CN105517263A - 电压变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压变换器，具体包括整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置，所述整流装置、所述前级储能装置、所述直流-直流转换装置、所述后级储能装置依次连接，所述前级储能装置连接电源正极或者接地极，所述后级储能装置连接待驱动的负载并为所述负载提供电能，所述控制转换装置分别连接所述控制线和所述开关控制装置，所述开关控制装置连接所述后级储能装置和所述负载。通过实施上述电压变换器，能够使高压控制信号可带低压的负载，也可使低压控制信号可带高压的负载，或者在不方便做成高压的负载上加入该电压变换器而使其变为高压负载，从而实现开关控制信号与负载的匹配。

Description

电压变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电压变换器。
背景技术
目前，电压变换器被广泛应用于电子设备的电源***之中，以用于带驱动能力的四线RGB灯光控制***的电压变换器为例，由于与传统的灯光控制***相比，带驱动能力的四线RGB灯光控制***省去了一根V+线或GND线，因而导致其没有稳定的电能输出，不仅在电压变换方面无法达到与传统灯光控制***相同的效果，而且要求***输出的控制信号需与负载相匹配，例如，12V的控制信号必须匹配12V的负载，而不可用于控制5V或者24V的负载，同样地，5V的控制信号必须匹配5V的负载，24V的控制信号则必须匹配24V的负载，当不得不使用与控制信号不匹配的负载时，必须通过增加匹配电阻等来增大消耗功率，造成了电能的浪费。
发明内容
基于此，有必要针对控制信号无法匹配不同的负载而只能控制某一电压的负载的问题，提供一种电压变换器。本发明所提出的电压变换器是专为匹配不同电压负载而设计的器件，利用该装置能够使高压控制信号可带低压的负载，也可使低压控制信号可带高压的负载，从而解决控制信号与负载的匹配性差的问题。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种电压变换器，包括整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置，
所述整流装置、所述前级储能装置、所述直流-直流转换装置、所述后级储能装置依次连接，所述整流装置接收控制***通过控制线输入的开关控制信号并将所述开关控制信号转换为平滑直流电输出至所述前级储能装置，所述前级储能装置连接电源正极或者接地极，所述后级储能装置连接待驱动的负载并为所述负载提供电能，
所述控制转换装置分别连接所述控制线和所述开关控制装置，所述控制转换装置通过所述控制线接收所述开关控制信号并将所述开关控制信号转换成参考电压输出至所述开关控制装置，
所述开关控制装置连接所述后级储能装置和所述负载。
上述电压变换器是专为匹配不同电压负载而设计的器件，它能够高效变换控制线上传输的开关控制信号的幅度而不改变开关控制信号的占空比，而且由于控制线上传输的开关控制信号并不是直流，因此当控制线越多，即输入的开关控制信号路数越多、开关控制信号的频率越高时，经整流装置整流滤波后得到的直流越稳定，电压变换器的工作状态也就越稳定。通过实施本发明提出的电压变换器，能够使高压控制信号可带低压的负载，也可使低压控制信号可带高压的负载，或者在不方便做成高压的负载上加入该电压变换器而使其变为高压负载，从而实现开关控制信号与负载的匹配。此外，本发明所提出的电压变换器适用于高电压输入，因而能够充分利用高电压传输距离远的优势。
附图说明
图1为共阳情况下的电压变换器的结构示意图；
图2为共阴情况下的电压变换器的结构示意图；
图3为12V共阳四线RGB灯光控制***四线转四线后带多个负载的示意图；
图4为12V共阳四线RGB灯光控制***四线带多个有电压变换器的负载的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，参见图1所示，一种电压变换器，包括整流装置100、前级储能装置200、直流-直流转换装置300、后级储能装置400、控制转换装置500和开关控制装置600，
整流装置100、前级储能装置200、直流-直流转换装置300、后级储能装置400依次连接，整流装置100连接控制线A-、B-、C-，接收控制***通过控制线A-、B-、C-输入的开关控制信号并将接收到的开关控制信号转换为平滑直流电输出至前级储能装置200，前级储能装置200还连接用于提供电能的电源正极，后级储能装置400连接待驱动的负载700并为负载700提供电能，
控制转换装置500分别连接控制线A-、B-、C-和开关控制装置600，控制转换装置500通过控制线A-、B-、C-接收开关控制信号并将开关控制信号转换成开关控制装置600所需的参考电压，再将参考电压输出至开关控制装置600，
开关控制装置600还连接后级储能装置400和负载700。
在本实施例中，整流装置100是由二极管、三极管或者MOS管等半导体器件构成的整流器件，往往经控制***的控制线A-、B-、C-传输过来的开关控制信号并非是稳定的直流电，经整流装置100的整流及滤波后，变成平滑的连续直流电，而且整流装置100的整流及滤波并不影响原来的开关控制信号的频率及占空比；由于整流装置100输入前级储能装置200的开关控制信号可能并非是连续的信号，因此为保证直流-直流转换装置300不会因为超频繁断电而损坏，这里前级储能装置200所使用的储能元件在性能上要优于单纯用于滤波的元件，同时前级储能装置200也为控制转换装置500和开关控制装置600提供了回路，利用前级储能装置200使整个控制转换和开关控制形成回路并完成转换；为进一步提高电压变换器的变换效率，本实施例采用转换效率较高的直流-直流转换装置300进行电压转换，而没有采用线性电压转换器，直流-直流转换装置300将整流滤波后的直流电压转换为与负载700相匹配的电压，从而经后级储能装置400为负载700提供所需的电能，而且通过选取不同类型的直流-直流转换装置300能够使本发明所提出的电压变换器成为降压型电压变换器或者升压型电压变换器，从而使高压开关控制信号可带低压的负载，也可使低压开关控制信号可带高压的负载；开关控制信号经过直流-直流转换装置降压或者升压后输入后级储能装置400，为保证输入的开关控制信号变化时负载700上不会出现延迟的现象，后级储能装置400所使用的储能元件在性能上要优于单纯用于滤波的元件；由于输入的开关控制信号没有稳定的GND或V+，以图1所示的共阳情况为例，经过由半导体器件组成的整流装置100的整流和滤波形成虚拟的GND，此虚拟的GND相对于直流-直流转换装置300的输出电压及开关控制装置600是稳定的，而相对V+不是很稳定，开关控制信号与V+的压差稳定，开关控制信号与虚拟GND的压差不稳定，而开关控制装置600所需要的信号需要与虚拟的GND形成相对稳定的压差，此处要将开关控制信号与V+的稳定压差转换为与虚拟GND相对稳定的压差，因此加入控制转换装置500，控制转换装置500为开关控制装置600提供稳定的开关控制参考电压，其中，控制转换装置500可以利用现有技术实现，例如利用二极管、三极管等半导体器件组成的控制转换器等。以上仅以图1所示的共阳情况为例对本发明所提出的电压变换器的结构及其工作原理进行了详细的说明，该电压变换器也完全适用于如图2所示的共阴情况，特别地，此时前级储能装置200连接接地极GND，整流装置100和控制转换装置500连接的控制线分别为控制线A+、B+、C+。
本实施例中的电压变换器是专为匹配不同电压负载而设计的器件，它能够高效变换控制线上传输的开关控制信号的幅度而不改变开关控制信号的占空比，而且由于控制线上传输的开关控制信号并不是直流，因此当控制线越多，即输入的开关控制信号路数越多、开关控制信号的频率越高时，经整流装置整流滤波后得到的直流越稳定，电压变换器的工作状态也就越稳定。通过实施本发明提出的电压变换器，能够使高压控制信号可带低压的负载，也可使低压控制信号可带高压的负载，或者在不方便做成高压的负载上加入该电压变换器而使其变为高压负载，从而实现开关控制信号与负载的匹配。此外，本发明所提出的电压变换器适用于高电压输入，因而能够充分利用高电压传输距离远的优势。
作为一种具体的实施方式，与整流装置和控制转换装置连接的控制线大于或者等于两路。由于控制线上传输的开关控制信号并不是直流电，因此为保证经整流装置整流滤波后能够得到较为稳定的直流电，因此本实施方式使控制线大于或者等于两路，一方面有利于提高电压变换器的稳定性，另一方面控制线数量的增多使得同一电压变换器能够对更多的负载进行开关控制，从而提高控制效率。
作为一种具体的实施方式，控制***为带驱动能力的四线RGB灯光控制***，控制线为R控制线、G控制线和B控制线。所谓的带驱动能力的四线RGB灯光控制***是指由V+或GND加上带有驱动能力的R，G，B控制线，R，G，B控制线传输开关控制信号而控制电压变换，本发明所提出的电压变换器可以应用于带驱动能力的四线RGB灯光控制***，但不限于灯光控制***。与传统的灯光控制***相比，带驱动能力的四线RGB灯光控制***省去了一根V+线或GND线，将本发明所提出的电压变换器应用于带驱动能力的四线RGB灯光控制***能够有效实现对LED灯的控制，解决了传统技术中由于带驱动能力的四线RGB灯光控制***没有稳定的电压输出而导致的电压变换困难的问题。
作为一种具体的实施方式，开关控制信号为脉动直流电。普通直流电的电压值大小和电压正负极的方向均不随时间而变化，而脉动直流电的电压正负极方向不变，但是其电压值的大小是随时间变化的，对于脉动直流电而言，只有经过滤波以后才能变成平滑的直流电。
作为一种具体的实施方式，直流-直流转换装置包括取样电阻。在本实施方式中，直流-直流转换装置包括取样电阻，因此直流-直流转换装置通过调整其取样电阻的阻值改变输出电压，在不改变开关控制信号的占空比和频率的情况下，实现对开关控制信号的电压幅值的变换，有效提高了电压变换器的变换效率。
作为一种具体的实施方式，后级储能装置至少连接一个负载，具体连接的待驱动的负载的数量可以根据直流-直流转换装置的输出功率和效率确定。以12V共阳四线RGB灯光控制***为例，如图3所示为四线转四线后带多个负载的结构示意图，由图3可知，四线RGB灯光控制***的输入正极为12V，四线转四线后通过电压变换器可以实现驱动5V的负载、12V的负载以及24V的负载，即通过在四线RGB灯光控制***中增加电压变换器实现匹配不同电压负载，而且增加电压变换器的四线RGB灯光控制***所带负载的数量可以从1个到最多负载数量N个，其中，最多负载数量N由电压变换器中直流-直流转换装置的输出功率和效率决定，同时12V四线RGB灯光控制***的负载驱动能力也会对最多负载数量有一定的影响；除了上述12V共阳四线RGB灯光控制***中四线转四线后带多个负载的情况外，还存在一种如图4所示的四线带多个有电压变换器的负载的情况，在四线带多个有电压变换器的负载的情况下，通过为每一个负载增加一个电压变换器，也可以实现驱动5V的负载、12V的负载以及24V的负载，即通过在四线RGB灯光控制***中增加电压变换器实现匹配不同电压负载，此时，四线RGB灯光控制***所带负载数量的最大值则由12V共阳四线RGB灯光控制***的负载驱动能力和负载的功率决定。
作为一种具体的实施方式，直流-直流转换装置为开关电源。当控制线上传输过来的开关控制信号的电压过高时，利用开关电源将输入的电压转换成质量较高的直流电压，能够满足电压变换器对输出电压的效率和稳定性的要求。
作为一种具体的实施方式，电压变换器还包括接入控制转换装置和开关控制装置之间的隔离元件，该隔离元件的作用在于将控制转换装置和开关控制装置二者进行电气隔离，从而提高电压变换器的稳定性。作为一种可选的实施方式，选择光耦合器作为隔离元件，光耦合器也称为光电隔离器，其能够实现输入端与输出端的良好电气隔离，且具有抗干扰能力强、稳定性良好、使用寿命长、传输效率高等特点，因此将光耦合器作为隔离元件接入控制转换装置和开关控制装置之间，能够实现二者的良好电气隔离，进一步提高电压变换器的稳定性。
作为一种具体的实施方式，整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置集成于同一印刷线路板上。在本发明所提出的电压变换器中，其包括的整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置可以分别设置于各个独立的印刷线路板(PCB)上，各个PCB之间通过电线连接而实现电压变换器的功能，也可以将整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置全部集成于同一PCB之上，使各个装置共同组成一个整体，简化电压变换器结构、减小电压变换器体积的同时，降低了电压变换器的成本，同时也可以将负载与电压变换器中的各个装置集成于同一PCB上。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电压变换器，其特征在于，包括整流装置、前级储能装置、直流-直流转换装置、后级储能装置、控制转换装置和开关控制装置，
所述整流装置、所述前级储能装置、所述直流-直流转换装置、所述后级储能装置依次连接，所述整流装置接收控制***通过控制线输入的开关控制信号并将所述开关控制信号转换为平滑直流电输出至所述前级储能装置，所述前级储能装置连接电源正极或者接地极，所述后级储能装置连接待驱动的负载并为所述负载提供电能，
所述控制转换装置分别连接所述控制线和所述开关控制装置，所述控制转换装置通过所述控制线接收所述开关控制信号并将所述开关控制信号转换成参考电压输出至所述开关控制装置，
所述开关控制装置连接所述后级储能装置和所述负载。
2.根据权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，
所述控制线大于或者等于两路。
3.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述控制***为带驱动能力的四线RGB灯光控制***，所述控制线为R控制线、G控制线和B控制线。
4.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述开关控制信号为脉动直流电。
5.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述直流-直流转换装置包括取样电阻。
6.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述后级储能装置至少连接一个负载。
7.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述直流-直流转换装置为开关电源。
8.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，还包括接入所述控制转换装置和所述开关控制装置之间的隔离元件。
9.根据权利要求8所述的电压变换器，其特征在于，
所述隔离元件为光耦合器。
10.根据权利要求1或2所述的电压变换器，其特征在于，
所述整流装置、所述前级储能装置、所述直流-直流转换装置、所述后级储能装置、所述控制转换装置和所述开关控制装置集成于同一印刷线路板上。
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