推挽式dcdc變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路的制作方法
【專利摘要】一種推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，包括輸入端Vin、輸出端Vo、變壓器的初級(jí)繞組端、整流管D1、電容C1和電壓基準(zhǔn)U1，還包括電容C2和整流管D2，其連接關(guān)系是，變壓器初級(jí)繞組端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端分別與整流管D1的陽極及整流管D2的陰極連接，整流管D1陰極接地GND；電容C1的一端接地，電容C1的另一端、整流管D2的陽極和電壓基準(zhǔn)U1的陽極連接，并引出作為負(fù)電壓的輸出端Vo，電壓基準(zhǔn)U1的陰極接地。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型在不添加變壓器繞組的情況下，產(chǎn)生一路高精度的負(fù)電壓電源，此負(fù)電壓電源在提供一定功率輸出的情況下，同時(shí)可以作為高精度的負(fù)電壓基準(zhǔn)。
【專利說明】推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及推挽式DCDC變換器，尤其涉及一種推挽式DCDC變換器的微功率 高精度負(fù)電壓輸出電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在常用的推挽式DCDC變換器都為單電源輸入，單電源/雙電源輸出。在某些信 號(hào)處理應(yīng)用中要求DCDC變換器兩端都為雙電源供電，為了在輸入端獲得一路與電源輸入 共地的負(fù)電壓電源，需要在主功率變壓器上多加一路繞組，引回至輸入側(cè)整流后獲得一路 負(fù)電壓電源，如圖1所示，一種推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，包括推 挽式的原邊電路和負(fù)電壓輸出電路，其中，推挽式的原邊電路包括輸入端Vin、輸出端Vo、 變壓器Tr及三極管Q1、Q2。負(fù)電壓輸出電路包括繞組P3、二極管D1、電容C1、電阻R1和電 壓基準(zhǔn)U1，其連接關(guān)系是，繞組P3的一端接地GND，繞組P3的另一端與二極管D1的陰極連 接，二極管D1的陽極通過電阻R1與輸出端Vo連接，電容C1并聯(lián)于整流管D1的陽極與地 GND之間，電壓基準(zhǔn)U1并聯(lián)于整流管D1的陽極與地GND之間。
[0003] 當(dāng)電路上電工作后，為了使輸入側(cè)也獲得一路負(fù)電壓電源，繞組P3被引回到輸入 側(cè)，通過二極管D1半波整流，然后經(jīng)過電容C1濾波獲得一路負(fù)電壓電源。為了提高負(fù)電壓 精度，通常會(huì)在負(fù)電源端串接限流電阻R1與電壓基準(zhǔn)U1，用電壓基準(zhǔn)U1控制輸出電壓及精 度，從而獲得高精度的負(fù)電壓和負(fù)電壓基準(zhǔn)。此電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是變壓器需要多繞制 一股繞線，因此變壓器的制作變得復(fù)雜，并且不利于變壓器的小型化設(shè)計(jì)，尤其是在使用環(huán) 形磁芯的情況下，對(duì)變壓器制作的影響更加明顯。同時(shí)增加繞組后，會(huì)增加繞線焊盤數(shù)量， 增加裝配時(shí)間。其次，負(fù)電源滿載輸出效率低，因?yàn)檩敵鲭娏鞫紩?huì)經(jīng)過限流電阻R1，產(chǎn)生不 必要的損耗。本電路的優(yōu)點(diǎn)為帶負(fù)載能力強(qiáng)，因?yàn)樨?fù)電源是變壓器繞組直接驅(qū)動(dòng)的，因此可 輸出較大功率。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的是，在不添加變壓器繞組的情況下，產(chǎn)生一路高精度的負(fù)電壓 電源，此負(fù)電壓電源在提供一定功率輸出的情況下，同時(shí)可以作為高精度的負(fù)電壓基準(zhǔn)。
[0005] 本實(shí)用新型的目的可通過如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，包括輸入端Vin、輸出 端Vo、變壓器的初級(jí)繞組端、整流管D1、電容C1和電壓基準(zhǔn)U1，還包括電容C2和整流管D2， 其連接關(guān)系是，變壓器初級(jí)繞組端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端分別與整流管D1 的陽極及整流管D2的陰極連接，整流管D1陰極接地GND ;電容C1的一端接地，電容C1的 另一端、整流管D2的陽極和電壓基準(zhǔn)U1的陽極連接，并引出作為負(fù)電壓的輸出端Vo,電壓 基準(zhǔn)U1的陰極接地。
[0007] 優(yōu)選的，所述電壓基準(zhǔn)U1采用穩(wěn)壓器TL431，所述穩(wěn)壓器TL431并聯(lián)于整流管D2 的陽極與地之間。
[0008] 優(yōu)選的，所述電壓基準(zhǔn)U1采用穩(wěn)壓器TL431的推挽式D⑶C變換器的微功率高精 度負(fù)電壓輸出電路，還包括電阻R1和電阻R2串聯(lián)形成的支路，電阻R1與電阻R1之間的連 接點(diǎn)為分壓點(diǎn)，所述支路并聯(lián)于穩(wěn)壓器TL431的兩端，所述分壓點(diǎn)與穩(wěn)壓器TL431的調(diào)整端 連接，且負(fù)電壓輸出的設(shè)計(jì)值大于-(2Vin-2Vd)。
[0009] 優(yōu)選的，所述電壓基準(zhǔn)U1，由穩(wěn)壓二極管代替，所述穩(wěn)壓二極管并聯(lián)于整流管D2 的陽極與地之間。
[0010] 優(yōu)選的，所述電容C1的容值遠(yuǎn)大于電容C2的容值。
[0011] 本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，同時(shí)簡(jiǎn)化了變壓器設(shè)計(jì)，減少了變壓器的焊盤數(shù)量。 在做為負(fù)電源的同時(shí)可以作為高精度低溫漂的負(fù)電壓基準(zhǔn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為現(xiàn)有常用推挽式DCDC變換器的負(fù)電壓輸出電路的電路原理圖；
[0013] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電 路的電路原理圖；
[0014] 圖3為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的電路原理圖，其中虛線所示為電容C2的充電電流流動(dòng)路徑；
[0015] 圖4為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的電路原理圖，其中虛線所示為電容C1充電階段的電容C2的放電電流流動(dòng)路徑；
[0016] 圖5為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的電路原理圖，其中虛線所示為負(fù)電壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電容C2的放電電流流動(dòng)路徑；
[0017] 圖6為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在50mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0018] 圖7為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在40mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0019] 圖8為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在30mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0020] 圖9為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在20mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0021] 圖10為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在10mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0022] 圖11為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在5mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0023] 圖12為實(shí)用新型實(shí)施例一的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路 的負(fù)載電流在0mA時(shí)的測(cè)試波形圖；
[0024] 圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例二的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電 路的電路原理圖；
[0025] 圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例三的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電 路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 實(shí)施例一
[0027] 請(qǐng)參閱圖2, 一種推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，包括輸入 端Vin、輸出端Vo、變壓器Tr的初級(jí)繞組端A，電容Cl、C2,整流管Dl、D2,電壓基準(zhǔn)U1，其 連接關(guān)系是，變壓器初級(jí)繞組端A與電容C2的一端連接，電容C2的另一端分別與整流管D1 的陽極及整流管D2的陰極連接，整流管D1陰極接地；電容C1的一端接地，電容C1的另一 端、整流管D2的陽極和電壓基準(zhǔn)U1的陽極連接，并引出作為負(fù)電壓的輸出端Vo,電壓基準(zhǔn) U1的陰極接地。
[0028] 其工作原理為：
[0029] 當(dāng)推挽IX：DC變換器工作后，變壓器Tr初級(jí)繞組的端A上出現(xiàn)方波電壓，當(dāng)變壓器 Tr初級(jí)繞組的端A的電壓由低電壓升至高電壓時(shí)，整流管D1導(dǎo)通，整流管D2關(guān)閉，充放電 電容C2被充電。電容C2的充電電流流動(dòng)路徑如圖3中虛線所示。
[0030] 當(dāng)變壓器Tr初級(jí)繞組的端A的電壓由高電壓降至低電壓時(shí)，整流管D1關(guān)閉，整流 管D2導(dǎo)通，充放電電容C2開始放電，放電電荷經(jīng)過整流管D2對(duì)儲(chǔ)能電容C1充電。此階段 電容C2的放電電流流動(dòng)路徑如圖4中虛線所示。
[0031] 電容C1充電后產(chǎn)生負(fù)電壓，當(dāng)負(fù)電壓升高達(dá)到電壓基準(zhǔn)U1的參考電壓時(shí)電壓基 準(zhǔn)U1導(dǎo)通，充放電電容C2的放電電流直接流過電壓基準(zhǔn)U1，而不再對(duì)儲(chǔ)能電容C1充電，負(fù) 電壓達(dá)到穩(wěn)定。此階段電容C2的放電電流流動(dòng)路徑如圖5中虛線所示。
[0032] 當(dāng)變壓器Tr初級(jí)繞組端A的電壓再次由低電壓升至高電壓，充放電電容C2再次 被充電，此時(shí)儲(chǔ)能電容C1開始放電，負(fù)電壓開始降低，電壓基準(zhǔn)U1關(guān)閉，放電電流減小，負(fù) 電壓降低的速度變慢。當(dāng)變壓器Tr初級(jí)繞組端A的電壓再次由高電壓降至低電壓，此時(shí)充 放電電容C2再次開始放電，儲(chǔ)能電容C1再次被充電，電壓基準(zhǔn)U1再次導(dǎo)通，負(fù)電源電壓回 到參考值。依次循環(huán)，因?yàn)樽儞Q器的工作頻率很高，儲(chǔ)能電容C1上可獲得穩(wěn)定的負(fù)電壓輸 出，當(dāng)負(fù)電源輸出一定功率時(shí)，儲(chǔ)能電容C1的電壓依舊不會(huì)發(fā)生變化，負(fù)電壓大小只與電 壓基準(zhǔn)U1有關(guān)。本實(shí)用新型所述儲(chǔ)能電容C1的容值應(yīng)遠(yuǎn)大于充放電電容C2的容值。例 如電容C1的容值取值為uF級(jí)，電容C2的容值取值為nF級(jí)，換句話說，"遠(yuǎn)大于"即是容值 取值的差異不僅在于數(shù)值，而且不在一個(gè)當(dāng)量級(jí)別。
[0033] 現(xiàn)采用實(shí)施例一的圖2所示推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電 路的電路原理圖，做成輸入電源12V，輸出負(fù)電源電壓-2. 5V，輸出電流50mA，輸出紋波 50mVp-p的負(fù)電源樣品。其包括變壓器Tr，其連接關(guān)系為：變壓器的初級(jí)繞組中心抽頭為輸 入端Vin連接電源輸入12V ;變壓器初級(jí)繞組的端A連接于電容C2的一端；電容C2的另一 端與二極管D1的陽極、二極管D2的陰極連接；儲(chǔ)能電容C1跨接于二極管D2的陽極和地之 間；電壓基準(zhǔn)U1與儲(chǔ)能電容C1并接；二極管D2的陽極作為負(fù)電壓的輸出。
[0034] 該推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路的參數(shù)：推挽DCDC變換器 的工作頻率為l〇〇kHz，電容C2為27nF，電容C1為10uF，電壓基準(zhǔn)U1使用TL431，其參考電 壓Vref為2. 5V，二極管D1和D2使用開關(guān)二極管BAV199,其導(dǎo)通壓降為0. 6V。
[0035] 為說明本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方法及原理，下面將對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)作出計(jì)算說明。
[0036] 本實(shí)用新型實(shí)施例一輸出電壓Vo只與電壓基準(zhǔn)U1有關(guān)，因此輸出電壓為-2. 5V。
[0037] 本實(shí)用新型實(shí)施例一輸出電流：根據(jù)推挽IX：DC變換原理可知變壓器初級(jí)繞組端A 上電壓峰值為2Vin，設(shè)二極管D1與D2導(dǎo)通壓降分別為Vd，推挽變換器工作頻率為f周期 為T，由電荷量守恒原理可知：
【權(quán)利要求】
1. 推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，包括輸入端Vin、輸出端Vo、變 壓器的初級(jí)繞組端、整流管D1、電容C1和電壓基準(zhǔn)U1，其特征在于：還包括電容C2和整流 管D2,其連接關(guān)系是， 變壓器初級(jí)繞組端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端分別與整流管D1的陽極及 整流管D2的陰極連接，整流管D1陰極接地；電容C1的一端接地，電容C1的另一端、整流管 D2的陽極和電壓基準(zhǔn)U1的陽極連接，并引出作為負(fù)電壓的輸出端Vo,電壓基準(zhǔn)U1的陰極 接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，其特征 在于：所述電壓基準(zhǔn)U1采用穩(wěn)壓器TL431，所述穩(wěn)壓器TL431并聯(lián)于整流管D2的陽極與地 之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，其特 征在于：還包括電阻R1和電阻R2串聯(lián)形成的支路，電阻R1與電阻R1之間的連接點(diǎn)為分壓 點(diǎn)，所述支路并聯(lián)于穩(wěn)壓器TL431的兩端，所述分壓點(diǎn)與穩(wěn)壓器TL431的調(diào)整端連接，且負(fù) 電壓輸出的設(shè)計(jì)值大于-(2Vin-2Vd)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸出電路，其特征 在于：所述電壓基準(zhǔn)U1由穩(wěn)壓二極管代替，所述穩(wěn)壓二極管并聯(lián)于整流管D2的陽極與地之 間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的推挽式DCDC變換器的微功率高精度負(fù)電壓輸 出電路，其特征在于：所述電容C1的容值遠(yuǎn)大于電容C2的容值。
【文檔編號(hào)】H02M3/337GK204258639SQ201420764512
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】周明 申請(qǐng)人:廣州金升陽科技有限公司