專利名稱：一種低壓輸入開關變換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源領域的低壓輸入隔離/非隔離模塊電源，特別涉及一種能實現低壓輸入開關變換的裝置。
背景技術：
在低壓輸入模塊電源中，由于輸入電壓過低(可達3.0VDC)，為了滿足控制芯片的工作電壓和功率開關管的驅動要求，一般需要采用專用控制芯片進行變換和驅動。這種變換方式的缺點為(1)控制芯片目前均為獨家供貨，采購困難，成本較高。(2)在輸入電壓低于4VDC時，一般要采用邏輯驅動功率開關器件。
為了兼顧考慮生產和采購問題，設計時要采用兩套方案同時進行，造成研發周期過長，開發成本過高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種為了能實現低壓輸入開關變換的裝置，能有效地利用了功率MOSFET的允許驅動電壓范圍和主控芯片的工作電壓范圍較大的特點，達到性價比的最優化。
為了實現上述目的，本發明公開了一種低壓輸入開關變換裝置，其特征在于包括輸入電路、功率變換電路、輸出電路、反饋電路、控制電路和開環升壓電路，輸入電路電壓信號經濾波后連接到功率變換電路進行功率變換，同時，輸入電路連接到升壓電路提供輸入電壓，升壓電路把輸入電壓升高后，連接到控制電路提供輔助電源，控制電路連接到功率變換電路進行功率變換，功率變換電路連接到輸出電路進行整流濾波并輸出變換后的電壓，輸出電路連接到反饋電路，提供反饋電壓，反饋電路連接到控制電路，實現閉環控制。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述功率變換電路包括由輸入濾波電容、主開關管、續流二極管、輸出濾波電感、輸出濾波電容組成的主功率變換回路；所述輸入濾波電容負極、續流二極管陽極和輸出濾波電容負極接地，所述主開關管分別連接輸入濾波電容、續流二極管，所述輸出濾波電感的兩端分別主開關管、續流二極管和輸出濾波電容。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述升壓電路為開環BOOST變換電路或為充電泵。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述控制電路為PWM控制電路。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述開環BOOST變換電路通過倍壓輸入電壓提供控制電路的輔助電源上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述PWM控制電路在接收所述反饋電路的反饋信號后通過PWM變換直接驅動主開關管實現降壓BUCK變換。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述PWM控制電路采用呈阻抗特性的控制芯片。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述開環BOOST升壓電路為由恒頻脈沖發生器、電感、二極管、輸出濾波電容、開關管組成的BOOST變換器；所述恒頻脈沖發生器分別連接所述電感和開關管；所述二極管的一端連接所述電感和開關管，另一端與所述輸出濾波電容的連接；所述輸出濾波電容和開關管連接接地。
上述的低壓輸入開關變換裝置，其特點在于，所述充電泵進一步包含有輸入濾波電容、多個開關器件、電容、時鐘和控制電路、輸出濾波電容；通過所述時鐘和控制電路分階段控制對所述開關器件進行通斷，從而分別給所述電容和輸出濾波電容充電。
采用本發明所述裝置，與現有技術相比，采用非隔離升壓變換提供輔助電源為控制芯片和反饋電路供電，降低了低壓輸入時對控制芯片和功率變換電路的驅動要求。降低了設計難度，避免了器件的獨家供貨問題，節省了設計費用，提高了變換器的成本競爭力。
下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施例
圖1是本發明的原理框圖；圖2A是本發明的一個實施例，采用BOOST升壓的VRM模塊原理框圖；圖2B是恒頻BOOST變換的一種實施例；圖3A是本發明的另一個實施例，采用充電泵進行升壓的VRM模塊原理框圖；圖3B是充電泵的一種實施例。
具體實施例方式
本發明公開的低壓輸入開關變換裝置，參見圖1。主要由以下幾部分組成輸入電路101、功率變換電路102、輸出電路105、反饋電路106、控制電路104和開環升壓電路103。輸入電路101電壓信號經濾波后連接到功率變換電路102進行功率變換，同時，101連接到開環升壓電路103提供輸入電壓，開環升壓電路103把輸入電壓升高后，連接到控制電路104提供輔助電源，控制電路104連接到功率變換電路102進行功率變換，功率變換電路102連接到輸出電路105進行整流濾波并輸出變換后的電壓。輸出電路105連接到反饋電路106，提供反饋電壓，反饋電路106連接到控制電路104，實現閉環控制。
圖2A表示了一種低壓輸入降壓VRM模塊的實施例，該變換裝置是由輸入濾波電容30、主開關管31、續流二極管34、輸出濾波電感32、輸出濾波電容33組成的主功率變換回路，通過開環BOOST變換203組成的輔助電源回路、PWM控制電路202和反饋回路106。
在本實施例中，PWM控制電路202采用控制芯片UC2843，這種控制芯片耗電呈阻抗特性，由BOOST變換特性可知，無論在連續或斷續模式下，電路203均可以很容易通過調節BOOST開環升壓電路的開關頻率，占空比和升壓電感來實現固定放大倍數的DC-DC變換。電路203通過倍壓輸入電壓，提供控制電路202的輔助電源，電路202接收反饋電路106的反饋信號，通過PWM變換驅動主開關管31實現降壓BUCK變換。在一般的BUCK變換中，主功率管31需要采取隔離或自舉的方式進行驅動，但在本發明中，由于PWM控制電路202的驅動電壓高于輸入電壓，可以不用隔離而直接驅動。簡化了驅動設計，降低了設計成本。在本實施例中，主開關管31應根據倍壓的最大值(決定驅動電壓大小)選擇，如輸入電壓變化不大，可以選擇邏輯控制MOSFET，但一般應用建議選擇非邏輯控制芯片。
參考圖2B，圖2B是圖2A開環BOOST升壓電路203的一種實施例。包括恒頻脈沖發生器201和電感10、二極管11、輸出濾波電容13、開關管14組成的BOOST變換器。恒頻脈沖發生器按照設計要求提供BOOST變換器所需的驅動脈沖。BOOST把輸入電壓按照一定比例倍壓輸入電壓，用以給圖2A中控制電路202供電。
圖3A表示了另一種低壓輸入降壓VRM模塊的實施例。如圖3A中所示，變換器包括輸入濾波電容30、主開關管31、續流二極管34、輸出濾波電感32、輸出濾波電容33組成的主功率變換回路，通過充電泵303組成的輔助電源回路，PWM控制電路202和反饋回路106。
本實施例的工作原理和圖2A相同，區別在于升壓電路采用充電泵進行變換。
參考圖3B，圖3B是圖3A充電泵升壓電路303的一種實施例。包含輸入濾波電容50，開關器件51、52、53、54，時鐘和控制電路56，輸出濾波電路55。該充電泵輸出電壓為2倍輸入電壓。工作過程包含兩個階段，在第一個階段52，53閉合，給電容57充電，同時電容55給負載供電。在第二個階段，開關51，54閉合，輸入電壓VIN和電容57電壓串聯，給電容55補充能量，同時給負載供電。相對圖2B，采用分離器件，這種電路成本較高。
從以上附圖中可知，上述實施例中的低壓輸入開關變換裝置，消除了常規低壓輸入開關變換采用專用芯片的缺點，簡化了功率管的驅動，降低了設計成本，提高了產品的競爭力。以上實施例以降壓VRM模塊為例進行闡述，此變換方式同樣適用于其他低壓輸入的開關變換。
本領域的技術人員在不脫落權利要求書確定的本發明的精神和范圍的條件下，還可以對以上內容進行各種各樣的修改。因此本發明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權利要求書的范圍來確定的。
權利要求
1.一種低壓輸入開關變換裝置，其特征在于包括輸入電路、功率變換電路、輸出電路、反饋電路、控制電路和開環升壓電路，輸入電路電壓信號經濾波后連接到功率變換電路進行功率變換，同時，輸入電路連接到升壓電路提供輸入電壓，升壓電路把輸入電壓升高后，連接到控制電路提供輔助電源，控制電路連接到功率變換電路進行功率變換，功率變換電路連接到輸出電路進行整流濾波并輸出變換后的電壓，輸出電路連接到反饋電路，提供反饋電壓，反饋電路連接到控制電路，實現閉環控制。
2.如權利要求1所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述功率變換電路包括由輸入濾波電容、主開關管、續流二極管、輸出濾波電感、輸出濾波電容組成的主功率變換回路；所述輸入濾波電容負極、續流二極管陽極和輸出濾波電容負極接地，所述主開關管分別連接輸入濾波電容、續流二極管，所述輸出濾波電感的兩端分別主開關管、續流二極管和輸出濾波電容。
3.如權利要求1或2所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述升壓電路為開環BOOST變換電路或充電泵。
4.如權利要求1或2所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述控制電路為PWM控制電路。
5.如權利要求3所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述開環BOOST變換電路通過倍壓輸入電壓提供控制電路的輔助電源
6.如權利要求4所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述PWM控制電路在接收所述反饋電路的反饋信號后通過PWM變換直接驅動主開關管實現降壓BUCK變換。
7.如權利要求4所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述PWM控制電路采用呈阻抗特性的控制芯片。
8.如權利要求6所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述PWM控制電路采用呈阻抗特性的控制芯片。
9.如權利要求3所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述開環BOOST升壓電路為由恒頻脈沖發生器、電感、二極管、輸出濾波電容、開關管組成的BOOST變換器；所述恒頻脈沖發生器分別連接所述電感和開關管；所述二極管的一端連接所述電感和開關管，另一端與所述輸出濾波電容的連接；所述輸出濾波電容和開關管連接接地。
10.如權利要求3所述的低壓輸入開關變換裝置，其特征在于，所述充電泵進一步包含有輸入濾波電容、多個開關器件、電容、時鐘和控制電路、輸出濾波電容；通過所述時鐘和控制電路分階段控制對所述開關器件進行通斷，從而分別給所述電容和輸出濾波電容充電。
全文摘要
本發明公開了一種低壓輸入開關變換裝置，包括輸入電路、功率變換電路、輸出電路、反饋電路、控制電路和升壓電路，輸入電路電壓信號經濾波后連接到功率變換電路進行功率變換，同時，輸入電路連接到升壓電路提供輸入電壓，升壓電路把輸入電壓升高后，連接到控制電路提供輔助電源，控制電路連接到功率變換電路進行功率變換，功率變換電路連接到輸出電路進行整流濾波并輸出變換后的電壓，輸出電路連接到反饋電路，提供反饋電壓，反饋電路連接到控制電路，實現閉環控制，滿足低壓情況的需要。
文檔編號H02M3/04GK1540849SQ0311333
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月25日 優先權日2003年4月25日
發明者王士民 申請人:中興通訊股份有限公司