CN205960950U - 一种dc‑dc转换器及计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子电路技术领域，提供了一种DC‑DC转换器及计算机。在本实用新型中，当DC‑DC转换器工作在轻载条件下时，第一采样模块对稳压模块的输出电流进行采样，并输出第一采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第一采样值控制稳压模块进行电压转换，并同时使直流转换模块关闭；当DC‑DC转换器工作在重载条件下时，第二采样模块对直流转换模块的输出电流进行采样，并输出第二采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第二采样值控制直流转换模块进行电压转换，并同时使稳压模块关闭。由于稳压模块在轻载条件下工作时具有较高的转换效率，因此，该DC‑DC转换器在轻载条件下工作时具有较高的转换效率。

Description

一种DC-DC转换器及计算机

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉及一种DC-DC转换器及计算机。

背景技术

对于台式计算机、笔记本电脑或平板电脑，其内部的中央处理器不具有电源管理功能，无法实现待机功能，因此为了降低电脑功耗，提高电脑内部电源转换器(DC-DC转换器)的转换效率变得非常重要。而对于现有的电脑内部的DC-DC转换器，其在重载条件下工作时转换效率可达到90％以上，而在轻载条件下工作时，由于此时DC-DC转换器中的开关管消耗的能量所占比重较大，因此转换效率较低，电脑在轻载条件下工作时功耗依然较大。因此，现有技术存在DC-DC转换器在轻载条件下工作时转换效率较低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种DC-DC转换器，旨在解决现有技术存在的DC-DC转换器在轻载条件下工作时转换效率较低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种DC-DC转换器，所述DC-DC转换器包括直流转换模块，所述DC-DC转换器还包括稳压模块、第一采样模块、第二采样模块及使能控制模块；

所述直流转换模块的输入端与所述稳压模块的输入端共接于外部电源，所述稳压模块的输出端和接地端分别与所述第一采样模块的输入端和电源地相连接，所述直流转换模块的输出端和接地端分别与所述第二采样模块的输入端和电源地相连接，所述第一采样模块的第一输出端与所述第二采样模块的第一输出端共接于外部负载的第一端，所述外部负载的第二端与电源地相连接，所述第一采样模块的第二输出端与所述第二采样模块的第二输出端共接于所述使能控制模块的输入端，所述第一采样模块的接地端和所述第二采样模块的接地端均与电源地相连接，所述使能控制模块的第一输出端和第二输出端分别与所述稳压模块的使能端和所述直流转换模块的使能端相连接，所述使能控制模块的电源端和接地端分别与外部电源和电源地相连接；

当所述DC-DC转换器工作在轻载条件下时，所述第一采样模块对所述稳压模块的输出电流进行采样，并输出第一采样值至所述使能控制模块，所述使能控制模块根据所述第一采样值输出第一使能控制信号使所述稳压模块进行电压转换，并同时使所述直流转换模块关闭；当所述DC-DC转换器工作在重载条件下时，所述第二采样模块对所述直流转换模块的输出电流进行采样，并输出第二采样值至所述使能控制模块，所述使能控制模块根据所述第二采样值输出第二使能控制信号使所述直流转换模块进行电压转换，并同时使所述稳压模块关闭。

本实用新型的另一目的还在于提供一种包括上述DC-DC转换器的计算机。

在本实用新型中，当DC-DC转换器工作在轻载条件下时，第一采样模块对稳压模块的输出电流进行采样，并输出第一采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第一采样值控制稳压模块进行电压转换，并同时使直流转换模块关闭；当DC-DC转换器工作在重载条件下时，第二采样模块对直流转换模块的输出电流进行采样，并输出第二采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第二采样值控制直流转换模块进行电压转换，并同时使稳压模块关闭。由于稳压模块在轻载条件下工作时具有较高的转换效率，因此，该DC-DC转换器在轻载条件下工作时具有较高的转换效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的DC-DC转换器的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的DC-DC转换器的结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的DC-DC转换器的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的DC-DC转换器的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

DC-DC转换器包括直流转换模块200、稳压模块100、第一采样模块300、第二采样模块400及使能控制模块500。

直流转换模块200的输入端与稳压模块100的输入端共接于外部电源VCC，稳压模块100的输出端和接地端分别与第一采样模块300的输入端和电源地相连接，直流转换模块200的输出端和接地端分别与第二采样模块400的输入端和电源地相连接，第一采样模块300的第一输出端与第二采样模块400的第一输出端共接于外部负载的第一端，外部负载的第二端与电源地相连接，第一采样模块300的第二输出端与第二采样模块400的第二输出端共接于使能控制模块500的输入端，第一采样模块300的接地端和第二采样模块400的接地端均与电源地相连接，使能控制模块500的第一输出端和第二输出端分别与稳压模块100的使能端和直流转换模块200的使能端相连接，使能控制模块500的电源端和接地端分别与外部电源VCC和电源地相连接。

当DC-DC转换器工作在轻载条件下时，第一采样模块300对稳压模块100的输出电流进行采样，并输出第一采样值至使能控制模块500，使能控制模块500根据第一采样值输出第一使能控制信号使稳压模块100进行电压转换，并同时使直流转换模块200关闭；当DC-DC转换器工作在重载条件下时，第二采样模块400对直流转换模块200的输出电流进行采样，并输出第二采样值至使能控制模块500，使能控制模块500根据第二采样值输出第二使能控制信号使直流转换模块200进行电压转换，并同时使稳压模块100关闭。

具体的，稳压模块100为低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO)，其转换效率与负载电流的大小无关，工作在轻载条件下时仍具有较高的转换效率。直流转换模块200为DC-DC转换电路，其转换效率与负载电流大小成正比。

具体的，直流转换模块200的电流-效率曲线与稳压模块100的电流-效率曲线存在一个交点，该交点所对应的负载电流值即为区分轻载和重载的临界负载电流值。

作为本实用新型一实施例，如图2所示，使能控制模块500包括比较单元501、基准单元502及使能单元503。

比较单元501的第一输入端为使能控制模块500的输入端，比较单元501的第二输入端与基准单元502的输出端相连接，基准单元502的电源端与使能单元503的电源端共接形成使能控制模块500的电源端，基准单元502的接地端与使能单元503的接地端共接形成使能控制模块500的接地端，比较单元501的输出端与使能单元503的输入端相连接，使能单元503的第一输出端和第二输出端分别为使能控制模块500的第一输出端和第二输出端；

当DC-DC转换器工作在轻载条件下时，比较单元501对第一采样值和基准单元502所输出的基准值进行比较，并输出第一比较结果至使能单元503，使能单元503根据第一比较结果输出第一使能控制信号使稳压模块100进行电压转换，并同时使直流转换模块200关闭；当DC-DC转换器工作在重载条件下时，比较单元501对第二采样值和基准单元502所输出的基准值进行比较，并输出第二比较结果至使能单元503，使能单元503根据第二比较结果输出第二使能控制信号使直流转换模块200进行电压转换并同时使稳压模块100关闭。

具体的，基准单元502所输出的基准值与上述临界负载电流值成正比。

具体的，如图3所示，比较单元501为比较器。

具体的，如图3所示，基准单元502包括第十三电阻R13和第十四电阻R14。

第十三电阻R13的第一端为基准单元502的电源端，第十三电阻R13的第二端与第十四电阻R14的第一端共接形成基准单元502的输出端，第十四电阻R14的第二端为基准单元502的接地端。

具体的，如图3所示，使能单元503包括第十五电阻R15、第十六电阻R16及开关管Q。

第十五电阻R15的第一端为使能单元503的输入端，第十五电阻R15的第二端与开关管Q的驱动端共接形成使能单元503的第二输出端，第十六电阻R16的第一端与开关管Q的输入端共接形成使能单元503的第一输出端，第十六电阻R16的第二端为使能单元503的电源端，开关管Q的输出端为使能单元503的接地端。

进一步具体的，开关管Q为NMOS管，NMOS管的驱动端、输入端及输出端分别为开关管Q的驱动端、输入端及输出端。

作为本实用新型一实施例，如图3所示，稳压模块100包括稳压芯片U1和电容C。

稳压芯片U1的电源端Vin1、使能端EN1、接地端GND1及输出端Vout分别为稳压模块100的输入端、使能端、接地端及输出端，电容C的第一端和第二端分别与稳压芯片U1的输出端Vout和接地端GND1相连接。

具体的，稳压芯片U1的型号可为SGM2300。

作为本实用新型一实施例，如图3所示，直流转换模块200包括直流转换芯片U2、电感L、第一电阻R1及第二电阻R2。

直流转换芯片U2的电源端Vin2和使能端EN2分别为直流转换模块200的输入端和使能端，直流转换芯片U2的输出端SW与电感L的第一端相连接，电感L的第二端与第一电阻R1的第一端相连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端共接于直流转换芯片U2的反馈端FB，第二电阻R2的第二端与直流转换芯片U2的接地端GND2相连接。

具体的，直流转换芯片U2的型号可为SGM6012。

作为本实用新型一实施例，如图3所示，第一采样模块300包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第一放大单元A1。

第三电阻R3的第一端与第四电阻R4的第一端共接形成第一采样模块300的输入端，第四电阻R4的第二端与第五电阻R5的第一端共接于第一放大单元A1的同相输入端，第五电阻R5的第二端为第一采样模块300的接地端，第三电阻R3的第二端与第六电阻R6的第一端共接形成第一采样模块300的第一输出端，第六电阻R6的第二端与第七电阻R7的第一端共接于第一放大单元A1的反相输入端，第七电阻R7的第二端与第一放大单元A1的输出端共接形成第一采样模块300的第二输出端。

作为本实用新型一实施例，如图3所示，第二采样模块400包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12及第二放大单元A2。

第八电阻R8的第一端与第九电阻R9的第一端共接形成第二采样模块400的输入端，第九电阻R9的第二端与第十电阻R10的第一端共接于第二放大单元A2的同相输入端，第十电阻R10的第二端为第二采样模块400的接地端，第八电阻R8的第二端与第十一电阻R11的第一端共接形成第二采样模块400的第一输出端，第十一电阻R11的第二端与第十二电阻R12的第一端共接于第二放大单元A2的反相输入端，第十二电阻R12的第二端与第二放大单元A2的输出端共接形成第二采样模块400的第二输出端。

具体的，第八电阻R8的阻值、第九电阻R9的阻值、第十电阻R10的阻值、第十一电阻R11的阻值及第十二电阻R12的阻值分别与第三电阻R3的阻值、第四电阻R4的阻值、第五电阻R5的阻值、第六电阻R6的阻值及第七电阻R7的阻值相同。

以下结合图3对DC-DC转换器电路的工作原理进行说明，详述如下：

稳压模块100和第一采样模块300串联所形成的支路与直流转换模块200和第二采样模块400串联所形成的支路并联，两个支路的输出端与负载相连接。

稳压芯片U1对输入的直流电压进行电压转换，其输出端Vout所连接的电容C对输出电压进行滤波；第一采样单元300中的第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第一放大单元A1共同组成差分运算放大电路，该差分运算放大电路实现对第三电阻R3两端的电压进行采样、放大，即实现了对稳压芯片U1的输出电流进行采样、放大。

直流转换芯片U2对输入的直流电压进行电压转换，其输出端SW所连接的电感L对输出电流进行滤波后输出，第一电阻R1和第二电阻R2对直流转换芯片U2的输出电压进行分压采样，并输出采样值至直流转换芯片U2的反馈端，直流转换芯片U2根据该采样值对输出电压进行调节，以输出稳定的直流电压。第二采样单元400中的第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12及第二放大单元A2共同组成差分运算放大电路，该差分运算放大电路实现对第八电阻R8两端的电压进行采样、放大，即实现了对直流转换芯片U2的输出电流进行采样、放大。

在使能控制模块500中，基准单元502中的第十三电阻R13和第十四电阻R14对外部电源VCC电压进行分压，并输出基准值至比较单元501的反相输入端；当比较单元501的同相输入端的电压值高于反相输入端的基准值时，比较单元501输出高电平信号使开关管Q导通，进而使稳压芯片U1的使能端EN1为低电平，使直流转换芯片U2的使能端EN2为高电平，即使稳压芯片U1不工作，同时使直流转换芯片U2工作；当比较单元501的同相输入端的电压值低于反相输入端的基准值时，比较单元501输出低电平信号使开关管Q关断，进而使稳压芯片U1的使能端EN1为高电平，使直流转换芯片U2的使能端EN2为低电平，即使稳压芯片U1工作，同时使直流转换芯片U2不工作。

具体的，稳压芯片U1的负载电流-效率曲线与直流转换芯片U2的负载电流-效率曲线的交点所对应的负载电流值为临界负载电流值，临界负载电流值、第三电阻R3的阻值及差分运算放大电路的放大倍数的乘积与基准值相等。其中，差分运算放大电路为第三电阻R3所对应的放大电路或第八电阻R8所对应的放大电路，两差分运算放大电路所对应的放大倍数相同。

当DC-DC转换器工作在轻载条件下时，第一采样模块300对稳压模块100所输出的电流进行采样，并输出第一采样值至比较单元501的同相输入端，比较单元501对第一采样值和基准值进行比较并输出低电平信号至使能单元503，使能单元503输出低电平信号至直流转换芯片U2的使能端EN2，同时输出高电平信号至稳压芯片U1的使能端EN1，从而使直流转换芯片U2不工作，同时使稳压芯片U1工作。

当DC-DC转换器由轻载条件转为重载条件时，第一采样模块300输出的第一采样值大于基准值，此时，比较单元501输出高电平信号至使能单元503，使能单元503输出高电平信号至直流转换芯片U2的使能端EN2，同时输出低电平信号至稳压芯片U1的使能端EN1，从而使直流转换芯片U2开始工作，同时使稳压芯片U1停止工作。

当DC-DC转换器工作在重载条件下时，第二采样模块300对稳压模块100所输出的电流进行采样，并输出第二采样值至比较单元501的同相输入端，比较单元501对第二采样值和基准值进行比较并输出高电平信号至使能单元503，使能单元503输出高电平信号至直流转换芯片U2的使能端EN2，同时输出低电平信号至稳压芯片U1的使能端EN1，从而使直流转换芯片U2工作，同时使稳压芯片U1不工作。

当DC-DC转换器由重载条件转为轻载条件时，第二采样模块300输出的第二采样值小于基准值，此时，比较单元501输出低电平信号至使能单元503，使能单元503输出低电平信号至直流转换芯片U2的使能端EN2，同时输出高电平信号至稳压芯片U1的使能端EN1，从而使直流转换芯片U2停止工作，同时使稳压芯片U1开始工作。

基于上述DC-DC转换器在计算机中的应用优势，本实用新型还提供了一种包括上述DC-DC转换器的计算机。

具体的，上述计算机可为台式计算机、笔记本电脑及平板电脑等。

在本实用新型中，当DC-DC转换器工作在轻载条件下时，第一采样模块对稳压模块的输出电流进行采样，并输出第一采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第一采样值控制稳压模块进行电压转换，并同时使直流转换模块关闭；当DC-DC转换器工作在重载条件下时，第二采样模块对直流转换模块的输出电流进行采样，并输出第二采样值至使能控制模块，使能控制模块根据第二采样值控制直流转换模块进行电压转换，并同时使稳压模块关闭。由于稳压模块在轻载条件下工作时具有较高的转换效率，直流转换模块在重载条件下工作时具有较高的转换效率，因此，该DC-DC转换器在轻载条件下工作时和在重载条件下工作时均具有较高的转换效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种DC-DC转换器，所述DC-DC转换器包括直流转换模块，其特征在于，所述DC-DC转换器还包括稳压模块、第一采样模块、第二采样模块及使能控制模块；

所述直流转换模块的输入端与所述稳压模块的输入端共接于外部电源，所述稳压模块的输出端和接地端分别与所述第一采样模块的输入端和电源地相连接，所述直流转换模块的输出端和接地端分别与所述第二采样模块的输入端和电源地相连接，所述第一采样模块的第一输出端与所述第二采样模块的第一输出端共接于外部负载的第一端，所述外部负载的第二端与电源地相连接，所述第一采样模块的第二输出端与所述第二采样模块的第二输出端共接于所述使能控制模块的输入端，所述第一采样模块的接地端和所述第二采样模块的接地端均与电源地相连接，所述使能控制模块的第一输出端和第二输出端分别与所述稳压模块的使能端和所述直流转换模块的使能端相连接，所述使能控制模块的电源端和接地端分别与外部电源和电源地相连接；

当所述DC-DC转换器工作在轻载条件下时，所述第一采样模块对所述稳压模块的输出电流进行采样，并输出第一采样值至所述使能控制模块，所述使能控制模块根据所述第一采样值输出第一使能控制信号使所述稳压模块进行电压转换，并同时使所述直流转换模块关闭；当所述DC-DC转换器工作在重载条件下时，所述第二采样模块对所述直流转换模块的输出电流进行采样，并输出第二采样值至所述使能控制模块，所述使能控制模块根据所述第二采样值输出第二使能控制信号使所述直流转换模块进行电压转换，并同时使所述稳压模块关闭。

2.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述使能控制模块包括比较单元、基准单元及使能单元；

所述比较单元的第一输入端为所述使能控制模块的输入端，所述比较单元的第二输入端与所述基准单元的输出端相连接，所述基准单元的电源端与所述使能单元的电源端共接形成所述使能控制模块的电源端，所述基准单元的接地端与所述使能单元的接地端共接形成所述使能控制模块的接地端，所述比较单元的输出端与所述使能单元的输入端相连接，所述使能单元的第一输出端和第二输出端分别为所述使能控制模块的第一输出端和第二输出端；

当所述DC-DC转换器工作在轻载条件下时，所述比较单元对所述第一采样值和所述基准单元所输出的基准值进行比较，并输出第一比较结果至所述使能单元，所述使能单元根据所述第一比较结果输出第一使能控制信号使所述稳压模块进行电压转换，并同时使所述直流转换模块关闭；当所述DC-DC转换器工作在重载条件下时，所述比较单元对所述第二采样值和所述基准单元所输出的基准值进行比较，并输出第二比较结果至所述使能单元，所述使能单元根据所述第二比较结果输出第二使能控制信号使所述直流转换模块进行电压转换并同时使所述稳压模块关闭。

3.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述稳压模块包括稳压芯片和电容；

所述稳压芯片的电源端、使能端、接地端及输出端分别为所述稳压模块的输入端、使能端、接地端及输出端，所述电容的第一端和第二端分别与所述稳压芯片的输出端和接地端相连接。

4.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述直流转换模块包括直流转换芯片、电感、第一电阻及第二电阻；

所述直流转换芯片的电源端和使能端分别为所述直流转换模块的输入端和使能端，所述直流转换芯片的输出端与所述电感的第一端相连接，所述电感的第二端与所述第一电阻的第一端相连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端共接于所述直流转换芯片的反馈端，所述第二电阻的第二端与所述直流转换芯片的接地端相连接。

5.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述第一采样模块包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第一放大单元；

所述第三电阻的第一端与所述第四电阻的第一端共接形成所述第一采样模块的输入端，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端共接于所述第一放大单元的同相输入端，所述第五电阻的第二端为所述第一采样模块的接地端，所述第三电阻的第二端与所述第六电阻的第一端共接形成所述第一采样模块的第一输出端，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端共接于所述第一放大单元的反相输入端，所述第七电阻的第二端与所述第一放大单元的输出端共接形成所述第一采样模块的第二输出端。

6.如权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述第二采样模块包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻及第二放大单元；

所述第八电阻的第一端与所述第九电阻的第一端共接形成所述第二采样模块的输入端，所述第九电阻的第二端与所述第十电阻的第一端共接于所述第二放大单元的同相输入端，所述第十电阻的第二端为所述第二采样模块的接地端，所述第八电阻的第二端与所述第十一电阻的第一端共接形成所述第二采样模块的第一输出端，所述第十一电阻的第二端与所述第十二电阻的第一端共接于所述第二放大单元的反相输入端，所述第十二电阻的第二端与所述第二放大单元的输出端共接形成所述第二采样模块的第二输出端。

7.如权利要求2所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述基准单元包括第十三电阻和第十四电阻；

所述第十三电阻的第一端为所述基准单元的电源端，所述第十三电阻的第二端与所述第十四电阻的第一端共接形成所述基准单元的输出端，所述第十四电阻的第二端为所述基准单元的接地端。

8.如权利要求2所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述使能单元包括第十五电阻、第十六电阻及开关管；

所述第十五电阻的第一端为所述使能单元的输入端，所述第十五电阻的第二端与所述开关管的驱动端共接形成所述使能单元的第二输出端，所述第十六电阻的第一端与所述开关管的输入端共接形成所述使能单元的第一输出端，所述第十六电阻的第二端为所述使能单元的电源端，所述开关管的输出端为所述使能单元的接地端。

9.如权利要求2所述的DC-DC转换器，其特征在于，所述比较单元为比较器。

10.一种计算机，其特征在于，所述计算机包括权利要求1至9任一项所述的DC-DC转换器。