CN101989812B - 直流电源转换电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直流电源转换电路及方法。所述直流电源转换电路包括：直流输入端，用于接收直流电输入；直流输出端，用于提供一预定直流电输出；开关模块，其连接在直流输入端和直流输出端之间，用于提供一直通供电通路；直流-直流降压转换模块，其连接在直流输入端和直流输出端之间，用于提供一降压供电通路；及控制模块，其与开关模块和直流-直流降压转换模块相连，用于对直流电输入电压进行检测，并根据检测结果选择直通供电通路和降压供电通路中的一个以提供该预定直流电输出于该直流输出端。把直流电源转换电路用在多媒体播放器或者电视盒等电子设备的电源电路中，可使设备的输入电源兼容5V、9V和12V等电源适配器。

Description

直流电源转换电路及方法
技术领域
本发明涉及电源技术，更具体地说，涉及一种用于电子设备中的兼容5V、9V和12V电源适配器的直流电源转换电路及直流电源转换方法。
背景技术
现有使用直流电压工作的电子设备中，通常需要一个电源适配器为其提供直流电源，并且电源适配器的规格需要与设备工作电压相匹配。例如，在设备工作电压为5V的情况下，超过5V的直流电源输入可能烧坏电子设备中的元器件，因此，只能配合输出电压为5V的电源适配器使用。
市面上的电源适配器一般有5V、9V和12V等多种规格。在使用场合，如果不小心将9V或12V电源适配器的输出端插入工作电压为5V的设备的电源输入插座中，将可能烧坏设备中的元器件。
因此，需要一种解决方案使得设备能够使用多种规格的电源适配器供电。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述一个设备只能配合一种规格的电源适配器来使用的缺陷，提供一种可以兼容多种规格电源适配器的直流电源转换电路。
此外，针对本发明要解决的技术问题，还提供一种直流电源转换方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流电源转换电路，用于产生直流电压，包括：
直流输入端，用于从交流-直流电源适配器接收直流电输入；
直流输出端，用于提供一预定直流电输出；
开关模块，其连接在所述直流输入端和直流输出端之间，用于提供一直通供电通路；
直流-直流降压转换模块，其连接在所述直流输入端和直流输出端之间，用于提供一降压供电通路；及
控制模块，其与所述开关模块和所述直流-直流降压转换模块相连，用于对一直流电输入电压进行检测，并根据检测结果选择所述直通供电通路和降压供电通路中的一个以提供所述预定直流电输出于所述直流输出端。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述根据检测结果选择所述直通供电通路和降压供电通路中的一个包括：
当直流电输入电压大于预定工作电压范围的上限时，控制所述开关模块关断并使能所述直流-直流降压转换模块工作，以选择所述降压供电通路；
当直流电输入电压在预定工作电压范围内时，控制所述开关模块接通并停止所述直流-直流降压转换模块工作，以选择所述直通供电通路。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述开关模块为场效应管或集成开关。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述直流-直流降压转换模块为电平使能/停止的直流-直流降压转换集成电路。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述检测包括对直流电输入电压进行采样、比较，所述控制模块包括：
采样电路，其连接于直流输入端，用于获得所述直流电输入电压的采样信号；
比较电路，其连接于所述采样电路，用于接收所述采样信号并将所述采样信号与基准电压相比较，以产生一比较结果；及
控制信号产生电路，其连接于所述比较电路，用于基于所述比较结果产生控制所述开关模块接通/关断同时控制直流-直流降压转换模块停止/使能的控制信号。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述采样电路包含两个串联连接的电阻用于分压来获得直流电输入电压的采样信号，所述比较电路包含一晶体管以接收比较所述采样信号并比较所述采样信号与晶体管的门限电压即所述基准电压，以产生所述比较结果。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述采样电路包含两个串联电阻用于分压来获得直流电输入电压的采样信号，所述基准电压由一稳压二极管来提供，所述比较电路包含一差分放大器，所述采样电压和基准电压从所述差分放大器的两个输入脚输入，经差分放大器比较后产生所述比较结果。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述控制信号产生电路包含一第一控制信号产生电路和一第二控制信号产生电路，用于根据所述比较电路产生的所述比较结果来分别获得一第一控制信号和第二控制信号来控制所述开关模块接通/关断同时控制直流-直流降压转换模块停止/使能的工作状态：当所述第一控制信号控制所述开关模块接通时，所述第二控制信号停止所述直流-直流降压转换模块工作；当所述第一控制信号控制所述开关模块关断时，所述第二控制信号使能所述直流-直流降压转换模块工作。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述第一控制信号产生电路包含一个晶体管或者场效应管，连接于所述比较电路和开关模块之间，用以根据所述比较结果，产生所述第一控制信号来控制所述开关模块。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述第二控制信号产生电路包含一个晶体管，或者包含一个晶体管和一个耦接于所述晶体管的场效应管，用以根据所述比较结果，产生所述第二控制信号来控制所述直流-直流降压转换模块的电源供电或者使能电平。
在本发明所述的直流电源转换电路中：
所述开关模块为场效应管Q29；
所述直流-直流降压转换模块为电平使能/停止的直流-直流降压转换集成电路芯片(132)；
所述采样电路包括由第一电阻R352和第二电阻R354构成的第一采样电路、以及由第三电阻R356和第四电阻R357构成的第二采样电路；
所述比较电路包括由第五电阻353、第一NPN型晶体管Q32构成的第一比较电路、以及由PNP型晶体管Q2构成的第二比较电路；
所述控制信号产生电路包括由第六电阻R355、第七电阻R351、第一电容C25和第二NPN型晶体管Q33构成的第一控制信号产生电路、以及由所述PNP型晶体管Q2和第八电阻R358构成的第二控制信号产生电路；
其中：
所述场效应管Q29的源极连接于所述直流输入端、漏极通过电感L126连接于所述直流输出端；
所述直流-直流降压转换集成电路芯片(132)的直流输入端脚连接于所述直流输入端、直流输出端脚连接于所述直流输出端；
所述第一电阻R352和第二电阻R354串连在所述直流输入端与地之间；
所述第三电阻R356和第四电阻R357串连在所述直流输入端与地之间；
所述第一NPN型晶体管Q32的基极连接于所述第一电阻R352和第二电阻R354之间的节点、集电极通过所述第五电阻R353连接于所述直流输入端、发射极接地；
所述第二NPN晶体管Q33的基极通过第七电阻R351连接于所述第一NPN型晶体管Q32的集电极并通过所述第一电容C25接地、发射极接地、集电极连接于所述场效应管Q29的栅极并通过所述第六电阻R355连接于所述直流输入端；
所述PNP型晶体管Q2的基极连接于所述第三电阻R356和第四电阻R357之间的节点、发射极连接于所述直流输出端、集电极通过所述第八电阻R358连接于所述直流-直流降压转换集成电路芯片(132)的使能/停止控制信号输入端脚。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述直流输入端连接有一个保险管，用于对所述直流电源转换电路进行过电流保护。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述直流输入端与地之间连接有第二电容C26。
在本发明所述的直流电源转换电路中，所述直流电输入电压为12V、9V或5V，所述预定直流电输出的电压为5V。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种直流电源转换方法，用于提供一预定直流电输出，包括：
接入直流电输入；
检测直流电输入电压；
比较所述直流电输入电压与一预定工作电压范围；
当所述直流电输入电压大于所述预定工作电压范围的上限时，将所述直流电输入经由直流-直流降压转换至所述预定直流电输出的电压后输出；及
当所述直流输入电压在所述预定工作电压范围内，由所述直流电输入直接输出。
在本发明所述的直流电源转换方法中，当所述直流电输入电压为12V、9V或5V时，所述预定直流电输出的电压为5V。
在本发明所述的直流电源转换方法中，所述检测直流电输入电压的步骤是对所述直流电输入电压进行分压，以产生一采样信号。
在本发明所述的直流电源转换方法中，所述比较所述直流电输入电压与所述预定工作电压范围的步骤还包括：
比较所述采样信号与一基准电压，以产生一比较结果；及
根据所述比较结果产生一第一控制信号和一第二控制信号。
在本发明所述的直流电源转换方法中，当所述第一控制信号控制所述直流电输入直接输出时，所述第二控制信号控制不进行所述直流-直流降压转换；当所述第一控制信号控制直流电输入不直接输出时，所述第二控制信号控制进行所述直流-直流降压转换。
实施本发明具有以下有益效果：把直流电源转换电路应用于多媒体播放器或者电视盒等电子设备的电源电路中，可以使设备的输入电源兼容5V、9V和12V等多种规格的电源适配器，避免因错用高输出电压的电源适配器而损坏设备中的元器件，为设备的使用安全提供了保障。另外对于用户来说，可以选择的电源适配器种类更多，提高了使用灵活性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1A是本发明直流电源转换电路的原理框图；
图1B是图1A中直流电源转换电路中控制模块120的电路框图；
图2是本发明直流电源转换电路第一实施例的电路原理图；
图3是本发明直流电源转换电路第二实施例的电路原理图；
图4是本发明直流电源转换电路第三实施例的电路原理图；
图5是本发明直流电源转换电路第四实施例的电路原理图；
图6是本发明直流电源转换电路中直流-直流降压转换模块第一实施例的电路原理图；
图7是本发明直流电源转换电路中直流-直流降压转换模块第二实施例的电路原理图；
图8是本发明直流电源转换方法的流程图。
具体实施方式
图1A是本发明直流电源转换电路的原理框图。图1A示出的直流电源转换电路包括开关模块110、控制模块120及直流-直流(DC-DC)降压转换模块130。其中，开关模块110连接在直流输入端和直流输出端之间构成直通供电通路；直流-直流降压转换模块130连接在直流输入端和直流输出端之间构成降压供电通路；控制模块120分别与开关模块110和DC-DC降压转换模块130相连。
图1B进一步展示了图1A中直流电源转换电路中控制模块120的电路框图。如图1B所示，控制模块120包括采样电路201、比较电路202及控制信号产生电路203。
本发明的构思是，通过检测输入电源的电压，选择让直流电源直通供电或者通过DC-DC降压转换模块降压后供电。
在工作过程中，直流输入端从交流-直流电源适配器接收直流电输入。控制模块120对直流输入电源的电压进行检测，并根据检测结果控制开关模块110和DC-DC降压转换模块130的工作状态，以选择直通供电通路和降压供电通路中的一个通过直流输出端为设备提供符合其工作电压的直流电输出(即预定工作电压)。具体来说，采样电路201对直流输入电源电压采样，并将采样信号传送至比较电路202。比较电路202将代表直流电输入电压的采样信号与代表预定工作电压的基准电压进行比较。之后，控制信号产生电路203基于比较电路202的比较结果输出控制信号。当直流电输入电压大于预定工作电压范围的上限时，控制开关模块110关断并使能直流-直流降压转换模块130工作，以将直流电输入电压降压转换成预定工作电压后提供给设备；当直流电输入电压在预定工作电压范围内时，控制开关模块110接通并停止直流-直流降压转换模块130工作，以将直流输入电源直通供电给设备。
以下为本发明的几个具体实施例。
图2是本发明直流电源转换电路第一实施例的电路原理图。图2中，电源输入插座CON32和DC输入端H_POWIP之间连接有一个保险管F2。DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有开关管Q30和电感L128构成直通供电通路，且DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有DC-DC降压转换模块131(其为电平可以使能/停止的直流降压转换模块)构成降压供电通路。虚线框包围的部分是控制模块121。控制信号FBREF控制DC-DC降压转换模块的工作或停止，具体的方法为控制DC-DC降压转换模块的使能(Enable)电平。
在本实施例中，电阻R359、R361构成采样电路；电阻363和NPN型三极管Q35构成比较电路；电阻R360，二极管D86、电阻R364、电容C28和三极管Q34构成控制信号产生电路。开关模块采用场效应管Q30实现。
本实施例中，直流电输出的电压预定为5V(与设备工作电压相符合)，以下分别为直流电输入电压为5V、9V和12V的情况下，电路中各主要器件的工作状态及DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF电平高低状态的列表1：
列表1
Figure G2009101091971D00071
Figure G2009101091971D00081
根据列表1可知，在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器(ACAdapter)输入电源的时候，场效应管Q30截止，DC-DC降压转换模块131工作；在采用5V(或者小于5v)的电源适配器输入的时候，场效应管Q30导通，DC-DC降压转换模块停止工作。本实施例中，虽然DC-DC降压转换模块的使能/停止管脚接收到高电平时不工作，接收到低电平时或无电平输入时工作，但本发明并不限于此种情况。在本发明的一实施例中，场效应管Q30为P沟道场效应管AO3401。
在工作过程中，当直流电输入电压经电阻R359、R361分压后，在电阻R361上产生一个电压采样信号，NPN型三极管Q35将该采样信号与其基极-射极门限电压(用作为基准电压)进行比较。
在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，电压采样信号高于三极管Q35的门限电压，三极管Q35导通，其集电极为低电平。这样，一方面使得三极管Q34的基极为低电平，三极管Q34截止，输入到场效应管Q30栅极为高电平，场效应管Q30截止，直通供电通路断开；另一方面，二极管D86截止，DC-DC降压转换模块输入低电平(即控制信号FBREF为低电平)，使得DC-DC降压转换模块处于工作状态，降压供电通路接通。
相反，在采用5V电源适配器输入电源的时候，电压采样信号低于三极管Q35的门限电压，三极管Q35截止，其集电极为高电平。这样，一方面使得三极管Q34的基极为高电平，三极管Q34导通，输入到场效应管Q30栅极为低电平，场效应管Q30导通，直通供电通路接通；另一方面，二极管D86导通，DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF为高电平，使得DC-DC降压转换模块停止工作，降压供电通路断开。
以上均为理想状态下的情况。但是模拟电路的设计不可能那么理想，实际电路只能做到输入电源大于(5+Δ)V时DC-DC降压转换模块开始工作，Δ根据电路形式不同会有不同的电压值。而设备工作电压实际上包括一个工作电压范围，当直流输入电源电压在工作电压范围内，设备可以正常工作；低于下限时，设备无法正常工作；高于上限时，需要将高压直流电输入降压转换到工作电压范围之内。
需要说明的是，虽然本发明的实施例中是以直流电输出的电压设计为直流5V来举例，但本发明不限于5V电压，例如本发明也可用于输出3.3V直流电压，当然后一种情况下，需要对实施例中部分器件的参数进行调整。再有，电源适配器的规格也不仅只限于5V、9V、12V和3.3V，还可以是其它规格的电源适配器，例如24V等，这种情况下DC-DC降压转换模块要求能够将24V的直流电源转换成5V或3.3V的直流电源。另外，在本发明的直流电源转换电路设计中，对各个元器件参数的选择使得电压采样信号可用于代表直流电输入电压，基准电压可以用于代表被供电设备的工作电压。
图3是本发明直流电源转换电路第二实施例的电路原理图。图3中，电源输入插座CON31和DC输入端H_POWIP之间连接有一个保险管F1。DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有开关管Q29和电感L126构成直通供电通路，且DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间还连接有DC-DC降压转换模块132(其为电平可以使能/停止的直流降压转换模块)构成降压供电通路。虚线框包围的部分是控制模块122。控制信号FBREF控制DC-DC降压转换模块的工作或停止，具体的方法为控制DC-DC降压转换模块的Enable电平。开关模块采用场效应管Q29实现。
与图2所示的实施例对比，图3中使用PNP型三极管Q2来替代二极管D86来提供FBREF信号。
在本实施例中，第一电阻R352和第二电阻R354构成第一采样电路，第三电阻R356和第四电阻R357构成第二采样电路。
第五电阻353、第一NPN型三极管Q32构成的第一比较电路，PNP型三极管Q2构成第二比较电路；
第六电阻R355、第七电阻R351、第一电容C25和第二NPN型三极管Q33构成第一控制信号产生电路，用于控制场效应管Q29的导通/截止；PNP型三极管Q2和第八电阻R358构成第二控制信号产生电路，用于使能/停止DC-DC降压转换模块工作。
其中：
所述场效应管Q29的源极连接于所述直流输入端、漏极通过电感L126连接于所述直流输出端；
所述直流-直流降压转换集成电路芯片(132)的直流输入端脚连接于所述直流输入端、直流输出端脚连接于所述直流输出端；
所述第一电阻R352和第二电阻R354串连在所述直流输入端与地之间；
所述第三电阻R356和第四电阻R357串连在所述直流输入端与地之间；
所述第一NPN型三极管Q32的基极连接于所述第一电阻R352和第二电阻R354之间的节点、集电极通过所述第五电阻R353连接于所述直流输入端、发射极接地；
所述第二NPN型三极管Q33的基极通过第七电阻R351连接于所述第一NPN型三极管Q32的集电极并通过所述第一电容C25接地、发射极接地、集电极连接于所述场效应管Q29的栅极并通过所述第六电阻R355连接于所述直流输入端；
所述PNP型三极管Q2的基极连接于所述第三电阻R356和第四电阻R357之间的节点、发射极连接于所述直流输出端、集电极通过所述第八电阻R358连接于所述直流-直流降压转换集成电路芯片(132)的使能/停止控制信号输入端脚。
本实施例中，直流电输出的电压预定为5V(与设备工作电压相符合)，以下分别为直流电输入电压为5V、9V和12V的情况下，电路中各主要器件的工作状态及DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF电平高低状态的列表2：
列表2
Figure G2009101091971D00111
根据列表2可知，在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，场效应管Q29截止，DC-DC降压转换模块132工作；在采用5V(或者小于5v)的电源适配器输入的时候，场效应管Q29导通，DC-DC降压转换模块停止工作。本实施例中，虽然DC-DC降压转换模块的使能/停止管脚接收到高电平时不工作，接收到低电平时或无电平输入时工作，但本发明并不限于此种情况。在本发明的一实施例中，场效应管Q29为AO3401。
在工作过程中，在直流输入端，直流电输入电压经电阻R352、R354分压后，在电阻R354上产生第一电压采样信号，NPN型三极管Q32将该第一电压采样信号与其基极-射极门限电压(用作为基准电压)进行比较。在直流输出端，直流电输出的电压经电阻R356和R357分压后，在电阻R357上产生第二电压采样信号，PNP型三极管Q2将该第二电压采样信号与其基极-射极门限电压(用作为基准电压)进行比较。
在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，一方面，第一电压采样信号高于三极管Q32的门限电压，三极管Q32导通，其集电极为低电平，使得三极管Q33的基极为低电平，三极管Q33截止，输入到场效应管Q29栅极为高电平，场效应管Q29截止，直通供电通路断开；另一方面，第二电压采样信号高于或接近三极管Q2集电极的电压，使得无法达到三极管Q2启动的门限电压，三极管Q2截止，DC-DC降压转换模块低电平输入(即控制信号FBREF为低电平)，使得DC-DC降压转换模块处于工作状态，降压供电通路接通。
相反，在采用5V电源适配器输入电源的时候，一方面，第一电压采样信号低于三极管Q32的门限电压，三极管Q32截止，其集电极为高电平，使得三极管Q33的基极为高电平，三极管Q33导通，输入到场效应管Q29栅极为低电平，场效应管Q29导通，直通供电通路接通；另一方面，第二电压采样信号低于三极管Q2集电极的电压一定数量，达到其启动的门限电压，三极管Q2导通，DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF为高电平，使得DC-DC降压转换模块停止工作，降压供电通路断开。
在本实施例中，改变电阻R352与R354、R356与R357阻值的比例，可以改变输入电源兼容范围。如果想兼容比13V更高的适配器电压输入，则需要修改DC-DC降压转换模块。另外，改变MOS管和保险丝的型号，可以改变电路的额定电流。本实施例的电路参数下，最大额定电流4A。
图4是本发明直流电源转换电路第三实施例的电路原理图。图4中，电源输入插座CON33和DC输入端H_POWIP之间连接有一个保险管F3。DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有集成开关U34和电感L129构成直通供电通路，且DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有DC-DC降压转换模块133(其为电平可以使能/停止的直流降压转换模块)构成降压供电通路。虚线框包围的部分是控制模块123。如图4所示，控制信号FBREF控制DC-DC降压转换模块的工作或停止，具体的方法为控制DC-DC降压转换模块的Enable电平。
在本实施例中，电阻R362、R366构成采样电路；电阻R224、R369、370、稳压二极管D16及差分放大器U502A(例如TL062)构成比较电路；二极管D87、电阻R368，电阻R365，电容C30及场效应管Q103构成控制信号产生电路。开关模块采用集成开关U34(例如AO4803A)实现。场效应管Q103为N沟道场效应管。
本实施例中，直流电输出的电压预定为5V(与设备工作电压相符合)，以下分别为直流电输入电压为5V、9V和12V的情况下，电路中各主要器件的工作状态及DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF电平高低状态的列表3：
列表3
Figure G2009101091971D00131
根据列表3可知，在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，集成开关U34截止，DC-DC降压转换模块133工作；在采用5V(或者小于5v)的电源适配器输入的时候，集成开关U34导通，DC-DC降压转换模块133停止工作。本实施例中，虽然DC-DC降压转换模块的使能/停止管脚接收到高电平时不工作，接收到低电平时或无电平输入时工作，但本发明并不限于此种情况。
在工作过程中，当直流电输入电压经电阻R362、R366分压后，在电阻R366上产生一个电压采样信号，该电压采样信号传送至差分放大器U502A的反向输入端，稳压二极管D16输出的电压经电阻R369和R370分压后在电阻R370上产生一个参考电压(用作为基准电压)，并传送至差分放大器U502A正向输入端。差分放大器U502A对该采样信号与参考电压进行比较，并根据比较结果在其输出端输出高或低电平信号。
在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，电压采样信号高于参考电压，差分放大器U502A输出低电平。这样，一方面使得场效应管Q103的栅极为低电平，场效应管Q103截止，同时集成开关U34截止，直通供电通路断开；另一方面，二极管D87截止，DC-DC降压转换模块133输入低电平(即控制信号FBREF为低电平)，使得DC-DC降压转换模块处于工作状态，降压供电通路接通。
相反，在采用5V电源适配器输入电源的时候，电压采样信号低于参考电压，差分放大器U502A输出高电平。这样，一方面使得场效应管Q103的栅极为高电平，场效应管Q103导通，同时集成开关U34导通，直通供电通路接通；另一方面，二极管D87导通，DC-DC降压转换模块的控制信号FBREF为高电平，使得DC-DC降压转换模块停止工作，降压供电通路断开。
需要注意的是，N沟道场效应管Q103的功能类似NPN型三极管，与图2中NPN型三极管Q34作用类似。集成开关U34采用的是AO4803A，这也是一种双P沟道增强型场效应管。对比图2中场效应管Q30(P沟道场效应管)，使用集成开关可有效降低开关上的压降，适合于对电压要求比较准确的用电设备。
图5是本发明直流电源转换电路第四实施例的电路原理图。图5中，电源输入插座CON34和DC输入端H_POWIP之间连接有一个保险管F5。DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有集成开关U35和电感L130构成直通供电通路，且DC输入端H_POWIP和DC输出端L_POWOP之间连接有DC-DC降压转换模块134构成降压供电通路。虚线框包围的部分是控制模块124。
在本实施例中，电阻R367、R371构成采样电路；电阻R268、R375、R374、稳压二极管D17及差分放大器U502B构成比较电路；二极管D88、场效应管Q31、电阻R381、R373、R372及场效应管Q104构成控制信号产生电路。开关模块采用集成开关U35(例如AO4803A)实现。其中，场效应管Q104为N沟道场效应管。场效应管Q31为P沟道场效应管(例如AO3401)。
本实施例中，直流电输出的电压预定为5V(与设备工作电压相符合)，以下分别为直流电输入电压为5V、9V和12V的情况下，电路中各主要器件的工作状态列表4：
列表4
Figure G2009101091971D00151
根据列表4可知，在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，集成开关U35截止，DC-DC降压转换模块134工作；在采用5V(或者小于5v)的电源适配器输入的时候，集成开关U35导通，DC-DC降压转换模块134停止工作。在本实施例中，采用接通或切断电源的方法来控制DC-DC降压转换模块工作或不工作。
在工作过程中，当直流电输入电压经电阻R367、R371分压后，在电阻R371上产生一个电压采样信号，该电压采样信号传送至差分放大器U502B的反向输入端，稳压二极管D17输出的电压经电阻R375和R374分压后在电阻R374上产生一个参考电压(用作为基准电压)，并传送至差分放大器U502A正向输入端。差分放大器U502B对该采样信号与参考电压进行比较，并根据比较结果在其输出端输出高或低电平信号。
在采用9V或者12V(或者大于12v)电源适配器输入电源的时候，电压采样信号高于参考电压，差分放大器U502B输出低电平。这样，一方面使得场效应管Q104的栅极为低电平，场效应管Q104截止，同时集成开关U35截止，直通供电通路断开；另一方面，场效应管Q31导通，将DC-DC降压转换模块134与直流输入端连通，使得DC-DC降压转换模块134处于工作状态，降压供电通路接通。
相反，在采用5V电源适配器输入电源的时候，电压采样信号低于参考电压，差分放大器U502B输出高电平。这样，一方面使得场效应管Q104的栅极为高电平，场效应管Q104导通，同时集成开关U35导通，直通供电通路接通；另一方面，场效应管Q31截止，将DC-DC降压转换模块134与直流输入端的通路断开，使得DC-DC降压转换模块134停止工作，降压供电通路断开。
如图5所示，此原理图展示了让DC-DC降压转换模块停止工作的切断电源的方法：从差分放大器U502B(例如TL062)的输出的控制信号控制场效应管Q31(例如AO3401)关断，切断DC-DC降压转换模块电源供电。
图5中，为了满足场效应管Q31栅极对高低电平的具体电压要求，增加二极管D88用于升高来自差分放大器U502B输入的电压，不管从差分放大器中输出到二极管D88负极为低电平还是高电平，二极管D88都导通，且把电压升高一个PN结电压，然后再输入到场效应管Q31栅极。当直流输入电源的电压为5V，则输入场效应管Q31的栅极电压为高电平，场效应管Q31截止，DC-DC降压转换模块不工作；反之，当直流输入电源的电压为9V或12V，输入场效应管Q31的栅极电压为低电平，场效应管Q31导通，DC-DC降压转换模块工作。
本发明的直流电源转换电路中，DC-DC降压转换模块可以采用很多种方案，例如可以采用但不限于如图6或图7所示的电路，具体方案是可以替换的。
图6是本发明直流电源转换电路中直流-直流降压转换模块第一实施例的电路原理图，其采用NCP1587方案，最高输入电压可以兼容到13.5V，输出电流可以达到5A/5V以上。
图7是本发明直流电源转换电路中直流-直流降压转换模块第二实施例的电路原理图，其采用DIODES公司的AP1501方案，可以兼容到18V和24V的电源适配器。
图8是本发明直流电源转换方法的流程图。本发明直流电源转换方法用于提供一预定直流电输出。如图8所示，在开始步骤805(如设备开机)之后，进行步骤810接入直流电输入。之后在步骤820中，检测直流电输入电压。在步骤830，比较所述直流输入电压与一预定工作电压范围。当所述直流电输入电压大于所述预定工作电压范围的上限时，则进入步骤850，选择将直流电输入电压降压转换至所述预定直流电输出电压后输出。当所述直流输入电压在所述预定工作电压的范围内，则进入步骤840，将直流电输入直接输出。之后在步骤860中，设备上电进入正常工作。最后，步骤870中，整个流程结束。
其中，当所述直流电输入电压为12V，9V或5V时，所述预定直流电输出电压为5V。
步骤820中，根据本发明提供的上述四个实施例，所述检测直流电输入的电压的步骤是对直流电输入电压进行分压，以产生一采样信号。
步骤830中，所述比较直流电输入电压与所述预定工作电压范围的步骤还包括以下两个步骤，首先比较所述采样信号与一基准电压，以产生一比较结果，然后根据所述比较结果产生一第一控制信号和一第二控制信号。其中，当所述第一控制信号控制所述直流电输入直接输出时，所述第二控制信号控制不进行所述直流-直流降压转换；当所述第一控制信号控制直流电输入不直接输出时，所述第二控制信号控制进行所述直流-直流降压转换。
本发明可以应用于多媒体播放器、电视盒、路由器等用到交流-直流电源适配器的电子设备上，从而使设备的输入电源兼容5V、9V和12V等多种规格的电源适配器。另外，本发明的直流电源转换电路可内置于或外接于上述电子设备。
虽然以上描述了本发明的各种实施例，应当理解，其目的仅在于举例说明本发明，而不是对本发明的限制。本领域的技术人员知悉，在不离开本发明的精神和范围情况下，在形式上和细节上还可做各种的改变。因此，本发明的保护范围不当仅局限于以上描述的任一实施例，而应该依照权利要求及其等同来限定。

Claims (13)

1.一种直流电源转换电路，用于产生直流电压，其特征在于，包括： 
直流输入端，用于从交流-直流电源适配器接收直流电输入； 
直流输出端，用于提供一预定直流电输出； 
开关模块，其连接在所述直流输入端和直流输出端之间，用于提供一直通供电通路； 
直流-直流降压转换模块，其连接在所述直流输入端和直流输出端之间，用于提供一降压供电通路；及 
控制模块，其与所述开关模块和所述直流-直流降压转换模块相连，并与直流输入端相连，用于对一直流电输入电压进行检测，并根据检测结果选择所述直通供电通路和降压供电通路中的一个以提供所述预定直流电输出于所述直流输出端； 
所述控制模块，包括： 
分别与所述直流输入端相连的第一采样电路和第二采样电路，用于获得所述直流电输入电压的采样信号； 
分别与第一采样电路和第二采样电路的输出端相连的第一比较电路和第二比较电路，用于接收所述采样信号并将所述采样信号与一基准电压相比较，以产生一比较结果； 
分别与第一比较电路和第二比较电路的输出端相连的第一控制信号产生电路和第二控制信号产生电路，用于基于所述比较结果产生控制所述开关模块接通/关断同时控制直流-直流降压转换模块停止/使能的控制信号，其中，第一控制信号产生电路的输出与所述开关模块相连，第二控制信号产生电路的输出与所述直流-直流降压转换模块相连； 
所述基准电压是预定工作电压范围的上限值。 
2.根据权利要求1所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述根据检测结果选择所述直通供电通路和降压供电通路中的一个包括： 
当直流电输入电压大于预定工作电压范围的上限时，控制所述开关模块关断并使能所述直流-直流降压转换模块工作，以选择所述降压供电通路； 
当直流电输入电压在预定工作电压范围内时，控制所述开关模块接通并停止所述直流-直流降压转换模块工作，以选择所述直通供电通路。 
3.根据权利要求2所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述开关模块为场效应管或集成开关。 
4.根据权利要求2所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述直流-直流降压转换模块为电平使能/停止的直流-直流降压转换集成电路。 
5.根据权利要求1所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述第一采样电路和第二采样电路均包含两个串联连接的电阻用于分压来获得所述直流电输入电压的采样信号，所述第一比较电路和第二比较电路均包含一晶体管以接收所述采样信号并比较所述采样信号与晶体管的门限电压即所述基准电压，以产生所述比较结果。 
6.根据权利要求1所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述第一采样电路和第二采样电路均包含两个串联电阻用于分压来获得直流电输入电压的采样信号，所述基准电压由一稳压二极管来提供，所述第一比较电路和第二比较电路均包含一差分放大器，所述采样信号和基准电压从所述差分放大器的两个输入脚输入，经所述差分放大器比较后产生所述比较结果。 
7.根据权利要求1的所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述第一控制信号产生电路和第二控制信号产生电路，用于根据所述 比较电路产生的所述比较结果来分别获得一第一控制信号和第二控制信号来控制所述开关模块接通/关断同时控制直流-直流降压转换模块停止/使能的工作状态：当所述第一控制信号控制所述开关模块接通时，所述第二控制信号停止所述直流-直流降压转换模块工作；当所述第一控制信号控制所述开关模块关断时，所述第二控制信号使能所述直流-直流降压转换模块工作。 
8.根据权利要求7所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述第一控制信号产生电路包含一个晶体管或者场效应管，连接于所述比较电路和开关模块之间，用以根据所述比较结果，产生所述第一控制信号来控制所述开关模块。 
9.根据权利要求7所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述第二控制信号产生电路包含一个晶体管，或者包含一个晶体管和一个耦接于所述晶体管的场效应管，用以根据所述比较结果，产生所述第二控制信号来控制所述直流-直流降压转换模块的电源供电或者使能电平。 
10.根据权利要求1所述的直流电源转换电路，其特征在于； 
所述开关模块为场效应管Q29； 
所述直流-直流降压转换模块为电平使能/停止的直流-直流降压转换集成电路芯片（132）； 
所述第一采样电路包括：第一电阻（R352）和第二电阻（R354），第二采样电路包括：第三电阻（R356）和第四电阻（R357）； 
所述第一比较电路包括：第五电阻（R353）、第一NPN型晶体管（Q32），第二比较电路包括：PNP型晶体管Q2； 
所述第一控制信号产生电路包括：第六电阻（R355）、第七电阻（R351）、第一电容（C25）和第二NPN型晶体管（Q33），第二控制信号产生电路包括：PNP型晶体管Q2和第八电阻（R358）； 
其中： 
所述场效应管Q29的源极连接于所述直流输入端、漏极通过电感L126连接于所述直流输出端； 
所述直流-直流降压转换集成电路芯片（132）的直流输入端脚连接于所述直流输入端、直流输出端脚连接于所述直流输出端； 
所述第一电阻（R352）和第二电阻（R354）串连在所述直流输入端与地之间； 
所述第三电阻（R356）和第四电阻（R357）串连在所述直流输入端与地之间； 
所述第一NPN型晶体管（Q32）的基极连接于所述第一电阻（R352）和第二电阻（R354）之间的节点、集电极通过所述第五电阻（R353）连接于所述直流输入端、发射极接地； 
所述第二NPN晶体管Q33的基极通过第七电阻（R351）连接于所述第一NPN型晶体管（Q32）的集电极并通过所述第一电容（C25）接地、发射极接地、集电极连接于所述场效应管Q29的栅极并通过所述第六电阻（R355）连接于所述直流输入端； 
所述PNP型晶体管Q2的基极连接于所述第三电阻（R356）和第四电阻（R357）之间的节点、发射极连接于所述直流输出端、集电极通过所述第八电阻（R358）连接于所述直流-直流降压转换集成电路芯片（132）的使能/停止控制信号输入端脚。 
11.根据权利要求10所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述直流输入端连接有一个保险管，用于对所述直流电源转换电路进行过电流保护。 
12.根据权利要求11所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述直流输入端与地之间连接有第二电容（C26）。 
13.根据权利要求10所述的直流电源转换电路，其特征在于，所述直流电输入电压为12V、9V或5V，所述预定直流电输出的电压为5V。 
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