CN202085072U - 开关型直流稳压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关型直流稳压电路。本实用新型针对现有技术电路结构复杂，成本高的缺点，公开了一种开关型直流稳压电源，其技术方案，包括第一开关、第二开关和电压比较器，所述第一开关和第二开关串联在输入电压两端，所述第一开关和第二开关的连接点为输出端；所述电压比较器的两个输入端一个连接基准电压，一个连接输出端，所述电压比较器输出端与所述第一开关和第二开关的控制端连接；当输出端电压高于或低于基准电压时，所述电压比较器能够输出两种状态，分别对应所述第一开关和第二开关的导通和关断，所述第一开关导通时，所述第二开关关断，所述第二开关导通时，所述第一开关关断。本实用新型极大的简化了电路结构、降低了成本。

Description

开关型直流稳压电源

技术领域

本实用新型涉及DC-DC(直流-直流)变换器，特别涉及一种开关型直流稳压电路。

背景技术

DC-DC变换器，也称为功率变换器、开关电源、直流稳压电源等，已经从传统的模拟电路发展到今天的数字电路。现有技术的直流稳压电源，其稳压方式包括脉冲宽度调制模式，英文缩写为PWM(Pulse width Modulation)，脉冲跨周期调制模式，英文缩写为PSM(PulseSkip Modulation)等控制方式。其基本控制原理是：采样电路对输出电压进行采样，并将其与基准电压进行比较，根据输出电压的变化情况，调整开关管驱动脉冲，从而使输出电压稳定在设定值。图1是现有技术PWM控制模式的电路结构图。采样电路检测到输出电压Vo变化时，把检测到的信号放大整形后送到PWM控制器，PWM控制器对此信号进行处理，调整开关管T1栅极的驱动脉冲，从而控制开关管T1的导通和截至时间，达到调整输出电压Vo的目的。图1中，电感L1和电容C1组成滤波电路，二极管D1起保护作用，电阻R为负载，Vin为输入电压。上述控制方式电路设计复杂，器件多，成本高，其中PWM控制器至少包括脉冲发生器、波形控制电路等，需要专门的驱动芯片，反馈电路控制也不方便设计，难度很高。PSM控制方式电路结构更为复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是针对现有技术的直流稳压电源电路结构复杂，成本高的缺点，提供一种开关型直流稳压电源，简化电路结构，降低成本。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，开关型直流稳压电源，包括第一开关、第二开关和电压比较器，所述第一开关和第二开关串联在输入电压两端，所述第一开关和第二开关的连接点为输出端；所述电压比较器的两个输入端一个连接基准电压，一个连接输出端，所述电压比较器输出端与所述第一开关和第二开关的控制端连接；当输出端电压高于或低于基准电压时，所述电压比较器能够输出两种状态，分别对应所述第一开关和第二开关的导通和关断；所述第一开关导通时，所述第二开关关断，所述第二开关导通时，所述第一开关关断。

具体的，所述基准电压由串联在输入电压两端的第一电阻和第二电阻分压得到。

进一步的，所述第一开关连接输入电压高端，所述第二开关连接输入电压低端；当输出端电压高于基准电压时，所述第二开关导通；当输出端电压低于基准电压时，所述第一开关导通，所述输入电压低端为输入电压和输出电压的公共端。

具体的，所述第一开关和第二开关为晶体管。

更具体的，所述晶体管为场效应晶体管，所述控制端为场效应晶体管的栅极；或者，所述晶体管为双极型晶体管，所述控制端为双极型晶体管的基极；或者，所述晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述控制端为绝缘栅双极型晶体管的栅极。

优选的，所述第一开关为P沟道场效应晶体管，所述第二开关为N沟道场效应晶体管；所述P沟道场效应晶体管漏极接输入电压高端，源极接N沟道场效应晶体管漏极并作为输出端；所述N沟道场效应晶体管源极接输入电压低端。

更进一步的，所述第一开关连接输入电压低端，所述第二开关连接输入电压高端；当输出端电压高于基准电压时，所述电压比较器输出高电平，所述第一开关导通；当输出端电压低于基准电压时，所述电压比较器输出低电平，所述第二开关导通，所述输入电压高端为输入电压和输出电压的公共端。

具体的，所述第一开关和第二开关为晶体管。

更具体的，所述晶体管为场效应晶体管，所述控制端为场效应晶体管的栅极；或者，所述晶体管为双极型晶体管，所述控制端为双极型晶体管的基极；或者，所述晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述控制端为绝缘栅双极型晶体管的栅极。

优选的，所述第一开关为N沟道场效应晶体管，所述第二开关为P沟道场效应晶体管；所述N沟道场效应晶体管源极接输入电压低端，漏极接P沟道场效应晶体管源极并作为输出端；所述P沟道场效应晶体管漏极接输入电压高端。

本实用新型的有益效果是，极大的简化了电路结构，减少了元器件数量，反馈电路控制设计非常简单，不需要专门的驱动控制芯片，电路成本大大降低。

附图说明

图1是现有技术的直流稳压电源电路结构示意图；

图2是实施例1的电路结构示意图；

图3是实施例2的电路结构示意图；

图4是实施例3的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。

本实用新型的开关型直流稳压电源，包括第一开关、第二开关和电压比较器。第一开关和第二开关串联在输入电压两端，第一开关和第二开关的连接点为本实用新型开关型直流稳压电路输出端。电压比较器的两个输入端一个连接基准电压，一个连接输出端，电压比较器输出端与第一开关和第二开关的控制端连接。当输出端电压高于或低于基准电压时，电压比较器能够输出两种状态，分别对应第一开关和第二开关的导通和关断，并且当第一开关导通时，第二开关关断；反之，当第二开关导通时，第一开关关断。

如果第一开关接输入电压高端，第二开关接输入电压低端，当第一开关导通时，输出端电压被抬高，第二开关导通时，输出端电压被拉低。本实用新型正是根据输出端电压的变化，分别驱动第一开关和第二开关的导通，使输出端电压向相反方向变化，从而在输出端得到稳定的电压，该电压等于基准电压。根据上述工作原理，无论输入电压为正电压或负电压，基准电压(输出端电压)的绝对值都不会大于输入电压的绝对值。

根据电压比较器的两个输入端(正相输入端和负相输入端)与基准电压和输出端电压的不同连接关系，比较器输出的两种状态与输出端电压和基准电压的高低关系可以有不同对应关系。如果电压比较器的正相输入端接输出端电压，负相输入端接基准电压，当输出端电压高于基准电压时，电压比较器输出高电平，反之则输出低电平；如果电压比较器的负相输入端接输出端电压，正相输入端接基准电压，当输出端电压高于基准电压时，电压比较器输出低电平，反之则输出高电平。结合第一开关和第二开关不同驱动方式(低电平导通或高电平导通)，本实用新型的电路可以有多种组合方式。

实施例1

参见图2，本例开关型直流稳压电源，包括串联在输入电压Vin两端的第一电阻R1和第二电阻R2，串联在输入电压两端的第一开关P沟道场效应晶体管Q1和第二开关N沟道场效应晶体管Q2，以及电压比较器U1。图2中，P沟道场效应晶体管Q1漏极接输入电压Vin高端，源极接N沟道场效应晶体管Q2漏极，该连接点为本例电路的输出端。N沟道场效应晶体管Q2源极接输入电压Vin低端。本例输入电压Vin为正电压，输入电压Vin低端为本例电路的公共端，即输入电压和输出电压的公共端(接地端G)。本例基准电压Vt由第一电阻R1和第二电阻R2对输入电压Vin分压得到，即图2中第一电阻R1和第二电阻R2的连接点电压。图2中电压比较器U1的两个输入端一个连接基准电压Vt，一个连接输出端电压Vo，电压比较器U1的输出端与P沟道场效应晶体管Q1和N沟道场效应晶体管Q2的控制端栅极连接。本例电路的稳压动态过程是：当输出端电压Vo高于基准电压Vt时，电压比较器U1输出高电平，N沟道场效应晶体管Q2导通，P沟道场效应晶体管Q1关断，输出电压Vo被拉低；当输出端电压Vo低于基准电压Vt时，电压比较器U1输出低电平，P沟道场效应晶体管Q1导通，N沟道场效应晶体管Q2关断，输出电压Vo被抬高。上述过程使输出电压Vo稳定在设定值(Vt)，显然，Vo＜Vin。图2中电感L1和电容C1组成滤波电路，电阻R为负载电阻，电感L1也可以省略。

实施例2

如图3所示，本例电路中，PNP型双极型晶体管Q1为第一开关，NPN型双极型晶体管Q2为第二开关，本例电路的其他结构与实施例1相同，其工作原理可以参见上述描述，此处不再重复。

实施例3

本例电路输入电压为负电压-Vin，输入电压高端为输入电压和输出电压的公共端(接地端G)，电路结构如图4所示。本例中，用于输入电压极性与上述实施例相反，图4中第一开关Q1采用N沟道场效应晶体管，第二开关Q2采用P沟道场效应晶体管。N沟道场效应晶体管Q1源极接输入电压-Vin低端，漏极接P沟道场效应晶体管Q2源极并作为本例电路的电压输出端Vo，P沟道场效应晶体管漏极接输入电压-Vin高端(接地端G)，本例电路其他连接关系参见实施例1。

本例电路的工作原理是：当输出端电压Vo高于基准电压Vt时(即|Vo|＜|Vt|，其中|Vo|、|Vt|分别代表Vo和Vt的绝对值，下同)，电压比较器U1输出高电平，第一开关Q1导通，第二开关Q2关断，输出电压Vo被拉低(即|Vo|增大)；当输出端电压Vo低于基准电压Vt时(即|Vo|＞|Vt|)，电压比较器U1输出低电平，第二开关Q2导通，第一开关Q1关断，输出电压Vo被抬高(即|Vo|减小)。

上述实施例并不能穷尽本实用新型的电路结构，第一开关和第二开关，除了可以采用上述P沟道场效应晶体管、N沟道场效应晶体管、PNP双极型晶体管和NPN双极型晶体管外，也可以采用其他类型的场效应晶体管，如横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOSFET)等，以及耐高压、大电流的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。上述实施例更不应理解为对本实用新型的限定，本领域技术人员根据本实用新型的描述，所作的常规替换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.开关型直流稳压电源，包括第一开关、第二开关和电压比较器，所述第一开关和第二开关串联在输入电压两端，所述第一开关和第二开关的连接点为输出端；所述电压比较器的两个输入端一个连接基准电压，一个连接输出端，所述电压比较器输出端与所述第一开关和第二开关的控制端连接；当输出端电压高于或低于基准电压时，所述电压比较器能够输出两种状态，分别对应所述第一开关和第二开关的导通和关断；所述第一开关导通时，所述第二开关关断，所述第二开关导通时，所述第一开关关断。

2.根据权利要求1所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述基准电压由串联在输入电压两端的第一电阻和第二电阻分压得到。

3.根据权利要求1或2所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关连接输入电压高端，所述第二开关连接输入电压低端；当输出端电压高于基准电压时，所述第二开关导通；当输出端电压低于基准电压时，所述第一开关导通；所述输入电压低端为输入电压和输出电压的公共端。

4.根据权利要求3所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关和第二开关为晶体管。

5.根据权利要求4所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述晶体管为场效应晶体管，所述控制端为场效应晶体管的栅极；或者，所述晶体管为双极型晶体管，所述控制端为双极型晶体管的基极；或者，所述晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述控制端为绝缘栅双极型晶体管的栅极。

6.根据权利要求5所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关为P沟道场效应晶体管，所述第二开关为N沟道场效应晶体管；所述P沟道场效应晶体管漏极接输入电压高端，源极接N沟道场效应晶体管漏极并作为输出端；所述N沟道场效应晶体管源极接输入电压低端。

7.根据权利要求1或2所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关连接输入电压低端，所述第二开关连接输入电压高端；当输出端电压高于基准电压时，所述电压比较器输出高电平，所述第一开关导通；当输出端电压低于基准电压时，所述电压比较器输出低电平，所述第二开关导通；所述输入电压高端为输入电压和输出电压的公共端。

8.根据权利要求7所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关和第二开关为晶体管。

9.根据权利要求8所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述晶体管为场效应晶体管，所述控制端为场效应晶体管的栅极；或者，所述晶体管为双极型晶体管，所述控制端为双极型晶体管的基极；或者，所述晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述控制端为绝缘栅双极型晶体管的栅极。

10.根据权利要求9所述的开关型直流稳压电源，其特征在于，所述第一开关为N沟道场效应晶体管，所述第二开关为P沟道场效应晶体管；所述N沟道场效应晶体管源极接输入电压低端，漏极接P沟道场效应晶体管源极并作为输出端；所述P沟道场效应晶体管漏极接输入电压高端。

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