CN205265526U - 一种dc-dc变换器集成电路及其应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DC-DC变换器集成电路及其应用电路。该DC-DC变换器集成电路包括振荡单元，产生振荡脉冲信号；触发单元，连接振荡单元，并将接收到的振荡脉冲信号作为其中一个触发信号；开关驱动单元，连接触发单元，开关驱动单元的信号输出端向外引出以连接电压输出单元，通过电压输出单元输出用以驱动负载的驱动电压；比较单元，其中一路信号输入设置有基准电压信号，另外一路信号输入为从电压输出单元经采样单元采进的电压信号，比较单元基于两路电压信号大小输出作为触发单元的另外一个触发信号的第一电平信号比较单元连接触发单元；以及至少一个达林顿驱动单元。本实用新型集成电路内置有DC-DC变换器和达林顿驱动，在降低待机功耗同时可以直接驱动继电器等待驱动单元，使用方便。

Description

一种DC-DC变换器集成电路及其应用电路

技术领域

本实用新型属于电源转换领域，尤其涉及一种内置有DC-DC变换器和达林顿驱动单元的集成电路及其应用电路。

背景技术

现今市场上的电热水器、燃气热水器、洗衣机和电风扇中广泛采用工频变压器加7805的方式作为电源板，其将8～30V直流电源通过7805稳压源模块转换为5V直流输出，以给整个控制电路供电。参见图1，其为目前广泛采用的电源板线路图。其中7805稳压源模块100将输入直流电源VCC(电源VCC为由220V交流电经过工频变压器降压并整流为8V至30V的直流电源)转换成5V的直流稳压输出，应用时：

1、采用7805作为稳压源，电源转换效率低；

2、7805发热严重需额外增加散热片，而且随着功率的增加发热严重到无法接受的程度，已不能满足大功率输出的需求；

3、为了降低7805的功耗在输入前级需增加R1限流电阻，该限流电阻R1功耗较高需采用功率电阻，成本较高。

进一步的是，在图1所示出的电源板中，驱动3路继电器200、300、400分别采用了3个三极管、3个电阻和3个二极管，器件数目较多。B1～B3端接收主控芯片的信号对继电器进行控制，当B1～B3端为低电平时，NPN管关断，继电器关断；当B1～B3端为高电平时，NPN管导通，继电器工作。由此可见，其主要采用分离器件驱动继电器，集成度低、加工复杂，成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现在家用电器的电源板存在的缺陷提供一种DC-DC变换器集成电路，该集成电路内部设计有DC-DC变换器，采用DC-DC变换器代替7805稳压源，可降低待机功耗，获得较高电源转换效率。

本实用新型的另外一个目的是提供了上述集成电路的应用电路，该应用电路结合集成电路实现了直流电源的转换。

本实用新型的目的是采用以下技术方案实现的：

一种DC-DC变换器集成电路，用于进行直流电源转换，其包括：

振荡单元，其在集成电路电源端供电后产生振荡脉冲信号；

触发单元，其连接振荡单元，并将接收到的振荡脉冲信号作为其中一个触发信号；

开关驱动单元，其连接触发单元，所述开关驱动单元的信号输出端向外引出以连接电压输出单元，通过电压输出单元输出用以驱动负载的驱动电压；

比较单元，其具有两路信号输入，其中一路信号输入设置有基准电压信号，另外一路信号输入为从电压输出单元经采样单元采进的电压信号，所述比较单元基于两路电压信号大小输出第一电平信号，所述比较单元连接触发单元，以使输出的第一电平信号构成触发单元的另外一个触发信号；所述触发单元基于两个触发信号输出让开关驱动单元通断的第二电平信号。

更进一步的是，本实用新型还提供了一种上述DC-DC变换器集成电路的应用电路，包括连接至集成电路开关驱动单元的电压输出单元，以及将电压输出单元的输出电压反馈至集成电路比较单元的采样单元，其中，

所述电压输出单元包括：

电感，其一端连接至开关驱动单元向外引出的信号输出端，另一端经一充电电容接地线，电感的所述另一端输出用以驱动负载的驱动电压；

续流二极管，其阴极连接至电感所述一端，阳极接地线；

所述采样单元包括：

相互串联的第一电阻和第二电阻，串联后的第一电阻和第二电阻一端连接至电感所述另一端，另一端连接至续流二极管的阳极，以为续流二极管提供续流回路，其中第一电阻和第二电阻的串接点构成采样单元的电压采样点，该电压采样点连接至比较单元向外引出的信号输入端。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路具有以下优点：

①集成电路内部设计有DC-DC变换器，采用DC-DC变换器代替7805稳压源，用于实现直流电源的转换，降低了待机功耗，提高了电源转换效率；②集成电路发热小，持续输出电流大，无需考虑散热设计；③高集成度，减少元器件数量，加工更简单；④总体成本更低。总的来说，本实用新型所述集成电路可广泛应用于电热水器、燃气热水器、洗衣机、消毒柜、电风扇等家电类电源控制板中，满足了家电类对节能减排要求。

附图说明

图1为目前广泛采用的电源板局部线路图；

图2为本实用新型所述DC-DC变换器集成电路的内部原理图；

图3为本实用新型所述DC-DC变换器集成电路的应用电路图；

图4为本实用新型所述达林顿驱动的内部原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述：

参照图2并结合图3，本实用新型提供一种DC-DC变换器集成电路500，用于进行直流电源转换，其包括：

振荡单元510，其在集成电路电源端VCC供电后产生振荡脉冲信号；

触发单元520，其连接振荡单元510，并将接收到的振荡脉冲信号作为其中一个触发信号；

开关驱动单元530，其连接触发单元520，所述开关驱动单元530的信号输出端向外引出接线端子SE以连接电压输出单元600，通过电压输出单元600输出用以驱动负载的驱动电压OUT；

比较单元540，其具有两路信号输入，其中一路信号输入设置有基准电压信号，另外一路信号输入为从电压输出单元600经采样单元700采进的电压信号，所述比较单元540基于两路电压信号大小输出第一电平信号，所述比较单元540连接触发单元520，以使输出的第一电平信号构成触发单元520的另外一个触发信号；所述触发单元520基于两个触发信号输出让开关驱动单元530通断的第二电平信号。

由上述方案可知，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路在VCC供电时，主要通过振荡单元510产生振荡脉冲信号，使得开关驱动单元530在触发单元520的作用下不断的通断，进而在外部电压输出单元获得转换后的输出电压Vout，实现电源转换，而该输出电压的大小Vout取决于比较单元540以及将输出电压信号反馈至比较单元540的采样单元700。总体而言，上述集成电路可完全替代现有电源板的7805稳压源，而且相较于7805稳压源来说具有发热低、转换效率高的突出优势。

如图2-3，所述振荡单元510包括振荡器，所述振荡器内部设置有为触发单元520提供所述振荡脉冲信号的振荡电路(未示出)，所述振荡电路包括向外引出以连接定时电容C7的TC管脚、以及通过TC管脚向所述定时电容C7充放电的恒流源(未示出)。振荡器通过恒流源对外接在TC管脚上的定时电容C7不断地充电和放电，以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。图3中连接至TC管脚的还有一电阻R7，该电阻R7可提供补偿电流，可起到降低输出纹波的作用。

其中，所述触发单元520包括RS触发器，所述RS触发器的置位端S设置有逻辑“与”门，其中所述逻辑“与”门的其中一个输入端(C端)以及RS触发器的复位端R接收来自振荡电路的振荡脉冲信号，所述逻辑“与”门的另外一个输入端(D端)接收来自比较单元540输出的第一电平信号，参见图2。由此可见，RS触发器的输出电平取决于逻辑“与”门的输入，当振荡单元产生的振荡脉冲信号处于高电平、且比较单元输出的第一电平信号为高电平时，RS触发器输出的第二电平信号为高；反之，若振荡单元产生的振荡脉冲信号处于低电平，RS触发器复位端有效，RS触发器输出的第二电平信号为低，此时不管比较单元540的输出电平是否为高或为低。

参照图2-3，所述开关驱动单元530采用复合NPN管构成(即NPN4和NPN5)，所述复合NPN管的基极b电性连接至RS触发器的输出端，集电极c向外引出以通过一限流电阻R8连接供电电源Vcc，发射极e向外引出端子SE用以连接所述电压输出单元600。其中NPN5管的集电极向外引出接线端子DC，NPN4管的集电极向外引出接线端子SC，该两个接线端子在应用时，均通过限流电阻R8连接至供电电源Vcc，以为复合NPN管提供集电极电流。当RS触发器输出置为高电平时，复合NPN管导通；反之RS触发器被复位时，复合NPN管处于关闭状态。

其中，所述比较单元540为比较器，所述比较器的正极输入端“+”设置所述基准电压信号，负极输入端“-”接收从所述电压输出单元经采样单元采进的电压信号。参见图2，所述基准电压信号为1.25V，而且向外引出集成电路的接地管脚GND。负极输入端“-”向外引出集成电路的COMP端。结合图3，电压输出单元由电感L2、电容C6和续流二极管D4构成，采样单元由R5与R6串联构成，通过二者对输出电压进行采样，将采样信号反馈回COMP端进行比较。当COMP端电压高于1.25V时，比较器输出的第一电平信号为低电平，此时内部线路关断功率管，输出电压降低，形成一个负反馈回路。由此可见，最终输出电压由采样电阻R5、R6决定，输出电压计算公式为Vout＝(R5+R6)/R5*1.25V。

作为本实用新型一个优选实施方案是，所述振荡器内部还设有电流限制电路(未具体示出)，所述电流限制电路的输出端与TC管脚电连接，输入端向外引出构成电流检测管脚Isense，所述电流限制电路通过电流检测管脚Isense连接所述限流电阻R8，并当检测到所述限流电阻R8压降超过一定阈值时自启动，以通过TC管脚向所述定时电容C7充电。这里的电流限制电路为常见的电路，因此不再赘述。

这里，由于限流电阻R8是开关驱动单元中NPN4和NPN5管的集电极上拉电阻，R8连接电源VCC，如果R8上的压降过大，即流经NPN4和NPN5管的集电极电流过大，有可能会使得NPN4和NPN5受损。为此本实用新型集成电路设计了电流检测管脚Isense，使得当R8压降超过一定阈值时便使开关驱动单元快速关闭。电流限制Isense检测端通过检测连接在VCC和Isense脚之间电阻R8上的压降来完成功能。工作机理是：当检测到电阻R8上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作。这时通过TC管脚对定时电容C7进行快速充电，近言之，定时电容C7的充电电流在原始恒流源充电的基础上进行叠加，因此充电电流增大，充电时间减少，而在充电时振荡脉冲信号处于高电平，因此充电时间的减少，就会缩短振荡脉冲处于高电平的时间，也就减少了开关驱动单元的导通时间，反之延长了开关驱动单元的关闭时间。

在背景技术中提到，现有的电源板上主要采用分离器件驱动继电器，集成度低、加工复杂，成本高。为解决这个问题，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路还包括：多路达林顿驱动单元550，每路达林顿驱动单元550的信号输入端向外引出B1～B3以接收外部控制信号，每路达林顿驱动单元550的信号输出端向外引出C1～C3以连接待驱动单元。各路达林顿驱动单元的信号输出端还均连接至一个二极管D1、D2、D3的阳极，所有二极管D1、D2、D3的阴极共同向外引出构成集成电路的公共端COM。所述待驱动单元为继电器200、300、400。通过集成在集成电路的达林顿驱动单元来实现外部继电器的控制，相对于传统的分离器件驱动而言，器件较少而且加工起来更加方便。

图4给出了达林顿驱动单元的内部线路原理图，其工作原理是：当输入电平为低电平时，由于电阻R10～R13的作用，NPN管处于关断状态，电路输出端没有到地的通路，C端输出为高电平，连接至该输出的继电器处于关断状态；当输入电平大于2个EB结电压后，2个NPN管导通，形成经典的达林顿驱动结构，C点电压降低，驱动继电器导通。二极管D5起到改善器件抗静电能力的作用。输入口设计的一个典型值为4K的下拉电阻R10，该电阻提升系统可靠性,防止主控芯片上电瞬间存在干扰输出信号。

在上述集成电路的基础上，本实用新型还给出了上述集成电路500的应用电路，参见图3，其主要包括：

连接至集成电路500开关驱动单元530的电压输出单元600，以及将电压输出单元600的输出电压反馈至集成电路比较单元540的采样单元700，其中，

所述电压输出单元包括：电感L2，其一端连接至开关驱动单元向外引出的信号输出端SE，另一端经一充电电容C6接地线，电感的所述另一端输出用以驱动负载的驱动电压OUT；续流二极管D4，其阴极连接至电感所述一端，阳极接地线；

所述采样单元包括：相互串联的第一电阻R5和第二电阻R6，串联后的第一电阻R5和第二电阻R6一端连接至电感L2所述另一端，另一端连接至续流二极管D4的阳极，以为续流二极管D4提供续流回路，其中第一电阻R5和第二电阻R6的串接点构成采样单元的电压采样点A，该电压采样点A连接至比较单元向外引出的信号输入端COMP。

上述电压输出单元在开关驱动单元530导通时，通过电感L2向电容C6充电，使电容C6的充电点位不断升高；而在开关驱动单元530断开时，通过续流二极管D4为电感L2续流电流，第一电阻R5和第二电阻R6提供续流回路；这样通过对电容C6的不断充电，输出电压OUT不断升高，进而获得相应的直流电源。

参照图2，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路共包含16个引脚。其中VCC和COM引脚接电源VCC，E和GND引脚接地。SC、DC和Isense引脚通过限流电阻R8接VCC。TC引脚外接定时电容C7。R5与R6对输出电压进行采样，将采样信号反馈回COMP端进行比较。当对输出电压的纹波要求比较低时，可在输出端接由L1、C5组成的二级滤波，从而降低输出电源的纹波。其中，B1～B3引脚接收主控芯片的信号对继电器进行控制，C1～C3接继电器，实现对三路继电器的控制。

接下来，参照图2并结合图3的应用电路，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路的具体工作原理如下：

电源VCC上电后，内部振荡器开始工作产生振荡脉冲信号，在振荡周期脉冲为高电平时驱动功率管NPN4、NPN5导通，电流从VCC流经电阻R8、功率管NPN4与NPN5、电感L2，对电容C6进行充电。在振荡周期脉冲为低电平时功率管NPN4、NPN5关闭，由于电感L2电流不能瞬变，此时由续流二极管D4提供电感L2续流电流。这样通过对电容C6的不断充电，输出电压不断升高。R5与R6对输出电压进行采样，将采样信号反馈回COMP端进行比较。当COMP端电压高于1.25V时，内部线路关断功率管，输出电压降低，形成一个负反馈回路。最终输出电压由采样电阻R5、R6决定，输出电压计算公式为Vout＝(R5+R6)/R5*1.25V。其中逻辑“与”门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，逻辑“与”门的D输入端在比较器的输入电平低于1.25V电平时为高电平。当C和D输入端都变成高电平时，触发器被置为高电平，开关驱动单元(复合NPN管)导通。反之，当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得开关驱动单元(复合NPN管)处于关闭状态。

本实用新型所述DC-DC变换器集成电路采用SOP16或DIP16封装，用于实现DC-DC电源转换并驱动3路继电器。当然亦可采用SOP18或DIP18封装，用于实现DC-DC电源转换并驱动4路继电器。采用SOP20或DIP20封装，用于实现DC-DC电源转换并驱动5路继电器。总的而言，本实用新型所述DC-DC变换器集成电路在应用到现在的电源板上，可以发挥很重要的作用，具有很好的推广价值。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种DC-DC变换器集成电路，用于进行直流电源转换，其特征在于，包括：

振荡单元，其在集成电路电源端供电后产生振荡脉冲信号；

触发单元，其连接振荡单元，并将接收到的振荡脉冲信号作为其中一个触发信号；

开关驱动单元，其连接触发单元，所述开关驱动单元的信号输出端向外引出以连接电压输出单元，通过电压输出单元输出用以驱动负载的驱动电压；

比较单元，其具有两路信号输入，其中一路信号输入设置有基准电压信号，另外一路信号输入为从电压输出单元经采样单元采进的电压信号，所述比较单元基于两路电压信号大小输出第一电平信号，所述比较单元连接触发单元，以使输出的第一电平信号构成触发单元的另外一个触发信号；所述触发单元基于两个触发信号输出让开关驱动单元通断的第二电平信号。

2.如权利要求1所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述振荡单元包括振荡器，所述振荡器内部设置有为触发单元提供所述振荡脉冲信号的振荡电路，所述振荡电路包括向外引出以连接定时电容的TC管脚、以及通过TC管脚向所述定时电容充放电的恒流源。

3.如权利要求2所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述触发单元包括RS触发器，所述RS触发器的置位端设置有逻辑“与”门，其中所述逻辑“与”门的其中一个输入端以及RS触发器的复位端接收来自振荡电路的振荡脉冲信号，所述逻辑“与”门的另外一个输入端接收来自比较单元输出的第一电平信号。

4.如权利要求3所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述开关驱动单元采用复合NPN管构成，所述复合NPN管的基极电性连接至RS触发器的输出端，集电极向外引出以通过一限流电阻连接供电电源，发射极向外引出端子用以连接所述电压输出单元。

5.如权利要求4所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述比较单元为比较器，所述比较器的正极输入端设置所述基准电压信号，负极输入端接收从所述电压输出单元经采样单元采进的电压信号。

6.如权利要求5所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述振荡器内部还设有电流限制电路，所述电流限制电路的输出端与TC管脚电连接，输入端向外引出构成电流检测管脚，所述电流限制电路通过电流检测管脚连接所述限流电阻，并当检测到所述限流电阻压降超过一定阈值时自启动，以通过TC管脚向所述定时电容充电。

7.如权利要求6所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，还包括：多路达林顿驱动单元，每路达林顿驱动单元的信号输入端向外引出以接收外部控制信号，每路达林顿驱动单元的信号输出端向外引出以连接待驱动单元。

8.如权利要求7所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，各路达林顿驱动单元的信号输出端还均连接至一个二极管的阳极，所有二极管的阴极共同向外引出构成集成电路的公共端。

9.如权利要求8所述的DC-DC变换器集成电路，其特征在于，所述待驱动单元为继电器。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的DC-DC变换器集成电路的应用电路，其特征在于，包括连接至集成电路开关驱动单元的电压输出单元，以及将电压输出单元的输出电压反馈至集成电路比较单元的采样单元，其中，

所述电压输出单元包括：

电感，其一端连接至开关驱动单元向外引出的信号输出端，另一端经一充电电容接地线，电感的所述另一端输出用以驱动负载的驱动电压；

续流二极管，其阴极连接至电感所述一端，阳极接地线；

所述采样单元包括：

相互串联的第一电阻和第二电阻，串联后的第一电阻和第二电阻一端连接至电感所述另一端，另一端连接至续流二极管的阳极，以为续流二极管提供续流回路，其中第一电阻和第二电阻的串接点构成采样单元的电压采样点，该电压采样点连接至比较单元向外引出的信号输入端。