CN1310409C - 直流/直流升压转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流/直流升压转换装置，该装置包含一电感器、一电力电子开关、一控制电路、一第一二极管、一第二二极管及一电容器。该电感器及电力电子开关的串联跨接于输入直流电源，该控制电路连接于该电力电子开关。该第一二极管跨接于该电感器及电力电子开关连接处与输出端的正端。该电容器及第二二极管的并联则跨接于输入端的正端及输出端的正端之间。本发明的直流/直流升压转换装置可提供一较稳定的直流电压，使供应的负载不受直流电压源电压下降影响，且具有比现有直流/直流升压转换装置高的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流/直流升压转换装置，特别涉及到应用在一电子电路中提供一较稳定的直流电压，使供应的负载不受直流电压源电压下降影响的直流/直流转换装置。
背景技术
一般直流电压源可由交流/直流整流器或蓄电池供给，而负载则从该直流电压源取出直流电能使用，在马达驱动器或不间断电源系统上，该负载可为一逆变器(inverter)以供马达驱动电源或供给高品质交流电能，该负载亦可为其它直流负载，无论何种负载均必须在某一电压范围内才能维持正常操作。然而，该交流/直流整流器供给直流电压源由于受交流电源异常低电压，导致其所供给的直流电压源亦产生低电压；同样的，若以蓄电池供给直流电压源则可能由于受蓄电池本身深度放电影响，导致其所供给的直流电压源亦产生低电压，而这些低电压状态均可能引起后续用电设备的误动作。为了解决直流电压源发生电压下降的问题，利用加入一直流/直流升压电路来以应付该直流电压源的电压下降问题，以维持负载的正常运转。
图1揭示现有直流/直流升压电路的电路示意图。请参照图1所示，一直流/直流升压电路1置于输入直流电压源Vin及输出端Vout之间，其包含一电感器10、一电力电子开关11、一二极管12及一电容器13。当该电力电子开关11闭合时，该电感器10进行充电。当该电力电子开关11断开时，该电感器10的充电经该二极管12转换至该电容器13进行充电及供负载使用。通过控制该电力电子开关11的闭合及断开时间，在该直流/直流升压电路1的输出端Vou可提供一高于输入直流电压源Vin的电压。无论该输入直流电压源Vin的电压正常，或该输入直流电源vin因交流/直流整流器的交流电压异常低电压或蓄电池深度放电等造成电压下降，该直流/直流升压电路1皆保持运作，因此该直流/直流升压电路1所造成的功率损失一直存在，由于直流电压源产生电压下降为异常现象，存在时间不长，若该直流/直流升压电路1一直保持运作将导致整体直流供电系统效率降低，且该功率损失所造成的热量增加还需要较大的散热装置来进行散热。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流/直流升压转换装置，在直流电压源正常时该直流/直流转换装置不运转，该直流电压源直接经一二极管到输出端提供输出电压，而当直流电压源的电压下降时，则利用该直流/直流升压转换装置以提供升压克服直流电压源的电压下降，因此可提供一较稳定的直流输出电压，以提高后续负载用电的可靠度。该直流/直流转换装置只在直流电压源的电压下降时运转，所以该直流/直流转换装置所产生的功率损失可降到最低，以提升整体直流电源供应系统的效率。
本发明是这样实现的：
一种直流/直流升压转换装置，其包括以下部分：一控制电路，用以检出该转换装置的一输入端的输入电压及一输出端的输出电压，以判定该输入电压是否低于一预定电压；该控制电路包含一第一电压检出器、一减法器、一控制器、一比较器、一高频三角波产生器、一第二电压检出器、一磁滞比较器、一与门及一电力电子开关驱动电路；一电力电子开关，连接到该控制电路，由该控制电路决定该电力电子开关的状态；一电感器，与电力电子开关串联后跨接于输入直流电源以进行充电及放电：一第一二极管跨接于该电感器及该电力电子开关的连接处与输出端的正端之间；一电容器，跨接于输入端的正端及输出端的正端之间；及一第二二极管，与该电容器并联连接；该直流/直流升压转换装置的输出端电压是该输入直流电源电压与该电容器电压之和，可提供一高于该输入直流电源电压的电压；该第一电压检出器将输出电压检出，经该减法器、控制器及高频三角波产生器连接到该比较器而获得一脉宽调变信号送到该与门的一输入端；该第二电压检出器检出该输入直流电源电压，经该磁滞比较器连接到该与门的另一输入端，该与门输出连接到该电力电子开关；该控制电路是将该输入直流电源电压分别与一高/低参考电压比较来判断该输入直流电源电压为正常状态或低电压状态；当该输入直流电源电压为正常状态时，维持该电力电子开关断开；当该输入直流电源电压为低电压状态时，控制该电力电子开关作脉宽调变切换。
根据本发明的直流/直流升压转换装置，该装置具有一输入端及一输出端，该装置包含一电感器、一电力电子开关、一控制电路、一第一二极管、一第二二极管及一电容器。该输入端连接到一直流电压源，该直流电压源可为交流/直流整流器或蓄电池，该输出端接到负载，该负载可为逆变器或其它直流负载；该电感器及电力电子开关串联跨接于该输入直流电源，该控制电路连接于该电力电子开关，该第一二极管跨接于该电感器及电力电子开关连接处及该输出端的正端。该电容器及第二二极管并联跨接于该输入端的正端及该输出端的正端之间。该控制电路利用一电压磁滞比较器将输入直流电压分成为一高参考电压及一低参考电压作比较，当输入直流电压高于一高参考电压时认定为正常状态，该控制电路控制一电力电子开关维持断开不动作，因而未进行升压动作，输入直流电压直接经由该第二二极管输出至负载，输出端电压约等于输入直流电压源电压。当输入直流电压低于该低参考电压时，认定为低电压状态，该控制电路控制该电力电子开关作脉宽调变切换，当该电力电子开关闭合时，该电感器进行充电；当该电力电子开关断开时，该电感器的电能经该第一二极管转换至该电容器形成一电压，使该第二二极管反偏截止，此时，该输出端输出电压为该输入直流电压及该电容器电压串联的电压，因此可达到升压的作用。
因本发明的直流/直流转换装置具有升压的功能，因此可使输入直流电压的工作范围相当宽，避免其用电设备因输入电压源低电压而造成误动作。此外，该直流/直流转换装置只有在输入电压源低电压下运转，在输入电压源正常时则不运转以免该直流/直流转换装置一直操作所造成的功率损失，因此可有效提升整体直流电源供应系统的效率。
本发明利用直流/直流升压转换装置来提供一较稳定的直流电压，并不受直流电压源的电压下降影响；而在直流电源电压正常时，停止操作该直流/直流升压转换装置以避免发生额外的功率损失。
附图说明
图1是现有直流/直流升压电路的电路示意图；
图2是本发明较佳实施例直流/直流升压转换装置的电路示意图；
图3是本发明较佳实施例直流/直流升压转换装置的控制方块图；
图4是本发明直流/直流升压转换装置应用在双直流电压源系统的较佳实施例。
符号说明：
1直流/直流升压电路 10电感器 11电力电子开关
12极管 13电容器
2直流/直流升压转换装置
21电感器 22电力电子开关 23控制电路
230第一电压检出器 231减法器 232控制器
233比较器 234高频三角波产生器
235第二电压检出器 236磁滞比较器 237与门
238电力电子开关驱动电路 24第一二极管 25第二二极管
26电容器 3输入端 4输出端
5第一直流电压源 6第二直流电压源 7二极管
8逆变器 9交流负载
50交流/直流整流器 51滤波电容器
具体实施方式
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明确被了解，下文将特举本发明较佳实施例，并配合所附图例，作详细说明如下：
图2揭示本发明较佳实施例直流/直流升压转换装置的电路示意图；及图3揭示本发明较佳实施例直流/直流升压转换装置的控制方块图。
请参照图2所示，本发明较佳实施例的直流/直流升压转换装置2具有一输入端3及一输出端4，该输入端3连接到一直流电压源，该直流电压源可为交流/直流整流器或蓄电池所提供，该输出端接到负载，该负载可为逆变器或其它直流用电设备，由于该直流/直流升压转换装置2的动作，使输出端4能提供一较稳定的直流输出电压供给负载，以使负载免于受输入直流电压源低电压的影响而造成误动作。
请再参照图2所示，该直流/直流升压转换装置2包含一电感器21、一电力电子开关22、一控制电路23、一第一二极管24、一第二二极管5及一电容器26。在电路架构上，该电感器21及电力电子开关22的串联跨接于该输入端3，该控制电路23连接于该电力电子开关22。该第一二极管24跨接于该电感器21及电力电子开关22连接处及该输出端4的正端。该电容器26及第二二极管25的并联则跨接于该输入端3的正端及该输出端4的正端之间。
请参照图3所示，该控制电路23包含一第一电压检出器230、一减法器231、一控制器232、一比较器233、一高频三角波产生器234、一第二电压检出器235、一磁滞比较器236、一与门237及一电力电子开关驱动电路238。
请参照图2、图3所示，该第一电压检出器230连接至该输出端4，将输出电压Vout检出，再输出至该减法器231的负端，该减法器231的正端则连接一设定电压Vset，两者相减获得结果输出至该控制器232进行补偿调整以获得一第一控制信号S1，该设定电压Vset为输出直流电压的期望值。该高频三角波产生器234产生一高频三角波信号，该高频三角波信号与第一控制信号S1送到该比较器233以获得一脉宽调变信号。另一方面，该第二电压检出器235检出输入直流电源的输入直流电压Vin，将该输入直流电压Vin与一参考电压Vref输入至该磁滞比较器236，如此产生一第二控制信号S2。将该第二控制信号S2及脉宽调变信号输入至该与门237，该与门237输出信号送至该电力电子开关驱动电路238以产生一驱动信号输出至该电力电子开关22以控制其闭合及断开。
请参照图3所示，该磁滞比较器236依该参考电压Vref产生一高参考电压及一低参考电压。当该第二电压检出器235检出的输入直流电压Vin低于一低参考电压时，该磁滞比较器236产生高准位的第二控制信号S2至该与门237，使该直流/直流升压转换装置2致能。另一方面，此时由该第一电压检出器230检出的输出电压Vout与设定电压Vset进行比较，两者相减结果输出至该控制器232以产生第一控制信号S1。该第一控制信号S1再输出至该比较器233与该频三角波产生器234产生的高频三角波信号比较后产生脉宽调变信号。由于该第二控制信号S2为高准位，因此该脉宽调变信号输出至该电力电子驱动电路238驱动该电力电子开关22作脉宽调变切换。请再参照图2所示，当该电力电子开关22闭合时，该电感器21充电，而当该电力电子开关22断开时，该电感器21的电能经由该第一二极管24输出至该电容器26以形成一电压Vaux，此时，该第二二极管25反偏截止，该输出端4输出电压为该输入端3的输入直流电压Vin及该电容器26的电压Vaux串联而形成升压功能。如此当该输入端3的输入直流电压Vin低电压时可通过该直流/直流升压转换装置2达到升压功能，以避免该输出端4输出低电压影响负载正常运转。
请再参照图3所示，当该第二电压检出器235检出的输入直流电压vin回升至高于一高参考电压时，该磁滞比较器236输出的第二控制信号S2回复到低准位，该低准位的第二控制信号S2送至该与门237，该与门237输出也转换为低准位，使该电力电子开关22一直维持断开。请再参照图2所示，当该电力电子开关22一直维持断开时，该直流/直流升压转换装置2将失能，输入直流电压Vin直接经由该第二二极管25输出到输出端4以供给负载，此时输出端4的电压近似于输入端所接输入直流电压源的电压，而不作升压，此时该直流/直流升压转换装置2不动作，因此可避免该直流/直流升压转换装置动作的功率损失。
请参照图4所示为本发明直流/直流升压转换装置2应用在双直流电压源系统的较佳实施例，该第一直流电压源5内包含一交流/直流整流器50与一滤波电容器51，该交流/直流整流器50将该交流电源输入端所提供的交流电能转换成一直流电能，再经该滤波电容器51作稳压以成为该第一直流电压源5；该第二直流电压源6由蓄电池提供，该第二直流电压源6与直流/直流升压转换装置2连接再经该二极管7与该第一直流电压源5并联连接以提供一高于逆变器8正常操作下所需最低下限电压供应交流负载9使用。当该交流电源输入端提供正常的交流电压时，该第一直流电压源5亦提供正常的直流电压，此时该直流/直流升压转换装置2不作用。该第一直流电压源提供的直流电压将高于第二直流电压源6电压，因此该二极管7反向偏压，此时逆变器8所需直流电能由该第一直流电压源5供应，当该交流电源输入端提供的电压产生低电压或停电等故障时，该第一直流电压源5提供的电压亦将下降，若该第一直流电压源5提供的电压低于该第二电压源6的电压则该直流/直流升压转换装置2内部的第二二极管25及该二极管7均将顺向偏压而导通，因此，该逆变器8所需直流电能将改由该第二直流电压源6供应，当该第二直流电压源6的电压因放电而降至该直流/直流升压转换装置2内部控制电路设定的低参考电压时(约等于逆变器8正常操作的下最低下限电压)，则该直流/直流升压转换装置2将致能而产生升压动作，使该逆变器8的直流输入端电压能维持在其正常运转范围。当该交流电源输入端所提供的交流电压恢复正常，此时该第一直流电压源5提供的直流电压将高于该直流/直流升压转换装置2内部控制电路设定的高参考电压，因此该直流/直流升压转换装置2不再作用，该二极管7反向偏压，该逆变器8所需直流电能再度由该第一直流电压源5供应。由于在交流电源输入端故障时该第二直流电压源6经该直流/直流升压转换装置2连接以提供直流电能给逆变器8，因此当该第二直流电压源6因快速放电而产生电压快速下降时有该直流/直流升压转换装置2协助升压，因此，可更充分利用该第二直流电压源6内蓄电池的电能，使该蓄电池能深度放电，如此可采用较少的蓄电池来作为第二直流电压源6。请再参考图4所示本发明直流/直流升压转换装置应用在双直流电压源系统的较佳实施例中，若该第二直流电压源6内蓄电池所供应的直流电压低于该逆变器8正常操作所需的最低下限电压时，则该直流/直流升压转换装置2将一直维持升压动作，以提升该二极管7的阳极电压到该逆变器8正常操作所需的最低下限电压以上。当该交流电源输入端提供正常电压时，该第一直流电压源5亦提供一正常电压，该第一直流电压源5提供的正常电压将高于该直流/直流升压转换装置2的输出电压，该二极管7为反向偏压，此时逆变器所需直流电能由第一直流电压源5供给。因此，当该交流输入端提供电压产生低电压或故障时，该第二直流电压源6经直流/直流升压转换装置2升压到高于逆变器8正常操作的最低下限电压，经该二极管7供给直流电能给该逆变器8使用，使逆变器8能继续正常操作。在此应用例中，由于第二直流电压源6电压低于该逆变器8正常操作的最低下限电压，因此该直流/直流升压转换装置2恒致能，所以该直流/直流升压转换装置2内的第二二极管25将不作用。
虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视前面权利要求书中的申请专利范围为准。
Claims (13)
1、一种直流/直流升压转换装置，其特征在于包括以下部分：
一控制电路，用以检出该转换装置的一输入端的输入电压及一输出端的输出电压，以判定该输入电压是否低于一预定电压；该控制电路包含一第一电压检出器、一减法器、一控制器、一比较器、一高频三角波产生器、一第二电压检出器、一磁滞比较器、一与门及一电力电子开关驱动电路；
一电力电子开关，连接到该控制电路，由该控制电路决定该电力电子开关的状态；
一电感器，与电力电子开关串联后跨接于输入直流电源以进行充电及放电：
一第一二极管跨接于该电感器及该电力电子开关的连接处与输出端的正端之间；
一电容器，跨接于输入端的正端及输出端的正端之间；及
一第二二极管，与该电容器并联连接；
该直流/直流升压转换装置的输出端电压是该输入直流电源电压与该电容器电压之和，可提供一高于该输入直流电源电压的电压；该第一电压检出器将输出电压检出，经该减法器、控制器及高频三角波产生器连接到该比较器而获得一脉宽调变信号送到该与门的一输入端；该第二电压检出器检出该输入直流电源电压，经该磁滞比较器连接到该与门的另一输入端，该与门输出连接到该电力电子开关；
该控制电路是将该输入直流电源电压分别与一高/低参考电压比较来判断该输入直流电源电压为正常状态或低电压状态；当该输入直流电源电压为正常状态时，维持该电力电子开关断开；当该输入直流电源电压为低电压状态时，控制该电力电子开关作脉宽调变切换。
2、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该第一二极管是作为该电感器对该电容器放电的路径。
3、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该第二二极管是作为该电容器的旁路路径。
4、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当该输入直流电源电压为正常状态时，该电力电子开关一直维持断开，该输入直流电源的电能直接经该第二二极管流到输出端不作升压动作。
5、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当该输入直流电源电压为低电压状态时，该电力电子开关作脉宽调变切换，当该电力电子开关闭合时电感器进行充电，当该电力电子开关断开时该电感器的电能经由该第一二极管释放至该电容器以形成一电压，使该第二二极管反向偏压，该输出端输出电压为该输入直流电压源电压与该电容器电压之和。
6、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当该输入端输入直流电源的电压低于该低参考电压时认定为低压状态；当该输入端输入直流电源的电压高于该高参考电压时认定为正常状态。
7、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当该输入端输入直流电压源的电压介于低参考电压与高参考电压之间时，该控制电路维持原认定状态不改变，即原来认定为低电压状态则维持认定为低电压状态，原来认定为正常状态则维持认定为正常状态，以防止认定状态时常变化。
8、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该与门输出连接到该电力电子开关驱动电路以产生一驱动信号输出至该电力电子开关以控制该电力电子开关的闭合及断开。
9、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当输入直流电压源为正常状态时，该磁滞比较器输出一低准位信号，该与门输出一低准位信号，该电力电子开关断开。
10、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于当输入直流电压源为低压状态时，该磁滞比较器输出一高准位信号，该与门输出一脉宽调变信号，该电力电子开关作脉宽调变切换。
11、权利要求1所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该直流/直流升压转换装置可应用在双直流电压源系统，其中第一直流电源可由交流电源经整流滤波供应，第二直流电源可由蓄电池供应，该直流/直流升压转换装置的输入端连接到该第二直流电源，该直流/直流升压转换装置的输出端经一二极管连接到该第一直流电源。
12、权利要求11所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该直流/直流升压转换装置应用在双直流电压源系统时，该直流/直流升压转换装置将输出一高于负载可正常操作的下限电压的电压。
13、权利要求11所述的直流/直流升压转换装置，其特征在于该直流/直流升压转换装置应用在双直流电压源系统时，当第一直流电源正常时其供应电压将高于该直流/直流升压转换装置的输出电压，负载由该第一直流电源供电；当第一直流电源故障时其供应电压将低于该直流/直流升压转换装置的输出电压，负载改由该第二直流电源经该直流/直流升压转换装置供电。
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| JPH1138465A (ja) * | 1997-07-17 | 1999-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 電源回路 |
-
2002
- 2002-11-20 CN CNB021490473A patent/CN1310409C/zh not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06133539A (ja) * | 1992-10-16 | 1994-05-13 | Fujitsu Ltd | ステップアップｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JPH1138465A (ja) * | 1997-07-17 | 1999-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 電源回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1503441A (zh) | 2004-06-09 |
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