一种智能双向DC-DC切换电路及不间断电源的制作方法

一种智能双向dc-dc切换电路及不间断电源
技术领域
1.本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种智能双向dc-dc切换电路及不间断电源。


背景技术：

2.在现有技术中，电池(如移动电源等)的充放电通常用到双向dc-dc变换器。
3.附图1所示是一种常用的双向dc-dc变换器拓扑结构，包括四个开关管和一个电感。第一开关管m1和第二开关管m2串联组成第一桥臂，连接在直流电源输入端；第三开关管m3和第四开关管m4串联组成第二桥臂，连接在直流电源输出端；电感l跨接在第一桥臂与第二桥臂之间。
4.该双向dc-dc变换器具有降压(buck)、升压(boost)、降升压(buck/boost)三种工作模式，由变换器驱动电路进行控制。
5.但是众所周知，在重要的“不断电”场合，对双向dc-dc变换器的切换响应时间要求非常迅速，将上述双向dc-dc变换器应用到不间断电源中时，常规的电池充、放电的切换控制，无法满足应用要求。


技术实现要素：

6.本发明的目的正是为了双向dc-dc变换器应用于不间断电源可以实现高速正反向切换，设计了一种智能的自动双向dc-dc切换电路。
7.本发明提供了一种智能双向dc-dc切换电路，包括主控制器、双向dc-dc电路和智能切换电路；所述双向dc-dc电路分别与所述主控制器和所述智能切换电路连接，所述主控制器为所述双向dc-dc电路提供驱动信号；所述智能切换电路连接为所述主控制器提供正反向切换信号。
8.进一步地，所述智能切换电路包括电压反馈模块、基准电压模块和切换信号模块.
9.进一步地，所述电压反馈模块包括运放芯片、第一mos管和稳压芯片；工作电压经分压电阻和所述稳压芯片后连接至所述运放芯片的同相输入端，所述运放芯片的输出信号将所述第一mos管导通，输出反馈信号作为所述双向dc-dc电路的电压基准点。
10.进一步地，所述基准电压模块包括稳压芯片和第一比较器芯片，所述加在第一比较器芯片同相输入端的电压是经所述稳压芯片输出的电压，加在第一比较器芯片反相输入端的电压是经分压的双向dc-dc切换电路的输入电压。
11.进一步地，所述切换信号模块包括第二比较器芯片和第二mos管；所述第二比较器芯片的正向输入端分别经分压电阻与所述稳压芯片的输出端及所述第一比较器芯片的输出端连接，所述第二比较器芯片的反相输入端经分压电阻与双向dc-dc切换电路的输入端连接；所述第二比较器芯片的输出用于驱动所述第二mos管，所述主控制器根据第二mos管的输出信号控制双向dc-dc电路实现正反向切换。
12.进一步地，所述双向dc-dc电路的拓扑结构，包括4个开关管；第一开关管的第一极
与第三开关管的第二极之间串联有一个电感；第二开关管与第四开关管串联后再与所述电感并联，其中，所述第二开关管的第二极与所述第一开关管的第一极连接，所述第二开关管的第一极与所述第四开关管的第二极连接，所述第四开关管的第一极与所述第三开关管的第二极连接。
13.进一步地，所述反馈信号经放大电路连接在所述第二开关管的第一极和所述第四开关管的第二极之间。
14.本发明还提供了一种不间断电源，包括前述任一方案描述的智能双向dc-dc切换电路和可充电备用电池。
15.本发明采用主控mcu加硬件电路的方式，能够实现双向dc-dc电路的自动高速切换，同时可用实现正、反向自动升压、自动降压、自动降升压，以防止某应用场合断电或电源不稳定，比如给一些重要的大型数据库供电。
附图说明
16.图1是现有技术的双向dc-dc电路图；
17.图2是本发明的双向dc-dc电路图；
18.图3是本发明的智能切换电路图；
19.图4是本发明的主控制器的引脚连接图。
具体实施方式
20.下面结合附图2-4对本发明作进一步详细描述。附图中的常规电路元件如电阻、电容，其应用均是配合主要电路元件的常规外围电路搭建，本领域技术人员能够非常直观地确定其类别与性质，因此未进行逐一标示和具体说明。
21.本发明的一种智能双向dc-dc切换电路，主要包括主控制器u1、双向dc-dc电路(芯片)和智能切换电路。双向dc-dc电路分别与所述主控制器和所述智能切换电路连接，所述主控制器为所述双向dc-dc电路提供驱动信号，所述智能切换电路连接为所述主控制器提供正反向切换信号。
22.附图2示出了所述双向dc-dc电路的拓扑结构，包括4个开关管。第一开关管m1的第一极(源极)与第三开关管m3的第二极(漏极)之间串联有一个电感l。第二开关管m2与第四开关管m4串联后再与电感l并联，其中，第二开关管m2的第二极(漏极)与第一开关管m1的第一极(源极)连接，第二开关管m2的第一极(源极)与第四开关管m4的第二极(漏极)连接，第四开关管m4的第一极(源极)与第三开关管m3的第二极(漏极)连接。
23.所述智能切换电路的拓扑结构如附图3所示，包括电压反馈模块、基准电压模块和切换信号模块。
24.所述电压反馈模块包括运放芯片u2(如lmv321)、第一mos管q1(如nmos)和稳压芯片u3(如lm431)。工作电压(5v)经分压电阻和稳压芯片u3后连接至运放芯片u2的同相输入端，运放芯片u2的输出信号将第一mos管q1导通，输出反馈信号vfb。参见附图2，所述反馈信号vfb经放大电路连接在第二开关管m2的第一极(源极)和第四开关管m4的第二极(漏极)之间。在实际应用中，所述反馈信号vfb作为双向dc-dc电路的电压基准点。
25.所述基准电压模块包括稳压芯片u3(如lm431)和第一比较器芯片u4a，由第一比较
器芯片u4a的输出为所述切换信号模块提供基准电压。参见附图3，加在第一比较器芯片u4a同相输入端的电压是经稳压芯片u3输出的小幅电压，此电压维持不变；加在第一比较器芯片u4a反相输入端的电压是经分压的双向dc-dc切换电路的输入电压(不间断电源的充电电压)vin。在vin正常的情况下，通过设计反相输入端的分压电路使得第一比较器芯片u4a同相输入端电压小于反相输入端的电压，此时第一比较器芯片u4a的输出为低电平；当vin掉电或低于正常值时，第一比较器芯片u4a同相输入端电压大于反相输入端的电压，此时第一比较器芯片u4a的输出为高电平。
26.参见附图3，所述切换信号模块包括第二比较器芯片u4b和第二mos管q2。第二比较器芯片u4b的正向输入端分别经分压电阻与所述稳压芯片u3的输出端及第一比较器芯片u4a的输出端连接，第二比较器芯片u4b的反相输入端经分压电阻与双向dc-dc切换电路的输入端连接。第二比较器芯片u4b的输出用于驱动所述第二mos管q2，主控制器根据第二mos管的输出信号控制双向dc-dc电路实现正反向切换。
27.通过设计反相输入端的分压电路，使得当第一比较器芯片u4a输出低电平时，第二比较器芯片u4b同相输入端电压小于反相输入端的电压，此时第二比较器芯片u4b的输出为低电平，第二mos管q2不导通，主控制器维持双向dc-dc电路向电池充电的工作模式；当第一比较器芯片u4a输出高电平时，第二比较器芯片u4b同相输入端电压大于反相输入端的电压，此时第二比较器芯片u4b的输出为高电平,第二mos管q2导通，主控制器控制双向dc-dc电路反向工作，即电池通过双向dc-dc电路放电，同时主控制器调整双向dc-dc电路的反向输出，以额定电压对负载供电。
28.附图4示出了主控制器引脚与双向dc-dc电路及智能切换电路的连接关系。在本发明的最佳实施例中，所述主控制器采用sc92f7445单片机。
29.在本发明中，优选采用双比较器lm393，可以同时实现第一比较器芯片u4a和第二比较器芯片u4b。
30.本发明的智能双向dc-dc切换电路配合可充电备用电池即构成性能可靠的不间断电源。可用于一些重要的大型数据库及其他重要场合的稳定供电。
31.综上所述，本发明的智能双向dc-dc切换电路采用主控制器(mcu)加简单的外围硬件电路的方式，通过对主控制器编程(icp)，利用双比较器芯片对双向dc-dc电路输入端电压变化的灵敏反应生成正反向切换信号，实现了双向dc-dc电路的自动高速切换，提高了不间断电源对掉电、电压不稳等情况的高效响应。同时可实现正、反向自动升压、自动降压、自动降升压。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
34.本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。