一种升压装置及电源设备的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种升压装置及电源设备。


背景技术：

2.升压电路是指将电路输出端的输出电压从0v上升到额定值，为后级负载供电的电路结构。
3.目前，在采用闭环控制的大功率升压电路中，特别是大升压比的升压电路中，一般通过控制电路采集输出端的输出电压，并将采集到的实际值反馈到控制电路，控制电路根据实际值与额定值的电压差，控制升压电路进行升压，其存在的问题在于，在电路启动时，由于电路输出端的输出电压的实际值为0v，与额定值之间有很大的电压差，根据闭环控制的特点，为尽快达到额定值，控制电路对升压电路提供较高的脉冲频率，导致升压电路在电路输出端产生远高于额定值的过冲电压，该过冲电压将对升压电路自身产生很大的损坏风险，还会给后级负载电路带来极大的安全隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种升压装置，可实现电源输出端的电压值平缓达到额定值，防止产生启动电压过冲的问题。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种升压装置，包括：控制电路及并联连接的主功率电路和预升压电路，所述并联连接的主功率电路和预升压电路具有电源输入端和电源输出端；
6.所述预升压电路用于对所述电源输入端的输入电压进行升压处理；
7.所述控制电路的采样端与所述电源输出端电连接，所述控制电路的第一输出端与所述主功率电路的驱动端电连接，所述控制电路用于采集所述采样端的采样电压值，在所述采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动端；
8.所述主功率电路用于接收所述驱动信号，并对所述电源输入端的输入电压进行升压处理，使得所述电源输出端的输出电压升高至预设电压值；所述预设电压值大于所述预充电压值。
9.可选地，所述控制电路设有第二输出端，所述第二输出端与所述预升压电路的控制端电连接；所述控制电路还用于在所述采样电压值达到所述预设电压值时，产生关断信号，并通过所述第二输出端将所述关断信号发送至所述预升压电路的控制端，控制所述预升压电路关断。
10.可选地，所述电源输出端通过功率开关管与用电负载电连接；
11.所述功率开关管的控制端与所述控制电路的第三输出端电连接；
12.所述控制电路还用于在所述采样电压值达到所述预设电压值时，产生导通信号，并通过所述第三输出端将所述导通信号发送至所述功率开关管，控制所述功率开关管导通。
13.可选地，所述预升压电路包括预升压开关管、预升压变压器、预升压二极管和预升压电容；
14.所述预升压变压器的低压侧的第一端与所述电源输入端的正极连接，所述预升压变压器的低压侧的第二端与所述预升压开关管的输入端连接，所述预升压开关管的输出端与所述电源输入端的负极连接，所述预升压开关管的控制端与所述控制电路的所述第二输出端连接；所述预升压开关管的控制端用于接收所述关断信号，并控制所述预升压电路关断；
15.所述预升压变压器的高压侧的第一端与所述预升压二极管的阳极连接，所述预升压变压器的高压侧的第二端与所述电源输出端的负极连接，所述预升压二极管的阴极与所述电源输出端的正极连接；所述预升压电容的正极与所述电源输出端的正极连接，所述预升压电容的负极与所述电源输出端的负极连接。
16.可选地，所述预升压开关管为n沟道mos管。
17.可选地，所述主功率电路包括主功率电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、主功率变压器、整流电路、主功率电容和主功率电阻；
18.所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端和所述第四开关管的控制端均与所述控制电路的所述第一输出端电连接，用于接收所述驱动信号；
19.所述主功率电感的第一端与所述电源输入端的正极连接，所述主功率电感的第二端与所述第一开关管的输入端和所述第二开关管的输入端均连接；所述第一开关管的输出端与所述主功率变压器的低压侧的第一端连接，所述第二开关管的输出端与所述主功率变压器的低压侧的第二端连接；所述主功率变压器的低压侧的第一端还与所述第三开关管的输入端连接，所述主功率变压器的低压侧的第二端还与所述第四开关管的输入端连接；所述第三开关管的输出端和第四开关管的输出端均与所述电源输入端的负极连接；
20.所述主功率变压器的高压侧的第一端与所述整流电路的第一端、所述主功率电容的正极和所述主功率电阻的第一端均连接，所述主功率变压器的高压侧的第二端与所述整流电路的第二端、所述主功率电容的负极和所述主功率电阻的第二端均连接；所述主功率变压器的高压侧的第一端与所述电源输出端的正极连接，所述主功率变压器的高压侧的第二端与所述电源输出端的负极连接。
21.可选地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管包括n沟道mos管。
22.可选地，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容；
23.所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极均与所述主功率变压器的高压侧的第一端连接；所述第一二极管的阴极与所述第一电容的正极均与所述电源输出端的正极连接，所述第二二极管的阳极与所述第二电容的负极均与所述电源输出端的负极连接；所述第一电容的负极与所述第二电容的正极均与所述主功率变压器的高压侧的第二端连接。
24.第二方面，本实用新型实施例提供了一种电源设备，包括上述升压装置。
25.本实用新型提供的升压装置包括控制电路，以及并联连接的主功率电路和预升压电路，通过预升压电路启动工作，将电源输入端的输入电压升压至预充电压值；控制电路的
采样端与电源输出端电连接，采集电源输出端的采样电压值，并在采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，将驱动信号发送至主功率电路；主功率电路的驱动端接收该驱动信号，并根据驱动信号将电源输入端的输入电压升至预设电压值，预充电压值小于预设电压值。本实用新型提供的升压装置，通过设置与主功率电路并联连接的预升压电路，在电源输出端先建立起一个低于预设电压值的预充电压值，使得控制电路采集到的采样电压值与预设电压值的差值较小，控制电路采用闭环控制，可以将电源输出端的电压值平缓达到额定值，不必由0v急剧调整至预设电压值，可以防止启动电压过冲问题，进而提高升压装置的安全可靠性。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例一提供的另一种升压装置的结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的预升压电路的结构示意图；
29.图4是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的主功率电路的结构示意图；
30.图5是本实用新型实施例一提供的另一种升压装置的主功率电路的结构示意图；
31.图6是本实用新型实施例二提供的一种电源设备的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
33.实施例一
34.图1是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的结构示意图。如图1所示，该升压装置包括控制电路10及并联连接的主功率电路20和预升压电路30，并联连接的主功率电路20和预升压电路30具有电源输入端vin和电源输出端vout；预升压电路30用于对电源输入端vin的输入电压进行升压处理；控制电路10的采样端101与电源输出端vout电连接，控制电路10的第一输出端102与主功率电路20的驱动端201电连接，控制电路10用于采集采样端101的采样电压值，在采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，并将驱动信号发送至驱动端201；主功率电路20用于接收驱动信号，并对电源输入端vin的输入电压进行升压处理，使得电源输出端vout的输出电压升高至预设电压值；预设电压值大于预充电压值。
35.在本实用新型实施例一中，升压装置可应用于将直流低压如20
‑
30v转换为直流高压如150v的升压dc/dc变换器，即言，电源输入端vin的输入电压可为直流20
‑
30v，预设电压值可设置为直流150v。控制电路10可以是一种全桥控制芯片，采用闭环控制，用于控制主功率电路20和预升压电路30的启动和关断。主功率电路20可以是任何大功率升压电路，如全桥boost升压电路。预升压电路30可以是一种小功率升压电路，其用于在主功率电路20启动之前，先在电源输出端vout建立一个略小于预设电压值的预充电压值。
36.示例性的，可设置预充电压值等于135v。
37.具体地，预升压电路30先对电源输入端vin的输入电压进行升压处理，控制电路10采用电阻分压的方式将采样端101采集到的采样电压值与预充电压值进行比较，若采样电
压值达到预充电压值，则控制电路10生成驱动信号，通过第一输出端102将驱动信号发送至主功率电路20的驱动端201，控制主功率电路20开通，缓慢地将电源输入端vin的输入电压升压至预设电压值。
38.本实用新型实施例一提供的升压装置包括控制电路，以及并联连接的主功率电路和预升压电路，通过预升压电路启动工作，将电源输入端的输入电压升压至预充电压值，控制电路的采样端与电源输出端电连接，采集电源输出端的预充电压值采样电压值，并在采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，将驱动信号发送至主功率电路，主功率电路的驱动端接收该驱动信号，并根据驱动信号将电源输入端的输入电压升至预设电压值，预充电压值小于预设电压值。本实用新型实施例一提供的升压装置，通过设置与主功率电路并联连接的预升压电路，在电源输出端先建立起一个低于预设电压值的预充电压值，使得控制电路采集到的采样电压值与预设电压值的差值较小，控制电路采用闭环控制，可以将电源输出端的电压值平缓达到额定值，不必由0v急剧调整至预设电压值，可以防止启动电压过冲问题，进而提高升压装置的安全可靠性。
39.图2是本实用新型实施例一提供的另一种升压装置的结构示意图。如图2所示，可选地，控制电路10设有第二输出端103，第二输出端103与预升压电路30的控制端301电连接；控制电路10还可以用于在采样电压值达到预设电压值时，产生关断信号，并通过第二输出端103将关断信号发送至预升压电路30的控制端301，控制预升压电路30关断。
40.具体地，在控制电路10的采样端101采集到的采样电压值达到预设电压值时，则控制电路10会生成关断信号，例如关断信号为低电平信号，将关断信号通过第二输出端103发送至预升压电路30的控制端301，控制预升压电路30关断，若采样电压值低于预充电压值，则控制电路10的第二输出端103输出高电平信号，控制预升压电路30导通，即在主功率电路20启动升压过程结束后，关断预升压电路30，可以减少不必要的功耗。
41.继续参考图2所示，可选地，电源输出端vout可以通过功率开关管40与用电负载50电连接；功率开关管40的控制端401与控制电路的第三输出端104电连接；控制电路30还可以用于在采样电压值达到预设电压值时，产生导通信号，并通过第三输出端104将导通信号发送至功率开关管40，控制功率开关管40导通。
42.具体地，还可以在电源输出端vout与用电负载50之间设置一个功率开关管40。功率开关管40可以是任何能够承受较大电流，漏电流较小，在一定条件下有较好饱和导通及截止特性的三极管，如n沟道mos管等。在主功率电路20启动升压过程中，控制电路10将采样端101采集到的采样电压值与预设电压值进行比较，若采样电压值与预设电压值相等，则控制电路10会产生导通信号，例如导通信号可为高电平信号，将导通信号通过第三输出端104发送至功率开关管40的控制端401，控制功率开关管40导通，使得电源输出端vout的输出电压可以为后级用电负载50供电；若采样电压值低于预设电压值，则控制电路10的第三输出端104输出低电平信号，控制功率开关管40截止关断，将控制电路10、主功率电路20和预升压电路30与后级用电负载50进行隔离，避免因用电负载50过大造成预升压电路30损坏，还可以避免在启动过程中输出电压不稳定造成用电负载50的损坏。
43.可选地，控制电路10可以包括采样电路；采样电路与电源输出端vout电连接；采样电路用于采集采样电压值，并将采样电压值反馈给控制电路10。
44.具体地，采样电路可以是电阻构成的分压电路，采样电路将采集到的采样电压值
发送至控制电路10，控制电路10根据采样电压值控制主功率电路20启动、预升压电路30关断和功率开关管40的截止与导通等。
45.图3是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的预升压电路的结构示意图。如图3所示，可选地，预升压电路30可以包括预升压开关管q5、预升压变压器t2、预升压二极管d3和预升压电容c4；预升压变压器t2的低压侧的第一端与电源输入端vin的正极连接，预升压变压器t2的低压侧的第二端与预升压开关管q5的输入端连接，预升压开关管q5的输出端与电源输入端vin的负极连接，预升压开关管q5的控制端301与控制电路10的第二输出端103连接；预升压开关管q5的控制端301用于接收关断信号，并控制预升压电路10关断；预升压变压器t2的高压侧的第一端与预升压二极管d3的阳极连接，预升压变压器的高压侧的第二端与电源输出端vout的负极连接，预升压二极管d3的阴极与电源输出端vout的正极连接；预升压电容c4的正极与电源输出端vout的正极连接，预升压电容c4的负极与电源输出端vout的负极连接。
46.继续参考图3所示，可选地，预升压开关管器q5可以为n沟道mos管。预升压开关管器q5的栅极301与控制电路10的第二输出端103电连接，预升压开关管器q5的源极与电源输入端vin的负极连接，预升压开关管器q5的漏极与预升压变压器t2的低压侧的第二端连接。
47.图4是本实用新型实施例一提供的一种升压装置的主功率电路的结构示意图。如图4所示，可选地，主功率电路20可以包括主功率电感l、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、主功率变压器t1、整流电路210、主功率电容c3和主功率电阻r1；第一开关管q1的控制端、第二开关管q2的控制端、第三开关管q3的控制端和第四开关管q4的控制端均与控制电路10的第一输出端102电连接，用于接收驱动信号；主功率电感l的第一端与电源输入端vin的正极连接，主功率电感l的第二端与第一开关管q1的输入端和第二开关管q2的输入端均连接；第一开关管q1的输出端与主功率变压器t1的低压侧的第一端连接，第二开关管q2的输出端与主功率变压器t1的低压侧的第二端连接；主功率变压器t1的低压侧的第一端还与第三开关管q3的输入端连接，主功率变压器t1的低压侧的第二端还与第四开关管q4的输入端连接；第三开关管q3的输出端和第四开关管q4的输出端均与电源输入端vin的负极连接；主功率变压器t1的高压侧的第一端与整流电路210的第一端、主功率电容c3的正极和主功率电阻r1的第一端均连接，主功率变压器t1的高压侧的第二端与整流电路210的第二端、主功率电容c3的负极和主功率电阻r1的第二端均连接；主功率变压器t1的高压侧的第一端与电源输出端vout的正极连接，主功率变压器t1的高压侧的第二端与电源输出端vout的负极连接。
48.具体地，主功率电容c3和主功率电阻r1用于对主功率变压器t1的升压电压值进行滤波处理，保证输出电压的平稳不间歇输出。
49.继续参考图4所示，可选地，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4可以包括n沟道mos管。第一开关管q1的栅极、第二开关管q2的栅极、第三开关管q3的栅极和第四开关管q4的栅极均与控制电路10的第一输出端102电连接，用于接收驱动信号；主功率电感l的第二端与第一开关管q1的漏极和第二开关管q2的漏极均连接；第一开关管q1的源极与主功率变压器t1的低压侧的第一端连接，第二开关管q2的源极与主功率变压器t1的低压侧的第二端连接；主功率变压器t1的低压侧的第一端还与第三开关管q3的漏极连接，主功率变压器t1的低压侧的第二端还与第四开关管q4的漏极连接；第三开关管q3的源
极和第四开关管q4的源极均与电源输入端vin的负极连接。
50.具体地，控制电路10通过发送驱动信号控制主功率电路20的第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4的导通与截止。控制电路10通过对第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4输出不同的脉冲信号控制各个开关管的导通与截止，通过调节驱动信号的时序，控制电源输出端vout的输出电压缓慢升高至预设电压值。例如，可将驱动信号的时序划分为四个时间段，在第一时间段内，控制电路10控制第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4均导通，在主功率电路20的主功率变压器t1的低压侧形成短路，电源输入端vin为主功率电感l供电，主功率电感l作为储能元件存储电能；第二时间段内，控制电路10控制第一开关管q1和第四开关管q4均导通，控制第二开关管q2和第三开关管q3截止，电压经过第一开关管q1由主功率变压器t1低压侧的第一端进入主功率变压器t1，随后从主功率变压器t1低压侧的第二端经过第四开关管q4回到电源输入端vin的负极；第三时间段内，控制电路10再次控制第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4均导通，在主功率电路20的主功率变压器t1的低压侧再次形成短路，电源输入端vin再次为主功率电感l供电，主功率电感l作为储能元件再次存储电能；第四时间段内，控制电路10控制第一开关管q1和第四开关管q4截止，控制第二开关管q2和第三开关管q3均导通，电压经过第二开关管q2由主功率变压器t1低压侧的第二端进入主功率变压器t1，随后从主功率变压器t1低压侧的第一端经过第三开关管q3回到电源输入端vin的负极。
51.图5是本实用新型实施例一提供的另一种升压装置的主功率电路的结构示意图。如图5所示，可选地，整流电路210可以包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1和第二电容c2；第一二极管d1的阳极与第二二极管d2的阴极均与主功率变压器t1的高压侧的第一端连接；第一二极管d1的阴极与第一电容c1的正极均与电源输出端vout的正极连接，第二二极管d2的阳极与第二电容c2的负极均与电源输出端vout的负极连接；第一电容c1的负极与第二电容c2的正极均与主功率变压器t1的高压侧的第二端连接。
52.具体地，当电压从主功率变压器t1高压侧的第一端输出时，经过第一二极管d1和第一电容c1回到主功率变压器t1高压侧的第二端；当电压从主功率变压器t1高压侧的第二端输出时，经过第二电容c2和第二二极管d2回到主功率变压器t1高压侧的第一端。整流电路210用于防止输出电压反向，并保证输出电压稳定持续输出。
53.本实用新型实施例一提供的升压装置包括控制电路，以及并联连接的主功率电路和预升压电路，预升压电路启动工作，将电源输入端的输入电压升压至预充电压值，控制电路的采样端采集电源输出端的采样电压值，并在采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，将驱动信号发送至主功率电路，主功率电路驱动端接收该驱动信号，并根据驱动信号将电源输入端的输入电压升至预设电压值，预充电压值小于预设电压值。本实用新型实施例一提供的升压装置，通过设置与主功率电路并联连接的小功率预升压电路，在电源输出端先建立起一个低于预设电压值的预充电压值，使得控制电路的采集电路采集到的采样电压值与预设电压值的差值较小，控制电路采用闭环控制，可以控制主功率电路升压使得电源输出端的电压值平缓达到额定值，不必由0v急剧调整至预设电压值，可以防止启动电压过冲问题；另外，在采样电压值达到预设电压值相等时，控制电路生成关断信号控制预升压电路关断，可以减少不必要的功耗；在启动升压过程中，控制电路保持功率开关管截止关断，
将控制电路、主功率电路和预升压电路与后级用电负载进行隔离，避免因用电负载过大造成预升压电路损坏，还可以避免在启动过程中输出电压不稳定造成用电负载的损坏，在启动过程结束后，控制电路产生导通信号控制功率开关管导通，开始为后级用电负载供电。本实用新型实施例一提供的升压装置，可以提高升压电路的安全性和可靠性。
54.实施例二
55.在上述实施例一的基础上，本实用新型实施例二提供了一种电源设备。图6是本实用新型实施例二提供的一种电源设备的结构示意图，如图6所示，该电源设备100包括上述升压装置200。
56.综上，本实用新型实施例二提供的电源设备，包括控制电路，以及并联连接的主功率电路和预升压电路，通过预升压电路启动工作，将电源输入端的输入电压升压至预充电压值；控制电路的采样端与电源输出端电连接，采集电源输出端的采样电压值，并在采样电压值达到预充电压值时产生驱动信号，将驱动信号发送至主功率电路；主功率电路的驱动端接收该驱动信号，并根据驱动信号将电源输入端的输入电压升至预设电压值，预充电压值小于预设电压值。本实用新型提供的升压装置，通过设置与主功率电路并联连接的预升压电路，在电源输出端先建立起一个低于预设电压值的预充电压值，使得控制电路采集到的采样电压值与预设电压值的差值较小，控制电路采用闭环控制，可以将电源输出端的电压值平缓达到额定值，不必由0v急剧调整至预设电压值，可以防止启动电压过冲问题，进而提高升压装置的安全可靠性。
57.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。