專利名稱：Buck電路的一種控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源控制電路，更具體的是涉及一種新型控制的BUCK電路，屬于 電源控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著家電市場(chǎng)及分布式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其電源系統(tǒng)需用的DC/DC電源模塊越來(lái) 越多。對(duì)其性能要求越來(lái)越高。除去常規(guī)電性能指標(biāo)以外，對(duì)其體積要求越來(lái)越小，也就是 對(duì)其功率密度的要求越來(lái)越高，對(duì)轉(zhuǎn)換效率要求也越來(lái)越高，也即發(fā)熱越來(lái)越少。這樣其平 均無(wú)故障工作時(shí)間才越來(lái)越長(zhǎng)，可靠性越來(lái)越好。因此如何開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出更高功率密度、更高 轉(zhuǎn)換效率、更低成本更高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換器始終是近二十年來(lái)電力電子技術(shù)工程師追求 的目標(biāo)。在現(xiàn)有的DC/DC電路應(yīng)用中，主要有一下三種常見(jiàn)應(yīng)用
1、如圖1所示，采用如LM2596或類似的常用功率IC芯片，這樣的電路使用簡(jiǎn)單，但成 本高，輸入電壓輸出電流受限制，輸入電壓要求40V以下。2、如圖2所示為一個(gè)采用附加電源的BUCK電路的典型電路圖。該電路使用NMOS 管作為BUCK驅(qū)動(dòng)電路，但是該電路增加了一個(gè)比輸入電壓高的附加電源，這就不可避免地 增加了電路的成本。而由于該電路有兩路輸入的電壓，任何一路輸入電壓變化都可能引起 輸出電壓的變化，因此該電路不僅電路相對(duì)復(fù)雜，可靠性也比較差。3、如圖3所示為一個(gè)采用脈沖變壓器的BUCK電路，由于使用了 PWM輸入電路和脈 沖變壓器，因而成本高，同時(shí)由于脈沖變壓器本身體積較大，在當(dāng)前電子產(chǎn)品越來(lái)越微型化 的情況下，這種電路不符合產(chǎn)品的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是解決業(yè)界期待的一種成本低廉且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的BUCK電路的控制電路， 且輸入電壓范圍可寬至100伏以上。本發(fā)明包括一個(gè)串接在輸入電源正極和電流采樣單元之間的電子開(kāi)關(guān)單元，一個(gè) 串接在電子開(kāi)關(guān)單元輸出端和浮地之間的電流采樣單元，一個(gè)串接在浮地和輸出電壓正端 之間的濾波電感單元，一個(gè)串接在濾波電感輸出和電源地之間的輸出濾波電容單元，一個(gè) 連接在浮地和電源地之間的續(xù)流單元，一個(gè)接于輸出電壓正端和控制單元之間的電壓反饋 單元，和一個(gè)接于電源正極和濾波電感輸入之間并接受輸出正電壓反饋信號(hào)和電流采用信 號(hào)的控制開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通與關(guān)斷的控制單元；所述控制電路的回路對(duì)輸出電壓的控制在控制 電路的開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。本發(fā)明浮地和輸入輸出負(fù)不是同一電位，較好地解決了 BUCK電路MOS管控制問(wèn) 題，具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，并具有電壓電流雙環(huán)控制的功能。具有效率高，可靠性高，成 本低等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)16至1000伏的寬輸入范圍。本發(fā)明工作原理是BUCK電路的控制電路的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷的控制回路的參考0伏或控制地和輸入輸出的共地不是同一電位；該控制地的電位和被控制的開(kāi)關(guān)器件 的輸出電位同時(shí)相對(duì)電源地電位等幅上升或下降；該控制回路對(duì)輸出電壓的控制通過(guò)對(duì)輸 出正對(duì)輸出地的電壓信號(hào)的采樣實(shí)現(xiàn)；該控制回路對(duì)BUCK電路的電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)通過(guò)接于 開(kāi)關(guān)器件輸出和控制地之間的電流采樣單元的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用控制回路和輸出回路電位浮動(dòng)的方式，通過(guò)設(shè)計(jì)的控制電路，簡(jiǎn)單有 效地解決了一般BUCK電路驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，成本高，體積大等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了成本低廉且高效率的 BUCK電路設(shè)計(jì)。另外，本發(fā)明所述電子開(kāi)關(guān)單元為雙極性NPN晶體管，或雙極性PNP晶體管，或 MOSFET管，或IGBT管中的至少任意一種，可以任意組合模式實(shí)現(xiàn)。所述電流采樣單元為電阻，或霍爾元件，或電流傳感器。所述電壓反饋單元為陰極接于輸出正極端，陽(yáng)極接于控制回路的二極管，或 MOSFET管的體內(nèi)二極管。所述續(xù)流單元為陰極接于地，陽(yáng)極接于浮地的二極管；或MOSFET管的體內(nèi)二極管。


圖1為采用專用功率IC芯片控制的BUCK電路圖。圖2為采用附加電源控制的BUCK電路圖。圖3為采用脈沖變壓器控制的BUCK電路圖。圖4為本發(fā)明的浮動(dòng)控制BUCK電路框圖。圖5為本發(fā)明的浮動(dòng)控制BUCK電路原理實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式如圖4所示，本發(fā)明由一個(gè)串接在輸入電源正極和電流采樣單元之間的電子開(kāi)關(guān) 單元，一個(gè)串接在電子開(kāi)關(guān)單元輸出端和浮地之間的電流采樣單元，一個(gè)串接在浮地和輸 出電壓正端之間的濾波電感單元，一個(gè)串接在濾波電感輸出和電源地之間的輸出濾波電容 單元，一個(gè)連接在浮地和電源地之間的續(xù)流單元，一個(gè)接于輸出電壓正端和控制單元之間 的電壓反饋單元，和一個(gè)接于電源正極和濾波電感輸入之間并接受輸出正電壓反饋信號(hào)和 電流采用信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通與關(guān)斷的控制單元組成；所述控制電路的回路對(duì)輸出電 壓的控制在控制電路的開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。電子開(kāi)關(guān)單元可以由常規(guī)元件如雙極性NPN晶體管，MOSFET管或IGBT管實(shí)現(xiàn)，但 不限于此。電流采樣單元可以簡(jiǎn)單由電阻實(shí)現(xiàn)，但不限于此，如也可由霍爾元件或商用電流 傳感器實(shí)現(xiàn)。電壓反饋單元可以由陰極接于輸出正陽(yáng)極接于控制回路的二極管簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，但不 限于此，如也可由MOSFET管的體內(nèi)二極管實(shí)現(xiàn)。續(xù)流單元可簡(jiǎn)單由陰極接于地陽(yáng)極接于浮地的二極管構(gòu)成，也可由MOSFET管的 體內(nèi)二極管實(shí)現(xiàn)，并由此可實(shí)現(xiàn)該續(xù)流單元的同步整流(即MOSFET和體內(nèi)二極管同時(shí)并聯(lián) 導(dǎo)通)功能。
控制電路可以由商用芯片如UC2842，UC2843，UC3842，或UC3844搭建而成，也可由 分離元件搭建而成。如圖5所示，為本發(fā)明新型控制方式的BUCK電路的一種具體實(shí)施圖。該實(shí)施例的 BUCK電路包括輸入端、輸出端、接地端、浮動(dòng)地端以及PWM輸入端，輸入端用于連接輸入電 壓如100V，48V，24V等。輸出端根據(jù)后續(xù)電路的需要輸出相應(yīng)的直流電壓。下面以輸入為48V左右的直流電源，需要輸出12V的直流電壓為例對(duì)本電路進(jìn)行 說(shuō)明。本電路直流輸入電源經(jīng)Rl給控制電路啟動(dòng)電流，電路啟動(dòng)后轉(zhuǎn)由輸出12V經(jīng)二極 管Dl供電，控制電路的電源地，是浮動(dòng)地——FLOAT GND。這是本發(fā)明的最大創(chuàng)新處?？刂?電路工作后，輸出PWM波驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管Ql導(dǎo)通和截止。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通后，輸入直流電源通過(guò)電 阻R3，經(jīng)由電感L2，電解電容ClO組成的輸出濾波電路，輸出紋波小的直流電源。開(kāi)關(guān)管截 止時(shí)，電感L2上的儲(chǔ)存能量給負(fù)載供電，經(jīng)由續(xù)流二極管返回。直流輸出電壓經(jīng)D2反饋給 R4，R5組成的反饋電路，以穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓高于12V時(shí)，控制電路關(guān)閉開(kāi)關(guān)管。 當(dāng)輸出電壓低于12V時(shí)，控制電路使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)改變PWM波的占空比來(lái)穩(wěn) 定輸出電壓。調(diào)節(jié)R4、R5的分壓值不同，可輸出不同的用戶需要的電壓。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例。本技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
BUCK電路的一種控制電路，其特征在于包括一個(gè)串接在輸入電源正極和電流采樣單元之間的電子開(kāi)關(guān)單元，一個(gè)串接在電子開(kāi)關(guān)單元輸出端和浮地之間的電流采樣單元，一個(gè)串接在浮地和輸出電壓正端之間的濾波電感單元，一個(gè)串接在濾波電感輸出和電源地之間的輸出濾波電容單元，一個(gè)連接在浮地和電源地之間的續(xù)流單元，一個(gè)接于輸出電壓正端和控制單元之間的電壓反饋單元，和一個(gè)接于電源正極和濾波電感輸入之間并接受輸出正電壓反饋信號(hào)和電流采用信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通與關(guān)斷的控制單元；所述控制電路的回路對(duì)輸出電壓的控制在控制電路的開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK電路的一種控制電路，其特征在于所述電子開(kāi)關(guān)單元為雙 極性NPN晶體管，或雙極性PNP晶體管，或MOSFET管，或IGBT管中的至少任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK電路的一種控制電路，其特征在于所述電流采樣單元為電 阻，或霍爾元件，或電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK電路的一種控制電路，其特征在于所述電壓反饋單元為陰 極接于輸出正極端，陽(yáng)極接于控制回路的二極管，或MOSFET管的體內(nèi)二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述BUCK電路的一種控制電路，其特征在于所述續(xù)流單元為陰極接 于地，陽(yáng)極接于浮地的二極管；或MOSFET管的體內(nèi)二極管。
全文摘要
BUCK電路的一種控制電路，涉及電源控制電路技術(shù)領(lǐng)域。包括電子開(kāi)關(guān)單元、電流采樣單元、濾波電感單元、濾波電容單元、續(xù)流單元、電壓反饋單元和控制單元，所述控制電路的回路對(duì)輸出電壓的控制在控制電路的開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。本發(fā)明浮地和輸入輸出負(fù)不是同一電位，較好地解決了BUCK電路MOS管控制問(wèn)題，具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，并具有電壓電流雙環(huán)控制的功能。具有效率高，可靠性高，成本低等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)16至1000伏的寬輸入范圍。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101976950SQ201010534170
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者周斌欣, 郭麥芳 申請(qǐng)人:揚(yáng)州中凌自動(dòng)化技術(shù)有限公司