[发明专利]一种限流条件下实现瞬时大电流的电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源装置，特别涉及一种在限流条件下实现瞬时大电流的 电源装置。

背景技术

现在，很多模块或者设备在应用中需要瞬时大电流，而为模块或者设备供 电的电源的额定电流是有限的，所以，一般需要一个储能电容能在瞬时提供所 需的电流。

如图1所示，现有的电源装置的系统工作方式中，VIN表示输入电压，VC 表示储能电容电压，VOUT表示输出电压，C表示储能电容，Current Limit表 示限流模块，BUCK表示开降压型的直流转换的开关电源，Load表示需要供 电的负载。

电源装置的正常工作状态的正常电流为从输入电压VIN流通到输出电压 VOUT的电流I1，当电源装置需要瞬时大电流时，除了从输入电压VIN流通 到输出电压VOUT的电流I1外，还包含有一个从储能电容电压VC流通到输 出电压VOUT的电流I2，随着电流I2的释放储能电容电压VC的电压会逐步 降低。

以单个USB口给上网卡供电为例，其中输入电压VIN为5V，输出电压 VOUT为3.6V，单个USB端口的供电电流最大为500mA，即从输入电压VIN 流通到输出电压VOUT的电流I1为500mA，为而上网卡瞬时需要的电流可以 高达2A，持续时间0.57ms，即上网卡需要的瞬时大电流为2A。

根据DC/DC的输入输出电流电压公式，满足如下：

VC*IIN*η＝VOUT*IOUT    η表示DC/DC的效率

IIN＝I1+I2

ΔQ＝ΔVC*C＝I2*Δt

储能电容电压VC会随着电流I2的流出而变小，由于储能电容电压VC和 输出电压VOUT的压差恰好接近效率，可以假设VC*η＝VOUT，

于是IIN＝IOUT＝2A

I2＝IIN-I1＝1.5A

C＝I2*Δt/ΔVC

ΔVC＜VIN-VOUT＝1.4V

C＞0.61mF

通过上述计算可知，在上述例子中，理论上储能电容C需要用1个700uF 的大电容才能保证单个USB口给上网卡能提供持续0.57ms的2A电流；而在 实际使用中，由于储能电容C的体积和成本的综合考虑(体积小的成本太高， 成本低的体积太大)，储能电容C采用700uF的电容代价太大。

由于储能电容C采用700uF的电容代价太大，而储能电容C要采用更小 的电容来储存更多的电能，就需要把储能电容C的电压升高，而目前耐压不超 过36V的低压电容并不昂贵。

因此，在限流模块Current Limit与储能电容C之间增加一个升压型开关电 源转换器BOOST是一个较好的解决方案，根据电容储能公式E＝QU/2＝CU²/2， 储存相同的能量，电压升高比电容升高更有效果。

如图2所示，另一种现有的电源装置的系统工作方式中，VIN表示输入电 压，VC表示储能电容电压，VOUT表示输出电压，C表示储能电容，Current Limit 表示限流模块，BUCK表示开降压型的直流转换的开关电源，Load表示需要 供电的负载，BOOST表示升压型开关电源转换器。

与图1所示的现有的电源装置不同，在图2中通过一个5倍升压的升压型 开关电源转换器BOOST给储能电容C充电，在不考虑升压型开关电源转换器 BOOST的转换效率的前提下，如果原来的储能电容C需要700uF的电容提供 瞬时大电流，现在则仅需700/(5*5)＝28uF就可以储存足够的能量。

但是，虽然如图2所示的结构能够利用很小的储能电容C储存足够的能量， 但是不足之处在于，限流模块Current Limit会限制峰值电流，升压型开关电源 转换器BOOST本身的电流纹波大约为几十到上百毫安，所以升压型开关电源 转换器BOOST工作的平均电流就低于限流模块Current Limit限制的峰值电流 几十毫安，而升压型开关电源转换器BOOST本身也有转换效率，这样，升压 型开关电源转换器BOOST在正常工作时能输出的功率就打了很大的折扣，同 时整个电源装置的转换效率还很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种限流条件下实现瞬时大电流的电源装置，解决 现有的电源装置所存在的不足和缺陷，采用更小的储能电容，得到更高的工作 效率和输出功率。