一种用于脉冲型负载的供电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于脉冲型负载的供电装置，包括：电源、开关型恒流充电电路、电容器、以及ＤＣ／ＤＣ电路；当脉冲型负载处于工作间隙时，电源通过充电电路为电容器充电；当脉冲型负载处于工作期间，充电电路与电容器共同向ＤＣ／ＤＣ电路供电。本实用新型专利技术允许储能电容上的电压大范围波动，大幅度的减少电容量，从而在释放同样能量的前提下节省了成本并减少了体积和重量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子
，尤其是无线通信设备的电源

技术介绍
在无线通信、高能激光、雷达等
，负载消耗的功率往往不是恒定的，而是 周期性的脉冲，如常见的雷达发射机、以及GSM和TD-SCDMA通信网络的射频功放等。这些 负载周期性的工作，峰值功率往往会超过平均功率的几倍，甚至几个数量级。由于上述因素 的影响，造成了这些设备的电源选择上出现两难的境地假如按照平均功率设计，则最大的 功率输出能力不能满足负载的需求；假如按照峰值功率设计，则平均功率又过大造成浪费。 为了解决这个问题，一般使用大容量的储能电容，在负载工作的间隙存储来自电源的能量， 并在负载大功率工作时释放能量供负载使用。在现有技术中，储能电容连接方式有两种。一种连接方式如图1所示(以下简称 方案1)，储能电容跟脉冲型负载并联在一起，所示的DC/DC电路含有限流功能以保护电源 不超载。在负载电流较小时，DC/DC电路对电容充电，而在负载电流较大时，电容器释放电 流补充DC/DC电路输出的不足。在方案1中，由于电容并联在DC/DC电路的输出端，电容充放电会导致该网络上电 压波动。如果负载对电压的稳定性要求比较高，就会需要一个很大容量的电容进行储能，给 设备的成本和体积造成很大影响，甚至会影响到该方案的可实现性。另一种连接方式如图2所示(以下简称方案2)，将储能电容并联在DC/DC电路之 前，并将一个线性限流电路插入到供电设备和电容之间。只要储能电容上的电压高于DC/DC 电路的最小输入电压，即可保证DC/DC电路正常工作。在此前提下，负载端的电压稳定通过 DC/DC电路的瞬态响应能力来保证，跟电容上的电压跌落无关。由于方案2允许储能电容上 的电压有较大幅度的跌落，所以储能电容只需要较小的容量就能满足存储和释放能量的需 求。但方案2仍有缺陷。首先，因为储能电容上的电压有较大波动，会导致线性限流电 路的输入电压(电源端)和输出电压(电容端)之间出现明显差异，从而在该限流电路上 产生不可避免的功率损耗，降低了供电效率，恶化了设备散热；其次，电容上的电压波动，受 到供电端电压和DC/DC电路的最小输入电压的限制，导致在很多情况下，电容的容量仍旧 较大，影响设备的成本和体积。
技术实现思路
本技术提供一种适用于脉冲型负载的供电装置，提高储能电容的电压跌落范 围，降低对储能电容的容量需求。本技术采用了如下技术方案一种用于脉冲型负载的供电装置，其特征在于，所述装置包括电源、开关型充电 电路、电容器、以及DC/DC电路；所述DC/DC电路的输出与所述脉冲型负载相连；当所述脉冲型负载处于工作间隙时，所述电源通过所述开关型充电电路为所述电容器充电；当所述 脉冲型负载处于工作期间，所述开关型充电电路与所述电容器共同向所述DC/DC电路供 电。 所述的开关型充电电路为恒流型。 所述电容器输入端之前还包含有输出过压保护模块，该模块可以集成到所述开关 型充电电路，也可以独立于该电路。给负载端供电的DC/DC电路可根据需要采取合适的电路结构，设计中保证两点即 可第一，瞬态响应足够好，以保证输出端电压的稳定；第二，输入电压范围足够大，这样就 可以允许储能电容上的电压波动足够大，在释放能量相同时，降低电容的容量。本技术的有益效果是(1)利用含有输出过压保护模块的开关型充电电路， 使得储能电容上的电压能大范围波动，这样在释放同样能量的前提下，可以大幅度的减少 电容量，从而节省成本并减少体积和重量；(2)相对于方案2来说，使用该充电电路让电源 满负荷工作的同时，可以将功率损耗降低，提高效率，且改善了设备的散热。附图说明图1是现有技术中储能电容的一种连接方式(前述方案1)示意图；图2是现有技术中储能电容的另一种连接方式(前述方案2)示意图；图3是本技术的结构示意图；图4是本技术的一个具体实施例的电路原理框图。图5是本技术的另一个具体实施例的电路原理框图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。外部条件供电设备(即电源)是一个电脑的USB HOST接口，可以对外提供最大 2. 5ff(5V/500mA)的功率。负载是脉冲型的，工作电压范围3. 3V士0. 15V (3. 15 3. 45V)，周 期5ms，在1/8的周期(0. 625ms)中，消耗电流为4A，其余时间消耗电流为0。容易计算得到，该负载的平均功率为1.65W，小于USB 口所能提供的2. 5W功率，但 峰值功率为13. 2W，又远大于USB 口所能提供的最大功率，应该使用储能电容来补充峰值功 率。另外，假设DC/DC电路的转换效率为90%。现在相同的外部条件下，将前述现有技术的两种方案与本技术的一个具体实 施例进行对比。方案1，如图1所示，当最大功率2. 5W输入时，DC/DC电路的输出功率为 2. 5WX90%= 2. 25W，输出电流为2. 25W+3. 3V = 682mA，则在0. 625ms期间，电容需要补充 的电流为 4A-0. 682A = 3. 32A。因为电容和负载并联，所允许的电压波动范围是3. 15V 3.45V，在负载工作的 0. 625ms之内，根据电容的放电导致电压降低，有(3. 45-3. 15) XC = 3. 32X0. 625 (假设电容为 C)解方程得C= 5533uF即需要一个6. 3V/6800UF的电容才能满足要求，体积大成本高。此时方案1的供电效率为90 %。方案2，如图2所示，采用一个BUCK型DC/DC电路给负载供电。电容上最高电压能 充到5V，为保证DC/DC的输出电压稳定，输入电压最多允许跌落到3. 5V。由于电容器上的 电压跌落会导致来自线性横流电路输入到电容上的功率降低，我们采用电容上电压中值近 似其平均电压，用来计算限流电路的平均输出功率。限流电路的平均输出电压为(5V+3. 5V) +2 = 4. 25V，平均输出功率为 4. 25VX 500mA = 2. 125W，则在0. 625ms内，给负载供电的DC/DC电路的输入功率为 13. 2ff^90%= 14. 7W，所以需要电容补充的功率为14. 7ff-2. 125W = 12. 6W。根据能量守恒，有12. 6X0. 625 = 0. 5XCX (52_3· 52)(假设电容为 C)得到C = 1235uF。即需要一个6. 3V/1500uF的电容可以满足需求。方案2的供电效率为前后2级效率之积，即(4. 25V + 5V) X90%= 76. 5%。本技术的一个实施例，如图3所示，通过一个BOOST型恒流充电电路向输出端 充电，该电路的最高输出电压设计为12V，以方便使用标称电压为16V的电容储能。此时同 样采用一个BUCK型DC/DC电路给负载供电。该DC/DC电路的输出电压为3. 3V，输入的最低 电压为3. 5V，输入的最高电压不低于12V。假设BOOST型恒流充电电路的效率亦为90%，则输出功率为2. 5WX90% = 2. 25W。 在0. 625ms的时间内，DC/DC电路的输入功率为13. 2W+90%= 14. 7W。在此0. 625ms期间 内，电容提供的功率为14. 7W-2. 25W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉冲型负载的供电装置，其特征在于，所述装置包括：电源、开关型充电电路、电容器、以及ＤＣ／ＤＣ电路；所述ＤＣ／ＤＣ电路的输出与所述脉冲型负载相连；当所述脉冲型负载处于工作间隙时，所述电源通过所述开关型充电电路为所述电容器充电；当所述脉冲型负载处于工作期间，所述开关型充电电路与所述电容器共同向所述ＤＣ／ＤＣ电路供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩正渭，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]