CN204244074U - Dc-dc转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DC-DC转换器，包括：线性稳压器LDO模块；电压监控与反馈模块；降压变换器BUCK模块；线性稳压器LDO模块中设有第一MOS管；电压监控与反馈模块一端与第一MOS管的漏极相连，另一端与第一MOS管的源极相连，用于监测第一MOS管的漏源极压差，并将第一MOS管的漏源极压差送入所述降压变换器BUCK模块；降压变换器BUCK模块的反馈端与电压监控与反馈模块的输出端相连，降压变换器BUCK模块的输出端与第一MOS管的漏极相连，用于根据漏源极压差调整第一MOS管的漏极的电压。本实用新型提供的DC-DC转换器的转换效率高。

Description

DC-DC转换器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别是涉及一种DC-DC转换器。 

背景技术

随着我国电子技术的高速发展，各式各样功能不同的电子产品应运而生；在涉及到电源对输入电量转变后，有效输出电量时，需要用到DC-DC转换器，DC-DC的意思是直流变直流，即不同直流电源值的转换，只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器；DC-DC转换器广泛应用于手机、车身电源转换、工业控制、仪器仪表、照明、便携式媒体播放器等产品中。 

目前DC-DC转换器分为三类：升压型DC-DC转换器、降压型DC-DC转换器以及升降压型DC/DC转换器，目前常用的降压型DC-DC转换器为线性稳压器LDO(low dropout regulator)。 

线性稳压器LDO的调整管是用MOSFET或者双节型晶体管，MOSFET是电压驱动的，不需要电流，大大降低了器件本身消耗的电流(因此线性稳压器LDO的输入电流基本上是等于输出电流)；因为其电压降非常低，所以其电压输出稳定，其噪声小，波纹低；但是在输入电压与输出电压不是很接近的时候，输入电压与输出电压相差越大，LDO自身消耗的能量也就越大；由能量守恒定律可知，输入的功率等于输出功率加LDO自身消耗的功率，由于输入电压不变，所以输入功率不变，那么LDO自身消耗的功率越大，那么其输出功率就越小，因此导致转换效率不高。 

因此如何能解决DC-DC转换器的转换效率不高的问题是亟待解决的问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种DC-DC转换器，该DC-DC转换器的转换效率高。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种DC-DC转换器，包括： 

线性稳压器LDO模块；电压监控与反馈模块；降压变换器BUCK模块； 

所述线性稳压器LDO模块中设有第一MOS管； 

所述电压监控与反馈模块一端与所述第一MOS管的漏极相连，另一端与第一MOS管的源极相连，用于监测所述第一MOS管的漏源极压差，并将所述第一MOS管的漏源极压差送入所述降压变换器BUCK模块； 

所述降压变换器BUCK模块的反馈端与所述电压监控与反馈模块的输出端相连，所述降压变换器BUCK模块的输出端与所述第一MOS管的漏极相连，用于根据所述漏源极压差调整所述第一MOS管的漏极的电压。 

优选的，所述降压变换器BUCK模块包括： 

降压变换器BUCK驱动模块、第二MOS管、第三MOS管、电感以及电容； 

所述第二MOS管的栅极与所述降压变换器BUCK驱动模块的第一输出端相连，所述第二MOS管的漏极与电源相连，所述第二MOS管的源极与第三MOS管的漏极相连； 

所述第三MOS管的栅极与所述降压变换器BUCK驱动模块的第二输出端相连，所述第三MOS管的源极接地； 

所述电感的一端与所述第二MOS管源极与所述第三MOS管漏极的公共端相连，另一端与所述第一MOS管的漏极相连； 

所述电容一端与所述电感的另一端相连，另一端接地。 

优选的，所述线性稳压器LDO模块包括： 

通信模块、微控制器、数模转换模块、第一MOS管驱动与放大模块； 

所述微控制器与所述通信模块相连； 

所述微控制器的外设接口与所述数模转换模块的输入端相连； 

所述数模转换模块的输出端与所述第一MOS管驱动与放大模块输入端相连； 

所述第一MOS管驱动与放大模块的输出端与第一MOS管的栅极相连。 

优选的，所述第一MOS管驱动与放大模块包括：第一MOS管驱动模块； 

与第一MOS管驱动模块相连、用于将目标基值放大的放大模块； 

所述放大模块与所述数模转换模块的输出端相连； 

所述第一MOS管驱动模块的输出端与所述第一MOS管的栅极相连。 

优选的，所述线性稳压器LDO模块还包括：与微控制器和数模转换模块分别相连的电流监控与反馈模块。 

优选的，所述通信模块具体为CAN可编程通信模块。 

优选的，所述外设接口具体为SPI串行外设接口。 

本实用新型提供了一种DC-DC转换器，该转换器将线性稳压器LDO模块通过电压监控与反馈模块与降压变换器BUCK模块相连，该电压监控与反馈模块用于监测第一MOS管的漏源极压差，降压变换器BUCK模块根据第一MOS管的漏源极压差调整所述第一MOS管的漏极电压。通过这种形式对第一MOS管漏极的电压进行调整，可以保证漏极与源极的电压差保持恒定，进而保证MOS管自身消耗的功率恒定，即不论输出电压为多少，线性稳压器LDO模块功耗均相等且很低，因此该DC-DC转换器转换效率高。 

附图说明

图1为本实用新型实施例公开的DC-DC转换器系统结构图； 

图2为本实用新型另一实施例公开的DC-DC转换器系统结构图； 

图3为本实用新型另一实施例公开的DC-DC转换器系统结构图。 

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种DC-DC转换器，该转换器将线性稳压器LDO(low dropout regulator)模块通过电压监控与反馈模块与降压变换器BUCK模块相连，通过对第一MOS管的漏极电压进行调整，保证漏极与源极的电压差保持恒定，使第一MOS管消耗的功率保持恒定且很低，因此该DC-DC转换器转换效率高。 

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。 

本实用新型的实施例中公开了一种DC-DC转换器，参见图1，本实施例中的DC-DC转换器，包括： 

线性稳压器LDO模块101、电压监控与反馈模块103、降压变换器BUCK模块102；其中： 

线性稳压器LDO模块101中设有第一MOS管；电压监控与反馈模块103一端与第一MOS管的漏极相连，另一端与第一MOS管的源极相连，用于监测第一MOS管的漏源极压差，并将得到的第一MOS管的漏源极压差送入降压变换器BUCK模块102。 

降压变换器BUCK模块102的反馈端与电压监控与反馈模块103的输出端相连，降压变换器BUCK模块102的输出端与第一MOS管的漏极相连，用于降压变换器BUCK模块102根据上述电压监控与反馈模块103监测到的漏源极压差，调整所述第一MOS管的漏极的电压，来保持第一MOS管漏源极的压差恒定。 

本实施例公开的DC-DC转换器中，线性稳压器LDO模块101通过电压监控与反馈模块103与降压变换器BUCK模块102相连，电压监控与反馈模块103用于监测第一MOS管的漏源极压差。 

当DC-DC转换器要执行一个目标电压输出时，如果第一MOS管的漏极电压较低时，电压监控与反馈电路103监测到的漏极与源极的电压差值就会较低，电压监控与反馈模块103将第一MOS管的漏源极压差输出给降压变换器BUCK模块102，降压变换器BUCK模块102接收到所述第一MOS管的漏源极压差，降压变换器BUCK模块102比较所述第一MOS管的漏源极压差和降压变换器BUCK模块102内 部的基准电压值，判断所述第一MOS管的漏源极压差小于所述基准电压值时，降压变换器BUCK模块102的输出端输出电压至所述第一MOS管的漏极，进而调整所述第一MOS管的漏极电压,使第一MOS管的漏极电压增大。 

但调整后的第一MOS管的漏极电压也不会增大太多，因为当第一MOS管的漏极电压过高时，电压监控与反馈模块103监测到的第一MOS管漏源极的压差也会过高，此时降压变换器BUCK模块102的输出端输出电压至第一MOS管的漏极，降低第一MOS管漏极的电压。 

通过这种闭环反馈的效果，保证不管线性稳压器LDO模块101输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101漏源极的压差保持恒定；即不论输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101漏源极的压差恒定，线性稳压器LDO模块101上的功耗等于电压与电流的乘积，由于线性稳压器LDO模块101的输入电流基本上是等于输出电流的，当输出电流保持恒定值的时候，由于第一MOS管漏源极的压差也保持恒定，那么线性稳压器LDO模块101消耗的功率也保持恒定，因此无论输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101的功耗均相等，因此该DC-DC转换器转换效率高。 

并且，线性稳压器LDO模块101的功耗较小，因为线性稳压器LDO模块101功耗W＝P*t，P＝U*I，U为MOS管漏源极的压差，一般情况下，所述压差恒定为0.2V，当输出电流恒定时，如输出电流20A、输出电压24V，由P＝U*I得LDO的自身消耗功率为4瓦特，而输出功率为24V*20A＝480W，LDO自身消耗功率与输出功率的比值为4/480＝0.0083，故可以看出LDO模块自身功耗相对输出功耗来说很小。 

本实用新型另一实施例还公开了一种DC-DC转换器，参见图2，本实施例中，所述DC-DC转换器包括： 

线性稳压器LDO模块101、电压监控与反馈模块103；降压变换器BUCK模块102；其中，降压变换器BUCK模块102具体包括： 

降压变换器BUCK驱动模块104、第二MOS管、第三MOS管、 电感以及电容。 

第二MOS管的栅极与降压变换器BUCK驱动模块104的第一输出端相连，第二MOS管的漏极与电源相连，第二MOS管的源极与第三MOS管的漏极相连。 

第三MOS管的栅极与降压变换器BUCK驱动模块104的第二输出端相连，第三MOS管的源极接地。 

电感的一端与第二MOS管源极与第三MOS管漏极相连的公共端相连，电感的另一端与第一MOS管的漏极相连。电容一端与电感的另一端相连，电容的另一端接地。 

与电压监控与反馈模块103输出端相连的降压变换器BUCK驱动模块104的反馈端，通过接收电压监控与反馈模块103发送的第一MOS管的漏源极的压差，与降压变换器BUCK驱动模块104的基准电压值作比较，如果该第一MOS管的漏源极压差值大于基准电压值，降压变换器BUCK驱动模块104控制第二MOS管和第三MOS管的占空比变大，实现增大第一MOS管的漏极电压；相反的，降压变换器BUCK驱动模块104判断所述第一MOS管的漏源极的压差小于基准电压值，降压变换器BUCK驱动模块104控制第二MOS管和第三MOS管的占空比变小，实现减小第一MOS管的漏极电压。 

因此，通过对第一MOS管漏极电压进行调整，保证了线性稳压器LDO模块101中第一MOS管的漏源极压差恒定，这样线性稳压器LDO模块101上的功耗恒定，即不管输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101的功耗均相等。 

本实用新型另一实施例还公开了一种DC-DC转换器，参见图3，本实施例中，所述DC-DC转换器包括： 

电压监控与反馈模块103、降压变换器BUCK模块102和线性稳压器LDO模块101，其中，线性稳压器LDO模块101具体包括： 

第一MOS管、通信模块105、微控制器106、数模转换模块107、第一MOS管驱动与放大模块108；其中，微控制器106与通信模块105相连；微控制器106的外设接口与数模转换模块107的输入端相 连；数模转换模块107的输出端与所述第一MOS管驱动与放大模块108输入端相连；第一MOS管驱动与放大模块108的输出端与第一MOS管的栅极相连。 

具体的，当要对目标电压进行输出的时候，通信模块105接收目标电压值并传送给微控制器106，微控制器106将接收到的目标电压值经过算法处理后得到目标电压值的基准数据，并通过外设接口送入数模转换模块107，因为通信模块接收到的目标电压值为数字量，因此需要数模转换模块107将该数字量的电压值转换为模拟量的电压值，然后再将输出的电压基准值送入第一MOS管驱动与放大模块108，第一MOS管驱动与放大模块108接收到该电压基准值后，通过第一MOS管来对目标电压进行输出。 

需要说明的是，如果通信模块105接收不同的目标电压值，微控制器106处理不同的目标电压值后，得到不同的目标电压值的基准数据，不同的目标电压值的基准数据经数模转换模块107和第一MOS管驱动与放大模块108后，均可以导通第一MOS管，但不同的目标电压值的基准数据会使DC-DC的输出电压不同，这样，本实用新型公开的DC-DC转换器可以根据接收的不同的目标电压值，实现输出电压的不同，即实现输出电压的可调。 

同样的，在本实用新型公开的DC-DC转换器的工作过程中，如果第一MOS管的漏极电压较低时，电压监控与反馈电路103监测到的漏极与源极的电压差值就会较低，电压监控与反馈模块103将第一MOS管的漏源极压差输出给降压变换器BUCK驱动模块104，降压变换器BUCK驱动模块104接收到所述第一MOS管的漏源极压差，比较所述第一MOS管的漏源极压差和内部的基准电压值，判断所述第一MOS管的漏源极压差小于所述基准电压值时，降压变换器BUCK驱动模块104通过调控第二MOS管和第三MOS管的占空比，进而调整所述第一MOS管的漏极电压,使第一MOS管的漏极电压增大。 

但调整后的第一MOS管的漏极电压也不会增大太多，因为当第一MOS管的漏极电压过高时，电压监控与反馈模块103监测到的第 一MOS管漏源极的压差也会过高，此时降压变换器BUCK驱动模块104也会通过调控第二MOS管和第三MOS管的占空比，降低第一MOS管漏极的电压。 

通过上述降压变换器BUCK模块102对第一MOS管漏极电压的调整来保持第一MOS管的漏源极的压差恒定后，第一MOS管对目标电压进行输出。 

保证不管线性稳压器LDO模块101输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101漏源极的压差恒定；即不论输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101漏源极的压差恒定，线性稳压器LDO模块101上的功耗等于电压与电流的乘积，由于线性稳压器LDO模块101的输入电流基本上是等于输出电流的，即输出的电流保持恒定，而第一MOS管漏源极的压差也保持恒定，那么线性稳压器LDO模块101消耗的功率也保持恒定，因此无论输出电压为多少，线性稳压器LDO模块101的功耗均相等且很小。 

进一步的，第一MOS管驱动与放大模块108包括： 

第一MOS管驱动模块； 

与第一MOS管驱动模块相连、用于将目标基值放大的放大模块。 

其中：所述放大模块与所述数模转换模块的输出端相连；所述第一MOS管驱动模块的输出端与所述第一MOS管的栅极相连。 

上述目标基准值先送入放大模块放大后再送入第一MOS管驱动模块，第一MOS管驱动模块接收到该目标电压基准值后，驱动第一MOS管的栅极，使第一MOS管处于导通状态，通过上述降压变换器BUCK模块102对第一MOS管漏极电压的调整来保持第一MOS管的漏源极的压差恒定后，第一MOS管对目标电压进行输出。 

进一步的，稳压器LDO模块101还包括：与微控制器106和数模转换模块107分别相连的电流监控与反馈模块109；电流监控与反馈模块109一端与微控制器106相连，用微控制器106的对数模转换模块107监测到的电流进行采样；电流监控与反馈模块109另一端与数模转换模块107相连，用于保证输出电流有一个限制的作用，如果 电流监控与反馈模块109，监测到输出电流过大，电流监控与反馈模块109根据自身的反馈电路对输出电流进行调整并送入数模转换模块107。 

进一步的，上述通信模块具体为CAN可编程通信模块，该CAN可编程支持软件编程，用于对微控制器进行编程，导入程序等；当然并不限于CAN可编程模块，还有很多可编程模块，例如TWIDO可编程模块，ECAN可编程模块，其均支持软件的编程，将程序导入微控制器等，因此，只要能实现该功能的可编程模块即可。 

进一步的，上述外设接口具体为SPI串行外设接口，用于将经过算法调整后的目标电压基准值送入数模转换模块；当然，并不仅仅限于SPI串行外设接口，其他任何可以实现该功能的外设接口均可。 

综上所述，CAN可编程通信接口将需要调节的目标电压值和需要处理该目标电压值需要用到的程序，传送给微控制器；微控制器将接收到的目标电压值经过算法处理后得到目标电压值的基准数据，并通过SPI串行外设接口送入数模转换模块，因为通信模块接收到的目标电压值为数字量，因此需要数模转换模块将该转换后的数字量的目标电压基准值转换为模拟量的目标电压基准值，目标基准值先送入放大模块放大后再送入第一MOS管驱动模块，当要输出目标电压值的时候，第一MOS管驱动模块接收到目标电压基准值后，驱动第一MOS管的栅极，使第一MOS管处于导通状态，通过上述降压变换器BUCK模块102对第一MOS管漏极电压的调整来保持第一MOS管的漏源极的压差恒定后，第一MOS管对目标电压进行输出。 

以上对本实用新型所提供的一种DC-DC转换器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (7)

1.一种DC-DC转换器，其特征在于，包括： 

线性稳压器LDO模块；电压监控与反馈模块；降压变换器BUCK模块； 

所述线性稳压器LDO模块中设有第一MOS管； 

所述电压监控与反馈模块一端与所述第一MOS管的漏极相连，另一端与所述第一MOS管的源极相连，用于监测所述第一MOS管的漏源极压差，并将所述第一MOS管的漏源极压差送入所述降压变换器BUCK模块； 

所述降压变换器BUCK模块的反馈端与所述电压监控与反馈模块的输出端相连，所述降压变换器BUCK模块的输出端与所述第一MOS管的漏极相连，用于根据所述漏源极压差调整所述第一MOS管的漏极的电压。 

2.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述降压变换器BUCK模块包括： 

降压变换器BUCK驱动模块、第二MOS管、第三MOS管、电感以及电容； 

所述第二MOS管的栅极与所述降压变换器BUCK驱动模块的第一输出端相连，所述第二MOS管的漏极与电源相连，所述第二MOS管的源极与第三MOS管的漏极相连； 

所述第三MOS管的栅极与所述降压变换器BUCK驱动模块的第二输出端相连，所述第三MOS管的源极接地； 

所述电感的一端与所述第二MOS管源极与所述第三MOS管漏极相连的公共端相连，另一端与所述第一MOS管的漏极相连； 

所述电容的一端与所述电感的另一端相连，另一端接地。 

3.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述线性稳压器LDO模块包括： 

通信模块、微控制器、数模转换模块以及第一MOS管驱动与放大模块； 

所述微控制器与所述通信模块相连； 

所述微控制器的外设接口与所述数模转换模块的输入端相连； 

所述数模转换模块的输出端与所述第一MOS管驱动与放大模块输入端相连； 

所述第一MOS管驱动与放大模块的输出端与所述第一MOS管的栅极相连。 

4.如权利要求3所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述第一MOS管驱动与放大模块包括：第一MOS管驱动模块； 

与第一MOS管驱动模块相连、用于将目标基值放大的放大模块； 

所述放大模块与所述数模转换模块的输出端相连； 

所述第一MOS管驱动模块的输出端与所述第一MOS管的栅极相连。 

5.如权利要求3所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述线性稳压器LDO模块还包括：与微控制器和数模转换模块分别相连的电流监控与反馈模块。 

6.如权利要求3所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述通信模块具体为CAN可编程通信模块。 

7.如权利要求3所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述外设接口具体为SPI串行外设接口。