專利名稱：一種輸出連續(xù)可調(diào)的變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓變換器電路的改進，尤其涉及一種輸出電壓寬范圍 (線性)連續(xù)可調(diào)的變換器電路。
背景技術(shù)：
在許多現(xiàn)代化設(shè)備的應用場景中都會涉及到在 一定的輸入電壓條 件下，要求輸出電壓寬范圍連續(xù)可調(diào)，尤其在醫(yī)療設(shè)備超聲系統(tǒng)中需要多路發(fā)射脈沖，發(fā)射脈沖由輸出電壓通過FPGA控制MOSFET開關(guān)得到，輸 出電壓受控制電壓控制，在一較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且在其調(diào)節(jié)范圍 內(nèi)，輸出電壓可能高于或j氐于輸入電壓。目前寬輸出電壓的實現(xiàn)方案主要采用BUCK-B00ST變換器，該變換器 既可以實現(xiàn)升壓功能，又可以實現(xiàn)降壓功能。圖l是一種BUCK-B00ST電 路，此變換器中Q1、 Q2同時開通同時關(guān)斷。當輸入電壓高于輸出電壓時， Q1的作用和BUCK開關(guān)一樣，Dl作續(xù)流二極管，Ql、 Q2同時開通時，輸入 電壓加到電感L1兩端，電流上升；Ql、 Q2關(guān)斷時，電感電流換到D1上， D2自動正向?qū)ǎ虰UCK變換器工作模式相同。當輸入電壓低于輸出電 壓時，Q2的作用類似于反激式開關(guān)，同樣Q1、 Q2同時導通和關(guān)斷，當Q1 、 Q2關(guān)斷時，電感電流換到D2上，Dl自動導通。從而可以實現(xiàn)，相同的主 電路，不經(jīng)過工作模式轉(zhuǎn)換，既可以實現(xiàn)升壓功能又可以實現(xiàn)降壓功能， 通過調(diào)整控制電壓，完成寬范圍電壓的輸出。但是，該BUCK-B00ST變換 器具有以下的缺點1 )與BUCK或B00ST變換器相比，BUCK-B00ST能夠?qū)?現(xiàn)更大的輸出電壓范圍，但是它的輸入電流是斷續(xù)的，且脈動很大，這
在超聲供電系統(tǒng)中是不允許的，特別是輸入電流的高頻交流成分會產(chǎn)生 嚴重的電-茲干擾，影響超聲圖像質(zhì)量。雖然可以在輸入端增加低通濾波器緩解，但會帶來電路體積增大，成本增加。2)驅(qū)動電路復雜。電路 中需要有2個開關(guān)管Q1、 Q2， Ql需要采用高邊驅(qū)動，Q2采用低邊驅(qū)動， 通常采用門極驅(qū)動變壓器來實現(xiàn)，增加了驅(qū)動電路的梯級、成本和復雜 性，更重要的是，由于驅(qū)動變壓器需要有復位時間，使得電路的最大占 空比受到限制，同時輸出電壓受到限制。另外還有一種比較常見的方法為降低輸入電壓，直接使用B00ST電 路來實現(xiàn)，但在程控電壓變換范圍較大，最低輸出電壓較低的場合將因 占空比過大，輸入電流過大等難以實際實施。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，設(shè)計一種電壓變換器電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn) BUCK-BOOST電if各的功能，即在一定的輸入電壓條件下，通過控制電壓， 實現(xiàn)輸出電壓在低于或高于輸入電壓的較大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，并且電路 簡單可靠，千擾低。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種輸出連續(xù)可調(diào)的變換器，包括一 BOOST變換電路，一PWM控制 器，所述P畫控制器的第 一輸入端連接變換器輸出電壓采樣電路的采樣 端，其第二輸入端為控制端，所述PWM控制器的輸出信號用于控制BOOST 變換電路中開關(guān)管的通斷；所述B00ST變換電路的輸出端串接一用于產(chǎn) 生固定壓差的恒壓電路，并且所述恒壓電路的輸出為所述變換器的輸出 電壓。所述的變換器，其中還包括一控制電壓轉(zhuǎn)換電路，所述控制電壓 轉(zhuǎn)換電路的輸入端接控制電壓，其輸出端與所述PWM控制器的控制端相 連，所述控制電壓轉(zhuǎn)換電路用于使所述變換器的輸出電壓與所述控制電
壓A線娃美殺。所述的變換器，其中所述控制電壓轉(zhuǎn)換電路包括一運算放大器， 一參考電壓源；所述運算放大器同相輸入端分成兩支路，其中一支路經(jīng) 第一電阻連接所述控制電壓.，另一支路經(jīng)第二電阻連接所述參考電壓 源；所述運算放大器反相輸入端和輸出端之間連接一反饋電阻，運算放 大器反相輸入端經(jīng)第三電阻接地；并且所述變換器輸出電壓采樣電路采 用電阻分壓方式。所述的變換器，其中所述恒壓電路包括一穩(wěn)壓二極管、 一調(diào)整管 以及第六電阻，所述第六電阻連接在調(diào)整管的射極與基極之間，所述穩(wěn) 壓管的陽極接調(diào)整管的集電極，其陰極接調(diào)整管的基極；所述調(diào)整管的 射極作為恒壓電路的輸入端，其集電極作為恒壓電路的輸出端。所述的變換器，其中所述恒壓電路包括一調(diào)整管、 一可調(diào)分流基 準源，所述調(diào)整管的射極與基極之間連接第六電阻，可調(diào)分流基準源的 陽極連接調(diào)整管的集電極，其陰極連接調(diào)整管的基極；所述調(diào)整管射極 與集電極之間串接第四和第五電阻，并且可調(diào)分流基準源的參考端與第 四第五電阻的連接點相接。所述的變換器，其中所述PWM控制器采用固定頻率電壓模式控制器。所述的變換器，其中所述PWM控制器采用TL594實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明和現(xiàn)有的BUCK-B00ST電路相比，本發(fā) 明具有以下的優(yōu)點1)由于本發(fā)明的電壓變換器是通過BOOST變換電路 和恒壓電路組合，實現(xiàn)BUCK-B00ST電路的功能，因此輸入電流連續(xù)，降 低了電路的電磁干擾，可以省掉輸入濾波器，降低電路的體積和成本； 2)由于主電路是B00ST變換電路，只需要一個開關(guān)管，可采用低邊驅(qū)動， P麗控制器不需要附加額外的電路可直接驅(qū)動，電路簡單可靠，成本低；3)由子泉用了控制電壓轉(zhuǎn)換電路，通過控制電壓轉(zhuǎn)換電路和PWM控制器， 實現(xiàn)了輸出電壓和控制電壓之間成線性關(guān)系；4)當輸出電壓變化的范圍較大時，通常的BUCK-B0OST變換器環(huán)路的穩(wěn)定性變差，由于本發(fā)明的主電路只存在一種BOOST工作模式，變換器環(huán)路的穩(wěn)定性更加直接簡單，便于電路穩(wěn)定性設(shè)計。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的BUCK-BOOST電路；圖2為本發(fā)明輸出電壓線性連續(xù)可調(diào)變換器電路示意圖；圖3 a為本發(fā)明第一種恒壓電路；圖3b為本發(fā)明第二種恒壓電路；圖4為本發(fā)明所采用的一種控制電壓轉(zhuǎn)換電路；圖5為本發(fā)明輸出電壓線性連續(xù)可調(diào)變換器一種優(yōu)選方案的電原理圖。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明 本發(fā)明的電壓變換器如圖2所示，主要由4部分電路組成，分別為 B00ST變換電路(Boost Converter)、恒壓電路(Fixed Voltage Regulator Circuit)、控制電壓轉(zhuǎn)換電路(Voltage Shift Circuit)和PWM控制器 (PWM ControUer)。 BOOST變換電路實現(xiàn)升壓的功能，恒壓電路用于產(chǎn) 生一固定壓差以補償BOOST電路固有的在最低輸出電壓和輸入電壓間的 偏差，控制電壓轉(zhuǎn)換電路保證控制電壓和輸出電壓成線形關(guān)系，PWM控 制器用來實現(xiàn)反饋和控制功能。本發(fā)明的基本思想是在一定的輸入電壓 條件下，B00ST變換器通過恒壓電路的補償，實現(xiàn)肌CK-BOOST電路的功 能，并在實現(xiàn)該基本功能的基礎(chǔ)上，通過增加的控制電壓轉(zhuǎn)換電路，使 控制電壓和變換器輸出電壓成線性關(guān)系。
如圖2所示，BOOST變換電路與現(xiàn)有技術(shù)相同，DC為輸入電壓，^ 開關(guān)管Q2導通時，電感L1儲存能量，當開關(guān)管Q2截至時，電感L1感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸入電壓上經(jīng)二才及管D2向負載供 電，使輸出電壓大于輸入電壓。恒壓電路串接在BOOST變換電路榆出端， 并且恒壓電路的輸出作為本發(fā)明電壓變換器的輸出端。PWM控制器的一 輸入端作為控制端，用于施加控制電壓，另一輸入端連接變換器輸出電 壓采樣電路的采樣端，輸出電壓采樣電路由電阻Rl、 R2組成，Rl、 R2 的連接點即為采樣端，P聰控制器的輸出用于控制BOOST變換電路中開 關(guān)管Q2的通斷，以便通過控制電壓的變化實現(xiàn)對變換器輸出電壓的調(diào) 控。當控制電壓最低時，BOOST變換電路工作于最小占空比狀態(tài)，BOOST 電路的輸出接近于輸入電壓。通過恒壓電路產(chǎn)生一固定壓差后，變換器 的輸出電壓為低于輸入電壓的預期的最低輸出電壓；相反地，當控制電 壓為最高時，BOOST變換電路工作于最大占空比狀態(tài)，BOOST變換電路 輸出經(jīng)過恒壓電路產(chǎn)生一 固定壓差之后，降低至預期的最高輸出電壓， 從而實現(xiàn)大范圍連續(xù)電壓輸出。由此可見，在控制電壓的作用下，本發(fā) 明的電壓變換器通過BOOST變換電路和恒壓電路的組合，實現(xiàn)了 BUCK-BOOST電路功能。恒壓電路有多種實現(xiàn)方案，本發(fā)明僅列舉2種優(yōu)選實施方案。第一 種優(yōu)選方案如圖3a所示，由一穩(wěn)壓二極管ZD1、 一調(diào)整管Q3以及第六 電阻R3組成，穩(wěn)壓二極管ZD1接在調(diào)整管Q3的基極和集電極之間，電 阻R3接在調(diào)整管Q3的基極和發(fā)射極之間，該恒壓電路的固定壓降為 VZD1+VBE，這種實現(xiàn)方案簡單、成本低，但穩(wěn)壓精度不高。另一種優(yōu)選方 案如圖3b所示，是通過U1實現(xiàn)恒壓電路，Ul為三端可調(diào)分流基準源， 具體可采用TL431。三端可調(diào)分流基準源接在調(diào)整管Q3的基極和集電極 之間，其陽極接Q3的集電極，其陰極接Q3的基極，調(diào)整管Q3的發(fā)射 極和集電極之間串接兩個高精度電阻一一第四電阻R4和第五電阻R5, 三端可調(diào)分流基準源的參者端接在R4和R5的連接點上。該恒壓電路的壓降為(l+R4/R5) VR， Va為TL431的內(nèi)部參考電壓，通過選擇高精度的 電阻R4和R5，可實現(xiàn)較高的穩(wěn)壓精度。由于本發(fā)明變換器的主電路是BOOST變換電路，只需要一個開關(guān)管， 因此可采用低邊驅(qū)動，PWM控制器不需要附加額外的電路，只用一路直 接驅(qū)動即可。BOOST變換電路的控制可以由PWM控制器TL594實現(xiàn)， TL594是固定頻率電壓模式的控制器，可以工作于推挽驅(qū)動模式或單端 驅(qū)動才莫式，兩種驅(qū)動才莫式都可以直接驅(qū)動M0SFET。由于本發(fā)明BOOST變 換電路中的開關(guān)管為MOSFET:其最大占空比可達0. 9，因此選用單端驅(qū) 動模式。采用了以上電路結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的變換器在一定的輸入直流電壓 下，簡單、穩(wěn)定、可靠、高效地實現(xiàn)了較大范圍變化的連續(xù)輸出電壓為保證輸出電壓和控制電壓成線性關(guān)系，本發(fā)明增加了控制電壓轉(zhuǎn) 換電路，其優(yōu)選方案如圖4所示?？刂齐妷恨D(zhuǎn)換電路包括一運算放大器 LM324， 一參考電壓源V,參考電壓源可以獨立設(shè)置產(chǎn)生；運算放大器 LM324的同相輸入端分成兩支路，其中一支路經(jīng)第一電阻R9連接控制電 壓，另一支路經(jīng)第二電阻R8連接參考電壓源，LM324反相輸入端和輸出 端之間連接一反饋電阻R6，并且LM324反相輸入端經(jīng)第三電阻R7接地。 根據(jù)運算放大器的特性，運算放大器LM324的輸出電壓V。p與控制電壓Vc0N，L關(guān)系為<formula>formula see original document page 9</formula>----------------------公式l如圖2所示，運算放大器的輸出電壓V。p送到PWM控制器的誤差放大器 的反相輸入端，變換器輸出電壓V, (5V-80V輸出)，經(jīng)由電阻R1、 R2 構(gòu)成的電壓采樣電路分壓得到的電壓采樣信號送到PWM控制器誤差放大 器的同相輸入端，在PWM控制器正常的占空比控制范圍內(nèi)，根據(jù)放大器 的工作原理，變換器輸出電壓v,和控制電壓轉(zhuǎn)換電路的運算放大器的輸 出電壓V。p關(guān)系為^ -----------------------------------誠2把公式1帶入到公式2中，可以得到輸出電壓V。uT和控制電壓V謹肌的關(guān) 系為,l + ^2)(^"i)(肝 )---------------公式3由公式3可以看出，變換器輸出電壓采樣電路必須采用電阻分壓方 式，并且通過選擇R1、 R2、 R6、 R7、 R8、 R9合適的電阻值和V,就 可以實現(xiàn)控制電壓V咖皿與輸出電壓V, (5V-譜輸出)成線性關(guān)系。由 此可見，本發(fā)明既能實現(xiàn)低于或高于輸入電壓的大范圍連續(xù)電壓輸出， 又能實現(xiàn)輸出電壓和控制電壓成線性關(guān)系。本發(fā)明一種實際應用在彩超電源系統(tǒng)的PHV板的優(yōu)選方案如圖5所 示，包括B00ST變換電路、恒壓電路、電壓采樣電路、輸出LC濾波、PWM 控制器、控制電壓轉(zhuǎn)換電路以及參考電壓源幾部分。其中恒壓電路采用 第一種方案，由一穩(wěn)壓二極管D8、 一調(diào)整管Q11以及電阻R41組成，電路 簡單；B00ST變換電路開關(guān)管Q1柵極接一三極管Q17,用于提高Q1的關(guān)斷 速度；參考電壓源部分是單獨設(shè)置的，為控制電壓轉(zhuǎn)換電路提供參考電 壓；控制電壓轉(zhuǎn)換電路是采用LM324加外圍電路實現(xiàn)的，由于LM324包含 兩組運算放大器，因此其中一運算放大器作為控制電壓轉(zhuǎn)換電路的放大 器，另一運算放大器作為參考電壓源V附的緩沖輸出。應當理解的是，本發(fā)明所述的輸出連續(xù)可調(diào)的變換器，上述針對較 佳實施例的描述過于具體，并不能因此而理解為對本發(fā)明的專利保護范 圍的限制，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及 其構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā)明所 附的杈利妻求的保護范圍
權(quán)利要求
1、一種輸出連續(xù)可調(diào)的變換器，包括一BOOST變換電路，一PWM控制器，所述PWM控制器的第一輸入端連接變換器輸出電壓采樣電路的采樣端，其第二輸入端為控制端，所述PWM控制器的輸出信號用于控制B00ST變換電路中開關(guān)管的通斷；其特征在于所述BOOST變換電路的輸出端串接一用于產(chǎn)生固定壓差的恒壓電路，并且所述恒壓電路的輸出為所述變換器的輸出電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于還包括一控制電 壓轉(zhuǎn)換電路，所述控制電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端接控制電壓，其輸出端與 所述P觀控制器的控制端相連，所述控制電壓轉(zhuǎn)換電路用于使所述變換 器的輸出電壓與所述控制電壓成線性關(guān)系。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變換器，其特征在于所述控制電壓轉(zhuǎn) 換電路包括一運算放大器， 一參考電壓源；所述運算放大器同相輸入端 分成兩支路，其中一支路經(jīng)第一電阻連接所述控制電壓，另一支路經(jīng)第 二電阻連接所述參考電壓源；所述運算放大器反相輸入端和輸出端之間 連接一反饋電阻，運算放大器反相輸入端經(jīng)第三電阻接地；并且所述變 換器輸出電壓采樣電路采用電阻分壓方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其特征在于所述恒壓電路包 括一穩(wěn)壓二極管、 一調(diào)整管以及第六電阻，所述第六電阻連接在調(diào)整管 的射極與基極之間，所述穩(wěn)壓管的陽極接調(diào)整管的集電極，其陰極接調(diào) 整管的基極；所述調(diào)整管的射極作為恒壓電路的輸入端，其集電極作為 恒壓電路的輸出端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其特征在于所述恒壓電路包 括一調(diào)整管、 一可調(diào)分流基準源，所速調(diào)墼營的射極與墓極之間連接第 六電阻，可調(diào)分流基準源的陽極連接調(diào)整管的集電極，其陰極連接調(diào)整管的基極；所述調(diào)整管射極與集電極之間串接第四和第五電阻，并且可 調(diào)分流基準源的參者端與紫四第五電阻的連接點相接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的變換器，其特征在于 所述PWM控制器采用固定頻率電壓模式控制器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變換器，其特征在于所述PWM控制器 采用TL594實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸出連續(xù)可調(diào)的變換器，包括一BOOST變換電路，一PWM控制器，PWM控制器的第一輸入端連接變換器輸出電壓采樣電路的采樣端，其第二輸入端為控制端，PWM控制器的輸出信號用于控制BOOST變換電路中開關(guān)管的通斷；BOOST變換電路的輸出端串接一恒壓電路，并且恒壓電路的輸出作為所述變換器的輸出電壓，該恒壓電路用于產(chǎn)生固定壓差，在一定的輸入電壓條件下，BOOST變換器通過恒壓電路的補償，實現(xiàn)了BUCK-BOOST電路的功能。本發(fā)明的優(yōu)點是電路簡單可靠，電磁干擾低，成本低，并且實現(xiàn)了輸出電壓和控制電壓之間成線性關(guān)系變化。
文檔編號H02M3/04GK101162868SQ20061006313
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者皖 張, 偉 李, 王安山 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司