CN101976950A - Buck电路的一种控制电路 - Google Patents
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Abstract
BUCK电路的一种控制电路，涉及电源控制电路技术领域。包括电子开关单元、电流采样单元、滤波电感单元、滤波电容单元、续流单元、电压反馈单元和控制单元，所述控制电路的回路对输出电压的控制在控制电路的开关器件关断时对输出电压信号进行采样。本发明浮地和输入输出负不是同一电位，较好地解决了BUCK电路MOS管控制问题，具有电路简单，成本低廉，并具有电压电流双环控制的功能。具有效率高，可靠性高，成本低等特点，可以实现16至1000伏的宽输入范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源控制电路，更具体的是涉及一种新型控制的BUCK电路，属于电源控制技术领域。
背景技术
随着家电市场及分布式系统的不断发展，其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多。对其性能要求越来越高。除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。这样其平均无故障工作时间才越来越长，可靠性越来越好。因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换效率、更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。
在现有的DC/DC电路应用中，主要有一下三种常见应用：
1、如图1所示，采用如LM2596或类似的常用功率IC芯片，这样的电路使用简单，但成本高，输入电压输出电流受限制，输入电压要求40V以下。
2、如图2所示为一个采用附加电源的BUCK电路的典型电路图。该电路使用NMOS管作为BUCK驱动电路，但是该电路增加了一个比输入电压高的附加电源，这就不可避免地增加了电路的成本。而由于该电路有两路输入的电压，任何一路输入电压变化都可能引起输出电压的变化，因此该电路不仅电路相对复杂，可靠性也比较差。
3、如图3所示为一个采用脉冲变压器的BUCK电路，由于使用了PWM输入电路和脉冲变压器，因而成本高，同时由于脉冲变压器本身体积较大，在当前电子产品越来越微型化的情况下，这种电路不符合产品的发展。
发明内容
本发明就是解决业界期待的一种成本低廉且设计简单的BUCK电路的控制电路，且输入电压范围可宽至100伏以上。
本发明包括一个串接在输入电源正极和电流采样单元之间的电子开关单元，一个串接在电子开关单元输出端和浮地之间的电流采样单元，一个串接在浮地和输出电压正端之间的滤波电感单元，一个串接在滤波电感输出和电源地之间的输出滤波电容单元，一个连接在浮地和电源地之间的续流单元，一个接于输出电压正端和控制单元之间的电压反馈单元，和一个接于电源正极和滤波电感输入之间并接受输出正电压反馈信号和电流采用信号的控制开关单元导通与关断的控制单元；所述控制电路的回路对输出电压的控制在控制电路的开关器件关断时对输出电压信号进行采样。
本发明浮地和输入输出负不是同一电位，较好地解决了BUCK电路MOS管控制问题，具有电路简单，成本低廉，并具有电压电流双环控制的功能。具有效率高，可靠性高，成本低等特点，可以实现16至1000伏的宽输入范围。
本发明工作原理是： BUCK电路的控制电路的开关器件导通或关断的控制回路的参考0伏或控制地和输入输出的共地不是同一电位；该控制地的电位和被控制的开关器件的输出电位同时相对电源地电位等幅上升或下降；该控制回路对输出电压的控制通过对输出正对输出地的电压信号的采样实现；该控制回路对BUCK电路的电流保护实现通过接于开关器件输出和控制地之间的电流采样单元的输出信号实现。
本发明采用控制回路和输出回路电位浮动的方式，通过设计的控制电路，简单有效地解决了一般BUCK电路驱动复杂，成本高，体积大等缺点，实现了成本低廉且高效率的BUCK电路设计。
另外，本发明所述电子开关单元为双极性NPN晶体管，或双极性PNP晶体管，或MOSFET管，或IGBT管中的至少任意一种，可以任意组合模式实现。
所述电流采样单元为电阻，或霍尔元件，或电流传感器。
所述电压反馈单元为阴极接于输出正极端，阳极接于控制回路的二极管，或MOSFET管的体内二极管。
所述续流单元为阴极接于地，阳极接于浮地的二极管；或MOSFET管的体内二极管。
附图说明
图1为采用专用功率IC芯片控制的BUCK电路图。
图2为采用附加电源控制的BUCK电路图。
图3为采用脉冲变压器控制的BUCK电路图。
图4为本发明的浮动控制BUCK电路框图。
图5为本发明的浮动控制BUCK电路原理实例图。
具体实施方式
如图4所示，本发明由一个串接在输入电源正极和电流采样单元之间的电子开关单元，一个串接在电子开关单元输出端和浮地之间的电流采样单元，一个串接在浮地和输出电压正端之间的滤波电感单元，一个串接在滤波电感输出和电源地之间的输出滤波电容单元，一个连接在浮地和电源地之间的续流单元，一个接于输出电压正端和控制单元之间的电压反馈单元，和一个接于电源正极和滤波电感输入之间并接受输出正电压反馈信号和电流采用信号的控制开关单元导通与关断的控制单元组成；所述控制电路的回路对输出电压的控制在控制电路的开关器件关断时对输出电压信号进行采样。
电子开关单元可以由常规元件如双极性NPN晶体管，MOSFET管或IGBT管实现，但不限于此。
电流采样单元可以简单由电阻实现，但不限于此，如也可由霍尔元件或商用电流传感器实现。
电压反馈单元可以由阴极接于输出正阳极接于控制回路的二极管简单实现，但不限于此，如也可由MOSFET管的体内二极管实现。
续流单元可简单由阴极接于地阳极接于浮地的二极管构成，也可由MOSFET管的体内二极管实现，并由此可实现该续流单元的同步整流（即MOSFET和体内二极管同时并联导通）功能。
控制电路可以由商用芯片如UC2842，UC2843，UC3842，或UC3844搭建而成，也可由分离元件搭建而成。
如图5所示，为本发明新型控制方式的BUCK电路的一种具体实施图。该实施例的BUCK电路包括输入端、输出端、接地端、浮动地端以及PWM输入端，输入端用于连接输入电压如100V，48V，24V等。输出端根据后续电路的需要输出相应的直流电压。
下面以输入为48V左右的直流电源，需要输出12V的直流电压为例对本电路进行说明。
本电路直流输入电源经R1给控制电路启动电流，电路启动后转由输出12V经二极管D1供电，控制电路的电源地，是浮动地——FLOAT GND。这是本发明的最大创新处。控制电路工作后，输出PWM波驱动开关管Q1导通和截止。开关管导通后，输入直流电源通过电阻R3，经由电感L2，电解电容C10组成的输出滤波电路，输出纹波小的直流电源。开关管截止时，电感L2上的储存能量给负载供电，经由续流二极管返回。直流输出电压经D2反馈给R4，R5组成的反馈电路，以稳定输出电压。当输出电压高于12V时，控制电路关闭开关管。当输出电压低于12V时，控制电路使开关管导通。控制电路通过改变PWM波的占空比来稳定输出电压。调节R4、R5的分压值不同，可输出不同的用户需要的电压。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例。本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.BUCK电路的一种控制电路，其特征在于包括一个串接在输入电源正极和电流采样单元之间的电子开关单元，一个串接在电子开关单元输出端和浮地之间的电流采样单元，一个串接在浮地和输出电压正端之间的滤波电感单元，一个串接在滤波电感输出和电源地之间的输出滤波电容单元，一个连接在浮地和电源地之间的续流单元，一个接于输出电压正端和控制单元之间的电压反馈单元，和一个接于电源正极和滤波电感输入之间并接受输出正电压反馈信号和电流采用信号的控制开关单元导通与关断的控制单元；所述控制电路的回路对输出电压的控制在控制电路的开关器件关断时对输出电压信号进行采样。
2.根据权利要求1所述BUCK电路的一种控制电路，其特征在于所述电子开关单元为双极性NPN晶体管，或双极性PNP晶体管，或MOSFET管，或IGBT管中的至少任意一种。
3.根据权利要求1所述BUCK电路的一种控制电路，其特征在于所述电流采样单元为电阻，或霍尔元件，或电流传感器。
4.根据权利要求1所述BUCK电路的一种控制电路，其特征在于所述电压反馈单元为阴极接于输出正极端，阳极接于控制回路的二极管，或MOSFET管的体内二极管。
5.根据权利要求1所述BUCK电路的一种控制电路，其特征在于所述续流单元为阴极接于地，阳极接于浮地的二极管；或MOSFET管的体内二极管。
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