專利名稱：一種用于脈沖型負(fù)載的供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是無線通信設(shè)備的電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線通信、高能激光、雷達(dá)等技術(shù)領(lǐng)域，負(fù)載消耗的功率往往不是恒定的，而是 周期性的脈沖，如常見的雷達(dá)發(fā)射機(jī)、以及GSM和TD-SCDMA通信網(wǎng)絡(luò)的射頻功放等。這些 負(fù)載周期性的工作，峰值功率往往會超過平均功率的幾倍，甚至幾個數(shù)量級。由于上述因素 的影響，造成了這些設(shè)備的電源選擇上出現(xiàn)兩難的境地假如按照平均功率設(shè)計，則最大的 功率輸出能力不能滿足負(fù)載的需求；假如按照峰值功率設(shè)計，則平均功率又過大造成浪費(fèi)。 為了解決這個問題，一般使用大容量的儲能電容，在負(fù)載工作的間隙存儲來自電源的能量， 并在負(fù)載大功率工作時釋放能量供負(fù)載使用。在現(xiàn)有技術(shù)中，儲能電容連接方式有兩種。一種連接方式如圖1所示(以下簡稱 方案1)，儲能電容跟脈沖型負(fù)載并聯(lián)在一起，所示的DC/DC電路含有限流功能以保護(hù)電源 不超載。在負(fù)載電流較小時，DC/DC電路對電容充電，而在負(fù)載電流較大時，電容器釋放電 流補(bǔ)充DC/DC電路輸出的不足。在方案1中，由于電容并聯(lián)在DC/DC電路的輸出端，電容充放電會導(dǎo)致該網(wǎng)絡(luò)上電 壓波動。如果負(fù)載對電壓的穩(wěn)定性要求比較高，就會需要一個很大容量的電容進(jìn)行儲能，給 設(shè)備的成本和體積造成很大影響，甚至?xí)绊懙皆摲桨傅目蓪?shí)現(xiàn)性。另一種連接方式如圖2所示(以下簡稱方案2)，將儲能電容并聯(lián)在DC/DC電路之 前，并將一個線性限流電路插入到供電設(shè)備和電容之間。只要儲能電容上的電壓高于DC/DC 電路的最小輸入電壓，即可保證DC/DC電路正常工作。在此前提下，負(fù)載端的電壓穩(wěn)定通過 DC/DC電路的瞬態(tài)響應(yīng)能力來保證，跟電容上的電壓跌落無關(guān)。由于方案2允許儲能電容上 的電壓有較大幅度的跌落，所以儲能電容只需要較小的容量就能滿足存儲和釋放能量的需 求。但方案2仍有缺陷。首先，因?yàn)閮δ茈娙萆系碾妷河休^大波動，會導(dǎo)致線性限流電 路的輸入電壓(電源端)和輸出電壓(電容端)之間出現(xiàn)明顯差異，從而在該限流電路上 產(chǎn)生不可避免的功率損耗，降低了供電效率，惡化了設(shè)備散熱；其次，電容上的電壓波動，受 到供電端電壓和DC/DC電路的最小輸入電壓的限制，導(dǎo)致在很多情況下，電容的容量仍舊 較大，影響設(shè)備的成本和體積。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種適用于脈沖型負(fù)載的供電裝置，提高儲能電容的電壓跌落范 圍，降低對儲能電容的容量需求。本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案一種用于脈沖型負(fù)載的供電裝置，其特征在于，所述裝置包括電源、開關(guān)型充電 電路、電容器、以及DC/DC電路；所述DC/DC電路的輸出與所述脈沖型負(fù)載相連；當(dāng)所述脈沖型負(fù)載處于工作間隙時，所述電源通過所述開關(guān)型充電電路為所述電容器充電；當(dāng)所述 脈沖型負(fù)載處于工作期間，所述開關(guān)型充電電路與所述電容器共同向所述DC/DC電路供 電。 所述的開關(guān)型充電電路為恒流型。 所述電容器輸入端之前還包含有輸出過壓保護(hù)模塊，該模塊可以集成到所述開關(guān) 型充電電路，也可以獨(dú)立于該電路。給負(fù)載端供電的DC/DC電路可根據(jù)需要采取合適的電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計中保證兩點(diǎn)即 可第一，瞬態(tài)響應(yīng)足夠好，以保證輸出端電壓的穩(wěn)定；第二，輸入電壓范圍足夠大，這樣就 可以允許儲能電容上的電壓波動足夠大，在釋放能量相同時，降低電容的容量。本實(shí)用新型的有益效果是(1)利用含有輸出過壓保護(hù)模塊的開關(guān)型充電電路， 使得儲能電容上的電壓能大范圍波動，這樣在釋放同樣能量的前提下，可以大幅度的減少 電容量，從而節(jié)省成本并減少體積和重量；(2)相對于方案2來說，使用該充電電路讓電源 滿負(fù)荷工作的同時，可以將功率損耗降低，提高效率，且改善了設(shè)備的散熱。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中儲能電容的一種連接方式(前述方案1)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中儲能電容的另一種連接方式(前述方案2)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施例的電路原理框圖。圖5是本實(shí)用新型的另一個具體實(shí)施例的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。外部條件供電設(shè)備(即電源)是一個電腦的USB HOST接口，可以對外提供最大 2. 5ff(5V/500mA)的功率。負(fù)載是脈沖型的，工作電壓范圍3. 3V士0. 15V (3. 15 3. 45V)，周 期5ms，在1/8的周期(0. 625ms)中，消耗電流為4A，其余時間消耗電流為0。容易計算得到，該負(fù)載的平均功率為1.65W，小于USB 口所能提供的2. 5W功率，但 峰值功率為13. 2W，又遠(yuǎn)大于USB 口所能提供的最大功率，應(yīng)該使用儲能電容來補(bǔ)充峰值功 率。另外，假設(shè)DC/DC電路的轉(zhuǎn)換效率為90%?，F(xiàn)在相同的外部條件下，將前述現(xiàn)有技術(shù)的兩種方案與本實(shí)用新型的一個具體實(shí) 施例進(jìn)行對比。方案1，如圖1所示，當(dāng)最大功率2. 5W輸入時，DC/DC電路的輸出功率為 2. 5WX90%= 2. 25W，輸出電流為2. 25W+3. 3V = 682mA，則在0. 625ms期間，電容需要補(bǔ)充 的電流為 4A-0. 682A = 3. 32A。因?yàn)殡娙莺拓?fù)載并聯(lián)，所允許的電壓波動范圍是3. 15V 3.45V，在負(fù)載工作的 0. 625ms之內(nèi)，根據(jù)電容的放電導(dǎo)致電壓降低，有(3. 45-3. 15) XC = 3. 32X0. 625 (假設(shè)電容為 C)解方程得C= 5533uF即需要一個6. 3V/6800UF的電容才能滿足要求，體積大成本高。[0028]此時方案1的供電效率為90 %。方案2，如圖2所示，采用一個BUCK型DC/DC電路給負(fù)載供電。電容上最高電壓能 充到5V，為保證DC/DC的輸出電壓穩(wěn)定，輸入電壓最多允許跌落到3. 5V。由于電容器上的 電壓跌落會導(dǎo)致來自線性橫流電路輸入到電容上的功率降低，我們采用電容上電壓中值近 似其平均電壓，用來計算限流電路的平均輸出功率。限流電路的平均輸出電壓為(5V+3. 5V) +2 = 4. 25V，平均輸出功率為 4. 25VX 500mA = 2. 125W，則在0. 625ms內(nèi)，給負(fù)載供電的DC/DC電路的輸入功率為 13. 2ff^90%= 14. 7W，所以需要電容補(bǔ)充的功率為14. 7ff-2. 125W = 12. 6W。根據(jù)能量守
恒，有12. 6X0. 625 = 0. 5XCX (52_3· 52)(假設(shè)電容為 C)得到C = 1235uF。即需要一個6. 3V/1500uF的電容可以滿足需求。方案2的供電效率為前后2級效率之積，即(4. 25V + 5V) X90%= 76. 5%。本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，如圖3所示，通過一個BOOST型恒流充電電路向輸出端 充電，該電路的最高輸出電壓設(shè)計為12V，以方便使用標(biāo)稱電壓為16V的電容儲能。此時同 樣采用一個BUCK型DC/DC電路給負(fù)載供電。該DC/DC電路的輸出電壓為3. 3V，輸入的最低 電壓為3. 5V，輸入的最高電壓不低于12V。假設(shè)BOOST型恒流充電電路的效率亦為90%，則輸出功率為2. 5WX90% = 2. 25W。 在0. 625ms的時間內(nèi)，DC/DC電路的輸入功率為13. 2W+90%= 14. 7W。在此0. 625ms期間 內(nèi)，電容提供的功率為14. 7W-2. 25W = 12. 4W。因?yàn)殡娙萜鞯淖畲蟮涫菑?2V到3. 5V，因 此，根據(jù)0. 625ms內(nèi)的能量守恒，有12. 4X0. 625 = 0. 5XCX (122_3· 52)(假設(shè)電容為 C)解方程得C= 117. 6uF?？梢?，本實(shí)用新型實(shí)施例只需要使用16V/150UF的電容。此時供電效率為90% X90%= 81%。從上述分析可以看出，本實(shí)用新型在節(jié)省電容方面的巨大優(yōu)勢，以及在效率方面 相對于方案2的優(yōu)勢，如下表所示
權(quán)利要求1.一種用于脈沖型負(fù)載的供電裝置，其特征在于，所述裝置包括電源、開關(guān)型充電電 路、電容器、以及DC/DC電路；所述DC/DC電路的輸出與所述脈沖型負(fù)載相連；當(dāng)所述脈沖 型負(fù)載處于工作間隙時，所述電源通過所述開關(guān)型充電電路為所述電容器充電；當(dāng)所述脈 沖型負(fù)載處于工作期間，所述開關(guān)型充電電路與所述電容器共同向所述DC/DC電路供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其特征在于，所述開關(guān)型充電電路為恒流型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供電裝置，其特征在于，在所述電容器輸入端之前還包含有 輸出過壓保護(hù)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電裝置，所述輸出過壓保護(hù)模塊集成到所述充電電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電裝置，所述輸出過壓保護(hù)模塊獨(dú)立于充電電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于脈沖型負(fù)載的供電裝置，包括電源、開關(guān)型恒流充電電路、電容器、以及DC/DC電路；當(dāng)脈沖型負(fù)載處于工作間隙時，電源通過充電電路為電容器充電；當(dāng)脈沖型負(fù)載處于工作期間，充電電路與電容器共同向DC/DC電路供電。本實(shí)用新型允許儲能電容上的電壓大范圍波動，大幅度的減少電容量，從而在釋放同樣能量的前提下節(jié)省了成本并減少了體積和重量。
文檔編號H02M3/07GK201789415SQ20092026054
公開日2011年4月6日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者韓正渭 申請人:中興通訊股份有限公司