CN103812339B - 降压电路及具有其的降压组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降压电路，其包括：稳压基准模块，用于提供稳压后的电压；降压调整模块，用于将输入的电压降至第一预设电压；以及反馈控制模块，所述反馈控制模块分别与所述稳压基准模块和所述降压调整模块相连，所述反馈控制模块根据所述降压调整模块的输出电压和所述稳压基准模块提供的稳压后的电压将所述降压调整模块的输出电压稳定在所述第一预设电压。该降压电路能够实现将较高电压降低到合适的电压，并且结构简单，功耗低，成本也低。本发明还公开了一种具有该降压电路的降压组件。

Description

降压电路及具有其的降压组件

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，特别涉及一种降压电路以及一种具有降压电路的降压组件。

背景技术

在电动车等设备上使用的电池包的管理系统，通常需要从电池包的两端（电压一般比较高）获取电压给电池管理系统的电路供电，例如MCU（Micro Control Unit，微控制单元）及其周边电路等低压电路。这些电路所需要提供的电流比较小，一般在30mA以内，电压也比较低，一般为5V或者3.3V。所以需要降压电路将电池包两端比较高的电压降低到5V或3.3V。然而，同时由于电动车是由电池包供电，所以对各部分电路都要求功耗尽可能地小。因此，降压电路本身所消耗的功耗也要求尽量小，常常要求达到10uA级别。

目前，降压电路通常采用两级LDO（Low Drop-Out regulator，低压差线性稳压器）串联的方式或者DC-DC电路来实现降压的。

通常电动车上使用的电池包，其两端的电压比较高，例如13节锂电池最高可有54.6V电压，节数越多电压会更高，而MCU等低压电路通常是5V或3.3V，两者之间的压差至少有49.6V，因此两者之间的压降比较大。

由于有比较高的压降存在，一般的LDO是不能承受的。所以，通常采取两级LDO级联的方法。即第一级LDO先将高压降到十几伏，在第二级LDO使用常规的LDO将电压降到所要求的5V或3.3V。这样第一级LDO需要承受近40V的压差，对LDO的要求比较高。如果再加上要求其功耗很小的话，对第一级的LDO要求就会更高，其成本也会比较高。而DC-DC电路虽然也能够做到，但是电路比较复杂，并且电路面积比较大，成本也比较高。

现有技术存在的缺点是，降压电路比较复杂，并且成本高。

发明内容

本发明的目的旨在从一定程度上至少解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种降压电路，该降压电路结构简单，功耗低，并且成本也低。

本发明的第二个目的在于提出一种降压组件，包括上述的降压电路。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出的降压电路，包括：稳压基准模块，用于提供稳压后的电压；降压调整模块，用于将输入的电压降至第一预设电压；以及反馈控制模块，所述反馈控制模块与所述稳压基准模块和所述降压调整模块相连，所述反馈控制模块根据所述降压调整模块的输出电压和所述稳压基准模块提供的稳压后的电压将所述降压调整模块的输出电压稳定在所述第一预设电压。

根据本发明实施例提出的降压电路，不仅电路结构简单，而且性能稳定可靠。同时还能够解决承受较高压差的问题，具有比较低的功耗，成本较低。

为达到上述目的，本发明第二方面的实施例还提出了一种降压组件，该降压组件包括：第一级降压模块，所述第一级降压模块用于将输入电压降至第一预设电压，其中，所述第一级降压模块为本发明第一方面实施例所述的降压电路；以及第二级降压模块，所述第二级降压模块与所述第一级降压模块相连，用于将所述第一预设电压降至第二预设电压，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

根据本发明实施例提出的降压组件，通过第一降压模块将输入的高压降低到十几伏的第一预设电压，再通过第二降压模块将其降低到第二预设电压。该降压组件的电路结构简单，成本低廉，并且可靠性高，功耗还低。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的降压电路的方框图；

图2为根据本发明实施例的降压电路的电路图；以及

图3为根据本发明实施例的降压组件的方框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的降压电路以及具有降压电路的降压组件。

如图1所示，本发明第一方面实施例提出的降压电路包括稳压基准模块101、降压调整模块102和反馈控制模块103。

其中，稳压基准模块101用于提供稳压后的电压，并且该稳压基准模块101能够影响所述降压电路的最终输出电压。降压调整模块102用于将输入的电压降至第一预设电压。

如图1所示，反馈控制模块103分别与稳压基准模块101和降压调整模块102相连，反馈控制模块103根据降压调整模块102的输出电压和稳压基准模块101提供的稳压后的电压对降压调整模块102进行控制以将降压调整模块102的输出电压稳定在第一预设电压。

具体而言，反馈控制模块103是一种将输出经过某种电路引回到电路中，从而对输出产生影响的反馈电路。本实施例中的反馈控制模块103是负反馈电路，其作用是在负载变化时，将变化的输出电压经过负反馈电路引回到降压电路中，起到自动调整输出，使输出能够保持一定的稳定。如图1所示，本实施例中的反馈控制模块103的一端与降压调整模块102的输出相连接，反馈控制模块103的一端与稳压基准模块101相连，利用这两处的电压作比较，从而调节反馈控制模块103的输出端。反馈控制模块103的输出端又与降压调整模块102相连，最终能够调节降压调整模块102的输出电压，使得输出电压能够保持稳定。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，降压调整模块102进一步包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一电阻R1。其中，第一三极管Q1的集电极与降压调整模块102的输入端相连，第一三极管Q1的发射极与降压调整模块102的输出端相连。第二三极管Q2的集电极与降压调整模块102的输入端相连，第二三极管Q2的发射极与第一三极管Q1的基极相连。第一电阻R1的一端与降压调整模块102的输入端相连，第一电阻R1的另一端分别与第二三极管Q2的基极和反馈控制模块103相连。因此，降压调整模块102是由三极管Q1、Q2和电阻R1构成的射极跟随器，射极跟随器的输出阻抗非常低，具有比较强的输出调整能力，在小电流范围内，如十几个毫安电流的情况下，负载电流变动时，输出电压也能在一定程度下保持不变。

也就是说，降压调整模块102能够承受高电压差的冲击，并且还能输出稳定的目标电压。即言，降压调整模块102中的第一三极管Q1的集电极C和发射极E之间承受了电路的较高压差，即集电极C为本部分电路的输入端，接电池包的正极，而发射极E为本部分电路的输出端，输出第一预设电压。由于三极管的基极与发射极之间总有一个压差，对硅管来说约为0.7V，所以发射极的输出电压总比其基极的电压低一个固定值。如果能在基极给定一个稳定的电压，则输出端的电压也是一个稳定的电压。这个稳定的电压由稳压基准模块101提供，并依靠反馈控制模块103使电压在输出电压变化时，能进行调整，使基极电压能够更稳定。第二三极管Q2的基极B与稳压基准模块101之间通过反馈控制模块103进行连接，即第二三极管Q2的基极B与反馈控制模块103的输出端相连。如图1所示，反馈控制模块103的一个输入端与稳压基准模块相连。

如图2所示，反馈控制模块103进一步包括分压子模块201、第三三极管Q3和第四三极管Q4。其中，分压子模块201的输入端与降压调整模块102的输出端相连，用于对降压调整模块102的输出电压进行分压。第三三极管Q3的基极B与分压子模块201的输出端相连，第三三极管Q3的集电极C与第一电阻R1的另一端相连。第四三极管Q4的基极B与第三三极管Q3的发射极E相连，第四三极管Q4的集电极C与降压调整模块102的第二三极管Q2的基极B相连。

具体地，如图2所示，分压子模块201包括第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第二电阻R2和第三电阻R3相互串联连接，并且第二电阻R2和第三电阻R3之间的节点为分压子模块201的输出端，第二电阻R2的一端与降压调整模块102的输出端相连，第三电阻R3的另一端接地。

所以说，本实施例中的反馈控制模块103由三极管Q3和Q4以及两个分压电阻R2和R3构成。降压调整模块102的输出电压Vout经过电阻R2和R3分压后从两电阻之间的节点引出的电压Vref与稳压基准模块101的电压进行比较。电阻分压引出后的电压Vref比稳压基准模块101的电压高一个固定值，即三极管BE极间的电压差。当降压调整模块102的最终输出电压因负载变化，而上升或下降某个值时，由于稳压基准模块101的电压基本不改变，经过电阻分压后的电压Vref将使得三极管BC极间的电压差下降或上升，从而实现对降压调整模块102中的三极管的基极进行调整，最终使得能够抵消输出电压的波动，保持输出电压的稳定。因此，比较的结果输出到降压调整模块102，调整最终的输出电压，使输出电压能够保持稳定。

为了降低电路的功耗，需要减小电路中的工作电流，主要是电阻部分的电流。所以，根据要求的电路功耗，电路中的电阻R2和R3需要选取阻值比较大的，达到兆欧姆级别。

在本实施例中，如图2所示，稳压基准模块101进一步包括稳压二极管DZ1。稳压二极管DZ1的阳极接地，稳压二极管DZ的阴极与第四三极管Q4的发射极E相连。稳压基准模块101是能够提供一个相对稳定电压的电路，一般可以使用一个稳压二极管例如DZ1来实现。即言，该稳压基准模块101用于提供一个基准电压，降压调整模块102的输出电压Vout将以该基准电压为基础。

综上所述，在本实施例中，如图2所示，第三三极管Q3的基极B处的电压Vref与降压调整模块102的输出端的电压Vout及电阻R2、R3之间的关系如下：Vout=Vref×（R2+R3）/R3。同时由稳压二极管DZ1与三极管Q3、Q4的连接关系可知：Vref=Vdz1+VbeQ3+VbeQ4。这样不难看出，输出电压Vout由稳压二极管DZ1的管压降、第三三极管Q3和第四三极管Q4的BE极间电压以及电阻R2、R3决定。三极管BE极间电压对于确定的三极管来说是恒定的。例如硅管的BE间电压典型值为0.7V。所以，选择合适的稳压二极管DZ1的值和电阻R2、R3的值就可以得到合适的输出电压Vout。在本发明的一个示例中，稳压二极管DZ1选用5.1V的稳压管，电阻R1=R2=2Mohm，则输出电压Vout在13V左右。

当输出Vout在负载的影响下有所下降，则Vref的电压降低，即反馈控制模块103的三极管基极电压降低。此时，三极管CE极间导通程度发生变化，集电极C的电压则在第一电阻R1的作用下被抬高，即第一三极管Q 1的基极电压上升，从而使得输出电压Vout上升。所以，经过反馈控制模块103的控制，能够抑制输出电压的波动，维持输出电压Vout的相对稳定。

本实施例中，电路额外消耗的功耗主要在三个电阻R1、R2、R3上消耗的比较多。为了降低电路的功耗，有必要减小电阻上消耗的电流。为此，电路中将电阻阻值设定成比较大的值。在本发明的一个示例中，R1=5Mohm，R2=R3=2Mohm。在输入电压Vin为60V以内，输出电压Vout为15V以内时，电阻R1上消耗的电流约为11uA，电阻R2、R3上消耗的电流约为：15V/4Mohm≈4uA左右。所以，三个电阻消耗的电流大约在15uA左右。如果选择的稳压二极管DZ1的反向电流比较小，例如在5uA以内，则整个电路消耗的电流可以达到20uA左右。需要说明的是，如果调整电阻值，整个电路消耗的电流甚至可以更低，但是太小的电流可能导致三极管工作不正常，因此，在本实施例中，电路的电流也不能过小。

为了降低功耗，电阻的取值都比较大，因而三极管基极所获得的电流也十分小，这样降低了电路的调整能力。所以，优选地，在本发明的实施例中，如图2所示，三极管采用达林顿方式连接，即分别将两个三极管（例如Q1和Q2，Q3和Q4）级联，以增强电路的调整能力。所谓的级联即将两个三极管的集电极C相连，其中一个三极管的发射极E连接另一个三极管的基极，级联后仍然有B、C、E三个端子，只是三极管的放大倍数增加了。

在本发明的实施例中，如图2所示，反馈控制模块103还包括第一电容C1，第一电容C1与第二电阻R2相互并联，即第一电容C1的一端与降压调整模块102的输出端相连，第一电容C1的另一端与第三三极管Q3的基极B相连。在反馈控制模块103中增加了第一电容C1，是为了降低输出端的交流阻抗，使反馈能稳定的加到降压调整模块102中。第一电容C1的取值一般在几微法（uF）以上都可以。在本发明的一个示例中，第一电容C1采用常用的10uF电容。

在本发明的实施例中，如图2所示，上述降压电路还包括第二电容C2，并且第二电容C2与分压子模块201相互并联，即第二电容C2的一端与分压子模块201的电阻R2的一端连接，第二电容C2的另一端与分压子模块201的电阻R3的一端连接，电阻R3的该端与稳压二极管DZ1的阳极连接。在降压调整模块102的输出端和地之间加入了第二电容C2，是为了使输出电压更稳定。第二电容C2主要作滤波用，稳定输出电压。在本发明的一个示例中，第二电容也采用常用的10uF电容。

根据本发明实施例提出的降压电路，通过使用三极管、稳压二极管和电阻、电容等简单器件就能够实现将较高电压降低到合适的电压，而且电路消耗的电流非常小。因此，本发明实施例提出的降压电路不仅电路结构简单，而且性能稳定可靠。同时还能够解决承受较高压差的问题，具有比较低的功耗，成本较低。

如图3所示，本发明第二方面实施例提出的降压组件包括第一级降压模块301和第二级降压模块302。其中，第一级降压模块301用于将输入电压降至第一预设电压，并且第一级降压模块301为本发明第一方面实施例提出的降压电路。第二级降压模块302与第一级降压模块301相连，用于将第一预设电压降至第二预设电压，其中第二预设电压小于第一预设电压。

通过第一级降压模块301可以将高达60V的电压降到15V左右，再通过第二级降压模块302可以将15V电压降到一般低压电路使用的电压例如5V或3.3V。

在本发明的一个实施例中，第二级降压模块302可以为低压差线性稳压器LDO。

根据本发明实施例提出的降压组件，通过第一降压模块301将输入的高压降低到十几伏的第一预设电压例如15V，再通过第二降压模块302将其降低到第二预设电压例如5V。该降压组件的电路结构简单，成本低廉，并且可靠性高，功耗还低。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种降压电路，其特征在于，包括：

稳压基准模块，用于提供稳压后的电压；

降压调整模块，用于将输入的电压降至第一预设电压；以及

反馈控制模块，所述反馈控制模块分别与所述稳压基准模块和所述降压调整模块相连，所述反馈控制模块根据所述降压调整模块的输出电压和所述稳压基准模块提供的稳压后的电压将所述降压调整模块的输出电压稳定在所述第一预设电压；

其中，所述降压调整模块进一步包括：

第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述降压调整模块的输入端相连，所述第一三极管的发射极与所述降压调整模块的输出端相连；

第二三极管，所述第二三极管的集电极与所述降压调整模块的输入端相连，所述第二三极管的发射极与所述第一三极管的基极相连；以及

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述降压调整模块的输入端相连，所述第一电阻的另一端分别与所述第二三极管的基极和所述反馈控制模块相连；

其中，所述反馈控制模块进一步包括：

分压子模块，所述分压子模块的输入端与所述降压调整模块的输出端相连，用于对所述降压调整模块的输出电压进行分压；

第三三极管，所述第三三极管的基极与所述分压子模块的输出端相连，所述第三三极管的集电极与所述第一电阻的另一端相连；以及

第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第三三极管的发射极相连，所述第四三极管的集电极与所述降压调整模块的第二三极管的基极相连。

2.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述稳压基准模块进一步包括：

稳压二极管，所述稳压二极管的阳极接地，所述稳压二极管的阴极与所述第四三极管的发射极相连。

3.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述分压子模块进一步包括：

相互串联的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和第三电阻之间的节点为所述分压子模块的输出端，所述第二电阻的一端与所述降压调整模块的输出端相连，所述第三电阻的另一端接地。

4.如权利要求3所述的降压电路，其特征在于，所述反馈控制模块还包括：

第一电容，所述第一电容与所述第二电阻相互并联。

5.如权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：

第二电容，所述第二电容与所述分压子模块相互并联。

6.一种降压组件，其特征在于，包括：

第一级降压模块，所述第一级降压模块用于将输入电压降至第一预设电压，其中，所述第一级降压模块为如权利要求1-5任一项所述的降压电路；以及

第二级降压模块，所述第二级降压模块与所述第一级降压模块相连，用于将所述第一预设电压降至第二预设电压，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

7.如权利要求6所述的降压组件，其特征在于，所述第二级降压模块为低压差线性稳压器LDO。