一種降壓電路及開(kāi)關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】一種降壓電路及開(kāi)關(guān)電源，包括供電輸入端，參考電壓提供模塊，用于比較降壓電路的輸出電壓與參考電壓的比較器，受控的第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)，可控制降壓電路的工作頻率的RC電路和可存儲(chǔ)電能并提供降壓電路的輸出電壓的LC諧振電路。該降壓電路降低了成本并易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以根據(jù)需要調(diào)整降壓電路的工作頻率和輸出電壓的范圍。
【專利說(shuō)明】—種降壓電路及開(kāi)關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于開(kāi)關(guān)電源的降壓電路，特別涉及一種用于在汽車電子設(shè)備中使用的開(kāi)關(guān)電源的降壓電路及其開(kāi)關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車電子設(shè)備中，儀表的防水等級(jí)越來(lái)越高。儀表內(nèi)部的電路板既要滿足發(fā)熱量不能太大，也要滿足對(duì)整車的儀表功耗盡可能低的要求。為了提高電源效率并同時(shí)降低功耗，儀表通常采用開(kāi)關(guān)電源電路。
[0003]目前大部分開(kāi)關(guān)電源電路采用復(fù)雜的集成電源芯片或復(fù)雜的起振和穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)。其中，對(duì)于直流開(kāi)關(guān)電源，多采用集成芯片或復(fù)雜的模擬電路方案。集成芯片方案成本很高，而復(fù)雜的模擬電路存在可靠性低的問(wèn)題。此外，兩種方案由于設(shè)計(jì)的局限，在滿負(fù)載工作時(shí)的工作頻率一般是不可調(diào)的，同時(shí)電源的輸入和輸出也不可調(diào)，即使可調(diào)其調(diào)整過(guò)程也非常復(fù)雜。
[0004]因此，需要一種成本低廉、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并且可根據(jù)情況調(diào)整頻率和電源輸入輸出范圍的開(kāi)關(guān)電路的降壓電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型旨在提出一種解決上述問(wèn)題的開(kāi)關(guān)電源的降壓電路。
[0006]該降壓電路包括:供電輸入端；參考電壓提供模塊，用于提供參考電壓；比較器，用于比較降壓電路的輸出電壓與參考電壓；第一開(kāi)關(guān)，其控制端接收比較器的輸出，其輸入端連接供電輸入端；第二開(kāi)關(guān)，其控制端連接第一開(kāi)關(guān)的輸出端，其輸入端連接供電輸入端，其輸出端連接RC電路；第三開(kāi)關(guān)，其控制端通過(guò)RC電路連接第二開(kāi)關(guān)的輸出端，其輸入端連接供電輸入端，其輸出端連接LC諧振電路；其中，降壓電路的輸出電壓由LC諧振電路提供。
[0007]進(jìn)一步，該降壓電路的第一開(kāi)關(guān)為PNP管，其控制端、輸入端和輸出端分別為該P(yáng)NP管的基極，發(fā)射極和集電極。優(yōu)選地，該第一開(kāi)關(guān)的輸出端還分別通過(guò)第一電阻器接地以及通過(guò)第二電阻器與第二開(kāi)關(guān)的控制端連接。
[0008]更進(jìn)一步，該降壓電路的第二開(kāi)關(guān)為PNP管，其控制端、輸入端和輸出端分別為該P(yáng)NP管的基極，發(fā)射極和集電極。優(yōu)選地，該第二開(kāi)關(guān)的輸入端通過(guò)第三電阻器連接供電輸入端。
[0009]更進(jìn)一步，該降壓電路的第三開(kāi)關(guān)為NPN管，其控制端、輸入端和輸出端分別為該NPN管的基極，集電極和發(fā)射極。
[0010]更進(jìn)一步，該降壓電路的RC電路包括第二電容器和第四電阻器，其中第二電容器的一端與第四電阻器的一端均連接第二開(kāi)關(guān)的輸出端，第二電容器的另一端接地，第四電阻器的另一端連接第三開(kāi)關(guān)的控制端。
·[0011]更進(jìn)一步，該降壓電路的LC諧振電路包括電感器、第一電容器和第一二極管，其中電感器的一端和第一二極管的陰極均連接第三開(kāi)關(guān)的輸出端，電感器的另一端通過(guò)串聯(lián)第一電容器接地，第一二極管的陽(yáng)極接地。優(yōu)選地，該LC諧振電路還包括第五電阻器、第六電阻器，其中電感器與第五電阻器串聯(lián)后，與由第一電容器與第六電阻器構(gòu)成的串聯(lián)電路串聯(lián)。
[0012]更進(jìn)一步，該降壓電路的參考電壓提供模塊為穩(wěn)壓二極管，其陽(yáng)極接地，其陰極連接比較器的正相輸入端。
[0013]另外，本實(shí)用新型還提供一種包括上述降壓電路的開(kāi)關(guān)電源。
[0014]該降壓電路除了包含所必須的元件外，僅采用比較器作為電源反饋電路，以簡(jiǎn)單的受控開(kāi)關(guān)來(lái)控制電流流動(dòng)。同時(shí)電阻器和電容器構(gòu)成的簡(jiǎn)單RC電路可控制降壓電路的工作頻率，電感器、電容器構(gòu)成的LC諧振電路可存儲(chǔ)電能并提供降壓電路的輸出電壓，最常見(jiàn)的穩(wěn)壓器件可控制降壓電路的輸出電壓。因此，本實(shí)用新型的降壓電路設(shè)計(jì)以最大程度減少了元器件，降低了成本且易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)整降壓電路的工作頻率和輸出電壓范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]現(xiàn)在僅通過(guò)示例的方式參考附圖給出說(shuō)明，其中:
[0016]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)電源的降壓電路的示例性電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1示出本實(shí)用新型的示例性開(kāi)關(guān)電源的降壓電路的電路圖。該降壓電路主要包括直流供電輸入端U12,比較器UlA,參考電壓提供模塊、第一、第二和第三開(kāi)關(guān),用于控制降壓電路工作頻率的RC電路和用于儲(chǔ)能以提供輸出電壓的LC諧振電路。其中，參考電壓提供模塊由穩(wěn)壓二極管Dl實(shí)現(xiàn)。第一、第二和第三開(kāi)關(guān)分別由PNP管Q1、PNP管Q2和NPN管Q3實(shí)現(xiàn)。LC諧振電路中的電容器C2兩端的電壓作為該降壓電路的電壓輸出端V_0UT的輸出電壓。
[0018]首先參考圖1說(shuō)明降壓電路的結(jié)構(gòu)。
[0019]比較器UlA的同相輸入端(+ )分別通過(guò)電阻器Rl連接到直流供電輸入端U12和通過(guò)穩(wěn)壓二極管Dl反向接地，穩(wěn)壓二極管Dl提供施加到比較器UlA的同相輸入端的參考電壓。比較器UlA的反相輸入端(_)經(jīng)電阻器R2與降壓電路的電壓輸出端V_0UT連接，即降壓電路的電壓輸出端V_0UT經(jīng)電阻器R2構(gòu)成連接到比較器UlA的反相輸入端的反饋回路。比較器UlA的輸出端COMP OUT分別連接PNP管Ql的基極和通過(guò)電阻器R3連接直流供電輸入端U1A，即電阻器Rl和R3串聯(lián)構(gòu)成比較器UlA的輸出端COMP OUT到同相輸入端的反饋回路。
[0020]PNP管Ql的發(fā)射極連接直流供電輸入端U12，Ql的集電極分別通過(guò)電阻器R4接地以及通過(guò)電阻器R5連接PNP管Q2的基極。PNP管Q2的發(fā)射極通過(guò)電阻器R6連接直流供電輸入端U12，Q2的集電極分別通過(guò)電容器Cl接地和通過(guò)電阻器R7連接NPN管Q3的基極。電容器Cl和電阻器R7構(gòu)成了降壓電路中的RC電路。NPN管Q3的集電極與直流供電輸入端U12連接，Q3的發(fā)射極分別通過(guò)二極管D2反向接地以及連接電感器LI的一端。
[0021]電感器LI的另一端與電阻器R8的一端連接，電阻器R8與電容器C2和電容器R9構(gòu)成的串聯(lián)電路串聯(lián)且經(jīng)過(guò)電阻器R2反饋接入比較器UlA的反相輸入端，電容器C2的另一端接地。電容器C2和電容器R9構(gòu)成的串聯(lián)電路兩端的電壓即該降壓電路的輸出電壓V輸出。其中，電感器L1、電阻器R8和R9、電容器C2以及二極管D2構(gòu)成了 LC諧振電路。電阻器RlO接于電壓輸出端V_OUT和地之間，作為輸出負(fù)載。
[0022]現(xiàn)在將描述該降壓電路的工作原理。
[0023]首先，當(dāng)直流供電輸入端U12 (輸入電壓為V.，V.>V輸出)上電時(shí)，穩(wěn)壓二極管Dl處于反向擊穿的穩(wěn)定狀態(tài)。比較器UlA的同相輸入端的電壓等于穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)定電壓(即參考電壓)，比較器UlA的反相輸入端的電壓等于降壓電路的輸出電壓V.，此時(shí)V輸出為ον。由于.比較器的同相!輸A端的電壓高于反相!輸A端的電壓，所以比較器UiA的輸出端COMP OUT輸出高電平(等于直流供電輸入端U12的輸入電壓Vf5入，Vfi5A為正)，該高電平被饋送入PNP管Ql的基極。PNP管Ql發(fā)射極的電壓也等于輸入電壓VfiA ；PNP管Ql的集電極通過(guò)電阻器R4接地，則集電極電壓為OVJU PNP管Ql關(guān)斷。
[0024]此時(shí)，PNP管Q2的基極通過(guò)電阻器R5和R4串聯(lián)接地，則Q2的基極電壓為0V。PNP管Q2的發(fā)射極通過(guò)電阻器R6連接直流供電輸入端U12，由于發(fā)射極-基極電壓高于其導(dǎo)通電壓，PNP管Q2導(dǎo)通。電流通過(guò)直流供電輸入端U12經(jīng)過(guò)電阻器R6向電容器Cl充電，Cl兩端的電壓逐漸升高。
[0025]隨著電容器Cl不斷充電，當(dāng)NPN管Q3的基極-發(fā)射極電壓高于其導(dǎo)通電壓時(shí)，Q3導(dǎo)通。電流通過(guò)直流供電輸入端U12經(jīng)過(guò)電感器L1、電阻器R8、R9向電容器C2充電，C2兩端的電壓不斷升高。
[0026]當(dāng)電容器C2兩端的電壓升高使得降壓電路的電壓輸出端V_0UT的輸出電壓 高于穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓時(shí)，即比較器UlA的反相輸入端的電壓高于同相輸入端的參考電壓，則比較器UlA的輸出端COMP OUT的輸出切換成低電平(為0V)，此時(shí)PNP管Ql的基極電壓為0V，Ql的發(fā)射極-基極電壓大于其導(dǎo)通電壓，PNP管Ql由關(guān)斷切換為導(dǎo)通。
[0027]此時(shí)，原本導(dǎo)通的PNP管Q2的基極電壓由于PNP管Ql的導(dǎo)通而上升，使得PNP管Q2的發(fā)射極-基極電壓低于其導(dǎo)通電壓，導(dǎo)致PNP管Q2由導(dǎo)通切換為關(guān)斷。電容器Cl開(kāi)始放電，其兩端電壓逐漸降低，NPN管Q3的基極電壓也逐漸降低。當(dāng)NPN管Q3的基極-發(fā)射極電壓低于其導(dǎo)通電壓時(shí)，Q3由導(dǎo)通切換為關(guān)斷。
[0028]在NPN管Q3關(guān)斷后，由電感器L1、電阻器R8、R9和電容器C2構(gòu)成的LC諧振電路開(kāi)始放電，保持對(duì)降壓電路的電壓輸出端V_0UT提供輸出電壓，此時(shí)二極管D2起續(xù)流的作用。電容器C2放電導(dǎo)致其兩端的電壓降低，當(dāng)C2兩端的電壓降低到使得降壓電路的輸出電壓再次低于穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓時(shí)，即比較器UlA的反相輸Λ端再次低于同相輸入端的電壓，則此時(shí)比較器UlA的輸出端COMP OUT的輸出電壓再次切換成高電平。
[0029]由此，通過(guò)比較由反饋回路饋送的降壓電路的輸出電壓與穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓，使比較器UlA的輸出端COMP OUT的輸出在高電平和低電平之間重復(fù)循環(huán)切換，進(jìn)而使Ql、Q2和Q3分別在導(dǎo)通和關(guān)斷之間重復(fù)循環(huán)切換。NPN管Q3的導(dǎo)通和關(guān)斷使LC諧振電路在充電和放電狀態(tài)之間重復(fù)循環(huán)切換，以使降壓電路的電壓輸出端V_0UT的輸出電壓
保持為穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)定電壓，因此穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓決定了該降壓電路的輸出電壓。
[0030]在上述重復(fù)循環(huán)過(guò)程中，NPN管Q3的發(fā)射極電壓始終等于降壓電路的輸出電壓V 因此RC電路中電容器Cl的充放電速度決定了 NPN管Q3的基極電壓與發(fā)射極電壓的差達(dá)到基極-發(fā)射極導(dǎo)通電壓或關(guān)斷電壓的速度，即RC電路的工作頻率決定了 NPN管Q3的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的切換頻率，進(jìn)而決定了 LC諧振電路的充放電狀態(tài)的切換頻率。LC諧振電路的充放電狀態(tài)的切換導(dǎo)致通過(guò)比較降壓電路的輸出電壓與穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓之間的大小關(guān)系，以使比較器UlA的輸出在高電平和低電平切換。由此可知，RC電路決定了該降壓電路的工作頻率。
[0031]這樣，通過(guò)改變穩(wěn)壓二極管Dl的穩(wěn)壓電壓，可以調(diào)節(jié)該開(kāi)關(guān)電源的降壓電路的輸出電壓。而通過(guò)調(diào)節(jié)RC電路中的電容器Cl與電阻器R7的參數(shù)，可以調(diào)整降壓電路的
工作頻率。
[0032]在實(shí)際中，根據(jù)需要，參考電壓提供模塊也可以采用穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓芯片等替代。第一、第二和第三開(kāi)關(guān)也可以全部或部分采用場(chǎng)效應(yīng)管、比較器，甚至采用適用于高電壓和大電流的晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解，上述示例僅是說(shuō)明性的且不用于限制本申請(qǐng)的范圍。在不脫離本申請(qǐng)的精神的情況下對(duì)本文所描述的實(shí)施例的形式和細(xì)節(jié)上作出的各種刪減、替代和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。此外，本申請(qǐng)的公開(kāi)應(yīng)當(dāng)被理解為包括此處明確或隱含公開(kāi)的任意特征或特征組合或其任意概括。
【權(quán)利要求】
1.一種降壓電路，其特征在于所述降壓電路包括: 供電輸入端； 參考電壓提供模塊，用于提供參考電壓； 比較器，用于比較所述降壓電路的輸出電壓與所述參考電壓； 第一開(kāi)關(guān)，所述第一開(kāi)關(guān)的控制端接收所述比較器的輸出，所述第一開(kāi)關(guān)的輸入端連接所述供電輸入端； 第二開(kāi)關(guān)，所述第二開(kāi)關(guān)的控制端連接所述第一開(kāi)關(guān)的輸出端，所述第二開(kāi)關(guān)的輸入端連接所述供電輸入端，所述第二開(kāi)關(guān)的輸出端連接Re電路； 第三開(kāi)關(guān)，所述第三開(kāi)關(guān)的控制端通過(guò)所述RC電路連接所述第二開(kāi)關(guān)的輸出端，所述第三開(kāi)關(guān)的輸入端連接所述供電輸入端，所述第三開(kāi)關(guān)的輸出端連接LC諧振電路； 其中，所述降壓電路的輸出電壓由LC諧振電路提供。
2.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)為PNP管，所述第一開(kāi)關(guān)的控制端、輸入端和輸出端分別為所述PNP管的基極，發(fā)射極和集電極。
3.如權(quán)利要求2所述的降壓電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)的輸出端還分別通過(guò)第一電阻器接地以及通過(guò)第二電阻器與所述第二開(kāi)關(guān)的控制端連接。
4.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述第二開(kāi)關(guān)為PNP管，所述第二開(kāi)關(guān)的控制端、輸入端和輸出端分別為所述PNP管的基極，發(fā)射極和集電極。
5.如權(quán)利要求4所述的降壓電路，其中所述第二開(kāi)關(guān)的輸入端通過(guò)第三電阻器連接所述供電輸入端。
6.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述第三開(kāi)關(guān)為NPN管，所述第三開(kāi)關(guān)的控制端、輸入端和輸出端分別為所述NPN管的基極，集電極和發(fā)射極。
7.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述RC電路包括第二電容器和第四電阻器，所述第二電容器的一端與所述第四電阻器的一端均連接所述第二開(kāi)關(guān)的輸出端，所述第二電容器的另一端接地，所述第四電阻器的另一端連接所述第三開(kāi)關(guān)的控制端。
8.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述LC諧振電路包括電感器、第一電容器和第一二極管，所述電感器的一端和所述第一二極管的陰極均連接所述第三開(kāi)關(guān)的輸出端，所述電感器的另一端通過(guò)串聯(lián)所述第一電容器接地，所述第一二極管的陽(yáng)極接地。
9.如權(quán)利要求8所述的降壓電路，其中所述LC諧振電路還包括第五電阻器、第六電阻器，所述電感器與所述第五電阻器串聯(lián)后，與由所述第一電容器與所述第六電阻器構(gòu)成的串聯(lián)電路串聯(lián)。
10.如權(quán)利要求1所述的降壓電路，其中所述參考電壓提供模塊為穩(wěn)壓二極管，所述穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接地，其陰極連接所述比較器的正相輸入端。
11.一種開(kāi)關(guān)電源，包括如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的降壓電路。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK203406783SQ201320499420
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】楊春雷, 劉園園 申請(qǐng)人:大陸汽車電子(蕪湖)有限公司