一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，它包括降壓式變換芯片、輸出電壓采樣模塊、輸入濾波器、開關(guān)管、電源輸出端儲能濾波模塊、主控模塊和運(yùn)放跟隨模塊，其中，主控模塊包括電阻R4和滑動變阻器R5，電阻R4的一端連接穩(wěn)壓電源，電阻R4的另一端連接滑動變阻器R5的一端，滑動變阻器R5的另一端接地，滑動變阻器R5的滑動觸頭連接運(yùn)放跟隨模塊的信號輸入端，運(yùn)放跟隨模塊的信號輸出端也與降壓式變換芯片的反饋信號輸入端連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了降壓式變換電源輸出電壓的線性可調(diào)。
【專利說明】一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源。
【背景技術(shù)】
[0002]BUCK (降壓式變換電路)電源具有體積小，支持大電流輸出，電源效率高的特點(diǎn)，被業(yè)界稱為綠色能源，目前大量應(yīng)用在電力電子行業(yè)中。
[0003]典型的降壓式變換電源的工作原理是通過采集輸出端口的電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，兩信號差值經(jīng)誤差放大器放大，被放大的誤差電壓被輸入到脈寬調(diào)制器中，脈寬調(diào)制器另一端輸入是周期為T的鋸齒波，脈寬調(diào)制器對流經(jīng)MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層半導(dǎo)體場效晶體管)的電壓占空比進(jìn)行控制，如輸出電壓偏高，則降低占空比，如輸出電壓偏低，則提高占空t匕，反饋、取樣和控制的不斷循環(huán)，使輸出電壓維持在一個(gè)恒定的值。
[0004]目前降壓式變換電源輸出電壓可調(diào)是基于兩種方法實(shí)現(xiàn)的。第一種是改變輸出電壓反饋環(huán)路采樣電阻中的硬件參數(shù)，即可調(diào)的電子元器件(如滑動變阻器)的阻值，改變反饋系數(shù)以達(dá)到輸出電壓可調(diào)，但輸入的變量與輸出變量不成線性關(guān)系，可調(diào)范圍窄，且精度不高。第二種是微調(diào)基準(zhǔn)電壓在一定范圍內(nèi)以達(dá)到輸出電壓可調(diào)，但是現(xiàn)在很多降壓式芯片內(nèi)集成了一個(gè)固定的基準(zhǔn)電壓值，不支持微調(diào)基準(zhǔn)電壓，限制降壓式電源的適用性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的就是要提供一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源。
[0006]為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，它包括降壓式變換芯片、輸出電壓米樣模塊、輸入濾波器、開關(guān)管、電源輸出端儲能濾波模塊，其中，所述輸入濾波器的輸入端為直流電源輸入端口，輸入濾波器的輸出端連接開關(guān)管的輸入端，開關(guān)管的輸出端連接電源輸出端儲能濾波模塊輸入端，電源輸出端儲能濾波模塊的輸出端為直流電源輸出端口，電源輸出端儲能濾波模塊的輸出端連接輸出電壓米樣模塊的采樣信號輸入端，輸出電壓采樣模塊的輸出端連接降壓式變換芯片的反饋信號輸入端，降壓式變換芯片的方波信號輸出端連接開關(guān)管的控制端，其特征在于:它還包括主控模塊和運(yùn)放跟隨模塊，其中，主控模塊包括電阻R4和滑動變阻器R5，所述電阻R4的一端連接穩(wěn)壓電源，電阻R4的另一端連接滑動變阻器R5的一端，滑動變阻器R5的另一端接地，所述滑動變阻器R5的滑動觸頭連接運(yùn)放跟隨模塊的信號輸入端，運(yùn)放跟隨模塊的信號輸出端也與降壓式變換芯片的反饋信號輸入端連接。
[0007]所述運(yùn)放跟隨模塊包括運(yùn)算放大器Π和電阻Rl，其中，運(yùn)算放大器UI的同相輸入端連接滑動變阻器R5的滑動觸頭，運(yùn)算放大器Π的反相輸入端連接運(yùn)算放大器Π的輸出端，所述運(yùn)算放大器UI的輸出端通過電阻Rl連接降壓式變換芯片的反饋信號輸入端。
[0008]所述輸出電壓采樣模塊包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接電源輸出端儲能濾波模塊的輸出端，電阻R2的另一端連接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接地，所述電阻R2與電阻R3之間的中間節(jié)點(diǎn)為輸出電壓采樣模塊的輸出端。
[0009]本實(shí)用新型中發(fā)明思想是給輸出電壓采樣模塊并聯(lián)一個(gè)受電壓控制的壓控電阻器。主控模塊，運(yùn)放跟隨模塊，降壓式變換芯片的反饋信號端組成的電路相當(dāng)于一個(gè)受電壓控制的壓控電阻器，壓控電阻器與輸出電壓采樣模塊中的電阻R3并聯(lián)，一個(gè)主控模塊輸出電壓對應(yīng)壓控電阻器的一個(gè)阻值，一個(gè)確定的壓控電阻器的阻值就確定了輸出電壓采樣模塊的反饋系數(shù)Fv，而降壓式變換芯片里的基準(zhǔn)電壓(Vref)不改變，也就對應(yīng)唯一的一個(gè)輸出的電壓值，這樣就實(shí)現(xiàn)了降壓式變換電源輸出電壓的線性可調(diào)。且具有輸出電壓可調(diào)范圍寬，精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]本實(shí)用新型的工作原理為:為了分析方便和直觀，在本發(fā)明實(shí)施例子中，規(guī)定在滑動變阻器滑動范圍內(nèi)，運(yùn)放跟隨模塊輸出電壓小于降壓式變換芯片的基準(zhǔn)電壓，主控模塊，運(yùn)放跟隨模塊，降壓式變換芯片的反饋信號端組成的電路相當(dāng)于一個(gè)受電壓控制的壓控電阻器，電阻R2與電阻R3之間的中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓Node近似等于降壓式變換芯片里的基準(zhǔn)電壓(Vref )，運(yùn)算放大器Π輸出電壓等于運(yùn)算放大器Ul的輸入電壓Vdac，流經(jīng)電阻Rl的電流為:11=(Vref-Vdac)/Rl。則節(jié)點(diǎn)Node到運(yùn)放跟隨模塊和主控模塊這一支路等效電阻R6為:R6=Vref/Il=Rl*Vref/(Vref-Vdac)。電阻R1，降壓式變換芯片里的基準(zhǔn)電壓Vref為確定量，等效電阻R6的阻值隨運(yùn)放跟隨模塊輸入電壓Vdac改變而改變的。節(jié)點(diǎn)Node到地的等效電阻為電阻R6和R3的并聯(lián)。
[0011]本實(shí)用新型的輸出電壓公式為:
[0012]Vout ^ Vref/Fv=Vref*[1+R2/(R3//R6)]
[0013]其中，F(xiàn)v為輸出電壓采樣模塊的反饋系數(shù)'II為兩電阻并聯(lián)符合；
[0014]調(diào)整運(yùn)放跟隨模塊中的運(yùn)算放大器輸入電壓就會調(diào)整等效電阻R6的阻值，等效電阻R6的阻值的改變會引起反`饋系數(shù)Fv的改變，最終達(dá)到輸出電壓可調(diào)，具體地，在本實(shí)施例中，輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源輸出的電壓隨著反饋系數(shù)Fv的改變而改變。
[0015]本實(shí)用新型的輸出電壓Vout與運(yùn)算放大器輸入電壓Vdac關(guān)系式由基爾霍夫電流定律推導(dǎo)，節(jié)點(diǎn)Node的電流滿足關(guān)系式為:
[0016]12-11-13-14=0
[0017]其中，Il為流經(jīng)電阻Rl的電流、12為流經(jīng)電阻R2的電流、13為流經(jīng)電阻R3的電流、14為輸入到降壓式變換芯片反饋信號輸入端的電流；
[0018]降壓式變換芯片的基準(zhǔn)電壓Vref輸出阻抗可以看作無窮大，電流14可以忽略不計(jì)，所以 Vdac 與 Vout 關(guān)系滿足:(Vout-Vref)/R2~Vref/R3-(Vref-Vdac)/Rl=O?
[0019]即:Vout=-R2/Rl*Vdac+Vref(R2/Rl+R2/R3+l)。
[0020]本實(shí)用新型的輸出電壓Vout與運(yùn)算放大器輸入電壓Vdac的函數(shù)圖形如圖二所示，從圖二可知該曲線為直線，斜率為-R2/R1，已知量為Vref*(R2/Rl+R2/R3+l)。這樣就實(shí)現(xiàn)了降壓式變換電源輸出電壓的線性可調(diào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型中輸出電壓Vout與運(yùn)放跟隨模塊輸入電壓Vdac的函數(shù)圖；[0023]其中，101—降壓式變換芯片、102—輸出電壓采樣模塊、103—運(yùn)放跟隨模塊、104一主控模塊、105一電源輸出端儲能濾波模塊、106一輸入濾波器、107一開關(guān)管。
[0024]圖2中函數(shù)圖形的X軸為運(yùn)放跟隨模塊輸入電壓Vdac，函數(shù)圖形的Y軸為輸出電壓 Vout，其中，斜率 K 為-R2/R1，則線性關(guān)系式為:Vout=-R2/Rl*Vdac+Vref (R2/R1+R2/R3+1)。圖2中虛線框內(nèi)的電阻R6為等效電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0026]如圖1所示的一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，它包括降壓式變換芯片101、輸出電壓米樣模塊102、輸入濾波器106、開關(guān)管107、電源輸出端儲能濾波模塊105,其中，所述輸入濾波器106的輸入端為直流電源輸入端口，輸入濾波器106的輸出端連接開關(guān)管107的輸入端,開關(guān)管107的輸出端連接電源輸出端儲能濾波模塊105輸入端，電源輸出端儲能濾波模塊105的輸出端為直流電源輸出端口，電源輸出端儲能濾波模塊105的輸出端連接輸出電壓采樣模塊102的采樣信號輸入端，輸出電壓采樣模塊102的輸出端連接降壓式變換芯片101的反饋信號輸入端，降壓式變換芯片101的方波信號輸出端連接開關(guān)管107的控制端，它還包括主控模塊104和運(yùn)放跟隨模塊103，其中，主控模塊104包括電阻R4和滑動變阻器R5，所述電阻R4的一端連接+5V的穩(wěn)壓電源，電阻R4的另一端連接滑動變阻器R5的一端，滑動變阻器R5的另一端接地GND，所述滑動變阻器R5的滑動觸頭連接運(yùn)放跟隨模塊103的信號輸入端，運(yùn)放跟隨模塊103的信號輸出端也與降壓式變換芯片101的反饋信號輸入端連接。選擇電阻R4和滑動變阻器R5的阻值，在滑動變阻器滑動范圍內(nèi)，使運(yùn)放跟隨模塊輸入電壓大于等于或小于等于降壓式變換芯片101的基準(zhǔn)電壓Vref，以滿足本實(shí)用新型可調(diào)的降壓式變換電源輸出電壓與運(yùn)運(yùn)放跟隨器的輸入電壓成線性調(diào)節(jié)的關(guān)系。
[0027]上述技術(shù)方案中，所述運(yùn)放跟隨模塊103包括運(yùn)算放大器Π和電阻Rl，其中，運(yùn)算放大器Π的同相輸入端連接滑動變阻器R5的滑動觸頭，運(yùn)算放大器Π的反相輸入端連接運(yùn)算放大器Π的輸出端，所述運(yùn)算放大器Π的輸出端通過電阻Rl連接降壓式變換芯片101的反饋信號輸入端。當(dāng)改變滑動變阻器R5滑動觸頭的位置時(shí)，運(yùn)算放大器Π同相輸入端的輸入電壓也跟著改變；在運(yùn)算放大器Π負(fù)反饋的作用下，運(yùn)算放大器Π的輸出電壓等于運(yùn)放同相端輸入的電壓。
[0028]上述技術(shù)方案中，所述輸出電壓采樣模塊102包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接電源輸出端儲能濾波模塊105的輸出端，電阻R2的另一端連接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接地GND，所述電阻R2與電阻R3之間的中間節(jié)點(diǎn)為輸出電壓采樣模塊102的輸出端。
[0029]上述技術(shù)方案中，降壓式變換芯片101能根據(jù)輸出端的采樣電壓調(diào)整開關(guān)管107的導(dǎo)通或截止時(shí)間，經(jīng)電源輸出端儲能濾波模塊105儲能和濾波，使本實(shí)用新型輸出穩(wěn)定的直流電壓。
[0030]上述技術(shù)方案中，輸入濾波器106用于減小或消除由于開關(guān)管107的作用或輸出端負(fù)載的變化，對輸入端電壓產(chǎn)生的影響。
[0031]上述技術(shù)方案中，開關(guān)管107為MOSFET管。
[0032]上述技術(shù)方案中，電源輸出端儲能濾波模塊105在本實(shí)用新型中主要起儲能，濾波，供電的作用。
[0033]上述技術(shù)方案中，輸出電壓米樣模塊102用于對輸出電壓進(jìn)行米樣，并把電壓信號反饋給降壓式變換芯片101，以調(diào)整降壓式變換芯片101輸出的占空比。
[0034]上述技術(shù)方案中，運(yùn)放跟隨模塊103實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器Π輸出電壓跟隨由主控模塊104產(chǎn)生的電壓信號。
[0035]上述技術(shù)方案中，主控模塊104用于產(chǎn)生電壓信號，電壓信號提供給后級的運(yùn)放跟隨模塊103。電壓信號可以是硬件參數(shù)可調(diào)整的器件(滑動變阻器R5)來調(diào)整。由主控模塊104輸入電壓的作用，可使運(yùn)放跟隨模塊103輸入電壓產(chǎn)生變化的任何電路，均適用于本實(shí)用新型，增加了本實(shí)用新型的適用性。
[0036]本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，它包括降壓式變換芯片(101)、輸出電壓采樣模塊(102)、輸入濾波器(106)、開關(guān)管(107)、電源輸出端儲能濾波模塊(105)，其中，所述輸入濾波器(106)的輸入端為直流電源輸入端口，輸入濾波器(106)的輸出端連接開關(guān)管(107)的輸入端,開關(guān)管(107)的輸出端連接電源輸出端儲能濾波模塊(105)輸入端，電源輸出端儲能濾波模塊(105)的輸出端為直流電源輸出端口，電源輸出端儲能濾波模塊(105)的輸出端連接輸出電壓采樣模塊(102)的采樣信號輸入端，輸出電壓采樣模塊(102)的輸出端連接降壓式變換芯片(101)的反饋信號輸入端，降壓式變換芯片(101)的方波信號輸出端連接開關(guān)管(107)的控制端，其特征在于:它還包括主控模塊(104)和運(yùn)放跟隨模塊(103)，其中，主控模塊(104)包括電阻R4和滑動變阻器R5，所述電阻R4的一端連接穩(wěn)壓電源，電阻R4的另一端連接滑動變阻器R5的一端，滑動變阻器R5的另一端接地，所述滑動變阻器R5的滑動觸頭連接運(yùn)放跟隨模塊(103)的信號輸入端，運(yùn)放跟隨模塊(103)的信號輸出端也與降壓式變換芯片(101)的反饋信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，其特征在于:所述運(yùn)放跟隨模塊(103)包括運(yùn)算放大器Π和電阻Rl，其中，運(yùn)算放大器UI的同相輸入端連接滑動變阻器R5的滑動觸頭，運(yùn)算放大器Π的反相輸入端連接運(yùn)算放大器Π的輸出端，所述運(yùn)算放大器Π的輸出端通過電阻Rl連接降壓式變換芯片(101)的反饋信號輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸出電壓線性可調(diào)的降壓式變換電源，其特征在于:所述輸出電壓采樣模塊(102)包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接電源輸出端儲能濾波模塊(105)的輸出端，電阻R2的另一端連接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接地，所述電阻R2與電阻R3之間的中間節(jié)點(diǎn)為輸出電壓采樣模塊(102)的輸出端。
【文檔編號】H02M3/156GK203660881SQ201320889958
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】程志文 申請人:武漢凡谷電子技術(shù)股份有限公司