容器C1和全桥逆变器（100），所述全桥逆变器（100）包含第一输入端、第二输入端、输出端和接地端，所述电感器L的两端分别与全桥逆变器（100）的第一输入端和第二输入端连接，所述全桥逆变器（100）用于控制电感器L的充电和放电；所述第一电容器C1的一端与所述全桥逆变器（100）的输出端连接，另一端接地，所述第一电容器C1两端并联有蓄电池（200）。

2.根据权利要求1所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述全桥逆变器（100）包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，所述第三MOS管Q3内部设置有第三寄生二极管D3，所述第四MOS管Q4内部设置有第四寄生二极管D4；

所述第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的源极均与所述全桥逆变器（100）的第一输入端连接；所述第二MOS管Q2的漏极和第四MOS管Q4的源极均与所述全桥逆变器（100）的第二输入端连接；所述第一MOS管Q1的源极和所述第二MOS管Q2的源极均与所述全桥逆变器（100）的接地端连接；所述第三MOS管Q3的漏极和所述第四MOS管Q4的漏极均与所述全桥逆变器（100）的输出端连接；

3.根据权利要求2所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括控制电路，所述控制电路包括PWM调制芯片，所述PWM调制芯片包含信号输出端，所述PWM调制芯片的信号输出端分别与第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极连接，用于输出PWM信号，所述PWM信号包括高电平和低电平。

4.根据权利要求3所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括放大电路（400），所述放大电路（400）包含输入端和输出端，所述放大电路（400）的输入端与所述PWM调制芯片的信号输出端连接，所述放大电路（400）的输出端分别与第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极连接，用于放大高电平或低电平。

5.根据权利要求4所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述放大电路（400）包括第一NPN三极管T1和第二PNP三极管T2，所述第一NPN三极管T1的基极和第二PNP三极管T2的基极均与所述放大电路（400）的输入端连接，所述第一NPN三极管T1的集电极与所述放大电路（400）的供电电源连接，所述第二PNP三极管T2的集电极接地，所述第一NPN三极管的发射极和第二PNP三极管T2的发射极均与所述放大电路（400）的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括MCU模块，所述PWM调制芯片包含电压反馈端，所述MCU模块与所述PWM调制芯片的电压反馈端连接，用于对蓄电池（200）电压值U_S进行采样，所述PWM调制芯片基于电压值U_S调整所述PWM信号的占空比。

7.根据权利要求6所述的一种基于boost架构的充电电路，其特征在于，所述MCU模块连接有第一电阻器R1和第二电阻器R2，所述第一电阻器R1一端和所述MCU模块连接，另一端和第二电阻器R2连接；所述第二电阻器R2的另一端接地，所述PWM调制芯片的电压反馈端连接在第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接点处。