CN217522739U - 一种降压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降压装置，包括第一开关、第二开关、第一电压保护单元、第二电压保护单元、降压单元、驱动单元、第一电容；第一开关的第一端用于接入电源，第一开关的第二端通过第二开关的第二端、第二开关的第一端与降压单元的电源输入端相连接，第一电容的两端分别与第二开关的第一端、地相连接；第一开关的控制端与第二开关的控制端相连接，驱动单元的输出端与第一开关的控制端相连接；第一电压保护单元用于第一开关的控制端的电压控制，第二电压保护单元用于第二开关的控制端的电压控制。

Description

一种降压装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电子电路技术，尤其涉及一种降压装置。

背景技术

降压电路(BUCK电路)是一种常见的功能电路，BUCK电路通常用于为单片机和逻辑电路提供转换效率更高的电源。

目前BUCK电路通常基于降压IC实现，但很多的降压IC的耐压范围有限，在异常情况下，容易被电源线上的过压浪涌或负压脉冲造成损坏。此外，传统的BUCK电路在电源正极串入二极管，或者使用P-MOSFET、N-MOSFET来实现防止电源反接和负压造成失效的保护功能。但是，当BUCK电路工作在正常的电压范围内，由于二极管正向导通时也会有压降，因此二极管会造成一定程度的功率损耗；P-MOSFET或N-MOSFET的防反接保护电路不能对后级的BUCK电路进行过压保护。

实用新型内容

本实用新型提供一种降压装置，以达到提高降压装置安全性、可靠性，使降压装置具备过压保护的目的。

本实用新型实施例提供了一种降压装置，包括第一开关、第二开关、第一电压保护单元、第二电压保护单元、降压单元、驱动单元、第一电容；

第一开关的第一端用于接入电源，第一开关的第二端通过第二开关的第二端、第二开关的第一端与降压单元的电源输入端相连接，第一电容的两端分别与第二开关的第一端、地相连接；

第一开关的控制端与第二开关的控制端相连接，驱动单元的输出端与第一开关的控制端相连接；

第一电压保护单元用于第一开关的控制端的电压控制，第二电压保护单元用于第二开关的控制端的电压控制。

进一步的，第一电压保护单元包括第一钳位二极管、第一二极管；

第一钳位二极管的负极与第一开关的控制端相连接，第一钳位二极管的正极通过第一二极管的正极、第一二极管的负极与地相连接。

进一步的，第二电压保护单元包括第二钳位二极管、第二二极管；

第二钳位二极管的负极与第二开关的控制端相连接，第二钳位二极管的正极通过第二二极管的正极、第二二极管的负极与第二开关的第一端相连接。

进一步的，还包括反接保护单元，反接保护单元包括第一电阻、第三开关、第三二极管；

第三开关的第一端通过第三二极管与第一开关的第一端相连接，第三开关的第二端与第一开关的控制端相连接，第三开关的控制端通过第一电阻接地。

进一步的，驱动单元包括第二电容、第四二极管、第五二极管、第三电容、第二电阻；

第一开关的控制端通过第二电阻、第三电容接地；

第二电容的第一端与降压单元的输出端相连接，第二电容的第二端通过第四二极管的正极、第四二极管的负极与第三电容的非接地端相连接；

第二电容的第二端还通过第五二极管的负极、第五二极管的正极与电源输出端相连接。

进一步的，第一开关、第二开关采用NMOS管。

进一步的，第三开关采用NPN三极管。

进一步的，降压单元包括降压芯片，降压芯片内置续流二极管。

进一步的，降压单元用于输出5V～15V电压。

进一步的，还包括电压采样电路，降压单元配置有电压采样端口；电压采样端口与电压采样电路相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的降压装置配置有第一开关、第二开关、第一电压保护单元、第二电压保护单元、降压单元。基于第一电压保护单元、第一开关可以保证电源电压过高时，输出入降压单元的电压处于正常的范围内，进而实现对降压单元的降压保护；基于第二电压保护单元可以实现对第二开关的栅极保护，确保第二开关的使用安全，降压装置的安全性、可靠性较高。

附图说明

图1是实施例中的降压装置结构示意图；

图2是实施例中的一种降压装置结构示意图；

图3是实施例中的另一种降压装置结构示意图；

图4是实施例中的又一种降压装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是实施例中的降压装置结构示意图，参考图1，降压装置包括第一开关100、第二开关200、第一电压保护单元300、第二电压保护单元400、驱动单元500、降压单元600、第一电容C1。

第一开关100的第一端用于接入电源，第一开关100的第二端通过第二开关的第二端200、第二开关200的第一端与降压单元500的电源输入端Vin相连接，第一电容C1的两端分别与第二开关的第一端、地相连接。

第一开关100的控制端与第二开关200的控制端相连接，驱动单元500的输出端与第一开关100的控制端相连接。

第一电压保护单元300用于第一开关100的控制端的电压控制，第二电压保护单元用于400第二开关的控制端的电压控制。

本实施例中，第一开关100、第二开关200采用NMOS管，第一开关100以及第二开关200的第一端、第二端、控制端分别为源极、漏级、栅极。

示例性的，本实施例中，降压单元600可以包括降压芯片及其外围电路，降压单元600也可以为不包含降压芯片的降压电路。

示例性的，本实施例中，第一电压保护单元300可以包括钳位芯片或者至少一个钳位二极管。

示例性的，本实施例中，第二电压保护单元400可以包括钳位芯片或者至少一个钳位二极管。

示例性的，本实施例中，驱动单元500用于根据降压单元600的输出电压生成驱动信号，驱动信号用于控制第一开关100、第二开关200导通；

示例性的，驱动单元500可以包括变压器结构、电荷泵结构或者自举电路结构等。

示例性的，本实施例中，降压装置的工作过程包括：

接入电源时，第一开关100、第二开关200的控制端处于浮动电平，第一开关100、第二开关200随机导通，第一开关100关断时，电源通过第一开关100的寄生二极管输入至第二开关的漏级，第二开关200导通时，第一电容C1充电；

第一电容C1充电至电源电压后，降压单元600启动工作，降压单元600的输出端Vout输出电压；

驱动单元500将降压单元600的输出电压升压，驱动单元500将升压后的电压作为第一开关100、第二开关200的驱动信号，此时第一开关100、第二开关200稳定导通；

在电源电压正常的情况下，若驱动单元500输出的驱动信号的电压过高，则第二电压保护单元400将第二开关200的栅源电压(Vgs)限制在指定的电压范围内；

若电源电压过高，驱动单元500输出的驱动信号的电压进一步升高，则第一电压保护单元300将第一开关100的栅极电压限制在指定的电压范围内，进而控制第一开关100的源漏电压(Vds)，进而控制通过第二开关200输入至降压单元600的电压。

本实施例中，降压装置配置有第一开关、第二开关、第一电压保护单元、第二电压保护单元、降压单元。基于第一电压保护单元、第一开关可以保证电源电压过高时，输出入降压单元的电压处于正常的范围内，进而实现对降压单元的降压保护；基于第二电压保护单元可以实现对第二开关的栅极保护，确保第二开关的使用安全，降压装置的安全性、可靠性较高。

图2是实施例中的一种降压装置结构示意图，参考图2，作为一种可实施方案，第一开关为NMOS管Q1，第二开关为NMOS管Q2；

第一电压保护单元包括第一钳位二极管Z1、第一二极管D2，第一钳位二极管Z1的负极与NMOS管Q1的栅极相连接，第一钳位二极管Z1的正极通过第一二极管D2的正极、第一二极管D2的负极与地相连接；

第一钳位二极管Z1以及第一二极管D2用于实现NMOS管Q1的栅极电压的钳位，进而控制通过NMOS管Q2输入至降压单元600的电压。

作为一种可实施方案，第一电压保护单元还可以包括电容C5，电容C5的两端分别与第一钳位二极管Z1的负极、第一二极管D2的负极相连接。

示例性的，电容C5作为滤波电容。

参考图2，作为一种可实施方案，第二电压保护单元包括第二钳位二极管Z2、第二二极管D3；

第二钳位二极管Z2的负极与NMOS管Q2的栅极相连接，第二钳位二极管Z2的正极通过第二二极管D3的正极、第二二极管D3的负极与NMOS管Q2的源极相连接。

第二钳位二极管Z2以及第二二极管D3用于实现NMOS管Q2的栅源电压的钳位。

图3是实施例中的另一种降压装置结构示意图，参考图3，作为一种可实施方案，降压装置还包括反接保护单元，反接保护单元包括第一电阻R1、第三开关Q3、第三二极管D1；

第三开关Q3的第一端通过第三二极管D1与NMOS管Q1的源极相连接，第三开关Q3的第二端与NMOS管Q1的栅极相连接，第三开关Q3的控制端通过第一电阻R1接地。

示例性的，第三开关Q3采用NPN三极管，第三开关Q3的第一端、第二端、控制端分别为发射极、集电极、基极。

示例性的，当电源反接时，第三开关Q3的基极为高电平，VCC端为低电平，此时第三开关Q3导通，NMOS管Q1以及NMOS管Q2的栅极为低电平，降压装置不能启动工作。

图4是实施例中的又一种降压装置结构示意图，参考图4，作为一种可实施方案，降压单元包括降压芯片U1及其外围电路；

其中，降压芯片内置续流二极管，其采用的型号可以为AOZ1016，降压单元的外围电路包括电感L1、电容C4，降压芯片U1、电感L1、电容C4用于构成典型的降压电路(电阻R5为模拟负载)。

参考图4，驱动单元包括第二电容C3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C2、第二电阻R2；

NMOS管Q1的栅极通过第二电阻R2、第三电容C2接地；

第二电容C3的第一端与降压芯片U1的输出端相连接，第二电容C3的第二端通过第四二极管D4的正极、第四二极管D4的负极与第三电容C2的非接地端相连接；

第二电容C3的第二端还通过第五二极管D5的负极、第五二极管D5的正极与电源输出端VOUT相连接。

示例性的，第二电容C3作为自举电容，降压芯片U1内部MOS管关断时，第二电容C3第一端的电压为0V，其第二端的电压为电源输出端VOUT的电压Vo(5V～15V)；

降压芯片U1内部MOS管导通时，第二电容C3第一端的电压为电源输入端VIN的电压Vi，其第二端的电压为Vi+Vo；

降压装置稳定工作后，第三电容C2与第二电阻R2连接点处的电压近似为Vi+Vo，此时NMOS管Q1以及NMOS管Q2的栅源电压Vgs大于导通电压Vth，NMOS管Q1以及NMOS管Q2稳定导通。

示例性的，降压芯片U1配置有电压采样端口，降压芯片U1的外围电路还包括电压采样电路。

参考图4，电压采样电路包括电阻R3和电阻R4，电压采样端口与电阻R3以及电阻R4的连接点相连接。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种降压装置，其特征在于，包括第一开关、第二开关、第一电压保护单元、第二电压保护单元、降压单元、驱动单元、第一电容；

第一开关的第一端用于接入电源，第一开关的第二端通过第二开关的第二端、第二开关的第一端与降压单元的电源输入端相连接，第一电容的两端分别与第二开关的第一端、地相连接；

第一开关的控制端与第二开关的控制端相连接，驱动单元的输出端与第一开关的控制端相连接；

第一电压保护单元用于第一开关的控制端的电压控制，第二电压保护单元用于第二开关的控制端的电压控制。

2.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，第一电压保护单元包括第一钳位二极管、第一二极管；

第一钳位二极管的负极与第一开关的控制端相连接，第一钳位二极管的正极通过第一二极管的正极、第一二极管的负极与地相连接。

3.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，第二电压保护单元包括第二钳位二极管、第二二极管；

第二钳位二极管的负极与第二开关的控制端相连接，第二钳位二极管的正极通过第二二极管的正极、第二二极管的负极与第二开关的第一端相连接。

4.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，还包括反接保护单元，反接保护单元包括第一电阻、第三开关、第三二极管；

第三开关的第一端通过第三二极管与第一开关的第一端相连接，第三开关的第二端与第一开关的控制端相连接，第三开关的控制端通过第一电阻接地。

5.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，驱动单元包括第二电容、第四二极管、第五二极管、第三电容、第二电阻；

第一开关的控制端通过第二电阻、第三电容接地；

第二电容的第一端与降压单元的输出端相连接，第二电容的第二端通过第四二极管的正极、第四二极管的负极与第三电容的非接地端相连接；

第二电容的第二端还通过第五二极管的负极、第五二极管的正极与电源输出端相连接。

6.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，第一开关、第二开关采用NMOS管。

7.如权利要求4所述的降压装置，其特征在于，第三开关采用NPN三极管。

8.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，降压单元包括降压芯片，降压芯片内置续流二极管。

9.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，降压单元用于输出5V～15V电压。

10.如权利要求1所述的降压装置，其特征在于，还包括电压采样电路，降压单元配置有电压采样端口；

电压采样端口与电压采样电路相连接。

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