專(zhuān)利名稱(chēng)：新型高效大電流升壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種大電流升壓器。
背景技術(shù)：
隨著蓄電池的普及，蓄電池供電的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多。電池的壽命和三大因素有 關(guān)系，一是電池本身的品質(zhì)問(wèn)題(極板的配方和焊接工藝)，二是科學(xué)合理的使用方法(充 放電電流大小和深度)，三是配組問(wèn)題，這三大因素前兩個(gè)基本上都比較容易解決，但是最 難的還是第三個(gè)的配組問(wèn)題，這始終是任何電池廠(chǎng)家都很難解決的難題。 事實(shí)上也正是如此，大多數(shù)串聯(lián)使用的電池最終都是出現(xiàn)一至兩個(gè)提前衰退的現(xiàn) 象，很少有多個(gè)電池同時(shí)老化，多數(shù)提前衰退的電池就是因?yàn)榇?lián)使用的結(jié)果，因?yàn)殡姵卮?聯(lián)使用到后期會(huì)使電池的一致性迅速變差，其主要體現(xiàn)在個(gè)別電池因過(guò)度放電(這在串聯(lián) 電路當(dāng)中是永遠(yuǎn)無(wú)法避免的)而硫酸鹽化，而個(gè)別電池在充電時(shí)因經(jīng)常性過(guò)充電(這也是 在串聯(lián)電路當(dāng)中永遠(yuǎn)無(wú)法避免的)而失水直至充鼓。 所以，串聯(lián)電路會(huì)因電池的一致性問(wèn)題導(dǎo)致部分電池因過(guò)放電、過(guò)充電、欠充電而
提前損壞，將串聯(lián)改為并聯(lián)可以完全忽視電池的一致性問(wèn)題，因其并聯(lián)后端電壓全都一樣，
絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充電、欠充電的現(xiàn)象，工作時(shí)會(huì)根據(jù)各個(gè)電池的內(nèi)阻自動(dòng)取得平
衡。但并聯(lián)后端電壓比串聯(lián)要低，所以在應(yīng)用中還要用升壓器進(jìn)行升壓才能使用。 針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)也曾開(kāi)發(fā)過(guò)類(lèi)似的升壓器。但采用變壓器體積過(guò)大、效率過(guò)
低、可靠性差等缺點(diǎn)沒(méi)有解決根本問(wèn)題，得不到廣泛應(yīng)用。本實(shí)用新型高效可靠、體積小巧，
完全實(shí)現(xiàn)了這一功能。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的升壓器體積大、空載功耗過(guò)高、效率低、使用壽命短的不足，本實(shí)
用新型提供一種體積小巧、功耗低、效率高、延長(zhǎng)使用壽命的高效大電流升壓器。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 —種高效大電流升壓器，包括輸入電源，所述升壓器還包括升壓支路和用以控制 MOS管的通斷頻率的數(shù)字控制芯片，所述升壓支路包括MOS管、電感、二極管和儲(chǔ)能電容，輸 入電源連接所述電感的一端，所述電感另一端的連接節(jié)點(diǎn)同時(shí)與MOS管的漏極和二極管連 接，所述二極管與所述儲(chǔ)能電容的正極連接；所述MOS管的門(mén)極與所述數(shù)字控制芯片的數(shù) 字控制輸出端連接，所述MOS管的源極通過(guò)一個(gè)取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接；所 述儲(chǔ)能電容的正極與電源輸出端連接。 作為優(yōu)秀的一種方案所述取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的連接節(jié)點(diǎn)接地。 更進(jìn)一步，所述的數(shù)字控制輸出端為P麗控制端。 所述MOS管的源極還通過(guò)附加電阻與所述數(shù)字控制芯片的電壓反饋信號(hào)端連接。
采樣電阻的阻值較小，所述電壓反饋信號(hào)端用以檢測(cè)取樣電阻上的承受電壓。 所述儲(chǔ)能電容與備用電容并聯(lián)。
3[0013] 再進(jìn)一步，所述數(shù)字控制芯片的數(shù)字控制輸出端有兩個(gè)，兩個(gè)數(shù)字控制輸出端分 別與一個(gè)升壓支路的M0S管的門(mén)極連接。 本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為將高效大電流直流升壓電路引用到蓄電池供電系統(tǒng) 中，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的變壓器升壓，具有體積小、功耗小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，蓄電池并聯(lián)供電 能夠大大延長(zhǎng)使用壽命，具有良好的實(shí)用性。 The boost converter,或者口L] St印一up converter,是一禾中開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它 可以是輸出電壓比輸入電壓高。基本電路圖見(jiàn)圖l。 假定那個(gè)開(kāi)關(guān)(三極管或者M(jìn)OS管)已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理 想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。下面要分充電和放電兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)明這個(gè)電路。 充電過(guò)程在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合(三極管或者M(jìn)0S管導(dǎo)通)，等效電路如圖2， 開(kāi)關(guān)(三極管或者M(jìn)OS管)處用導(dǎo)線(xiàn)代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì) 地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線(xiàn)性增加，這個(gè)比率跟電感大 小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。 放電過(guò)程如圖3，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管或者M(jìn)OS管截止)時(shí)的等效電路。當(dāng) 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管或者M(jìn)OS管截止)時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬 上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò) 新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了， 升壓完畢。 如圖4，電感電流(Inductor current)在充放電過(guò)程形成的鋸齒波，其實(shí)升壓過(guò) 程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容 量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過(guò)程 不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。 本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、體積小巧、功耗小、效率高、延長(zhǎng)使用壽命； 2、實(shí)用性好。

圖1是BOOST電路的基本形式示意圖； 圖2是充電過(guò)程等效電路圖； 圖3是放電過(guò)程等效電路圖； 圖4是電感上的電流波形示意圖； 圖5是本實(shí)用新型的高效大電流升壓器的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。 參照?qǐng)D5，一種高效大電流升壓器，包括輸入電源，所述升壓器還包括升壓支路和 用以控制M0S管的通斷頻率的數(shù)字控制芯片，所述升壓支路包括M0S管、電感、二極管和儲(chǔ) 能電容，輸入電源連接所述電感的一端，所述電感另一端的連接節(jié)點(diǎn)同時(shí)與MOS管的漏極 和二極管連接，所述二極管與所述儲(chǔ)能電容的正極連接；所述M0S管的門(mén)極與所述數(shù)字控 制芯片的數(shù)字控制輸出端連接，所述MOS管的源極與所述儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接；所述儲(chǔ)能
4[0028] 所述取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的連接節(jié)點(diǎn)接地。所述的數(shù)字控制輸出端為P麗控 制端。所述MOS管的源極還通過(guò)附加電阻與所述數(shù)字控制芯片的電壓反饋信號(hào)端連接。所 述儲(chǔ)能電容與備用電容并聯(lián)。 所述數(shù)字控制芯片的數(shù)字控制輸出端有兩個(gè)，兩個(gè)數(shù)字控制輸出端分別與一個(gè)升 壓支路的MOS管的門(mén)極連接。 同理，所述電壓反饋信號(hào)端也有兩個(gè)，分別與一個(gè)升壓支路的附加電阻連接。 第一升壓支路包括第一 M0S管Ql、第一電感Ll、第一二極管Dl、第一儲(chǔ)能電容 C13、第一備用電容C23、第一電阻R16和第二電阻R12 ;第二升壓支路包括第二 M0S管Q2、 第二電感L2、第二二極管D2和第二儲(chǔ)能電容C14、第二備用電容C34、第三電阻R17和第四 電阻R13 ; 數(shù)字控制芯片的24引腳和13引腳均為P麗控制端。數(shù)字控制芯片的23引腳和 14引腳為SENSE引腳，即為電壓反饋信號(hào)端，電陽(yáng)R12與引腳23連接、電阻R13與引腳14 連接是為了采集電壓信號(hào)，并增加可靠性。 本實(shí)例的工作過(guò)程為 (1)、確定輸入、輸出電壓，輸出電流本實(shí)用新型在DC4V-DC36V的輸入電壓下
都可以正常工作?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的工作條件為輸入12V，輸出48V/10A。為考慮到在
10. 5-13. 5V的輸入電壓下都可以正常工作，所以設(shè)計(jì)時(shí)輸入電壓下限為IOV。 (2)、工作頻率的設(shè)定本實(shí)用新型的工作頻率可以從75KHZ-500KHZ范圍內(nèi)工作，
不同的工作頻率由芯片相應(yīng)引腳的外接電阻決定，為了減少PCB布局的難度，所以頻率選
用300K左右。 根據(jù)實(shí)際要求計(jì)算主要器件參數(shù)Boost升壓電路，可以工作在電流斷續(xù)工作模 式(DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)。 CCM工作模式適合大功率輸出電路，考慮到負(fù)載達(dá)到 10%以上時(shí)，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按CCM工作模式來(lái)進(jìn)行特性分析。 由BOOST升壓電路基本波形可知ton時(shí)，開(kāi)關(guān)管S為導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D處于截 止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)電感L和開(kāi)關(guān)管的電流逐漸增大。 Ll和L2的電感值為2. 7uH ;數(shù)字控制芯片的取樣電阻為1. 87mQ ;第一儲(chǔ)能電 容C13、第二儲(chǔ)能電容C14、第一備用電容C23和第二備用電容C34的電容值10uF ;電阻R16 和R17的阻值2mQ ;電阻R12和R13的阻值10Q 。 本實(shí)施例的低壓電源VIN(輸入端)電壓為5 36v，通過(guò)數(shù)字控制芯片的占空比 調(diào)節(jié)，其輸出電壓V0UT為48V。
權(quán)利要求一種新型高效大電流升壓器，其特征在于所述升壓器包括升壓支路和用以控制MOS管的通斷頻率的數(shù)字控制芯片，所述升壓支路包括MOS管、電感、二極管和儲(chǔ)能電容，輸入電源連接所述電感的一端，所述電感另一端的連接節(jié)點(diǎn)同時(shí)與MOS管的漏極和二極管連接，所述二極管與所述儲(chǔ)能電容的正極連接；所述MOS管的門(mén)極與所述數(shù)字控制芯片的數(shù)字控制輸出端連接，所述MOS管的源極通過(guò)一個(gè)取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接；所述儲(chǔ)能電容的正極與電源輸出端連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的新型高效大電流升壓器，其特征在于所述取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的連接節(jié)點(diǎn)接地。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的新型高效大電流升壓器，其特征在于所述的數(shù)字控制輸出端為P麗控制端。
4. 如權(quán)利要求3所述的新型高效大電流升壓器，其特征在于所述MOS管的源極還通過(guò)附加電阻與所述數(shù)字控制芯片的電壓反饋信號(hào)端連接。
5. 如權(quán)利要求3所述的新型高效大電流升壓器，其特征在于所述儲(chǔ)能電容與備用電容并聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的新型高效大電流升壓器，其特征在于所述數(shù)字控制芯片的數(shù)字控制輸出端有兩個(gè)，兩個(gè)數(shù)字控制輸出端分別與一個(gè)升壓支路的MOS管的門(mén)極連接。
專(zhuān)利摘要一種新型高效大電流升壓器，包括升壓支路和用以控制MOS管的通斷頻率的數(shù)字控制芯片，所述升壓支路包括MOS管、電感、二極管和儲(chǔ)能電容，輸入電源連接所述電感的一端，所述電感另一端的連接節(jié)點(diǎn)同時(shí)與MOS管的漏極和二極管連接，所述二極管與所述儲(chǔ)能電容的正極連接；所述MOS管的門(mén)極與所述數(shù)字控制芯片的數(shù)字控制輸出端連接，所述MOS管的源極通過(guò)一個(gè)取樣電阻與所述儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接；所述儲(chǔ)能電容的正極與電源輸出端連接。本實(shí)用新型提供一種體積小巧、功耗小、效率高的新型高效大電流升壓器。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201466970SQ200920121059
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者嚴(yán)關(guān)榮, 沈建良 申請(qǐng)人:沈建良