一種基于輔助繞組式采樣電路的自激buck電路的制作方法
【專利摘要】一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路，該電路采用電流采樣電路代替原有采用電阻進行電流采樣，采用在濾波電感上增加輔助繞組的方式實現(xiàn)對BUCK電流的采樣，巧妙的構造了一個反向的三角波信號實現(xiàn)對開關管的控制，電流采樣電路包括耦合電感、二極管及電阻，本發(fā)明相比現(xiàn)有自激Buck變換技術損耗更小，效率更高，大大加大了電路的工作效率。
【專利說明】—種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路，屬于電子電路設計領域。
【背景技術】
[0002]在中小功率應用場合，與他激式DC/DC變換器和線性穩(wěn)壓電路相比，自激式DC/DC變換器具有電路簡單、元器件少、效率高、成本低等優(yōu)點。
[0003]目前自激式Buck變換器一般通過對輸出濾波電感增加輔助繞組實現(xiàn)對開關管的開通控制；通過對輸出電壓采樣后的信號與三極管的電壓Vbe比較或者與基準穩(wěn)壓器比較，再通過一定的電路實現(xiàn)對開關管的關斷控制，進而達到輸出電壓穩(wěn)定的目的。
[0004]中國CN201110459166.6號專利公開了一種自激式Buck變換器電路，如圖1所示，圖中V1、Vo分別為變換器的輸入、輸出電壓。電感L1、電容Cl、二極管Dl、開關管Vl構成Buck主電路，電流采樣電阻Rl串聯(lián)于Buck主電路中，其一端與PNP三極管Ql的發(fā)射極相連，另一端通過與開關管Vl漏極相連，實現(xiàn)對變換器主電路電流的采樣。自激驅動電路的兩端分別與開關管Vl的柵極和源極相連，二極管D2的陽極和陰極分別于三極管Q3的集電極和發(fā)射極相連。耦合電感LI標記同名端側與二極管Dl的陰極相連，耦合電感L2與電感LI采用同一磁芯。耦合電感L2未標記同名端側與Vl的源極相連，L2標記同名端側與電阻RlO和電容C3串聯(lián)后接于D2的陰極，實現(xiàn)開關管的開通時刻控制。電阻R8和電容C2串聯(lián)連接于基準穩(wěn)壓器D3的基準端和陰極端，用于實現(xiàn)變換器的反饋控制，進而實現(xiàn)對輸出電壓的穩(wěn)定。基準穩(wěn)壓器D3的陰極端分別通過電阻R3和R6與PNP三極管Ql的基極和發(fā)射極相連，實現(xiàn)開關管Vl的關斷時刻控制。工作原理如下:當輸出電壓超過設定值時，基準穩(wěn)壓器陰極電流增力卩，Vk下降，R1、R2上分得的電壓增加，而此時電阻Rl從主電路上采樣的電壓三角波斜率不變，疊加后的電壓增加，Ql導通時刻提前，進而變換器占空比減小，使輸出電壓降低；當輸出電壓降低時，D3上電流減小，Vk增加，則Rl、R2上分得的電壓減小，電阻Rl從主電路上采樣的三角波斜率仍然不變，則疊加后的電壓減小，Ql飽和導通時刻滯后，進而變換器占空比增加，使輸出電壓增加，最終變換器達到輸出電壓穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0005]該電路的不足之處在于:采樣電阻Rl串聯(lián)于主電路中，電流較大，功耗較大，對變換器效率有很大影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路，解決了目前現(xiàn)有自激型Buck電路中電流較大、功耗較大、效率不高的問題，大大提高了電路工作的效率。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0008]一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路包括電感L1、電容Cl、二極管Dl、二極管D2、開關管V1、輸出采樣電阻Rll及Rl2、PNP三極管Q1、NPN三極管Q2、PNP三極管Q3、分壓電阻Rl、R2及R3、電阻R4、電阻R5、電阻R9、PI調節(jié)電路、自激驅動電路和電流采樣電路，其中電感L1、電容Cl、二極管D1、M0S管構成Buck主電路，輸出采樣電阻Rll和R12相互串聯(lián)后并聯(lián)于負載端，電流采樣電路又包括耦合電感L3、二極管D4及電阻R13、R14。
[0009]所述PNP三極管Ql的發(fā)射極、PI調節(jié)電路連接于輸入電壓Vi正極相連；所述PNP三極管Ql的基通過電阻R2連接于MOS管Vl的漏極；所述PNP三極管Ql的基極與分壓電阻Rl的一端相連，同時又與分壓電阻R2的另一端及R3的一端相連，R3的另一端與所述PI調節(jié)電路輸出端相連；所述PNP三極管Ql的發(fā)射極經(jīng)電阻R4、R5與Vi的負極相連；PNP三極管Ql的集電極通過電阻R4與NPN三極管Q2的基極相連；所述PI調節(jié)電路的輸入端與輸出采樣電阻Rll和R12相連；所述PNP三極管Ql的輸出電流用于控制開關管Vl的關斷；所述自激驅動電路連接于開關管Vl的柵極和源極，二極管D2和PNP三極管Q3并聯(lián)于所述自激驅動電路的兩端；電阻R9連接于PNP三極管Q3的發(fā)射極和基極。
[0010]所述分壓電阻Rl的另一端與電流采樣電路中的電阻R14和采樣電阻R13的一端以及耦合電感L3的非同名端相連；耦合電感L3的同名端與電阻R14另一端相連并相連與二極管D4的陽極；二極管D4的陰極與采樣電阻R13的另一端相連并相連與輸入電壓Vi。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是:
[0012](I)本發(fā)明采用電流采樣電路，采用在濾波電感上增加輔助繞組的方式實現(xiàn)對BUCK電流的采樣，巧妙的構造了一個反向的三角波信號實現(xiàn)對開關管的控制。比現(xiàn)有自激Buck變換技術通過電阻直接采樣的損耗更小，效率更高，本發(fā)明效率提高了 10%-20%，在電路工作效率方面是質的提高。
[0013](2)本發(fā)明利用電流采樣電路對Buck主電路電流進行采樣并與PI調節(jié)電路相結合進行控制，當主電路發(fā)生過流或者短路故障時，能夠通過降低輸出電壓，實現(xiàn)對Buck電路和負載的保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為低效率自激式Buck變換器電路圖；
[0015]圖2為本發(fā)明示意圖；
[0016]圖3為工作原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面就結合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】作進一步介紹。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明是一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路電感L1、電容Cl、二極管D1、二極管D2、開關管V1、輸出采樣電阻Rll及R12、PNP三極管Q1、NPN三極管Q2、PNP三極管Q3、分壓電阻Rl、R2及R3、電阻R4、電阻R5、電阻R9、PI調節(jié)電路、自激驅動電路和電流采樣電路，其中電感L1、電容Cl、二極管Dl、MOS管構成Buck主電路，輸出采樣電阻Rll和R12相互串聯(lián)后并聯(lián)于負載端，電流采樣電路又包括耦合電感L3、二極管D4 及電阻 R13、R14。
[0019]PNP三極管Ql的發(fā)射極、PI調節(jié)電路連接于輸入電壓Vi正極相連；PNP三極管Ql的基通過電阻R2連接于MOS管Vl的漏極；PNP三極管Ql的基極與分壓電阻Rl的一端相連，同時又與分壓電阻R2的另一端及R3的一端相連，R3的另一端與所述PI調節(jié)電路輸出端相連；PNP三極管Ql的發(fā)射極經(jīng)電阻R4、R5與Vi的負極相連；PNP三極管Ql的集電極通過電阻R4與NPN三極管Q2的基極相連；所述PI調節(jié)電路的輸入端與輸出采樣電阻Rll和R12相連；PNP三極管Ql的輸出電流用于控制開關管Vl的關斷；自激驅動電路連接于開關管Vl的柵極和源極，二極管D2和PNP三極管Q3并聯(lián)于所述自激驅動電路的兩端；電阻R9連接于PNP三極管Q3的發(fā)射極和基極。
[0020]分壓電阻Rl的另一端與電流采樣電路中的電阻R14和采樣電阻R13的一端以及耦合電感L3的非同名端相連；耦合電感L3的同名端與電阻R14另一端相連并相連與二極管D4的陽極；二極管D4的陰極與采樣電阻R13的另一端相連并相連與輸入電壓Vi。
[0021]在電路中，V1、Vo分別為變換器的輸入、輸出電壓。電感L1、電容Cl、二極管D1、開關管Vl構成Buck主電路。
[0022]PI調節(jié)電路中，電阻R8和電容C2串聯(lián)連接于基準穩(wěn)壓器D3的基準端和陰極端，用于實現(xiàn)變換器的反饋控制，實現(xiàn)對輸出電壓的穩(wěn)定。D3的基準端和電容C2與輸出端的分壓電阻R12相連?；鶞史€(wěn)壓器D3的陰極端分別通過電阻R3和R6與PNP三極管Ql的基極和發(fā)射極相連，基準穩(wěn)壓器D3的陽極直接連接于Bcuk主電路中，從而保證對基準穩(wěn)壓器D3的供電。這部分電路可以實現(xiàn)開關管Vl的關斷時刻控制。
[0023]自激驅動電路的兩端分別與開關管Vl的柵極和源極相連，二極管D2的陽極和陰極分別于三極管Q3的集電極和發(fā)射極相連。耦合電感LI標記同名端側與二極管Dl的陰極相連，稱合電感L2與電感LI米用同一磁芯。稱合電感L2未標記同名端側與Vl的源極相連，L2標記同名端側與電阻RlO和電容C3串聯(lián)后接于D2的陰極，實現(xiàn)開關管的開通時刻控制。
[0024]下面結合圖3說明該Buck變換器的工作原理:
[0025]t0時刻，輸入電壓Vi接入電源，輸入電壓通過電阻R7為開關管Vl提供驅動電壓，電容C3充電，達到Vl開啟門限電壓后Vl導通，加在耦合電感LI上電壓為Vi，耦合后電感L2標記同名端側電壓為正，該電壓與電容C3上電壓疊加，維持Vl導通。此后電感LI進入儲能階段，其電流上升，電容Cl進入充電階段，輸出電壓Vo上升，采樣反饋后基準穩(wěn)壓器D3陰極電壓Vk由最大值下降。耦合電感L3上電流增加，D4導通，電阻R13兩端電壓上升，電壓Vr由輸入電壓開始下降。Vi與Vk經(jīng)電阻R2、R3分壓信號和Vi與Vr經(jīng)電阻R2、Rl分壓信號疊加，電阻R2上分得的電壓逐漸增加，即Ql發(fā)射極與基極間電壓Veb逐漸增加。
[0026]tl時刻，Veb大于三極管Ql的開啟電壓Vebth，Ql進入放大工作狀態(tài)，R4迅速驅動三極管Q2進而導通三極管Q3，將Vl柵源極電壓拉低，Vl截止，同時二極管Dl導通，為電感LI續(xù)流。此后，LI上電壓反向，耦合電感L2上電壓反向，二極管D2導通，為電感L2續(xù)流，同時電容C3充電。由于Vl截止，L3上電壓反向，二極管D4截止，電阻R13上電流為零，三極管Q1、Q2、Q3均截止。此后電感LI上電流逐漸減小，輸出電壓增加。
[0027]t2時刻，電感LI上電流降為零時，二極管Dl截止，電感L1、L2上電壓均為零，電容C3上的電壓觸發(fā)Vl導通，進入下一自激周期。以后的每個自激周期中Vl均是由電容C3上的電壓觸發(fā)開通，Vl的關斷則是通過觸發(fā)Ql導通而引起的。
[0028]每一個自激周期都會使輸出電壓有一定的提高，若干周期后，輸出電壓增加到設定值。當輸出電壓超過設定值時，基準穩(wěn)壓器陰極電流增加，Vk下降，則R2上分得的電壓增加,而此時采樣電路從主電路上采樣的電壓三角波斜率不變，即Vr斜率不變，則疊加后的電壓增加，Ql導通時刻提前，進而變換器占空比減小，使輸出電壓降低；當輸出電壓降低時，D3上電流減小，Vk增加，則R2上分得的電壓減小，Vr斜率仍然不變，則疊加后的電壓減小，Ql飽和導通時刻滯后，進而變換器占空比增加，使輸出電壓增加，最終變換器達到輸出電壓穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0029]本電路具有電流保護功能，通過改變電阻R13的值，可以實現(xiàn)對過流保護點的設定。當主電路電流增大時，耦合電感L3上電流增加，電阻R13上壓降增加，當R13上電壓足以開啟Ql時，進入電流保護狀態(tài)；之后負載電流繼續(xù)增大，輸出電壓隨之降低，直到輸出電壓恒定，此時電路工作在輸出短路保護狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種基于輔助繞組式采樣電路的自激BUCK電路，包括:電感L1、電容Cl、二極管Dl、二極管D2、開關管V1、輸出采樣電阻Rll及R12、PNP三極管Q1、NPN三極管Q2、PNP三極管Q3、分壓電阻Rl、R2及R3、電阻R4、電阻R5、電阻R9、PI調節(jié)電路和自激驅動電路，其中電感L1、電容Cl、二極管Dl、MOS管構成Buck主電路，輸出采樣電阻Rll和R12相互串聯(lián)后并聯(lián)于負載端，其特征在于還包括:電流采樣電路，其又包括耦合電感L3、二極管D4及電阻R13、R14 ； 所述PNP三極管Ql的發(fā)射極、PI調節(jié)電路連接于輸入電壓Vi正極相連；所述PNP三極管Ql的基通過電阻R2連接于MOS管Vl的漏極；所述PNP三極管Ql的基極與分壓電阻Rl的一端相連，同時又與分壓電阻R2的另一端及R3的一端相連，R3的另一端與所述PI調節(jié)電路輸出端相連；所述PNP三極管Ql的發(fā)射極經(jīng)電阻R4、R5與Vi的負極相連；PNP三極管Ql的集電極通過電阻R4與NPN三極管Q2的基極相連；所述PI調節(jié)電路的輸入端與輸出采樣電阻Rll和R12相連；所述PNP三極管Ql的輸出電流用于控制開關管Vl的關斷；所述自激驅動電路連接于開關管Vl的柵極和源極，二極管D2和PNP三極管Q3并聯(lián)于所述自激驅動電路的兩端；電阻R9連接于PNP三極管Q3的發(fā)射極和基極； 所述分壓電阻Rl的另一端與電流采樣電路中的電阻R14和采樣電阻R13的一端以及耦合電感L3的非同名端相連；耦合電感L3的同名端與電阻R14另一端相連并相連與二極管D4的陽極；二極管D4的陰極與采樣電阻R13的另一端相連并相連與輸入電壓Vi。
【文檔編號】H02M3/155GK103441672SQ201310317006
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權日:2013年7月25日
【發(fā)明者】王立偉, 杜建華, 孫定浩, 彭政, 蘇少侃, 鄭煒, 葉東東 申請人:北京控制工程研究所