CN203406783U - 一种降压电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

一种降压电路及开关电源，包括供电输入端，参考电压提供模块，用于比较降压电路的输出电压与参考电压的比较器，受控的第一开关、第二开关和第三开关，可控制降压电路的工作频率的RC电路和可存储电能并提供降压电路的输出电压的LC谐振电路。该降压电路降低了成本并易于实现，同时可以根据需要调整降压电路的工作频率和输出电压的范围。

Description

一种降压电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种用于开关电源的降压电路，特别涉及一种用于在汽车电子设备中使用的开关电源的降压电路及其开关电源。

背景技术

在汽车电子设备中，仪表的防水等级越来越高。仪表内部的电路板既要满足发热量不能太大，也要满足对整车的仪表功耗尽可能低的要求。为了提高电源效率并同时降低功耗，仪表通常采用开关电源电路。

目前大部分开关电源电路采用复杂的集成电源芯片或复杂的起振和稳压电路实现。其中，对于直流开关电源，多采用集成芯片或复杂的模拟电路方案。集成芯片方案成本很高，而复杂的模拟电路存在可靠性低的问题。此外，两种方案由于设计的局限，在满负载工作时的工作频率一般是不可调的，同时电源的输入和输出也不可调，即使可调其调整过程也非常复杂。

因此，需要一种成本低廉、实现简单并且可根据情况调整频率和电源输入输出范围的开关电路的降压电路。

发明内容

本实用新型旨在提出一种解决上述问题的开关电源的降压电路。

该降压电路包括：供电输入端；参考电压提供模块，用于提供参考电压；比较器，用于比较降压电路的输出电压与参考电压；第一开关，其控制端接收比较器的输出，其输入端连接供电输入端；第二开关，其控制端连接第一开关的输出端，其输入端连接供电输入端，其输出端连接RC电路；第三开关，其控制端通过RC电路连接第二开关的输出端，其输入端连接供电输入端，其输出端连接LC谐振电路；其中，降压电路的输出电压由LC谐振电路提供。

进一步，该降压电路的第一开关为PNP管，其控制端、输入端和输出端分别为该PNP管的基极，发射极和集电极。优选地，该第一开关的输出端还分别通过第一电阻器接地以及通过第二电阻器与第二开关的控制端连接。

更进一步，该降压电路的第二开关为PNP管，其控制端、输入端和输出端分别为该PNP管的基极，发射极和集电极。优选地，该第二开关的输入端通过第三电阻器连接供电输入端。

更进一步，该降压电路的第三开关为NPN管，其控制端、输入端和输出端分别为该NPN管的基极，集电极和发射极。

更进一步，该降压电路的RC电路包括第二电容器和第四电阻器，其中第二电容器的一端与第四电阻器的一端均连接第二开关的输出端，第二电容器的另一端接地，第四电阻器的另一端连接第三开关的控制端。

更进一步，该降压电路的LC谐振电路包括电感器、第一电容器和第一二极管，其中电感器的一端和第一二极管的阴极均连接第三开关的输出端，电感器的另一端通过串联第一电容器接地，第一二极管的阳极接地。优选地，该LC谐振电路还包括第五电阻器、第六电阻器，其中电感器与第五电阻器串联后，与由第一电容器与第六电阻器构成的串联电路串联。

更进一步，该降压电路的参考电压提供模块为稳压二极管，其阳极接地，其阴极连接比较器的正相输入端。

另外，本实用新型还提供一种包括上述降压电路的开关电源。

该降压电路除了包含所必须的元件外，仅采用比较器作为电源反馈电路，以简单的受控开关来控制电流流动。同时电阻器和电容器构成的简单RC电路可控制降压电路的工作频率，电感器、电容器构成的LC谐振电路可存储电能并提供降压电路的输出电压，最常见的稳压器件可控制降压电路的输出电压。因此，本实用新型的降压电路设计以最大程度减少了元器件，降低了成本且易于实现，同时可以根据需要来调整降压电路的工作频率和输出电压范围。

附图说明

现在仅通过示例的方式参考附图给出说明，其中：

图1是根据本实用新型的开关电源的降压电路的示例性电路图。

具体实施方式

图1示出本实用新型的示例性开关电源的降压电路的电路图。该降压电路主要包括直流供电输入端U12，比较器U1A，参考电压提供模块、第一、第二和第三开关，用于控制降压电路工作频率的RC电路和用于储能以提供输出电压的LC谐振电路。其中，参考电压提供模块由稳压二极管D1实现。第一、第二和第三开关分别由PNP管Q1、PNP管Q2和NPN管Q3实现。LC谐振电路中的电容器C2两端的电压作为该降压电路的电压输出端V_OUT的输出电压。

首先参考图1说明降压电路的结构。

比较器U1A的同相输入端（+）分别通过电阻器R1连接到直流供电输入端U12和通过稳压二极管D1反向接地，稳压二极管D1提供施加到比较器U1A的同相输入端的参考电压。比较器U1A的反相输入端（-）经电阻器R2与降压电路的电压输出端V_OUT连接，即降压电路的电压输出端V_OUT经电阻器R2构成连接到比较器U1A的反相输入端的反馈回路。比较器U1A的输出端COMP OUT分别连接PNP管Q1的基极和通过电阻器R3连接直流供电输入端U1A，即电阻器R1和R3串联构成比较器U1A的输出端COMP OUT到同相输入端的反馈回路。

PNP管Q1的发射极连接直流供电输入端U12，Q1的集电极分别通过电阻器R4接地以及通过电阻器R5连接PNP管Q2的基极。PNP管Q2的发射极通过电阻器R6连接直流供电输入端U12，Q2的集电极分别通过电容器C1接地和通过电阻器R7连接NPN管Q3的基极。电容器C1和电阻器R7构成了降压电路中的RC电路。NPN管Q3的集电极与直流供电输入端U12连接，Q3的发射极分别通过二极管D2反向接地以及连接电感器L1的一端。

电感器L1的另一端与电阻器R8的一端连接，电阻器R8与电容器C2和电容器R9构成的串联电路串联且经过电阻器R2反馈接入比较器U1A的反相输入端，电容器C2的另一端接地。电容器C2和电容器R9构成的串联电路两端的电压即该降压电路的输出电压V_输出。其中，电感器L1、电阻器R8和R9、电容器C2以及二极管D2构成了LC谐振电路。电阻器R10接于电压输出端V_OUT和地之间，作为输出负载。

现在将描述该降压电路的工作原理。

首先，当直流供电输入端U12（输入电压为V_输入，V_输入>V_输出）上电时，稳压二极管D1处于反向击穿的稳定状态。比较器U1A的同相输入端的电压等于稳压二极管D1的稳定电压（即参考电压），比较器U1A的反相输入端的电压等于降压电路的输出电压V_输出，此时V_输出为0V。由于比较器的同相输入端的电压高于反相输入端的电压，所以比较器U1A的输出端COMP OUT输出高电平（等于直流供电输入端U12的输入电压V_输入，V_输入为正），该高电平被馈送入PNP管Q1的基极。PNP管Q1发射极的电压也等于输入电压V_输入；PNP管Q1的集电极通过电阻器R4接地，则集电极电压为0V，则PNP管Q1关断。

此时，PNP管Q2的基极通过电阻器R5和R4串联接地，则Q2的基极电压为0V。PNP管Q2的发射极通过电阻器R6连接直流供电输入端U12，由于发射极-基极电压高于其导通电压，PNP管Q2导通。电流通过直流供电输入端U12经过电阻器R6向电容器C1充电，C1两端的电压逐渐升高。

随着电容器C1不断充电，当NPN管Q3的基极-发射极电压高于其导通电压时，Q3导通。电流通过直流供电输入端U12经过电感器L1、电阻器R8、R9向电容器C2充电，C2两端的电压不断升高。

当电容器C2两端的电压升高使得降压电路的电压输出端V_OUT的输出电压V_输出高于稳压二极管D1的稳压电压时，即比较器U1A的反相输入端的电压高于同相输入端的参考电压，则比较器U1A的输出端COMPOUT的输出切换成低电平（为0V），此时PNP管Q1的基极电压为0V，Q1的发射极-基极电压大于其导通电压，PNP管Q1由关断切换为导通。

此时，原本导通的PNP管Q2的基极电压由于PNP管Q1的导通而上升，使得PNP管Q2的发射极-基极电压低于其导通电压，导致PNP管Q2由导通切换为关断。电容器C1开始放电，其两端电压逐渐降低，NPN管Q3的基极电压也逐渐降低。当NPN管Q3的基极-发射极电压低于其导通电压时，Q3由导通切换为关断。

在NPN管Q3关断后，由电感器L1、电阻器R8、R9和电容器C2构成的LC谐振电路开始放电，保持对降压电路的电压输出端V_OUT提供输出电压，此时二极管D2起续流的作用。电容器C2放电导致其两端的电压降低，当C2两端的电压降低到使得降压电路的输出电压V_输出再次低于稳压二极管D1的稳压电压时，即比较器U1A的反相输入端再次低于同相输入端的电压，则此时比较器U1A的输出端COMP OUT的输出电压再次切换成高电平。

由此，通过比较由反馈回路馈送的降压电路的输出电压与稳压二极管D1的稳压电压，使比较器U1A的输出端COMP OUT的输出在高电平和低电平之间重复循环切换，进而使Q1、Q2和Q3分别在导通和关断之间重复循环切换。NPN管Q3的导通和关断使LC谐振电路在充电和放电状态之间重复循环切换，以使降压电路的电压输出端V_OUT的输出电压V_输出保持为稳压二极管D1的稳定电压，因此稳压二极管D1的稳压电压决定了该降压电路的输出电压。

在上述重复循环过程中，NPN管Q3的发射极电压始终等于降压电路的输出电压V_输出，因此RC电路中电容器C1的充放电速度决定了NPN管Q3的基极电压与发射极电压的差达到基极-发射极导通电压或关断电压的速度，即RC电路的工作频率决定了NPN管Q3的导通与关断状态的切换频率，进而决定了LC谐振电路的充放电状态的切换频率。LC谐振电路的充放电状态的切换导致通过比较降压电路的输出电压V_输出与稳压二极管D1的稳压电压之间的大小关系，以使比较器U1A的输出在高电平和低电平切换。由此可知，RC电路决定了该降压电路的工作频率。

这样，通过改变稳压二极管D1的稳压电压，可以调节该开关电源的降压电路的输出电压V_输出。而通过调节RC电路中的电容器C1与电阻器R7的参数，可以调整降压电路的工作频率。

在实际中，根据需要，参考电压提供模块也可以采用稳压电路，稳压芯片等替代。第一、第二和第三开关也可以全部或部分采用场效应管、比较器，甚至采用适用于高电压和大电流的晶闸管作为开关元件。

应当理解，上述示例仅是说明性的且不用于限制本申请的范围。在不脱离本申请的精神的情况下对本文所描述的实施例的形式和细节上作出的各种删减、替代和改变对于本领域技术人员是显而易见的。此外，本申请的公开应当被理解为包括此处明确或隐含公开的任意特征或特征组合或其任意概括。

Claims (11)

1.一种降压电路，其特征在于所述降压电路包括： 

供电输入端； 

参考电压提供模块，用于提供参考电压； 

比较器，用于比较所述降压电路的输出电压与所述参考电压； 

第一开关，所述第一开关的控制端接收所述比较器的输出，所述第一开关的输入端连接所述供电输入端； 

第二开关，所述第二开关的控制端连接所述第一开关的输出端，所述第二开关的输入端连接所述供电输入端，所述第二开关的输出端连接RC电路； 

第三开关，所述第三开关的控制端通过所述RC电路连接所述第二开关的输出端，所述第三开关的输入端连接所述供电输入端，所述第三开关的输出端连接LC谐振电路； 

其中，所述降压电路的输出电压由LC谐振电路提供。 

2.如权利要求1所述的降压电路，其中所述第一开关为PNP管，所述第一开关的控制端、输入端和输出端分别为所述PNP管的基极，发射极和集电极。 

3.如权利要求2所述的降压电路，其中所述第一开关的输出端还分别通过第一电阻器接地以及通过第二电阻器与所述第二开关的控制端连接。 

4.如权利要求1所述的降压电路，其中所述第二开关为PNP管，所述第二开关的控制端、输入端和输出端分别为所述PNP管的基极，发射极和集电极。 

5.如权利要求4所述的降压电路，其中所述第二开关的输入端通过第三电阻器连接所述供电输入端。 

6.如权利要求1所述的降压电路，其中所述第三开关为NPN管，所述第三开关的控制端、输入端和输出端分别为所述NPN管的基极，集电极和发射极。 

7.如权利要求1所述的降压电路，其中所述RC电路包括第二电容器和第四电阻器，所述第二电容器的一端与所述第四电阻器的一端均连接所述第二开关的输出端，所述第二电容器的另一端接地，所述第四电阻器的另一端连接所述第三开关的控制端。 

8.如权利要求1所述的降压电路，其中所述LC谐振电路包括电感器、第一电容器和第一二极管，所述电感器的一端和所述第一二极管的阴极均连接所述第三开关的输出端，所述电感器的另一端通过串联所述第一电容器接地，所述第一二极管的阳极接地。 

9.如权利要求8所述的降压电路，其中所述LC谐振电路还包括第五电阻器、第六电阻器，所述电感器与所述第五电阻器串联后，与由所述第一电容器与所述第六电阻器构成的串联电路串联。 

10.如权利要求1所述的降压电路，其中所述参考电压提供模块为稳压二极管，所述稳压二极管的阳极接地，其阴极连接所述比较器的正相输入端。 

11.一种开关电源，包括如权利要求1至10中任一项所述的降压电路。 

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