CN107147287A - 一种转换器及其降压方法、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转换器及其降压方法、电子设备，其中，转换器包括：控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路；控制芯片，用于将外部供电模块提供的输入电压转换成控制电压；在接收到线性电源电路输出的自举电压时，将自举电压转换成控制电压，并停止执行将输入电压降压转换成控制电压；根据转换的控制电压控制开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块向降压电路周期性输出输入电压；降压电路，用于根据周期性接收的输入电压形成工作电压，并将工作电压分别输出至外部用电单元和线性电源电路；线性电源电路，用于将接收的工作电压降压转换成自举电压，并将自举电压输出至控制芯片。通过本发明的技术方案，可提高转换器的转换效率。

Description

一种转换器及其降压方法、电子设备
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，特别涉及一种转换器及其降压方法、电子设备。
背景技术
在电子设备中，比如服务器中，由于其内部的各个用电单元所分别对应的工作电压并不相同，通常需要在获取到一个相对较高的输入电压之后，通过不同的转换器将较高的输入电压分别降压转换成相应用电单元所对应的工作电压。
目前，转换器通常包括控制芯片、开关管和降压电路，控制芯片可根据外部供电模块提供的输入电压控制开关管周期性连通及断开，使得外部供电模块提供的输入电压可通过开关管周期性输出至降压电路，降压电路则可根据周期性接收的输入电压向外部用电单元提供远小于输入电压的工作电压。
在上述技术方案中，控制芯片需要将较高的输入电压转换成较低的控制电压，并根据转换的控制电压控制开关管周期性连通及断开，控制芯片上能量损耗较大，使得转换器的转换效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种转换器及其降压方法、电子设备，可提高转换器的转换效率。
第一方面，本发明提供了一种转换器，包括：
控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路；其中，
所述控制芯片，用于将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；在接收到所述线性电源电路输出的所述自举电压时，将所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行所述将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；根据转换的所述控制电压控制所述开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管向所述降压电路周期性输出所述输入电压；
所述降压电路，用于根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路，其中，所述工作电压小于所述输入电压；
所述线性电源电路，用于在接收到所述降压电路输出的所述工作电压时，将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片。
优选地，
所述降压电路，包括：续流二极管和电感线圈；其中，
所述续流二极管的负极与所述电感线圈的输入端相连，所述续流二极管的正极接地；
所述电感线圈的输入端与所述开关管相连，所述电感线圈的输出端分别与所述线性电源电路和所述外部用电单元相连。
优选地，
所述线性电源电路，包括：三极管、电阻和稳压二极管；其中，
所述电阻的第一端与所述电感线圈的输出端相连，所述电阻的第二端与所述三极管的基极相连；
所述三极管的集电极与所述电感线圈的输出端相连，所述三极管的发射极与所述控制芯片相连；
所述稳压二极管的负极与所述电阻的第二端相连，所述稳压二极管的正极接地。
优选地，
进一步包括：防回流二极管；其中，
所述防回流二极管的正极与所述电感线圈的输出端相连，所述防回流二极管的负极分别与所述三极管的集电极和所述电阻相连。
优选地，
还包括：稳压输出电路；其中，
所述稳压输出电路包括至少一个第一滤波电容；
每一个所述第一滤波电容的正极均与所述电感线圈的输出端相连，每一个所述第一滤波电容的负极均接地。
优选地，
还包括：稳压输入电路；其中，
所述稳压输入电路包括至少一个第二滤波电容；
每一个所述第二滤波电容的正极均与所述开关管相连，每一个所述第二滤波电容的第负极均接地。
优选地，
所述开关管包括MOS(metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体)管或三极管。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用第一方面中任一所述的转换器进行降压的方法，包括：
S1：利用控制芯片将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；
S2：利用控制芯片根据转换的所述控制电压控制所述开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管向所述降压电路周期性输出所述输入电压；
S3：利用降压电路根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路；
S4：利用线性电源电路将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片；
S5：利用控制芯片将接收的所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行S1。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
供电模块、至少一个用电单元，以及至少一个如第一方面中任一所述的转换器；其中，
每一个所述转换器均与所述供电模块相连；
每一个所述转换器分别连接至少一个所述用电单元；
所述供电模块，用于向各个所述转换器提供输入电压。
优选地，所述电子设备具体为服务器。
本发明实施例提供了一种转换器及其降压方法、电子设备，该转换器包括控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路，控制芯片可以首先将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压，进而根据控制电压控制开关管周期性连通及断开，使得外部供电模块通过开关管向降压电路周期性输出输入电压；降压电路则可根据周期性接收的输入电压形成一个小于输入电压的工作电压，并将形成的工作电压分别输出至外部用电单元和线性电源电路，线性电源电路则可将接收的工作电压降压转换成一个更低的自举电压，并将自举电压输出至控制芯片；此时，控制芯片则可将接收的自举电压降压转换成控制电压，并停止执行将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压。综上可见，由于自举电压小于输入电压，在降压电路能够向线性电源电路和外部用电单元分别输出工作电压之后，控制芯片仅将线性电源电路输出的较小的自举电压降压转换成控制电压，不再将供电模块提供的较大的输入电压转换成控制电压，使得控制芯片上能量损失减小，可提高转换器的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种转换器的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的另一种转换器的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种利用转换器进行降压的方法的流程图；
图4是本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种转换器，包括：
控制芯片10、开关管20、降压电路30和线性电源电路40；其中，
所述控制芯片10，用于将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；在接收到所述线性电源电路40输出的所述自举电压时，将所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行所述将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；根据转换的所述控制电压控制所述开关管20周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管20向所述降压电路30周期性输出所述输入电压；
所述降压电路30，用于根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路40，其中，所述工作电压小于所述输入电压；
所述线性电源电路40，用于在接收到所述降压电路输出的所述工作电压时，将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片。
本发明上述实施例中，该转换器包括控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路，控制芯片可以首先将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压，进而根据控制电压控制开关管周期性连通及断开，使得外部供电模块通过开关管向降压电路周期性输出输入电压；降压电路则可根据周期性接收的输入电压形成一个小于输入电压的工作电压，并将形成的工作电压分别输出至外部用电单元和线性电源电路，线性电源电路则可将接收的工作电压降压转换成一个更低的自举电压，并将自举电压输出至控制芯片；此时，控制芯片则可将接收的自举电压降压转换成控制电压，并停止执行将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压。综上可见，由于自举电压小于输入电压，在降压电路能够向线性电源电路和外部用电单元分别输出工作电压之后，控制芯片仅将线性电源电路输出的较小的自举电压降压转换成控制电压，不再将供电模块提供的较大的输入电压转换成控制电压，使得控制芯片上能量损失减小，可提高转换器的转换效率。
具体的，为了实现根据周期性提供的输入电压形成一个小于输入电压的工作电压，如图2所示，本发明一个实施例中，所述降压电路30，包括：续流二极管D1和电感线圈L；其中，所述续流二极管D1的负极与所述电感线圈L的输入端相连，所述续流二极管D1的正极接地；所述电感线圈L的输入端与所述开关管Q1相连，所述电感线圈L的输出端分别与所述线性电源电路40和所述外部用电单元相连。
该实施例中，开关管在控制芯片的控制下周期性连通及断开，在开关管连通时，供电模块提供的输入电压通过开关管输出至电感线圈，电感线圈蓄积电能，在电感线圈上产生输入端为正、输出端为负的电动势，从而使得电感线圈的输出端能够向线性电源电路和外部用电单元输出一个小于输入电压的工作电压；在开关管断开时，由于电感线圈中的电流方向不能突变，且电感线圈的输入端与一个正极接地的二极管相连，使得电感线圈的输入端的电位被拉低，电感线圈由于自感产生输入端为负、输出端为正的脉冲电压，从而使得电感线圈的输出端放电，使得电感线圈能够向线性电源电路和外部用电单元继续输出一个小于输入电压的工作电压。
应当理解的是，稳压二极管的导通电压应当大于控制芯片转换的控制电压，但小于控制芯片中与三极管的发射极相连的引脚所对应的最大耐受电压。
具体的，为了确保通过线性电源电路输入控制芯片的自举电压不会过高而对控制芯片造成损坏，如图2所示，本发明一个实施例中，所述线性电源电路40，包括：三极管Q2、电阻R和稳压二极管Z1；其中，所述电阻R的第一端与所述电感线圈L的输出端相连，所述电阻R的第二端与所述三极管Q2的基极相连；所述三极管Q2的集电极与所述电感线圈L的输出端相连，所述三极管Q2的发射极与所述控制芯片U相连；所述稳压二极管Z1的负极与所述电阻R的第二端相连，所述稳压二极管Z1的正极接地。
举例来说，以通过该转换器实现将48V的输入电压转换成12V的工作电压并输出给用电单元、且控制芯片转换的控制电压是8V为例，三极管的发射极可以与控制芯片的VBP引脚相连，以VBP的最大耐受电压是8.8V为例，由于现行电源接收的工作电压为12V，这里选择导通电压为8.6V的稳压二极管，则可通过由电阻、三极管和稳压二极管构成的现行电源电路将12V的输入电压转换成大小约为8.4V的自举电压，使得自举电压大于控制芯片转换的控制电压8V，但小于控制芯片的VBP引脚所对应的最大耐受电压。如此，则可确保线性电源电路向控制芯片提供的自举电压能够被控制芯片转换成控制电压，同时，也不会因向控制芯片输出的自举电压超过控制芯片中VBP引脚的最大耐受电压而对控制芯片造成损坏。
如图2所示，本发明一个实施例中，所述转换器进一步包括：防回流二极管D2；其中，所述防回流二极管D2的正极与所述电感线圈L的输出端相连，所述防回流二极管D2的负极分别与所述三极管Q2的集电极和所述电阻R相连。通过在线性电源电路和电感线圈之间增加一个防回流二极管，利用防回流二极管单向导通的特性，可防止线性电源电路形成干扰电流并传输至电感线圈的输出端，确保电感线圈的输出端不会接收到线性电源电路产生的干扰电流，从而避免线性电源电路对电感线圈输出的工作电压造成影响。
进一步的，由于电感线圈输出的工作电压通常存在较大的电源纹波，为了实现滤除输出的工作电压中存在的电源纹波，以向外部用电单元输出稳定的直流工作电压，如图2所示，本发明一个实施例中，所述转换器还包括：稳压输出电路；其中，所述稳压输出电路包括至少一个第一滤波电容C1；每一个所述第一滤波电容C1的正极均与所述电感线圈L的输出端相连，每一个所述第一滤波电容C1的负极均接地。
相应的，为了实现滤除输入电压中携带的电源纹波，使得控制芯片和降压电路能够接收到稳定的直流输入电压，如图2所示，本发明一个实施例中，所述转换器还包括：稳压输入电路；其中，所述稳压输入电路包括至少一个第二滤波电容C2；每一个所述第二滤波电容C2的正极均与所述开关管Q1相连，每一个所述第二滤波电容C2的负极均接地。
本发明一个实施例中，所述开关管包括MOS管或三极管。这里，控制芯片可通过向MOS管或三极管输出对应于控制电压的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，以实现控制MOS或三极管进行周期性连通及断开。
应当理解的是，图2中标记为TP1的节点可以与外部电源模块相连，标记为TP2的节点可以与外部用电单元相连。
如图3所示，本发明实施例提供了一种利用本发明任意一个实施例中提供的转换器进行降压的方法，包括：
S1：利用控制芯片将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；
S2：利用控制芯片根据转换的所述控制电压控制所述开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管向所述降压电路周期性输出所述输入电压；
S3：利用降压电路根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路；
S4：利用线性电源电路将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片；
S5：利用控制芯片将接收的所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行S1。
本发明实施例中，转换器的控制芯片仅在开启阶段将供电模块提供的较高的输入电压转换成较低的控制电压以控制开关管周期性连通及断开，当降压电路能够正常输出工作电压之后，线性电源电路即可将降压电路输出的工作电压转换成更小的自举电压，控制芯片则可将接收的自举电压转换成控制电压，并停止将供电模块提供的输入电压转换成控制电压，后续工作过程中，控制芯片则可根据自举电压转换的控制电压控制开关管周期性连通及断开，使得降压电路持续稳定的输出工作电压。
举例来说，以输出电压是48V，工作电压是12V，自举电压是8.4V，控制电压是8V为例，控制芯片在降压电路能够稳定输出12V的工作电压之后，仅将8.4V的自举电压降压转换成8V的控制电压，不再将48V的输入电压转换成8V的控制电压，控制芯片自身的功耗明显减小。
如图4所示，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：供电模块401、至少一个用电单元402，以及至少一个本发明任意一个实施例中提供的转换器403；其中，每一个所述转换器403均与所述供电模块401相连；每一个所述转换器403分别连接至少一个所述用电单元402；所述供电模块401，用于向各个所述转换器403提供输入电压。
在本发明一个实施例中，所述电子设备具体可以为服务器。由于转换器中控制芯片的功耗较低，使得服务器的功耗也相对较低，使得本发明实施例中提供的服务器的产品竞争力较强。
综上所述，本发明各个实施例至少具有如下有益效果：
1、本发明一实施例中，该转换器包括控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路，控制芯片可以首先将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压，进而根据控制电压控制开关管周期性连通及断开，使得外部供电模块通过开关管向降压电路周期性输出输入电压；降压电路则可根据周期性接收的输入电压形成一个小于输入电压的工作电压，并将形成的工作电压分别输出至外部用电单元和线性电源电路，线性电源电路则可将接收的工作电压降压转换成一个更低的自举电压，并将自举电压输出至控制芯片；此时，控制芯片则可将接收的自举电压降压转换成控制电压，并停止执行将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压。综上可见，由于自举电压小于输入电压，在降压电路能够向线性电源电路和外部用电单元分别输出工作电压之后，控制芯片仅将线性电源电路输出的较小的自举电压降压转换成控制电压，不再将供电模块提供的较大的输入电压转换成控制电压，使得控制芯片上能量损失减小，可提高转换器的转换效率。
2、本发明一实施例中，线性电源电路由三极管、电阻和稳压二极管构成，且电阻的第一端与电感线圈的输出端相连，电阻的第二端与三极管的基极相连，三极管的集电极与所述电感线圈的输出端相连，三极管的发射极与控制芯片相连，稳压二极管的负极与所述电阻的第二端相连，稳压二极管的正极接地，且稳压二极管的导通电压大于控制芯片所转换的控制电压、小于控制芯片中与三极管的发射极相连的引脚所对应的最大耐受电压。一方面，可确保线性电源电路向控制芯片提供的自举电压能够被控制芯片转换成控制电压；另一方面，不会因自举电压超过控制芯片中相应引脚的最大耐受电压而对控制芯片造成损坏。
3、本发明一实施例中，通过在线性电源电路和电感线圈之间增加一个防回流二极管，利用防回流二极管单向导通的特性，可防止线性电源电路形成干扰电流并传输至电感线圈的输出端，确保电感线圈的输出端不会接收到线性电源电路产生的干扰电流，从而避免线性电源电路对电感线圈输出的工作电压造成影响。
4、本发明一实施例中，通过设置包括一个或多个第一滤波电容的的稳压输出电路，可实现通过稳压输出电路滤除电感线圈输出的工作电压中存在的电源纹波，以向外部用电单元输出稳定的直流工作电压。
5、本发明一实施例中，通过设置包括多个第二滤波电容的的稳压输入电路，可实现通过稳压输入电路滤除外部供电模块提供的工作电压中存在的电源纹波，使得控制芯片和降压电路能够接收到稳定的直流输入电压。
6、本发明一实施例中，转换器中控制芯片的自身功耗较低，使得控制芯片的温度不会过高，避免控制芯片在工作时因温度过高而影响其使用寿命。
7、本发明一实施例中，电子设备可以为服务器；由于转换器中控制芯片的功耗较低，使得服务器的功耗也相对较低，可提高服务器的产品竞争力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种转换器，其特征在于，包括：
控制芯片、开关管、降压电路和线性电源电路；其中，
所述控制芯片，用于将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；在接收到所述线性电源电路输出的所述自举电压时，将所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行所述将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；根据转换的所述控制电压控制所述开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管向所述降压电路周期性输出所述输入电压；
所述降压电路，用于根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路，其中，所述工作电压小于所述输入电压；
所述线性电源电路，用于在接收到所述降压电路输出的所述工作电压时，将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片。
2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，
所述降压电路，包括：续流二极管和电感线圈；其中，
所述续流二极管的负极与所述电感线圈的输入端相连，所述续流二极管的正极接地；
所述电感线圈的输入端与所述开关管相连，所述电感线圈的输出端分别与所述线性电源电路和所述外部用电单元相连。
3.根据权利要求2所述的转换器，其特征在于，
所述线性电源电路，包括：三极管、电阻和稳压二极管；其中，
所述电阻的第一端与所述电感线圈的输出端相连，所述电阻的第二端与所述三极管的基极相连；
所述三极管的集电极与所述电感线圈的输出端相连，所述三极管的发射极与所述控制芯片相连；
所述稳压二极管的负极与所述电阻的第二端相连，所述稳压二极管的正极接地。
4.根据权利要求3所述的转换器，其特征在于，
进一步包括：防回流二极管；其中，
所述防回流二极管的正极与所述电感线圈的输出端相连，所述防回流二极管的负极分别与所述三极管的集电极和所述电阻相连。
5.根据权利要求2所述的转换器，其特征在于，
还包括：稳压输出电路；其中，
所述稳压输出电路包括至少一个第一滤波电容；
每一个所述第一滤波电容的正极均与所述电感线圈的输出端相连，每一个所述第一滤波电容的负极均接地。
6.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，
还包括：稳压输入电路；其中，
所述稳压输入电路包括至少一个第二滤波电容；
每一个所述第二滤波电容的正极均与所述开关管相连，每一个所述第二滤波电容的第负极均接地。
7.根据权利要求1至6中任一所述的转换器，其特征在于，
所述开关管包括金属氧化物半导体MOS管或三极管。
8.一种利用权利要求1至7中任一所述的转换器进行降压的方法，其特征在于，包括：
S1：利用控制芯片将外部供电模块提供的输入电压降压转换成控制电压；
S2：利用控制芯片根据转换的所述控制电压控制所述开关管周期性连通及断开，以使外部供电模块通过所述开关管向所述降压电路周期性输出所述输入电压；
S3：利用降压电路根据周期性接收的所述输入电压形成工作电压，并将所述工作电压分别输出至外部用电单元和所述线性电源电路；
S4：利用线性电源电路将接收的所述工作电压降压转换成自举电压，并将所述自举电压输出至所述控制芯片；
S5：利用控制芯片将接收的所述自举电压降压转换成所述控制电压，并停止执行S1。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
供电模块、至少一个用电单元，以及至少一个如权利要求1至7中任一所述的转换器；其中，
每一个所述转换器均与所述供电模块相连；
每一个所述转换器分别连接至少一个所述用电单元；
所述供电模块，用于向各个所述转换器提供输入电压。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备具体为服务器。
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