CN207926439U - 一种降压型dc-dc电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降压型DC‑DC电路，包括：输入滤波模块、电压转换模块、输出滤波模块、自举电容、自举电容充电控制模块和DC‑DC控制芯片，自举电容充电控制模块可直接利用输入电压对自举电容进行充电。因此，当降压型DC‑DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，本实用新型通过自举电容充电控制模块直接利用滤波后的输入电压对自举电容进行充电，来弥补DC‑DC控制芯片对自举电容充电的不足，从而保证自举电容的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块向输出滤波模块正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

Description

一种降压型DC-DC电路

技术领域

本实用新型涉及汽车启动电路技术领域，更具体的说，涉及一种降压型DC-DC电路。

背景技术

降压型DC-DC(直流-直流)电路是一种将直流高电压转换为直流低电压的电源控制电路。图1为现有降压型DC-DC电路拓扑图，具体为同步降压型DC-DC电路，现有降压型DC-DC电路的工作原理为：DC-DC控制芯片通过对自举电容C0进行充电，实现对功率MOS管Q1打开的控制，并通过控制功率MOS管Q1输出端的输出占空比来控制输出电压；当功率MOS管Q1关闭时，DC-DC控制芯片控制续流MOS管Q2打开。其中，当图1中的续流MOS管Q2替换成续流二极管时，图1所示降压型DC-DC电路转换为异步降压型DC-DC电路。

然而，受限于自举电容C0的充电电量，DC-DC控制芯片并不能控制功率MOS管Q1长时间打开，当自举电容C0放电完成后，功率MOS管Q1就会关闭，导致功率MOS管Q1的输出占空比不能无限增大，从而导致降压型DC-DC电路的输入和输出之间为固定压降。这样，当输入电压和输出电压的电压差值比较小时，比如，输入电压为5.5V，输出电压为5V，将很难保证输出电压的稳定，因此，对宽输入范围的硬件设计带来挑战，尤其是输入电压和输出电压比较接近时，将很难保证输出电压的稳定。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开一种降压型DC-DC电路，以实现当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，自举电容充电控制模块对自举电容的充电过程，能够弥补DC-DC电路对自举电容充电的不足，从而保证自举电容的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块向输出滤波模块正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

一种降压型DC-DC电路，包括：

输入滤波模块，用于对输入电压进行滤波；

电压转换模块，所述电压转换模块的第一输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述电压转换模块的第一输出端接地，所述电压转换模块用于将滤波后的输入电压由高电压转换为低电压，得到输出电压；

输出滤波模块，所述输出滤波模块的输入端分别与所述电压转换模块的第二输出端和第二输入端连接，所述输出滤波模块用于对所述输出电压进行滤波；

自举电容，所述自举电容的一端与所述电压转换模块的第二输出端连接；

自举电容充电控制模块，所述自举电容充电控制模块的输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述自举电容充电控制模块的第一输出端与所述自举电容的另一端连接，所述自举电容充电控制模块用于直接利用滤波后的输入电压对所述自举电容进行充电；

DC-DC控制芯片，所述DC-DC控制芯片分别与所述输入滤波模块的输出端、所述自举电容充电控制模块的第二输出端、所述自举电容的两端、所述电压转换模块的控制端以及所述输出滤波模块的输出端连接，所述DC-DC控制芯片用于在检测到滤波后的输入电压时，对所述自举电容进行充电，并在所述自举电容充电完成后，向所述电压转换模块的控制端输出开启电信号，并控制所述电压转换模块的第二输出端的输出占空比，所述输出占空比为所述输出电压和所述输入电压的比值。

优选的，所述自举电容充电控制模块包括：第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极作为所述自举电容充电控制模块的输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极作为所述自举电容充电控制模块的第二输出端与所述DC-DC控制芯片连接，所述第一二极管和所述第二二极管的公共端作为所述自举电容充电控制模块的第一输出端与所述DC-DC控制芯片连接。

优选的，所述自举电容充电控制模块还包括：限流电阻；

所述限流电阻的一端与所述第一二极管的阳极连接，所述限流电阻的另一端与所述输入滤波模块的输出端连接。

优选的，所述输入滤波模块包括：第一电容器；

所述第一电容器的正极板连接所述电压转换模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端，所述第一电容器的负极板接地。

优选的，所述电压转换模块包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端作为所述电压转换模块的控制端与所述DC-DC控制芯片连接；

所述第一开关管的输入端与所述输入滤波模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述DC-DC控制芯片、所述输出滤波模块的输入端连接；

所述第二开关管的输入端与所述输出滤波模块的输入端连接，所述第二开关管的输出端接地。

优选的，所述第一开关管为功率MOS管。

优选的，所述第二开关管为续流MOS管。

优选的，所述电压转换模块包括：第一开关管和续流二极管；

所述第一开关管的控制端作为所述电压转换模块的控制端与所述DC-DC控制芯片连接，所述第一开关管的输入端与所述输入滤波模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述DC-DC控制芯片、所述输出滤波模块的输入端连接；

所述续流二极管的阴极连接所述输出滤波模块的输入端，所述续流二极管的阳极接地。

优选的，所述输出滤波模块包括：电感和第二电容器；

所述电感的一端作为所述输出滤波模块的输入端分别与所述电压转换模块的第二输出端和所述电压转换模块的第二输入端连接，所述电感的另一端通过所述第二电容器接地，所述电感和所述第二电容器的公共端连接所述DC-DC控制芯片。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供了一种降压型DC-DC电路，包括：输入滤波模块、电压转换模块、输出滤波模块、自举电容、自举电容充电控制模块和DC-DC控制芯片，自举电容充电控制模块可直接利用输入电压对自举电容进行充电。因此，当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，本实用新型通过自举电容充电控制模块直接利用滤波后的输入电压对自举电容进行充电，来弥补DC-DC控制芯片对自举电容充电的不足，从而保证自举电容的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块向输出滤波模块正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为传统的一种降压型DC-DC电路拓扑图；

图2为本实用新型实施例公开的一种降压型DC-DC电路拓扑图；

图3为本实用新型实施例公开的另一种降压型DC-DC电路拓扑图；

图4为本实用新型实施例公开的另一种降压型DC-DC电路拓扑图；

图5为传统的另一种降压型DC-DC电路拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种降压型DC-DC电路，以实现当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，自举电容充电控制模块对自举电容的充电过程，能够弥补DC-DC电路对自举电容充电的不足，从而保证自举电容的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块向输出滤波模块正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

参见图2，本实用新型一实施例公开的一种降压型DC-DC电路拓扑图，降压型DC-DC电路包括：输入滤波模块11、电压转换模块12、输出滤波模块13、自举电容C0、自举电容充电控制模块14和DC-DC控制芯片15。

其中：

输入滤波模块11用于对输入电压进行滤波，以保证输入电压纹波满足需求。

电压转换模块12的第一输入端1与输入滤波模块11的输出端连接，电压转换模块12的第一输出端2接地，电压转换模块12用于将滤波后的输入电压由高电压转换为低电压，得到输出电压，以保证该输出电压满足直流参数要求。

输出滤波模块13的输入端分别与电压转换模块12的第二输出端3和第二输入端4连接，输出滤波模块13用于对电压转换模块12输出的输出电压进行滤波。

自举电容C0的一端与电压转换模块12的第二输出端3连接，自举电容C0的另一端与自举电容充电控制模块14的第一输出端连接，并且，自举电容C0的两端还与DC-DC控制芯片15连接，并由DC-DC控制芯片15对自举电容C0进行充电，其中，自举电容C0与自举电容充电控制模块14连接端的电压高于自举电容C0与电压转换模块12的第二输出端3连接端的电压。

其中，本实施例中的自举电容C0也即BOOT电容。

自举电容充电控制模块14的输入端与输入滤波模块11的输出端连接，自举电容充电控制模块14的第二输出端与DC-DC控制芯片15连接，自举电容充电控制模块14用于直接利用滤波后的输入电压对自举电容C0进行充电。

DC-DC控制芯片15分别与输入滤波模块11的输出端、自举电容充电控制模块14的第二输出端、自举电容C0的两端、电压转换模块12的控制端以及输出滤波模块13的输出端连接。

降压型DC-DC电路的工作原理如下：

输入滤波模块11对输入电压进行滤波，DC-DC控制芯片15在检测到滤波后的输入电压时，对自举电容C0进行充电，与此同时，自举电容充电控制模块14利用滤波后的输入电压也对自举电容C0进行充电；当自举电容C0充电完成后，DC-DC控制芯片15向电压转换模块12的控制端输出开启电信号，并控制电压转换模块12的第二输出端3的输出占空比，该输出占空比为降压型DC-DC电路的输出电压和输入电压的比值；当DC-DC控制芯片15检测到输出滤波模块13反馈的输出电压达到预设输出电压时，DC-DC控制芯片15控制电压转换模块12的第二输出端3停止输出信号；输出滤波模块13存储的能量依次通过电压转换模块12的第二输入端4、第一输出端2续流。

需要说明的是，当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值不低于预设电压差值时，DC-DC控制芯片15能够保证自举电容C0充满电，此时，DC-DC控制芯片15作为自举电容C0的主要充电电源；当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，因输入电压和输出电压大小相近，使得输入电压在较短时间内即可降低至输出电压，导致DC-DC控制芯片15对自举电容C0的充电时间较短，自举电容C0的充电电量不足，使电压转换模块12的输出占空比不能无限增大，在这种情况下，本实用新型中的自举电容充电控制模块14通过直接使用滤波后的输入电压对自举电容C0继续充电，可以实现自举电容C0的满充，从而保证自举电容C0的充电电量足以提高电压转换模块12的输入电压，使电压转换模块12向输出滤波模块13正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

综上可知，本实用新型公开的降压型DC-DC电路，通过在传统方案的基础上，增加自举电容充电控制模块14，使得当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，通过自举电容充电控制模块14利用滤波后的输入电压对自举电容C0直接进行充电，来弥补DC-DC控制芯片15对自举电容C0充电的不足，从而保证自举电容C0的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块12向输出滤波模块13正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

图2所示实施例中，输入滤波模块11具体可以包括：第一电容器C1；

第一电容器C1的正极板连接电压转换模块12、自举电容充电控制模块14和DC-DC控制芯片15的公共端，第一电容器C1的负极板接地。

较优的，如图2所示，电压转换模块12可以包括：第一开关管Q1和第二开关管Q2；

第一开关管Q1的控制端和第二开关管Q2的控制端作为电压转换模块12的控制端与DC-DC控制芯片15连接；

第一开关管Q1的输入端与输入滤波模块11、自举电容充电控制模块14和DC-DC控制芯片15的公共端连接，第一开关管Q1的输出端分别与DC-DC控制芯片15、输出滤波模块13的输入端连接；第二开关管Q2的输入端与输出滤波模块13的输入端连接，第二开关管Q2的输出端接地。

具体的，当自举电容C0充电完成后，DC-DC控制芯片15向第一开关管Q1的控制端输出开启电信号，并控制第一开关管Q1的输出端，也即电压转换模块12的第二输出端3的输出占空比，该输出占空比为降压型DC-DC电路的输出电压和输入电压的比值；当DC-DC控制芯片15检测到输出滤波模块13反馈的输出电压达到预设输出电压时，DC-DC控制芯片15控制第一开关管Q1关闭，并控制第二开关管Q2打开，输出滤波模块13存储的能量通过第二开关管Q2续流。

较优的，第一开关管Q1为功率MOS管。

第二开关管Q2为续流MOS管。

如图3所示的另一种降压型DC-DC电路拓扑图，电压转换模块12可以包括：第一开关管Q1和续流二极管D；

第一开关管Q1的控制端作为电压转换模块12的控制端与DC-DC控制芯片15连接，第一开关管Q1的输入端与输入滤波模块11、自举电容充电控制模块14和DC-DC控制芯片15的公共端连接，第一开关管Q1的输出端分别与DC-DC控制芯片15、输出滤波模块13的输入端连接；

续流二极管D的阴极连接输出滤波模块13的输入端，续流二极管D的阳极接地。

具体的，当自举电容C0充电完成后，DC-DC控制芯片15向第一开关管Q1的控制端输出开启电信号，并控制第一开关管Q1的输出端，也即电压转换模块12的第二输出端3的输出占空比，该输出占空比为降压型DC-DC电路的输出电压和输入电压的比值；当DC-DC控制芯片15检测到输出滤波模块13反馈的输出电压达到预设输出电压时，DC-DC控制芯片15控制第一开关管Q1关闭，输出滤波模块13存储的能量通过续流二极管D续流。

较优的，输出滤波模块13可以包括：电感L和第二电容器C2；

电感L的一端作为输出滤波模块13的输入端分别与电压转换模块12的第二输出端3和电压转换模块12的第二输入端4连接，电感L的另一端通过第二电容器C2接地，电感L和第二电容器C2的公共端连接DC-DC控制芯片15，用于将输出电压反馈至DC-DC控制芯片15。

如图4所示的另一种降压型DC-DC电路拓扑图，自举电容充电控制模块14可以包括：第一二极管D1和第二二极管D2；

第一二极管D1的阳极作为自举电容充电控制模块14的输入端与输入滤波模块11的输出端连接，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极作为自举电容充电控制模块14的第二输出端与DC-DC控制芯片15连接，第一二极管D1和第二二极管D2的公共端作为自举电容充电控制模块14的第一输出端与DC-DC控制芯片15连接。

第一二极管D1主要用于将输入滤波模块11输出的滤波后的电压直接为自举电容C0充电，以补充DC-DC控制芯片15对自举电容C0充电的不足；

第二二极管D2主要防止将DC-DC控制芯片15烧毁。

为进一步优化上述实施例，自举电容充电控制模块14还可以包括：限流电阻R；

限流电阻R的一端与第一二极管D1的阳极连接，限流电阻R的另一端与输入滤波模块11的输出端连接。

综上可知，本实用新型公开的降压型DC-DC电路，通过在传统方案的基础上，增加自举电容充电控制模块14，使得当降压型DC-DC电路的输入电压和输出电压的电压差值低于预设电压差值时，通过自举电容充电控制模块14利用滤波后的输入电压对自举电容C0直接进行充电，来弥补DC-DC控制芯片15对自举电容C0充电的不足，从而保证自举电容C0的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块12向输出滤波模块13正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计。

需要说明的是，现有方案中，为保证自举电容C0的充电电量足以提高电压转换模块的输入电压，使电压转换模块12向输出滤波模块13正常输出电压，以保证输出电压的稳定，并适用于宽输入范围的硬件设计，提供了如图5所示的同步BUCK-BOOST拓扑电路，图5所示电路在图1所示电路的基础上，增加了升压控制模块，见图5中的框图部分，当输入电压过低时启动升压功能，升压控制模块工作，升压控制模块将低输入电压先升压到预设电压，使输入电压和输出电压的差值不低于预设电压差值，保证输出电压稳定性的需求；然后再通过正常的驱动功率MOS管的输出占空比来保证输出电压的稳定。当整个电路正常工作时，由于输入电压与输出电压的差值不低于预设电压差值，因此，升压控制模块停止工作，整个电路仅使用降压功能。然而，图5所示的电路需要特殊的BUCK-BOOST控制芯片以及外围的MOS管或续流二极管来实现，其中，图5框图中接地的MOS管可以替换成续流二极管。

本领域技术人员知晓，MOS管的价格要高于二极管的价格，并且，图5所示电路还需要将传统的DC-DC控制芯片15替换成特殊的BUCK-BOOST控制芯片，因此，图5所示的方案相对于本实用新型而言，所需增加的硬件成本更高，换言之，本实用新型提供的降压型DC-DC电路所需增加的硬件成本要远远低于图5所示方案所需增加的硬件成本。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种降压型DC-DC电路，其特征在于，包括：

输入滤波模块，用于对输入电压进行滤波；

电压转换模块，所述电压转换模块的第一输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述电压转换模块的第一输出端接地，所述电压转换模块用于将滤波后的输入电压由高电压转换为低电压，得到输出电压；

输出滤波模块，所述输出滤波模块的输入端分别与所述电压转换模块的第二输出端和第二输入端连接，所述输出滤波模块用于对所述输出电压进行滤波；

自举电容，所述自举电容的一端与所述电压转换模块的第二输出端连接；

自举电容充电控制模块，所述自举电容充电控制模块的输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述自举电容充电控制模块的第一输出端与所述自举电容的另一端连接，所述自举电容充电控制模块用于直接利用滤波后的输入电压对所述自举电容进行充电；

DC-DC控制芯片，所述DC-DC控制芯片分别与所述输入滤波模块的输出端、所述自举电容充电控制模块的第二输出端、所述自举电容的两端、所述电压转换模块的控制端以及所述输出滤波模块的输出端连接，所述DC-DC控制芯片用于在检测到滤波后的输入电压时，对所述自举电容进行充电，并在所述自举电容充电完成后，向所述电压转换模块的控制端输出开启电信号，并控制所述电压转换模块的第二输出端的输出占空比，所述输出占空比为所述输出电压和所述输入电压的比值。

2.根据权利要求1所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述自举电容充电控制模块包括：第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极作为所述自举电容充电控制模块的输入端与所述输入滤波模块的输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极作为所述自举电容充电控制模块的第二输出端与所述DC-DC控制芯片连接，所述第一二极管和所述第二二极管的公共端作为所述自举电容充电控制模块的第一输出端与所述DC-DC控制芯片连接。

3.根据权利要求2所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述自举电容充电控制模块还包括：限流电阻；

所述限流电阻的一端与所述第一二极管的阳极连接，所述限流电阻的另一端与所述输入滤波模块的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述输入滤波模块包括：第一电容器；

所述第一电容器的正极板连接所述电压转换模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端，所述第一电容器的负极板接地。

5.根据权利要求1所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述电压转换模块包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端作为所述电压转换模块的控制端与所述DC-DC控制芯片连接；

所述第一开关管的输入端与所述输入滤波模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述DC-DC控制芯片、所述输出滤波模块的输入端连接；

所述第二开关管的输入端与所述输出滤波模块的输入端连接，所述第二开关管的输出端接地。

6.根据权利要求5所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述第一开关管为功率MOS管。

7.根据权利要求5所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述第二开关管为续流MOS管。

8.根据权利要求1所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述电压转换模块包括：第一开关管和续流二极管；

所述第一开关管的控制端作为所述电压转换模块的控制端与所述DC-DC控制芯片连接，所述第一开关管的输入端与所述输入滤波模块、所述自举电容充电控制模块和所述DC-DC控制芯片的公共端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述DC-DC控制芯片、所述输出滤波模块的输入端连接；

所述续流二极管的阴极连接所述输出滤波模块的输入端，所述续流二极管的阳极接地。

9.根据权利要求1所述的降压型DC-DC电路，其特征在于，所述输出滤波模块包括：电感和第二电容器；

所述电感的一端作为所述输出滤波模块的输入端分别与所述电压转换模块的第二输出端和所述电压转换模块的第二输入端连接，所述电感的另一端通过所述第二电容器接地，所述电感和所述第二电容器的公共端连接所述DC-DC控制芯片。