CN201846232U - 一种同步升降压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同步升降压装置，其包括MCU微控制器、输入电压采样模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块和同步升降压变换模块；MCU微控制器分别与输入电压采样模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块和同步升降压变换模块连接；输入电压采样模块和输出电压采样模块分别连接装置的输入端口和输出端口；同步升降压变换模块分别连接输入端口、输出端口和输出电流采样模块。本实用新型通过输入电压采样模块获得的输入电压启动同步升降压变换模块是升压还是降压或者先升压后降压，同时根据输出电压和输出电流，控制同步升降压变换模块输出相应的电压和电流值，满足便携设备的供电需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及升降压技术，特别涉及一种同步升降压装置。
背景技术
大功率便携设备，如便携医疗设备、笔记本电脑等，一般都具有DC/DC电源（直流转直流电源）或者充电管理模块，所以这类设备中通常需要使用一个升/降压装置。
由软件控制的升/降压装置一般通过软件控制单独的硬件升压模块和降压模块，通过控制芯片使能选择导通升压模块或者导通降压模块。众所周知，升压模块和降压模块包含的电子元件较多，都需在电路板上占据一定的面积，不符合电子产品小型化的要求，而且升压或者降压通过硬件控制，其灵活性差，升压和降压的电压值无法精确控制，不能满足实际工作需要。
并且，上述的升/降压装置采用的控制芯片的价格比较高，电子元件比较多，使产品的成本较高，降低了产品在市场上的竞争力，而且对产品的调试和维护也不方便。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种同步升降压装置，能根据输入电压值自动启动同步升降压变换模块进行升压或者降压或者先升压后降压，从而控制同步升降压装置的输出电压和输出电流，满足便携设备的供电需求。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种同步升降压装置，其包括用于输出PWM信号的MCU微控制器；其中，还包括：用于实时对输入电压进行采样的输入电压采样模块；用于实时对输出电压进行采样的输出电压采样模块；用于实时对输出电流进行采样的输出电流采样模块；用于根据输入电压值进行升压和降压变换的同步升降压变换模块；所述MCU微控制器还用于根据输出电压采样模块和输出电流采样模块得到的输出电压和输出电流，控制所述同步升降压变换模块的输出电压和输出电流；所述MCU微控制器分别与输入电压采样模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块和同步升降压变换模块连接；所述输入电压采样模块连接所述同步升降压装置的输入端口，输出电压采样模块连接所述同步升降压装置输出端口；所述同步升降压变换模块分别与所述输入端口、输出端口和输出电流采样模块连接。
所述的同步升降压装置，其中，还包括用于对所述PWM信号进行放大的驱动模块，所述驱动模块串联在MCU微控制器与同步升降压变换模块之间。
所述的同步升降压装置，其中，所述同步升降压变换模块是由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管连接构成的全桥同步变换电路；其中：第一MOS管和第三MOS管构成同步降压模块，第二MOS管和第四MOS管构成同步升压模块。
所述的同步升降压装置，其中，所述驱动模块包括第一驱动模块和第二驱动模块；所述第一驱动模块的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器的第一输出端和第二输出端，第一驱动模块的第一输出端连接第一MOS管的栅极，第二输出端连接第三MOS管的栅极；所述第二驱动模块的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器的第三输出端和第四输出端，所述第二驱动模块的第一输出端连接所述第二MOS管的栅极，第二输出端连接所述第四MOS管的栅极。
所述的同步升降压装置，其中，所述的同步升降压变换模块包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的阳极连接第二MOS管的漏极，第一二极管的阴极连接第二MOS管的源极；所述第二二极管的阳极连接第三MOS管的漏极，第二二极管的阴极连接第三MOS管的源极。
所述的同步升降压装置，其中，所述同步升降压变换模块包括电感，所述电感的一端分别与第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极连接，电感的另一端分别与第二MOS管的漏极和第四MOS管的漏极连接。
本实用新型提供的一种同步升降压装置，所述的同步升降压装置包括MCU微控制器、输入电压采样模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块和同步升降压变换模块，通过输入电压采样模块获得的输入电压启动同步升降压变换模块是升压还是降压，或者是先升压后降压，只需通过同步升降压变换模块根据MCU微控制器输出的PWM信号实现了升压和降压同步变换，其反应速度快，同时通过输出电压采样模块和输出电流采样模块分别获得的输出电压和输出电流，控制同步升降压变换模块输出相应的电压和电流值，满足便携设备的供电需求。
本实用新型提供的一种同步升降压装置，采用了纯数字的平台，其***器件很少、占板面积少、简化了设计制造工艺流程；而且数字平台的自动诊断、调节的能力，使调试和维护工作变得轻松，可扩展性与重复性良好，同时，还采用了智能升压和降压切换技术，实现了升压和降压无缝切换，而且还采用了PID算法控制输出电压和电流，动态响应特性好。
本实用新型提供的同步升降压装置可广泛应用于要求高效率、电压变化范围宽、大电流输出的升降压型DC/DC电源和电池充电管理领域，为该应用领域提供一种可靠性高，低成本的解决方案。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的同步升降压装置的结构框图。
图2为本实用新型实施例提供的同步升降压装置的原理图。
图3为本实用新型实施例提供的同步升降压装置的一个应用实施例的电路图。
图4为本实用新型实施例提供的同步升降压的方法流程图。
具体实施方式
本实用新型提供一种同步升降压装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，本实用新型提供的同步升降压装置包括MCU微控制器110（Micro Control Unit，微控制单元）、输入电压采样模块120、输出电压采样模块130、输出电流采样模块140和同步升降压变换模块150。
所述MCU微控制器110分别与输入电压采样模块120、输出电压采样模块130、输出电流采样模块140和同步升降压变换模块150连接；所述输入电压采样模块120连接所述同步升降压装置的输入端口VIN，用于实用对输入电压进行采样反馈给MCU微控制器110。
输出电压采样模块130连接所述同步升降压装置的输出端口VOUT，用于实时对输出电压进行采样；所述同步升降压变换模块150分别与所述输入端口VIN、输出端口VOUT和输出电流采样模块140连接。
所述输出电流采样模块140用于实时对输出电流进行采样，并反馈给MCU微控制器，同步升降压变换模块150用于根据输入电压值进行升压和降压的变换。
所述MCU微控制器110用于输出4组互补的PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）信号，根据输入电压值控制同步升降压变换模块150启动升压或者降压或者先升压后降压，并根据输出电压采样模块130和输出电流采样模块140得到的输出电压和输出电流，运行PID算法控制所述同步升降压装置的输出电压和输出电流。
由于MCU微控制器110输出的PWM信号比较弱，本实用新型采用了驱动模块160对MCU微控制器110输出的PWM信号进行放大，从而驱动同步升降压变换模块150工作。所述驱动模块160串联在MCU微控制器110与同步升降压变换模块150之间。
请一并参阅图2，所述的同步升降压变换模块150是由第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4连接构成的全桥同步变换电路。这四个MOS管在电路中主要起开关作用，而且由MOS管组成的全桥同步变换电路，其导通的压降小，其升降压的反应速度快，而且降低了电路的损耗。
所述的同步升降压变换模块150包括同步降压模块151和同步升压模块152，所述同步降压模块151由第一MOS管Q1和第三MOS管Q3构成，同步升压模块152由第二MOS管Q2和第四MOS管Q4。
其中，所述第一MOS管Q1和第三MOS管Q3采用P沟通MOS管，第二MOS管Q2和第四MOS管Q4采用N沟道MOS管。
请继续参阅图2，所述的驱动模块160还包括第一驱动模块161和第二驱动模块162；所述第一驱动模块161的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器110的第一输出端和第二输出端，第一驱动模块161的第一输出端连接第一MOS管Q1的栅极，第二输出端连接第三MOS管Q3的栅极，所述第一MOS管Q1的源极连接所述输入端口VIN，漏极连接第三MOS管Q3的漏极，第三MOS管的源极连接输出电流采样模块140；该第一驱动模块161用于将MCU微控制器110输出的PWM信号进行放大，驱动第一MOS管Q1和第三MOS管Q3，控制这两个MOS管的通断。
所述第二驱动模块162的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器110的第三输出端和第四输出端，所述第二驱动模块162的第一输出端连接所述第二MOS管Q2的栅极，第二输出端连接所述第四MOS管Q4的栅极，所述第二MOS管Q2的源极连接所述输出端口VOUT，漏极连接第四MOS管Q4的漏极，第四MOS管Q4的源极连接输出电流采样模块140；该第二驱动模块162用于将MCU微控制器110输出的PWM信号进行放大，驱动第二MOS管Q2和第四MOS管Q4，从而控制MOS管Q2和Q4的通断。
为了防止MOS管烧坏，所以上述四个MOS管不能同时导通，本实施例中，所述的同步升降压变换模块150还包括第一二极管D1和第二二极管D2；所述第一二极管D1的阳极连接第二MOS管Q2的漏极，第一二极管D1的阴极连接第二MOS管Q2的源极；所述第二二极管D2的阳极连接第三MOS管Q3的漏极，第二二极管D2的阴极连接第三MOS管Q3的源极。
本实施例中，所述第一二极管D1和第二二极管D2主要起分流和续流作用。防止第一MOS管Q1与第三MOS管Q3，以及第二MOS管Q2与第四MOS管Q4同时导通，从而实现升降压无缝切换。
其中，所述同步升降压变换模块中还设置有一电感L1，该电感L1主要起蓄能作用，所述电感L1的一端分别与第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的漏极连接，电感L1的另一端分别与第二MOS管Q2的漏极和第四MOS管Q4的漏极连接。
当同步升降压装置检测需要降压时，MCU微控制器控制第一MOS管Q1导通、第三MOS管关断，电流经过电感L1、负载到地给电感L1充电，然后MCU微控制器控制第一MOS管Q1关断、第三MOS管导通，由电感L1放电，电流经过负载到地，再流到第三MOS管Q3。
当同步升降压装置检测需要升压时，MCU微控制器控制第一MOS管Q1导通、第三MOS管关断，电流经过电感L1、第四MOS管Q4、负载到地给电感L1充电，然后由电压L1放电，关闭第四MOS管，并使第二MOS管导通给负载供电。
本实用新型提供的一种同步升降压装置，通过输入电压采样模块获得的输入电压启动同步升降压变换模块是升压还是降压，或者是先升压后降压，通过同步升降压变换模块根据MCU微控制器输出的PWM信号实现了升压和降压同步变换，其反应速度快，并根据输出电压采样模块和输出电流采样模块分别获得的输出电压和输出电流，控制同步升降压变换模块输出相应的电压和电流，满足便携设备的供电需求。
请参阅图3，其为本实用新型实施例提供的同步升降压装置的一个应用实施例的电路图。如图所示，所述的MCU微控制器采用型号为AT90PWM3的集成芯片U4或者其它具有该功能的芯片。该MCU微控制器的PWM1信号输出引脚和PWM2信号输出引脚分别连接第一驱动模块，PWM3信号输出引脚和PWM4信号输出引脚分别连接第二驱动模块。
所述第一驱动模块和第二驱动模块由至少两个三极管连接构成的放大电路，能将PWM信号放到足够大，从而能使MOS管Q27、Q28、Q33和Q34快速导通和截止。
因本实施例采用的输出电流采样模块、输入电压采样模块和输出电压采样模块均为现有技术，此处不再一一赘述。
基本上述的同步升降压装置，本实用新型实施例还对应提供一种采用该同步升降压装置实现同步升降压的方法，请参阅图4，所述的方法包括以下步骤：
在步骤S101中：由MCU微控制器输出4组互补的PWM信号发送给同步升降压变换模块；
在步骤S102中：由驱动模块对所述MCU微控制器输出的PWM信号进行驱动能力的放大；
在步骤S103中：由输入电压采样模块、输出电压采样模块和输出电流采样模块分别实时获取输入电压、输出电压和输出电流，并反馈给MCU微控制器；
在步骤S104中：由所述MCU微控制器根据所述输入电压采样模块获取的输入电压，启动同步升降压变换模块升压或者降压或者先升压后降压；同时，由所述MCU微控制器根据所述输出电压采样模块和输出电流采样模块获取的输出电压和输出电流值控制同步升降压变换模块输出相应的电压和电流。
其中，所述同步升降压变换模块由同步升压变换模块和同步降压变换模块串联构成，在步骤S101中：由MCU微控制器输出第一组和第二组PWM信号发送给同步降压模块，由MCU微控制器输出第三组和第四组PWM信号发送给同步升压模块。
其中，所述MCU控制模块根据输出电压采样模块和输出电流采样模块获得的输出电压和输出电流值，采用PID算法计算得出同步升降压装置的输出电压和电流，并控制同步变换装置相应输出相应的电压和电流。
综上所述，本实用新型提供的一种同步升降压装置，通过输入电压采样模块获得的输入电压启动同步升降压变换模块是升压还是降压，或者是先升压后降压，只需通过同步升降压变换模块根据MCU微控制器输出的PWM信号实现了升压和降压同步变换，其反应速度快，同时通过输出电压采样模块和输出电流采样模块分别获得的输出电压和输出电流，控制同步升降压变换模块输出相应的电压和电流值，满足便携设备的供电需求。
本实用新型提供的一种同步升降压装置，其升降压过程完全由MCU微控制器发出同步PWM信号来进行控制，采用了纯数字的平台，其***器件很少（数字电源的快速响应能力还可以降低对输出滤波电容的要求），占板面积少，简化了设计制造流程；而且数字平台的自动诊断、调节的能力，使调试和维护工作变得轻松，可扩展性与重复性良好，同时，还采用了智能升压和降压切换技术，实现了升压和降压无缝切换，而且还采用了PID算法控制输出电压和电流，动态响应特性好。
本实用新型提供的同步升降压装置可广泛应用于要求高效率（98％以上），电压变化范围宽（0－60V），大电流输出（0－40A）的升降压型DC/DC电源和电池充电领域，为该应用领域提供一种可靠性高，低成本的解决方案。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种同步升降压装置，其包括用于输出PWM信号的MCU微控制器；其特征在于，还包括：
用于实时对输入电压进行采样的输入电压采样模块；
用于实时对输出电压进行采样的输出电压采样模块；
用于实时对输出电流进行采样的输出电流采样模块；
用于根据输入电压值进行升压和降压变换的同步升降压变换模块；
所述MCU微控制器还用于根据输出电压采样模块和输出电流采样模块得到的输出电压和输出电流，控制所述同步升降压变换模块的输出电压和输出电流；
所述MCU微控制器分别与输入电压采样模块、输出电压采样模块、输出电流采样模块和同步升降压变换模块连接；所述输入电压采样模块连接所述同步升降压装置的输入端口，输出电压采样模块连接所述同步升降压装置输出端口；所述同步升降压变换模块分别与所述输入端口、输出端口和输出电流采样模块连接。
2.根据权利要求1所述的同步升降压装置，其特征在于，还包括用于对所述PWM信号进行放大的驱动模块，所述驱动模块串联在MCU微控制器与同步升降压变换模块之间。
3.根据权利要求2所述的同步升降压装置，其特征在于，所述同步升降压变换模块是由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管连接构成的全桥同步变换电路；其中：第一MOS管和第三MOS管构成同步降压模块，第二MOS管和第四MOS管构成同步升压模块。
4.根据权利要求3所述的同步升降压装置，其特征在于，所述驱动模块包括第一驱动模块和第二驱动模块；所述第一驱动模块的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器的第一输出端和第二输出端，第一驱动模块的第一输出端连接第一MOS管的栅极，第二输出端连接第三MOS管的栅极；所述第二驱动模块的第一输入端和第二输入端连接MCU微控制器的第三输出端和第四输出端，所述第二驱动模块的第一输出端连接所述第二MOS管的栅极，第二输出端连接所述第四MOS管的栅极。
5.根据权利要求4所述的同步升降压装置，其特征在于，所述的同步升降压变换模块包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的阳极连接第二MOS管的漏极，第一二极管的阴极连接第二MOS管的源极；所述第二二极管的阳极连接第三MOS管的漏极，第二二极管的阴极连接第三MOS管的源极。
6.根据权利要求4所述的同步升降压装置，其特征在于，所述同步升降压变换模块包括电感，所述电感的一端分别与第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极连接，电感的另一端分别与第二MOS管的漏极和第四MOS管的漏极连接。
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