户外变流升压一体机的制作方法

文档序号:33059472发布日期:2023-01-25 00:48阅读:64来源:国知局
户外变流升压一体机的制作方法

1.本实用新型涉及便携电源技术领域,具体的,涉及户外变流升压一体机。


背景技术:

2.随着现代电力电子技术的发展,户外直流升压电源是目前民生发展中重要的环节之一,可以应用野外应急、自然灾害应急、户外旅游、商务出行、室外作业、郊外聚会、停电应急等领域。直流升压电源一般采用pwm技术,由脉冲宽度调制驱动器和开关管构成,开关管工作在导通和关断的两种状态,通过控制开关管开通和关断的时间比,维持稳定输出电压。由于器件工作状态转换的延迟效应,在开关管导通状态转换至关断瞬间,会产生较大的开关损耗,影响整个电源的效率。


技术实现要素:

3.本实用新型提出户外变流升压一体机,解决了现有技术中直流升压电源内的开关管开关损耗大的问题。
4.本实用新型的技术方案如下:
5.户外变流升压一体机,包括蓄电池和boost升压电路,所述boost升压电路包括电感l1,场效应管q3、二极管d2和电容c12,所述电感l1的第一端连接所述蓄电池的正极,所述蓄电池的负极接地,所述电感l1的第二端连接所述场效应管q3的漏极,所述场效应管q3栅极连接驱动电路,所述场效应管q3的源极接地,所述电感l1的第二端连接所述二极管d2的阳极,所述二极管d2的阴极连接供电接口的正极,所述电容c12的第一端连接所述二极管d2的阴极,所述电容c12的第二端连接所述供电接口的负极,还包括控制单元和缓冲电路,所述驱动电路连接所述控制单元,所述缓冲电路包括二极管d5、电容c13、电容c14、二极管d6、二极管d7、电感l5、二极管d8和电感l4,所述二极管d5的阳极连接所述场效应管q3的漏极,所述二极管d5的阴极通过所述电容c13接地,所述二极管d8的阳极连接所述二极管d5的阴极,所述二极管d8的阴极通过所述电感l4连接所述二极管d2的阴极,所述电容c14的第一端连接所述场效应管q3的漏极,所述电容c14的第二端连接所述二极管d6的阳极,所述二极管d6的阴极接地,所述二极管d7的阴极连接所述电容c14的第二端,所述二极管d7的阳极通过所述电感l5连接所述二极管d3的阳极,所述二极管d3的阴极接地,所述二极管d3的阳极连接所述供电接口的负极。
6.进一步,本实用新型中所述驱动电路包括变换器u2、电阻r5、电阻r9、电容c5和场效应管q4,所述场效应管q4的栅极连接所述控制单元,所述场效应管q4的漏极连接所述蓄电池的正极,所述场效应管q4的源极连接所述变换器u2的供电端,所述变换器u2的输出端连接所述电阻r5的第一端,所述电阻r5的第二端连接所述场效应管q3的栅极,所述电阻r9的第一端连接所述电阻r9的第二端,所述电阻r9的第二端通过所述电容c5接地。
7.进一步,本实用新型中所述boost升压电路还包括电感l2、电容c7和电容c8,所述电感l2的第一端连接所述电感l1的第二端,所述电感l2的第二端连接所述二极管d2的阳
极,所述电容c7的正极连接所述电感l2的第一端,所述电容c7的负极接地,所述电容c8的正极连接所述电感l2的第二端,所述电容c8的负极接地。
8.进一步,本实用新型中还包括电流检测电路和保护电路,所述电流检测电路包括电阻r1、运放u1、电阻r4和二极管d1,所述电阻r1的第一端连接所述供电接口的负极,所述电阻r1的第二端连接所述运放u1的同相输入端,所述运放u1的输出端连接所述运放u1的反相输入端,所述运放u1的输出端通过所述电阻r4的接地,所述运放u1的输出端连接所述二极管d1的阳极,所述二极管d1的阴极连接所述控制单元。
9.进一步,本实用新型中所述保护电路包括场效应管q1和电阻r2,所述场效应管q1的漏极连接所述供电接口的负极,所述场效应管q1的栅极连接所述控制单元,所述场效应管q1的源极通过所述电阻r2接地。
10.本实用新型的工作原理及有益效果为:
11.本实用新型中,电容c13和电容c14构成缓冲电容,场效应管q3关断瞬间,电感l1同时向电容c13和电容c14充电,使电容c13和电容c14两端电压上升,当电容电压达到输出电压36v时,二极管d2和二极管d3导通,在电感l1电流连续模式下,电感l1电流通过负载继续流通,电容c12两端电压被钳位在36v。场效应管q3导通瞬间,二极管d2和二极管d3阻止缓冲电容电压及供电接口两端电压被场效应管q3导通时短路。电容c13和电容c14两端电压叠加通过供电接口谐振放电,将能量全部释放给负载,直至电容上的电压谐振放电到零。场效应管q3关断时,由于电容c13和电容c14并联的作用,其两端电压缓慢上升,实现了零电压关断,同时场效应管q3两端电压被钳位在36v。场效应管q3导通期间,电容c13和电容c14上的电压谐振放电到零,将储能全部传递给负载。减小了场效应管q3的开关损耗,提高了boost升压电路的效率。
12.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
13.图1为本实用新型中boost升压电路的电路图;
14.图2为本实用新型中缓冲电路的电路图;
15.图3为本实用新型中驱动电路的电路图;
16.图4为本实用新型中过流保护电路的电路图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都涉及本实用新型保护的范围。
18.实施例1
19.如图1~图2所示,本实施例提出了户外变流升压一体机,包括蓄电池和boost升压电路,boost升压电路包括电感l1,场效应管q3、二极管d2和电容c12,电感l1的第一端连接蓄电池的正极,蓄电池的负极接地,电感l1的第二端连接场效应管q3的漏极,场效应管q3栅极连接驱动电路,场效应管q3的源极接地,电感l1的第二端连接二极管d2的阳极,二极管d2
的阴极连接供电接口的正极,电容c12的第一端连接二极管d2的阴极,电容c12的第二端连接供电接口的负极,其特征在于,还包括控制单元和缓冲电路,驱动电路连接控制单元,缓冲电路包括二极管d5、电容c13、电容c14、二极管d6、二极管d7、电感l5、二极管d8和电感l4,二极管d5的阳极连接场效应管q3的漏极,二极管d5的阴极通过电容c13接地,二极管d8的阳极连接二极管d5的阴极,二极管d8的阴极通过电感l4连接二极管d2的阴极,电容c14的第一端连接场效应管q3的漏极,电容c14的第二端连接二极管d6的阳极,二极管d6的阴极接地,二极管d7的阴极连接电容c14的第二端,二极管d7的阳极通过电感l5连接二极管d3的阳极,二极管d3的阴极接地,二极管d3的阳极连接供电接口的负极。
20.控制单元控制驱动电路,驱动电路用于输出pwm信号控制场效应管q3的导通和截止。本实施例中,蓄电池电压为9v,boost升压电路输出电压为36v。
21.boost升压电路是升压型的dc/dc变换电路,输入直流电,可得到另一大小比输入电压高的直流电。场效应管q3导通时,蓄电池通过场效应管q3让电感l1储能。场效应管q3导通,二极管d2的阳极电位被拉低,二极管d2截止。场效应管q3截止时,电感l1将释放能量,二极管d2导通,蓄电池和电感l1一起通过二极管d2给负载供电,同时对电容c12充电,此时负载上电压等于蓄电池和电感l1上的电压之和,高于蓄电池的电压。场效应管q3截止时,电容c12对负载供电。
22.在场效应管q3导通时,电压低,电流大;场效应管q3截止时,电压高,无电流通过;在导通与截止的转换过程中,开关管上施加的电压电流可能同时存在,产生开关损耗。为减小场效应管q3的开关应力及开关损耗,降低电磁干扰,提高开关频率,本实施例中在boost升压电路基础上加入缓冲电路。
23.电容c13和电容c14构成缓冲电容,场效应管q3关断瞬间,电感l1同时向电容c13和电容c14充电,使电容c13和电容c14两端电压上升,当电容电压达到输出电压36v时,二极管d2和二极管d3导通,在电感l1电流连续模式下,电感l1电流通过负载继续流通,电容c12两端电压被钳位在36v。场效应管q3导通瞬间,二极管d2和二极管d3阻止缓冲电容电压及供电接口两端电压被场效应管q3导通时短路。电容c13和电容c14两端电压叠加通过供电接口谐振放电,将能量全部释放给负载,直至电容上的电压谐振放电到零。场效应管q3关断时,由于电容c13和电容c14并联的作用,其两端电压缓慢上升,实现了零电压关断,同时场效应管q3两端电压被钳位在36v。场效应管q3导通期间,电容c13和电容c14上的电压谐振放电到零,将储能全部传递给负载。减小了场效应管q3的开关损耗,提高了boost升压电路的效率。其中,缓冲电路为对称结构电路,电感l4和二极管d8以及电感l5和二极管d7串联保证缓冲电路对称工作,并且避免电容电压的振荡。
24.如图3所示,本实施例中驱动电路包括变换器u2、电阻r5、电阻r9、电容c5和场效应管q4,场效应管q4的栅极连接控制单元,场效应管q4的漏极连接蓄电池的正极,场效应管q4的源极连接变换器u2的供电端,变换器u2的输出端连接电阻r5的第一端,电阻r5的第二端连接场效应管q3的栅极,电阻r9的第一端连接电阻r9的第二端,电阻r9的第二端通过电容c5接地。
25.驱动电路中,变换器u2用于产生pwm信号驱动场效应管q3,本实施例中,采用uc3843al芯片作为变换器u2,uc3843al芯片可产生3a-5a的驱动电流,uc3843al芯片采用开关工作方式,这样在达到高效率的同时,也可以维持高效率输出。场效应管q4用于控制变换
器u2的工作状态,当控制单元向场效应管q4的栅极发送低电平信号时,场效应管q4截止,变换器u2不工作,此时无法通过供电接口获取电能;当控制单元向场效应管q4的栅极发送高电平信号时,场效应管q4导通,变换器u2可正常工作,此时可以通过供电接口正常获取电能;当需要用电时,使场效应管q4导通,当不需要用电时,使场效应管q4截止。通过场效应管q4的导通和截止来控制变换器u2的运行和停止,节约了蓄电池的额外损耗。
26.如图1所示,本实施例中boost升压电路还包括电感l2、电容c7和电容c8,电感l2的第一端连接电感l1的第二端,电感l2的第二端连接二极管d2的阳极,电容c7的正极连接电感l2的第一端,电容c7的负极接地,电容c8的正极连接电感l2的第二端,电容c8的负极接地。
27.本实施例中,电感l2、电容c7和电容c8组成滤波电路,可消除电路中的杂波,使电压稳定输出。
28.如图4所示,本实施例中还包括电流检测电路和保护电路,电流检测电路包括电阻r1、运放u1、电阻r4和二极管d1,电阻r1的第一端连接供电接口的负极,电阻r1的第二端连接运放u1的同相输入端,运放u1的输出端连接运放u1的反相输入端,运放u1的输出端通过电阻r4的接地,运放u1的输出端连接二极管d1的阳极,二极管d1的阴极连接控制单元。
29.为了提高boost升压电路在使用过程中的安全性,本实施例设计了供电接口的过流保护,如果供电接口电流超过设定值,升压电路将不再工作,同时控制单元接收到过流信号之后,关断供电接口负极与地的连接,这样户外变流一体机就不会给负载供电,从而起到很好的保护作用。
30.当负载电流过大时,运放u1的同相输入端电压升高,运放u1构成跟随器,随着运放u1的同相输入端电压的升高,运放u1输出端的电压升高,当电压超过设定值时,控制单元向场效应管q4的栅极发送高电平信号,变换器u2停止输出pwm信号,boost升压电路停止工作。其中电阻r4起到分压的作用。
31.如图4所示,本实施例中保护电路包括场效应管q1和电阻r2,场效应管q1的漏极连接供电接口的负极,场效应管q1的栅极连接控制单元,场效应管q1的源极通过电阻r2接地。
32.当负载电流正常时,控制单元向场效应管q1的栅极发送高电平信号,场效应管q1导通,通过供电接口可正常向负载提供电能;当负载电流过大时,控制单元向场效应管q1的栅极发送低电平信号,场效应管q1截止,关断供电接口负极与地的连接,停止向负载供电。
33.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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