CN111313689A - 一种具有高轻载效率的dc/dc变换器系统架构 - Google Patents

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胡渊
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Abstract

本发明公开了一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构，其特征是：变换器系统由DC/DC转换模块、LDO转换模块和MCU控制模块组成；所述DC/DC转换模块的输入端连接输入电源的正极，转换模块的输出端连接负载，转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第一输出端；所述LDO转换模块的输入端连接输入电源的正极，转换模块的输出端连接负载，转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第二输出端；所述MCU控制模块的第一输入端连接负载电压采样端，控制模块的第二输入端连接负载电流采样端。本发明通过DC/DC转换模块和LDO转换模块的并联使用，在系统运行时实时检测负载电压和电流的信息，根据负载工况的变化在DC/DC转换模块和LDO转换模块之间切换，保证了变换器系统在轻载和满载时的高转换效率，提高了系统的总体效率。

Description

一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换领域，特别涉及一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构。
背景技术
在工业和汽车领域通常需要实现从24V或12V主电源到负载点电压的高效转换，DC/DC变换器由于其小体积、高功率密度等优点得到了广泛的应用。为了实现节能目标，很多高转换效率的DC/DC变换器被设计使用。但是变换器对应于负载变化的转换效率并不是恒定的，满载时效率最高，轻载或空载时效率最低。很多负载电路或器件处于空闲或关断状态时仅需要很低的流耗，此时DC/DC转换器处于轻载工作状态，实现高转换效率非常困难。
在电子系统中为了延长电池的使用寿命，理想情况是将未工作的负载电路和DC/DC变换器供电电路完全断开。但是在很多情况下不能这样简单处理，因为仍然需要为未工作的负载电路提供稳定的供电电压，以便在关断状态下保持和其它模块的正常通信。DC/DC转换器通常设计在满载时达到高的转换效率，在轻载时转换效率低，而且轻载时输出纹波和电磁干扰偏大，不利于负载电路的稳定工作。此时低压差线性稳压器(LDO)成为轻载情况的理想选择，因为LDO输出电压噪声低，在轻载时只需要消耗极低的电流。本专利技术就是基于这样的背景展开研究的。
发明内容
本发明的目的是设计一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构，包括一DC/DC转换模块、一LDO转换模块和一MCU控制模块；所述DC/DC转换模块的输入端连接输入电源的正极；所述DC/DC转换模块的输出端连接负载；所述DC/DC转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第一输出端；
进一步，所述LDO转换模块的输入端连接输入电源的正极；所述LDO转换模块的输出端连接负载；所述LDO转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第二输出端；所述MCU控制模块的第一输入端连接负载电压采样端；所述MCU控制模块的第二输入端连接负载电流采样端；
进一步，所述MCU控制模块的程序设计采用自顶向下的设计，顶层为主程序控制，主要实现对下层模块子程序的调用，下一层主要包括电压检测模块、电流检测模块、功率估计模块和输出驱动模块；
进一步，所述DC/DC转换模块采用开关模式控制；
进一步，所述MCU控制模块采用8位单片机控制芯片。
本发明实施例提供了一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构，该变换器系统由DC/DC转换模块、LDO转换模块和MCU控制模块组成。DC/DC转换模块和LDO转换模块采用并联结构，MCU控制模块检测负载电压和负载电流的工作信号。满载时MCU控制模块发送禁止信号给LDO转换模块，由DC/DC转换模块给负载供电；轻载或空载时MCU控制模块发送禁止信号给DC/DC转换模块，由LDO转换模块给负载供电。本发明根据负载的实际工况在DC/DC转换模块和LDO转换模块之间灵活切换，保证了负载供电电路在轻载和满载时的高转换效率，提高了系统的总体效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构框图；
图2是具有高轻载效率的DC/DC变换器系统MCU控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所述的方法做进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构框图，该变换器系统由DC/DC转换模块、LDO转换模块和MCU控制模块组成。DC/DC转换模块的输入端连接输入电源的正极，转换模块的输出端连接负载，转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第一输出端。LDO转换模块的输入端连接输入电源的正极，转换模块的输出端连接负载，转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第二输出端。MCU控制模块的第一输入端连接负载电压采样端，控制模块的第二输入端连接负载电流采样端。
图2为具有高轻载效率的DC/DC变换器系统MCU控制流程图。MCU控制模块的程序设计采用自顶向下的设计，顶层为主程序控制，主要实现对下层模块子程序的调用。下一层主要包括电压检测模块、电流检测模块、功率估计模块和输出驱动模块。电压检测模块接收负载电压信号，根据分压电路的采样系数计算实际的工作电压值；电流检测模块接收负载电流信号，根据电流检测电路的参数计算实际的工作电流值；功率估计模块根据电压检测模块和电流检测模块的输出值计算负载的功率值，判断负载的实际工况；输出驱动模块根据功率估计模块的输出值产生PWM驱动信号，控制DC/DC转换模块和LDO转换模块的通断。
DC/DC转换模块和LDO转换模块采用并联结构，和负载直接连接。MCU控制模块检测负载电压和负载电流的工作信号，判断负载的工作情况。当负载处于满载工况时，MCU控制模块发送禁止信号给LDO转换模块，LDO转换模块被禁用，DC/DC转换模块正常工作给负载供电；当负载处于轻载或空载工况时，MCU控制模块发送禁止信号给DC/DC转换模块，DC/DC转换模块被禁用，由LDO转换模块给负载供电。MCU控制模块在程序运行中实时检测负载电压和电流的信息，针对负载工况的变化在DC/DC转换模块和LDO转换模块之间灵活切换，保证了负载供电电路在轻载和满载时的高转换效率，提高了系统的总体效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种具有高轻载效率的DC/DC变换器系统架构，其特征在于：包括一DC/DC转换模块、一LDO转换模块和一MCU控制模块；所述DC/DC转换模块的输入端连接输入电源的正极；所述DC/DC转换模块的输出端连接负载；所述DC/DC转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第一输出端。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述LDO转换模块的输入端连接输入电源的正极；所述LDO转换模块的输出端连接负载；所述LDO转换模块的EN使能端连接MCU控制模块的第二输出端；所述MCU控制模块的第一输入端连接负载电压采样端；所述MCU控制模块的第二输入端连接负载电流采样端。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述MCU控制模块的程序设计采用自顶向下的设计，顶层为主程序控制，主要实现对下层模块子程序的调用，下一层主要包括电压检测模块、电流检测模块、功率估计模块和输出驱动模块。
4.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述DC/DC转换模块采用开关模式控制。
5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述MCU控制模块采用8位单片机控制芯片。
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