CN215498736U - 低功耗的小功率直流降压转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了低功耗的小功率直流降压转换电路，主要包括锯齿波发生器、电压比较器、功率放大模块、整流滤波模块与电压基准及误差放大器，其中所述锯齿波发生器、电压比较器、功率放大模块和整流滤波模块为串联连接，电压基准及误差放大器与电压比较器、功率放大模块、整流滤波模块并联连接。本实用新型所述的低功耗的小功率直流降压转换电路，属于直流降压转换电路领域，通过控制锯齿波发生器、电压比较器和电压基准及误差放大器这三部分中的核心器件运算放大器功耗到70uA/通道以下，使得在控制电路上的电流损耗不大于210uA，同时使用较大阻值的电阻，实现了可以低功耗高效率的进行降压的目的，保证电路整体功耗不大于700uA。

Description

低功耗的小功率直流降压转换电路

技术领域

本实用新型涉及直流降压转换电路领域，特别涉及低功耗的小功率直流降压转换电路。

背景技术

现有的直流降压转换电路都有成品控制芯片，但芯片本身功耗普遍高于3mA，再加上外围控制电路和驱动功率管所需的能量，整体电源的功耗就要4-5mA甚至更高；虽然市面上也存在低于1mA的控制芯片，但输入电压低，一般为5V输入，同时也有成品的直流降压模块，但对于这种模块，对负载的要求一般不低于模块额定负载的10％。

这些电源方案对于一些要求超低功耗的工业电子产品并不适合，因为在工业电子产品中经常会有要求整体电流不超过4mA甚至更低的场合，这就限制了产品功能的多样化。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供低功耗的小功率直流降压转换电路，可以有效解决背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

低功耗的小功率直流降压转换电路，包括锯齿波发生器、电压比较器、功率放大模块、整流滤波模块与电压基准及误差放大器，所述锯齿波发生器由电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、运算放大器U1组成，所述电压比较器由运算放大器U2构成，所述功率放大模块由P沟道MOS管Q1、15V稳压二极管D1和电阻R6组成，所述整流滤波模块肖特基二极管D2、电感L1和电容C2组成，所述锯齿波发生器、电压比较器、功率放大模块和整流滤波模块为串联连接，所述电压基准及误差放大器由电阻R7、R8和电压基准TL431组成，并且电压基准及误差放大器与电压比较器、功率放大模块、整流滤波模块并联连接。

优选的，所述锯齿波发生器产生的锯齿波的频率可调，频率调节范围受限于锯齿波发生器的核心部件运算放大器的参数SR(压摆率)，即锯齿波的上升时间和下降时间，该频率调节范围小于等于压摆率的值。

优选的，所述电压比较器可产生频率与锯齿波频率相同的PWM(脉宽调制)信号。

优选的，所述锯齿波发生器产生的锯齿波信号与电压基准及误差放大器产生的直流基准信号同时输入电压比较器中。

优选的，所述电压比较器产生的PWM(脉宽调制)信号由功率放大模块放大功率后，经整流滤波模块转换为直流电压输出，并将此电压由电压基准及误差放大器发送回电压比较器形成负反馈稳定输出电压。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型超低功耗的小功率直流降压转换电路通过使用低功耗的运算放大器，以及较大阻值的电阻实现了可以低功耗高效率的进行降压的目的，根据能量守恒，输入功率＝输出功率，输入电压越高输出电压越低，在要求功率固定的前提下，低压端可使用的电流理论上为：(要求功率－输入电压×控制器电流)÷输出电压，因此，对于有低功耗要求的工业电路设计提供了更大的发挥空间。

附图说明

图1为本实用新型的组成架构示意图；

图2为本实用新型的详细电路图。

图中：1、锯齿波发生器；2、电压比较器；3、功率放大模块；4、整流滤波模块；5、电压基准及误差放大器。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-2所示，低功耗的小功率直流降压转换电路，包括锯齿波发生器1、电压比较器2、功率放大模块3、整流滤波模块4与电压基准及误差放大器5。

其中：锯齿波发生器1由电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、运算放大器U1组成，其工作原理为：当上电瞬间，电容C1中没有电荷，电压趋近于0V，这时运算放大器的正向输入端电压高于反向输入端，运算放大器输出电压接近电源电压。此时电阻R3近似与电阻R1并联，运算放大器正向输入端电压升高，且电容C1被充电。当电容C1中的电压高于正向输入端电压时，运算放大器输出趋近0V，电阻R3近似与电阻R2并联，运算放大器正向输入端电压降低，电容C1开始放电。如此往复，在电容上的电压为锯齿波。

电压比较器2由运算放大器U2构成，当U2正向输入的电压高于反向输入端电压时，比较器输出电压趋近电源电压；当U2正向输入的电压低于反向输入端电压时，比较器输出电压趋近0V。这样当锯齿波发生器接入比较器反向输入端，电压基准及误差放大电路输出接入比较器正向输入，比较器可输出一个PWM(脉宽调制)信号。

功率放大模块3由P沟道MOS管Q1、15V稳压二极管D1和电阻R6组成，当比较器输出接近电源电压时，MOS管Q1截止，当比较器输出接近0V时，MOS管Q1导通。

整流滤波模块4由肖特基二极管D2、电感L1和电容C2组成。其中肖特基二极管D2起到为电感L1续流的作用，电容C2起到滤波的作用。

电压基准及误差放大器5由电阻R7、R8和电压基准TL431组成，TL431的工作原理为自动调节输出电压，以保证电压基准引脚的电压为2.5V，这样形成负反馈电路。

在上述电路中，所述锯齿波发生器1产生的锯齿波的频率可调，频率调节范围受限于锯齿波发生器1的核心部件运算放大器的参数SR压摆率，即锯齿波的上升时间和下降时间，锯齿波的上升时间与下降时间之和要大于压摆率的值。所述电压比较器2可产生频率与锯齿波频率相同的PWM脉宽调制信号。锯齿波发生器1产生的锯齿波信号与电压基准及误差放大器5产生的直流基准信号同时输入电压比较器2中。所述电压比较器2产生的PWM脉宽调制信号由功率放大模块3放大功率后，经整流滤波模块4转换为直流电压输出，并将此电压由电压基准及误差放大器5发送回电压比较器2形成负反馈稳定输出电压。

本电路的输入电压范围取决于电路中运算放大器的工作电压，一般选取36V(±18V)电压范围的运算放大器，可满足工业常用的24V供电环境。自身功耗取决于锯齿波发生器1、电压比较器2和电压基准及误差放大器5这三部分中的核心器件运算放大器。目前市面上常用的低功耗运算放大器功耗可以做到70uA/通道以下。电路中需要用到三个运算放大器，因此在控制电路上的电流损耗不大于210uA。在电路中的其他损耗包括电阻上的损耗和半导体器件的损耗，因为电路的输出是在20mA以内，因此这部分的损耗不超过10％；作为参考：运算放大器参数选择为：1、低功耗(静态电流小于70uA)；2、工作电压范围大于30V；3、压摆率大于10V/us。电阻选择：电阻阻值均大于30KΩ。功率放大选用P沟道MOS，以降低驱动功率。这样可以保证电路整体功耗不大于700uA。

此外，本电路应用简单只需接通电源，调整与输出端连接的反馈电阻的比值即可实现24V输入，输出电压为：0～50％输入电压的功能。如有需要可在功率放大模块3和整流滤波模块4之间增加高频变压器，以及在输出和电压基准及误差放大器5之间增加光电耦合器，实现输入、输出隔离，提高抗干扰的效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.低功耗的小功率直流降压转换电路，其特征在于：包括锯齿波发生器(1)、电压比较器(2)、功率放大模块(3)、整流滤波模块(4)与电压基准及误差放大器(5)，所述锯齿波发生器(1)由电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、运算放大器U1组成，所述电压比较器(2)由运算放大器U2构成，所述功率放大模块(3)由P沟道MOS管Q1、15V稳压二极管D1和电阻R6组成，所述整流滤波模块(4)肖特基二极管D2、电感L1和电容C2组成，所述锯齿波发生器(1)、电压比较器(2)、功率放大模块(3)和整流滤波模块(4)为串联连接，所述电压基准及误差放大器(5)由电阻R7、R8和电压基准TL431组成，并且电压基准及误差放大器(5)与电压比较器(2)、功率放大模块(3)、整流滤波模块(4)并联连接。

2.根据权利要求1所述的低功耗的小功率直流降压转换电路，其特征在于：所述锯齿波发生器(1)产生的锯齿波的频率可调，频率调节范围受限于锯齿波发生器(1)的核心部件运算放大器的参数SR(压摆率)，即锯齿波的上升时间和下降时间，该频率调节范围小于等于压摆率的值。

3.根据权利要求2所述的低功耗的小功率直流降压转换电路，其特征在于：所述电压比较器(2)可产生频率与锯齿波频率相同的PWM(脉宽调制)信号。

4.根据权利要求3所述的低功耗的小功率直流降压转换电路，其特征在于：所述锯齿波发生器(1)产生的锯齿波信号与电压基准及误差放大器(5)产生的直流基准信号同时输入电压比较器(2)中。

5.根据权利要求4所述的低功耗的小功率直流降压转换电路，其特征在于：所述电压比较器(2)产生的PWM(脉宽调制)信号由功率放大模块(3)放大功率后，经整流滤波模块(4)转换为直流电压输出，并将此电压由电压基准及误差放大器(5)发送回电压比较器(2)形成负反馈稳定输出电压。

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