專利名稱：小型電感升壓式直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流變換器，特別是一種高電壓小電流輸出的小型電感升壓式直流變換器，適用于小型便攜式產(chǎn)品中光電轉(zhuǎn)換器件、傳感器偏置電路以及雪崩光電二極管探測(cè)器。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備正在向集成化、便攜式和數(shù)字化方向改進(jìn)，從而要求系統(tǒng)中的模塊越來越小型化和低功耗。因此，電子系統(tǒng)對(duì)電源裝置提出的技術(shù)要求中除了穩(wěn)定性、可靠性、高效率外，小型化和輕量化也是十分迫切的需求。
目前很多電子系統(tǒng)都直接用電池或僅由一種基礎(chǔ)電壓供電，但是許多探測(cè)器、傳感器和模塊都需要比基礎(chǔ)電壓高很多的偏置電壓，簡(jiǎn)單的三端線性穩(wěn)壓器無(wú)法滿足要求，只有采用升壓式開關(guān)電源。但是傳統(tǒng)的升壓式開關(guān)電源設(shè)計(jì)電路復(fù)雜、體積龐大、自身功耗和重量都較大，在體積、重量以及功耗要求嚴(yán)格的便攜產(chǎn)品中的無(wú)法使用。已有的集成型升壓式直流/直流變換器雖然在體積和重量上能夠做到很小、很輕，但是輸出電壓難以達(dá)到一般偏置電路所需的高壓。
在先技術(shù)中升壓式直流/直流變換方法通常是利用振蕩器對(duì)直流信號(hào)斬波，然后經(jīng)升壓變壓器變壓后再整流、濾波來產(chǎn)生直流高電壓輸出，其電路原理如圖1所示，利用555集成定時(shí)器構(gòu)成方波發(fā)生器，方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)三極管VT在導(dǎo)通或截止兩個(gè)狀態(tài)間翻轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)變壓器T工作，變壓器的輸出經(jīng)過二極管VD整流后，輸出直流高壓。通常為了得到需要的高壓輸出，還要用電容做倍壓整流。這種方法由于使用變壓器作為升壓元件，其體積和重量不可能做到很小。
還有一種直流變換方法是目前廣泛采用的脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)變換器，由高頻功率開關(guān)對(duì)輸入直流電壓斬波，利用電容、電感等儲(chǔ)能元件，從輸入電壓源獲取分離的能量，暫時(shí)地把能量以磁場(chǎng)形式存儲(chǔ)在電感器中，或以電場(chǎng)形式存儲(chǔ)在電容器中，然后將能量轉(zhuǎn)換到負(fù)載，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。采用PWM技術(shù)由輸出反饋控制開關(guān)脈沖的占空因數(shù)，穩(wěn)定輸出電壓，通過提高開關(guān)頻率可以降低儲(chǔ)能元件的物理尺寸。開關(guān)變換器因具有穩(wěn)定性高、效率高、靈活的正負(fù)極性和升、降壓方式的特點(diǎn)而備受人們的青睞，但是其電路相對(duì)復(fù)雜，作為升壓變換器時(shí)，儲(chǔ)能元件或變壓器及復(fù)雜的電路仍將使小型化受到限制。再有一種是將功率開關(guān)、同步速流器和控制電路集成在一起，儲(chǔ)能電感和輸入/輸出濾波電容外接，從而將體積和重量大大降低，但是目前這類產(chǎn)品的輸出電壓在某些場(chǎng)合仍然不能達(dá)到要求。
總之，在先技術(shù)中升壓式直流/直流變換方法由于采用了升壓變壓器、倍壓電容，儲(chǔ)能電容、電感等元件，變壓器的重量和體積較大。而將控制電路集成在一起的方法往往又不能提供較高的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種小型電感升壓式直流變換器，以實(shí)現(xiàn)高壓、小電流輸出，同時(shí)具有重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的基本原理是由方波發(fā)生器產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)，利用電感元件的自感特性產(chǎn)生高壓脈沖，再經(jīng)過整流、濾波輸出所需的直流高壓。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種小型電感升壓式直流變換器，采用555集成定時(shí)器作為方波發(fā)生器，第一電阻和第二電阻分別接在555集成定時(shí)器的第6腳與第7腳之間和第7腳與電源之間，該555集成定時(shí)器的第6腳和第2腳與第二電阻的節(jié)點(diǎn)通過第一電容接地，第1腳接地，第5腳通過電容接地，第4和第8腳接電源，第3腳接開關(guān)三極管的控制極，該開關(guān)三極管的集電極通過一升壓器接電源，該開關(guān)三極管的發(fā)射極接地，其特征在于所述的第一電阻和第二電阻為可調(diào)電阻；所述的升壓器為升壓電感，該升壓電感和該開關(guān)三極管的集電極的節(jié)點(diǎn)與一整流二極管的正極相連，該整流二極管的負(fù)極通過一高壓濾波電容再接地，該整流二極管的負(fù)極和高壓濾波電容的節(jié)點(diǎn)作直流高壓的輸出端。
所述的開關(guān)三極管采用耐壓值高、飽和管壓降低的快速開關(guān)三極管MMBAT42，有利于降低功耗。
所述升壓電感3應(yīng)盡量采用體積小、電感量和飽和電流較大的電感。
所述的高壓濾波電容是耐壓值大于300V的無(wú)極性電容。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是(1)本發(fā)明方波發(fā)生器頻率和占空比利用第一可變電阻和第二可變電阻的調(diào)整而可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓寬范圍可調(diào)。
(2)本發(fā)明采用升壓電感直接升壓，轉(zhuǎn)換效率高，體積和重量大幅度減小。
(3)本發(fā)明體積小、重量輕。


圖1是在先技術(shù)中升壓式直流變換方法電路原理2是本發(fā)明一種電感升壓式直流變換器具體實(shí)施例的電路原理圖具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明電感升壓式直流變換器具體實(shí)施例的電路原理圖。由圖可見，本發(fā)明小型電感升壓式直流變換器，采用555集成定時(shí)器作為方波發(fā)生器，第一電阻R1和第二電阻R2分別接在555的第6腳與第7腳之間和第7腳與電源Vcc之間，該555集成定時(shí)器的第6腳和第2腳與第二電阻R2的節(jié)點(diǎn)通過第一電容C1接地，第1腳接地，第5腳通過第二電容C2接地，第4和第8腳接電源Vcc，第3腳接開關(guān)三極管T的控制極，該開關(guān)三極管T的集電極通過一升壓器接電源Vcc，該開關(guān)三極管T的發(fā)射極接地，其特征在于所述的第一電阻R1和第二電阻R2為可調(diào)電阻；所述的升壓器為升壓電感L，該升壓電感L和該開關(guān)三極管T的集電極的節(jié)點(diǎn)與一整流二極管D的正極相接，該整流二極管D的負(fù)極通過一高壓濾波電容C3再接地，該整流二極管D的負(fù)極和高壓濾波電容C3的節(jié)點(diǎn)作本發(fā)明直流高壓的輸出端。
所述的開關(guān)三極管T采用耐壓值高、飽和管壓降低的快速開關(guān)三極管MMBAT42。所述的升壓電感L的電感量為2.2MH。
所述的高壓濾波電容C4是耐壓值大于300V的無(wú)極性電容。濾波電容的等效串連電阻是造成輸出文波的主要因素，也會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)選用低等效串連電阻的電容。
由555集成定時(shí)器和可調(diào)電阻R1、R2構(gòu)成頻率和占空比可調(diào)的方波發(fā)生器，經(jīng)過分壓后驅(qū)動(dòng)開關(guān)三極管T，當(dāng)輸入高電平時(shí)，三極管T導(dǎo)通，串連在集電極回路中的升壓電感L充電，當(dāng)?shù)碗娖降絹頃r(shí)，三極管T截止，此時(shí)由于升壓電感L的自感效應(yīng)，產(chǎn)生高壓脈沖，通過快速整流二極管D給輸出濾波電容C4充電，產(chǎn)生高壓、小電流直流輸出Vout。
綜上所述，本發(fā)明電感升壓式直流變換器具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高和能提供高電壓小電流輸出的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種小型電感升壓式直流變換器，采用555集成定時(shí)器作為方波發(fā)生器(1)，第一電阻(R1)和第二電阻(R2)分別接在555的第6腳與第7腳之間和第7腳與電源(Vcc)之間，該555集成定時(shí)器的第6腳和第2腳與第二電阻(R2)的節(jié)點(diǎn)通過第一電容(C1)接地，第1腳接地，第5腳通過第二電容(C2)接地，第4和第8腳接電源(Vcc)，第3腳接開關(guān)三極管(T)的控制極，該開關(guān)三極管(T)的集電極通過一升壓器接電源(Vcc)，該開關(guān)三極管(T)的發(fā)射極接地，其特征在于所述的第一電阻(R1)和第二電阻(R2)為可調(diào)電阻；所述的升壓器為升壓電感(L)，該升壓電感(L)和該開關(guān)三極管(T)的集電極的節(jié)點(diǎn)與整流二極管(D)的正極相連，該整流二極管(D)的負(fù)極通過一高壓濾波電容(C3)再接地，該整流二極管(D)的負(fù)極和高壓濾波電容(C3)的節(jié)點(diǎn)作直流高壓的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型電感升壓式直流變換器，其特征在于所述的開關(guān)三極管(T)采用耐壓值高、飽和管壓降低的快速開關(guān)三極管MMBAT42。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型電感升壓式直流變換器，其特征在于所述的升壓電感(L)的電感量為2.2MH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的小型電感升壓式直流變換器，其特征在于所述的高壓濾波電容(C3)是耐壓值大于300V的無(wú)極性電容。
全文摘要
一種小型電感升壓式直流變換器，由多諧振蕩器生成頻率和占空比可調(diào)的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)三極管導(dǎo)通和截至，串連在三極管集電極回路中電感電流隨著三極管導(dǎo)通和截止做相應(yīng)的變化，根據(jù)自感效應(yīng)，導(dǎo)通到截止跳變時(shí)，在電感一端產(chǎn)生瞬間高壓，經(jīng)過整流濾波得到穩(wěn)定的高電壓、小電流輸出。本發(fā)明適合為便攜式設(shè)備提供偏置高壓，優(yōu)點(diǎn)是重量輕、體積小。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1688091SQ200510025558
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者鮑星合, 陳剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所