CN111564972B - 一种dc-dc电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DC‑DC电路，包括DC‑DC隔离电源和PWM信号发生器；DC‑DC隔离电源用于将其输入端的电压隔离转换后通过其输出端输出；PWM信号发生器通过外接的休眠控制信号按如下逻辑产生PWM控制信号控制DC‑DC隔离电源的工作状态：休眠控制信号为高电平时，PWM信号发生器输出端的电平恒为高，DC‑DC隔离电源处于正常工作状态；休眠控制信号为低电平时，PWM信号发生器产生PWM控制信号，当PWM控制信号为高电平时，DC‑DC隔离电源正常工作，当PWM控制信号为低电平时，DC‑DC隔离电源停止工作。本发明通过PWM信号发生器控制DC‑DC隔离电源进入间歇工作状态，使电源输出功率可调，不仅达到低功耗的目的，还可以使电源维持低功率的电压输出，满足应用环境对整体低功耗电源的需求。

Description

一种DC-DC电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及低功耗的DC-DC电路。
背景技术
工业控制、汽车电子等行业经常会使用DC-DC(Direct Current-Direct Current,直流-直流)电源隔离电路，借此减少电路共模干扰的影响。在这些行业的电源应用中，经常有使用电池进行供电的情况，对于功耗的控制会非常严格。当整体系统处于待机状态时，需要供电的元器件的功耗会非常低，而此时DC-DC电源是正常工作的，会存在较大的静态电流，大大加速了电池能量的消耗。而把整个DC-DC电源关断，又会造成待机状态的系统不能工作，无法接收信号唤醒系统至正常工作状态。
现有方案主要是高度集成的片上DC降压电路，自带输出电流的采样，根据采样电流调整功率，使得电源效率很高，空载电流也因为电路高集成的缘故变得很低。但这种方案是非隔离电源，不适用于需要电源隔离的使用环境。
还有另一类方案是对隔离电源的输出电流进行采样，利用电源驱动芯片对功率开关管的占空比进行负反馈调节。此方案能对输出功率进行灵活调节，有效提高了电源转换效率。但是这种方案电路构造比较复杂，空载输入电流也达到mA级别。
因此，设计一种构造简单，且低功耗的小功率DC-DC隔离电源成为了本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种DC-DC电路，使电路在具备现有隔离DC-DC功能的同时可以降低整体待机功耗。
本发明要解决上述技术问题的技术方案如下：
一种DC-DC电路，其特征在于：包括DC-DC隔离电源和PWM信号发生器；
DC-DC隔离电源用于将其输入端的电压隔离转换后通过其输出端输出；PWM信号发生器通过外接的休眠控制信号按如下逻辑产生PWM控制信号控制DC-DC隔离电源的工作状态：
(1)休眠控制信号为高电平时，PWM信号发生器输出端的电平恒为高，DC-DC隔离电源处于正常工作状态；
(2)休眠控制信号为低电平时，PWM信号发生器产生PWM控制信号，当PWM控制信号为高电平时，DC-DC隔离电源正常工作，当PWM控制信号为低电平时，DC-DC隔离电源停止工作。
作为PWM信号发生器的一种具体的实施方式，其特征在于：包括电源输入端、休眠控制信号输入端、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器内部包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2和电容C1；双路反相器U1的电源输入端VCC为PWM信号发生器的电源输入端；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1的一端、二极管D2阴极、二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接；双路反相器U1的第二输出端与电容C1另一端连接并同时作为PWM信号发生器的输出端和休眠控制信号输入端；双路反相器U1的接地端GND为PWM信号发生器的接地端；电阻R1的另一端连接二极管D1的阴极；电阻R2的另一端连接二极管D2的阳极。
作为上述PWM信号发生器具体的实施方式的改进，其特征在于：PWM信号发生器还包括二极管D3，二极管D3的阳极连接休眠控制信号输入端，二极管D3的阴极连接双路反相器U1的第二输出端。
作为PWM信号发生器的一种具体的实施方式，其特征在于：PWM信号发生器包括电源输入端、休眠控制信号输入端STB、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端STB用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器内部包括包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C3、NPN三极管TR1和NPN三极管TR2；双路反相器U1的电源输入端VCC同时与NPN三极管TR2集电极和电阻R3一端连接；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1一端、二极管D2阴极和二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1一端和电阻R2一端连接；双路反相器U1的第二输出端同时与电阻R5一端、二极管D3阴极和电容C1另一端连接；电阻R1另一端与二极管D1阴极连接；电阻R2另一端与二极管D2阳极连接；电阻R6一端与NPN三极管TR2基极连接；电阻R5另一端与NPN三极管TR1基极连接；二极管D3阳极、电容C3一端、电阻R6另一端、电阻R7一端连接后作为PWM信号发生器的休眠控制信号输入端；NPN三极管TR1发射极、NPN三极管TR2发射极、电容C3另一端、电阻R4另一端、双路反相器U1接地端GND、电阻R7另一端连接后作为PWM信号发生器的接地端；电阻R3另一端作为PWM信号发生器的电源输入端；电阻R4一端与NPN三极管TR1集电极连接后作为PWM信号发生器的输出端。
作为DC-DC隔离电源的一种优选的实施方式，其特征在于:为它激推挽式DC-DC隔离电源。
本申请的工作原理将结合具体的实施例进行描述，在这里不进行赘述，与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过PWM信号发生器控制DC-DC隔离电源进入间歇工作状态，使电源输出功率可调，不仅达到低功耗的目的，还可以使电源维持低功率的电压输出，满足应用环境对整体低功耗电源的需求。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明第一实施例的电路原理图；
图3为本发明第二实施例的电路原理图；
图4本发明第三实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1所示为本发明的电路原理框图，本发明的，本申请的DC-DC电路包括DC-DC隔离电源和PWM信号发生器。本申请的发明构思是在隔离DC-DC电路的基础上增加一种使用PWM信号原理的控制电路，通过PWM信号使电路进入间歇工作状态，使输出功率可调，且可以维持低功率的稳定电压输出，从而使电路在具备现有隔离DC-DC功能的同时可以调整电源输出功率以降低整体待机功耗。
第一实施例
图2所示本发明第一实施例的电路原理图，本实施例的PWM信号发生器包括电源输入端、休眠控制信号输入端、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器102内部包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2和电容C1；双路反相器U1的电源输入端VCC为PWM信号发生器102的电源输入端；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1的一端、二极管D2阴极、二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接；双路反相器U1的第二输出端与电容C1另一端连接并同时作为PWM信号发生器102的输出端和休眠控制信号输入端；双路反相器U1的接地端GND为PWM信号发生器102的接地端；电阻R1的另一端连接二极管D1的阴极；电阻R2的另一端连接二极管D2的阳极。
本实施例的电路原理为：U1双路反相器上电正常工作，通过R2电阻、D2二极管给C1电容充电，充电完成后U1反相器输入端电位改变，U1反相器反相，之后电容C1通过R1电阻、D1二极管放电，放电完成后U1反相器输入端电位改变，如此重复此过程来产生PWM信号。由于充放电路径分别为R2电阻、R1电阻在电路设计过程中可调的，因此PWM信号的占空比也是可调的，一般设计为低占空比的PWM信号。PWM信号输入到DC-DC隔离电源原边振荡电路，故DC-DC隔离电源受低占空比的PWM信号影响，进入间歇工作状态，即PWM信号为高时，正常工作，PWM信号为低时，停止工作。间歇工作状态期间，由于电源输出端设计有电容器件负责储能，所以DC-DC隔离电源能维持低功率的电压输出。通过外部休眠控制信号STB，可以对电路进入正常工作状态或低功耗状态进行控制。
第二实施例
图3所示本发明第二实施例的电路原理图，本实施例与第一实施例不同之处在于PWM信号发生器102还包括二极管D3，二极管D3的阳极连接休眠控制信号输入端，二极管D3的阴极连接双路反相器U1的第二输出端。
本实施例增加二极管D3的作用在于，利用二极管单向导通特性，防止PWM信号影响外部器件。本实施例工作原理与第一实施例相同，故不赘述。
第三实施例
图4是本发明第三实施例的电路原理图。本发明的DC-DC隔离电源101可以是本领域的技术人员可以知悉的任意一种DC-DC隔离电源，在本实施例中选择的是它激推挽式DC-DC隔离电源。
图4中的DC-DC隔离电源101为它激推挽式DC-DC隔离电源，包括它激推挽式控制芯片U2、电阻R4、NPN三极管TR1、二极管D5、二极管D4、电容C2、变压器T1、线性稳压器LDO U3和电容C4；它激推挽式控制芯片U2供电端VIN与外部电源Vin连接；它激推挽式控制芯片U2的3个接地端GND与输入端的地连接，它激推挽式控制芯片U2的3个接地端还同时连接电阻R4的一端和NPN三极管TR1的集电极，电阻R4的另一端和NPN三极管TR1的发射极连接在一起后连接至输入端的地，NPN三极管TR1的基极连接至PWM信号发生器102的输出端；变压器T1的原边绕组NP1、NP2的两个端头分别与它激推挽式控制芯片U2输出端VD1、VD2连接，变压器T1的原边绕组NP1、NP2的中心抽头与它激推挽式控制芯片U2供电端VIN连接；变压器T1的副边绕组NS1、NS2的两个端头分别与二极管D5阳极、二极管D4阳极连接，变压器T1的副边绕组NS1、NS2的中心抽头接输出端的地；电容C2一端与二极管D5阴极、二极管D4阴极连接，电容C2另一端接输出端的地。线性稳压器LDO U3的供电端Vin与所述电容C2一端连接；线性稳压器LDO U3的输出端Vout与电容C4一端、稳压输出电路的输出端Vout连接；线性稳压器LDO U3的地与电容C4另一端、输出端的地连接。
上述它激推挽式控制芯片U2，这是一种集成了功率MOS对管的推挽电源的控制器，通过内部产生两个相位相反的方波使内部的集成MOS对管相互导通，可以驱动变压器原边绕组，并在副边绕组上产生对应感应电动势。它激推挽式控制芯片U2的引脚包括输出端VD1、输出端VD2、供电端VIN、3个接地端GND。各个引脚功能为：输出端VD1、输出端VD2是它激推挽式控制芯片U2内置功率MOS管对的两个漏极，与变压器原边绕组的两个端头连接，以准互补的方式推挽驱动变压器绕组；供电端VIN是它激推挽式控制芯片U2的供电端口；3个接地端GND是它激推挽式控制芯片U2参考地。
图4中的PWM信号发生器102包括电源输入端、休眠控制信号输入端STB、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端STB用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器102内部包括包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C3和NPN三极管TR2；双路反相器U1的电源输入端VCC同时与NPN三极管TR2集电极和电阻R3一端连接；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1一端、二极管D2阴极和二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1一端和电阻R2一端连接；双路反相器U1的第二输出端同时与电阻R5一端、二极管D3阴极和电容C1另一端连接；电阻R1另一端与二极管D1阴极连接；电阻R2另一端与二极管D2阳极连接；电阻R6一端与NPN三极管TR2基极连接；电阻R5另一端为PWM信号发生器102的输出端；二极管D3阳极、电容C3一端、电阻R6另一端、电阻R7一端连接后作为PWM信号发生器102的休眠控制信号输入端，同时与外部休眠控制信号STB连接；NPN三极管TR2发射极、电容C3另一端、双路反相器U1接地端GND、电阻R7另一端连接后作为PWM信号发生器102的接地端，同时与输入端的地连接；电阻R3另一端作为PWM信号发生器102的电源输入端与外部电源Vin连接。
图4实施例工作原理如下：
(1)当DC-DC电路为待机状态时，休眠控制信号输入端STB接地或者悬空：休眠控制信号输入端STB为低电平，NPN三极管TR2不导通，双路反相器U1正常工作，通过电阻R2、二极管D2给电容C1充电，充电完成后双路反相器U1输入端电位改变，双路反相器U1反相，之后电容C1通过电阻R1、二极管D1放电，放电完成后双路反相器U1输入端电位改变，如此重复此过程来产生PWM信号。由于充放电路径分别为电阻R2、电阻R1在电路设计过程中可调的，因此PWM信号的占空比也是可调的，一般设计为低占空比的PWM信号。PWM信号输入到NPN三极管TR1，由于NPN三极管TR1与DC-DC隔离电源原边控制器的GND端相连接，故DC-DC隔离电源原边控制器的工作受NPN三极管TR1控制。DC-DC隔离电源受低占空比的PWM信号影响，进入间歇工作状态，即PWM信号为高时，正常工作，PWM信号为低时，停止工作。间歇工作状态期间，由于输出端设计有电容器件负责储能，所以DC-DC隔离电源能维持低功率的电压输出。
(2)当DC-DC电路为正常状态时，休眠控制信号输入端STB接高电平：休眠控制信号输入端STB为高电平，NPN三极管TR2导通，双路反相器U1的VCC端电平为低电平，双路反相器U1不工作，PWM信号发生器不工作，不产生PWM信号。由于休眠控制信号输入端STB为高电平，NPN三极管TR1导通，DC-DC隔离电源正常工作，进行直流稳压输出。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干等同变换、改进和润饰，这些等同变换、改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种DC-DC电路，其特征在于：包括DC-DC隔离电源(101)和PWM信号发生器(102)；
DC-DC隔离电源(101)用于将其输入端的电压隔离转换后通过其输出端输出；PWM信号发生器(102)通过外接的休眠控制信号按如下逻辑产生PWM控制信号控制DC-DC隔离电源(101)的工作状态：
休眠控制信号为高电平时，PWM信号发生器(102)输出端的电平恒为高，DC-DC隔离电源(101)处于正常工作状态；
休眠控制信号为低电平时，PWM信号发生器(102)产生PWM控制信号，当PWM控制信号为高电平时，DC-DC隔离电源(101)正常工作，当PWM控制信号为低电平时，DC-DC隔离电源(101)停止工作；
PWM信号发生器(102)包括电源输入端、休眠控制信号输入端、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器(102)内部包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2和电容C1；双路反相器U1的电源输入端VCC为PWM信号发生器(102)的电源输入端；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1的一端、二极管D2阴极、二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接；双路反相器U1的第二输出端与电容C1另一端连接并同时作为PWM信号发生器(102)的输出端和休眠控制信号输入端；双路反相器U1的接地端GND为PWM信号发生器(102)的接地端；电阻R1的另一端连接二极管D1的阴极；电阻R2的另一端连接二极管D2的阳极。
2.根据权利要求1所述的DC-DC电路，其特征在于：PWM信号发生器(102)还包括二极管D3，二极管D3的阳极连接休眠控制信号输入端，二极管D3的阴极连接双路反相器U1的第二输出端。
3.一种DC-DC电路，其特征在于：包括DC-DC隔离电源(101)和PWM信号发生器(102)；
DC-DC隔离电源(101)用于将其输入端的电压隔离转换后通过其输出端输出；PWM信号发生器(102)通过外接的休眠控制信号按如下逻辑产生PWM控制信号控制DC-DC隔离电源(101)的工作状态：
休眠控制信号为高电平时，PWM信号发生器(102)输出端的电平恒为高，DC-DC隔离电源(101)处于正常工作状态；
休眠控制信号为低电平时，PWM信号发生器(102)产生PWM控制信号，当PWM控制信号为高电平时，DC-DC隔离电源(101)正常工作，当PWM控制信号为低电平时，DC-DC隔离电源(101)停止工作；
PWM信号发生器(102)包括电源输入端、休眠控制信号输入端STB、输出端和接地端四个端口；电源输入端用于连接外部电源，休眠控制信号输入端STB用于输入外部的休眠控制信号，输出端用于输出PWM控制信号，接地端用于与地连接；PWM信号发生器(102)内部包括包括双路反相器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C3和NPN三极管TR2；双路反相器U1的电源输入端VCC同时与NPN三极管TR2集电极和电阻R3一端连接；双路反相器U1的第一输入端同时与电容C1一端、二极管D2阴极和二极管D1阳极连接；双路反相器U1的第二输入端同时与双路反相器U1的第一输出端、电阻R1一端和电阻R2一端连接；双路反相器U1的第二输出端同时与电阻R5一端、二极管D3阴极和电容C1另一端连接；电阻R1另一端与二极管D1阴极连接；电阻R2另一端与二极管D2阳极连接；电阻R6一端与NPN三极管TR2基极连接；电阻R5另一端为PWM信号发生器(102)的输出端；二极管D3阳极、电容C3一端、电阻R6另一端、电阻R7一端连接后作为PWM信号发生器(102)的休眠控制信号输入端；NPN三极管TR2发射极、电容C3另一端、双路反相器U1接地端GND、电阻R7另一端连接后作为PWM信号发生器(102)的接地端；电阻R3另一端作为PWM信号发生器(102)的电源输入端。
4.根据权利要求1至3任一项所述的DC-DC电路，其特征在于：DC-DC隔离电源(101)为它激推挽式DC-DC隔离电源。
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