CN210075087U - 一种高转换效率的直流转换电路和直流转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高转换效率的直流转换电路和直流转换装置，直流转换电路中，通过电压反馈电路获取DC‑DC转换单元的输出电压情况以获取电压反馈信号，主控电路根据电压反馈信号输出控制DC‑DC转换单元的转换控制信号，此时的直流转换电路处于闭环控制状态；另外，设置电流反馈电路检测DC‑DC转换单元的输出电流情况以获取电流反馈信号，主控电路根据电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，在输出开环控制信号的情形下，开环控制电路根据开环控制信号中断电压反馈电路的电压反馈，此时的直流转换电路处于开环控制状态，直流转换电路以最大转换效率工作，有效提高了电路的转换效率。直流转换装置由于具有高转换效率的直流转换电路，装置的转换效率高。

Description

一种高转换效率的直流转换电路和直流转换装置

技术领域

本实用新型涉及直流转换领域，尤其是一种高转换效率的直流转换电路和直流转换装置。

背景技术

DC-DC转换器是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置，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，DC-DC转换器已广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

已知技术中，随着科技的发展，对DC/DC转换器提出了更高的要求，性能要求往高效率小型化的方向发展，然而，已有的DC/DC转换电路无法满足高转换效率的要求，因此，亟需对此技术做出改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关记述中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的是提供一种高转换效率的直流转换电路和直流转换装置，能够提高直流转换效率。

本实用新型所采用的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供一种高转换效率的直流转换电路，包括直流输入端、DC-DC转换单元、直流输出端、用于获取所述DC-DC转换单元的输出端的电压反馈信号的电压反馈电路、用于获取所述DC-DC转换单元的输出端的电流反馈信号的电流反馈电路、开环控制电路和主控电路；所述主控电路用于根据所述电压反馈信号输出控制所述DC-DC转换单元的工作的转换控制信号，所述主控电路用于根据所述电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，所述开环控制电路用于根据所述开环控制信号中断所述电压反馈电路的电压反馈；

所述直流输入端与所述DC-DC转换单元的输入端连接，所述DC-DC转换单元的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接，所述电压反馈电路的输出端、所述电流反馈电路的输出端均与所述主控电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与所述DC-DC转换单元的控制端连接以输入所述转换控制信号，所述主控电路的输出端与所述开环控制电路的输入端连接，所述开环控制电路的输出端与所述电压反馈电路的输入端连接。

进一步地，所述DC-DC转换单元包括DC-DC转换电路和整流滤波电路，所述直流输入端与所述DC-DC转换电路的输入端连接，所述DC-DC转换电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与所述DC-DC转换电路的控制端连接。

进一步地，所述直流转换电路还包括LC谐振电路，所述DC-DC转换电路的输出端通过所述LC谐振电路与所述整流滤波电路的输入端连接。

进一步地，所述直流转换电路还包括用于获取所述DC-DC转换电路的输入端的电流反馈信号的电流检测电路，所述直流输入端通过所述电流检测电路与所述DC-DC转换电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接。

进一步地，所述DC-DC转换电路包括第一功率管、第二功率管和变压器，所述直流输入端的负端与所述第一功率管的负输出端、所述第二功率管的负输出端均连接，所述第一功率管的控制端、所述第二功率管的控制端分别作为所述DC-DC转换电路的控制端；所述第一功率管的正输出端与所述变压器的第一输入端连接，所述第二功率管的正输出端与所述变压器的第二输入端连接，所述直流输入端的正端与所述变压器的中间输入端连接，所述变压器的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接。

进一步地，所述第一功率管和/或所述第二功率管为MOS管，所述MOS管的栅极为功率管的控制端，所述MOS管的源极为功率管的负输出端，所述MOS管的漏极为功率管的正输出端。

进一步地，所述整流滤波电路包括整流桥和滤波电容，所述DC-DC转换电路的输出端与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与所述滤波电容的输入端连接，所述滤波电容的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接。

进一步地，所述电压反馈电路包括运算放大器和基准电压电路，所述DC-DC转换单元的输出端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述基准电压电路的输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述主控电路的输入端连接。

进一步地，所述开环控制电路包括开关管和用于接收所述开环控制信号的信号输入端，所述信号输入端与所述开关管的控制端连接，所述开关管的正输出端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述开关管的负输出端接地。

第二方面，本实用新型提供一种直流转换装置，包括所述的高转换效率的直流转换电路。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的直流转换电路中，通过电压反馈电路获取DC-DC转换单元的输出电压情况以获取电压反馈信号，主控电路根据电压反馈信号输出控制DC-DC转换单元的转换控制信号，此时的直流转换电路处于闭环控制状态；另外，设置电流反馈电路检测DC-DC转换单元的输出电流情况以获取电流反馈信号，主控电路根据电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，在输出开环控制信号的情形下，开环控制电路根据开环控制信号中断电压反馈电路的电压反馈，此时的直流转换电路处于开环控制状态，直流转换电路以最大转换效率工作，提高电路利用率，有效提高了电路的转换效率；克服已知技术中存在DC/DC转换电路无法满足高转换效率的要求的技术问题。另一方面，直流转换装置由于具有高转换效率的直流转换电路，装置的转换效率高。

附图说明

图1是本实用新型中高转换效率的直流转换电路的一种实施例的结构框图；

图2是本实用新型中直流输入端、电流检测电路和DC-DC转换单元的一种实施例的电路图；

图3是本实用新型中开环控制电路和电压反馈电路的一种实施例的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参考图1，图1示例性示出了高转换效率的直流转换电路的结构框图，高转换效率的直流转换电路包括直流输入端1、DC-DC转换单元2、直流输出端3、用于获取DC-DC转换单元2的输出端的电压反馈信号的电压反馈电路7、用于获取DC-DC转换单元2的输出端的电流反馈信号的电流反馈电路8、开环控制电路6和主控电路5；主控电路5用于根据电压反馈信号输出控制DC-DC转换单元2的工作的转换控制信号，主控电路5用于根据电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，开环控制电路6用于根据开环控制信号中断电压反馈电路7的电压反馈，以使电压反馈电路7无法进行电压反馈。

具体地，直流输入端1与DC-DC转换单元2的输入端连接，DC-DC转换单元2的输出端分别与直流输出端3、电压反馈电路7的输入端、电流反馈电路8的输入端连接，电压反馈电路7的输出端、电流反馈电路8的输出端均与主控电路5的输入端连接，主控电路5的输出端与DC-DC转换单元2的控制端连接以输入转换控制信号，主控电路5的输出端与开环控制电路6的输入端连接，开环控制电路6的输出端与电压反馈电路7的输入端连接，实际使用时，直流转换电路通过直流输出端3与负载连接。

本实施例中，通过电压反馈电路7获取DC-DC转换单元2的输出电压情况以获取电压反馈信号，主控电路5根据电压反馈信号输出控制DC-DC转换单元2的转换控制信号，此时的直流转换电路处于闭环控制状态；另外，设置电流反馈电路8检测DC-DC转换单元2的输出电流情况以获取电流反馈信号，电流反馈信号可以反映直流转换电路所带负载的情况，例如重载和轻载，主控电路5根据电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，例如，根据电流反馈信号判断为重载时，输出开环控制信号，判断为轻载时，输出闭环控制信号；在输出开环控制信号的情形下，开环控制电路6根据开环控制信号中断电压反馈电路7的电压反馈，此时的直流转换电路处于开环控制状态，直流转换电路以最大转换效率工作，提高了电路的利用率，有效提高了电路的转换效率，克服已知技术中存在DC/DC转换电路无法满足高转换效率的要求的技术问题。而输出闭环控制信号时，开环控制电路6不中断电压反馈电路7的电压反馈，主控电路5根据电压反馈信号输出控制DC-DC转换单元2的转换控制信号，即此时的DC-DC转换单元2处于闭环控制状态。

在一些应用场景中，设置预设电流值，将电流反馈信号的电流值与预设电流值进行比较，当电流反馈信号的电流值大于预设电流值时，电路为重载状态，当电流反馈信号的电流值小于预设电流值时，电路为轻载状态。

另一方面，在一些应用场景中，主控电路还可以根据电流反馈信号和电压反馈信号控制是否输出开环控制信号，根据电流反馈信号和电压反馈信号获取输出功率(P＝UI)，再根据输出功率和预设输出功率判断直流转换电路所带负载的情况，即判断电路处于轻载或者重载，当电路重载时，输出开环控制信号，当电路轻载时，输出闭环控制信号。本实施例中，设置预设输出功率，将输出功率与预设输出功率进行比较，当输出功率大于预设输出功率时，电路为重载，反之，电路为轻载。其中，预设输出功率可以设置为直流转换电路的额定负载的20％，20％这一数值可以根据电路需要进行调整。当电路负载达到额定负载的20％以上时，判定电路此时为重载，反之，电路为轻载。

进一步地，参考图1，DC-DC转换单元2包括DC-DC转换电路2-1、LC谐振电路2-2和整流滤波电路2-3，直流转换电路还包括用于获取DC-DC转换电路2-1的输入端的电流反馈信号的电流检测电路4，直流输入端1通过电流检测电路4与DC-DC转换电路2-1的输入端连接，DC-DC转换电路2-1的输出端通过LC谐振电路2-2与整流滤波电路2-3的输入端连接，整流滤波电路2-3的输出端分别与直流输出端3、电压反馈电路7的输入端、电流反馈电路8的输入端连接，主控电路5的输出端与DC-DC转换电路2-1的控制端连接以输入转换控制信号，电流检测电路4的输出端与主控电路5的输入端连接。

其中，设置电流检测电路4对DC-DC转换电路2-1的输入端的电流进行检测，以实现前端的电流反馈，主控电路5可以知晓DC-DC转换电路2-1的输入端的电流情况；而在DC-DC转换电路2-1和整流滤波电路2-3之间设置LC谐振电路2-2，以使主控电路5实现对DC-DC转换电路2-1的软开关控制，降低电路中的电压尖峰，有助于进一步提高直流转换电路的转换效率。

优选地，参考图1和图2，图2示例性示出了直流输入端、电流检测电路和DC-DC转换单元的电路图，直流输入端1包括第一滤波电容CE1，输入的直流电压经第一滤波电容CE1滤波后形成第一直流电DC1。电流检测电路4包括电流反馈电阻FR1，电流反馈电阻FR1采样第一直流电DC1(也即DC-DC转换电路2-1的输入电流)并通过输出端IS1传输至主控电路的输入端。本实施例中，主控电路包括单片机等处理器，利用处理器作为主控中心，控制直流转换电路的工作。

参考图1和图2，DC-DC转换电路2-1包括第一功率管M1、第二功率管M2和变压器T1，直流输入端1的负端即DC1-通过电流检测电路4与第一功率管M1的负输出端、第二功率管M2的负输出端均连接，第一功率管M1的控制端PWM1、第二功率管M2的控制端PWM2分别作为DC-DC转换电路的控制端，主控电路的输出端输出转换控制信号至控制端PWM1和控制端PWM2；第一功率管M1的正输出端与变压器T1的第一输入端A连接，第二功率管M2的正输出端与变压器T1的第二输入端C连接，直流输入端1的正端即DC1与变压器T1的中间输入端B(也即变压器T1的中间抽头)连接，变压器T1的输出端与整流滤波电路2-3的输入端连接。本实施例中，DC-DC转换电路2-1为DC-DC升压电路，转换控制信号为互补的推挽PWM信号，利用一组互补的推挽PWM信号控制第一功率管M1、第二功率管M2交替导通以将第一直流电DC1转换成第二直流电，并将第一直流电DC1的电压值进行抬升实现直流升压。同时设置整流滤波电路2-3滤除第二直流电中的电压尖峰生成平整的第三直流电信号，第三直流电信号从整流滤波电路2-3的输出端DC2、DC2-输出至直流输出端、电流反馈电路的输入端以及电压反馈电路的输入端。

更进一步地，参考图2，本实施例中，第一功率管M1和/或第二功率管M2示例性选用MOS管，MOS管的栅极为功率管的控制端，MOS管的源极为功率管的负输出端，MOS管的漏极为功率管的正输出端。而整流滤波电路2-3包括整流桥和滤波电容CE2，LC谐振电路2-2包括谐振电感Ls和谐振电容CBB1，变压器T1的第一输出端D与谐振电感Ls的一端连接，谐振电感Ls的另一端与谐振电容CBB1的一端连接，谐振电容CBB1的另一端与整流桥的输入端连接，整流桥的输出端与滤波电容CE2的输入端连接，滤波电容CE2的输出端(也即DC2和DC2-)分别与直流输出端、电压反馈电路的输入端、电流反馈电路的输入端连接。本实施例中，整流桥包括二极管D1、D2、D3和D4，而谐振电感Ls为变压器T1的自身漏感。

在没有增加LC谐振电路2-2时，DC-DC转换电路2-1中的第一功率管M1、第二功率管M2工作在硬开关状态下，功率管工作在硬开关状态下时，会在电路中产生很高的电压尖峰，同时将会导致功率管的开关损耗增加，产生的电压尖峰会通过变压器T1会成比例的传递到整流滤波电路2-3，同时给整流滤波电路2-3也带来了更高的损耗，进而影响直流转换电路的转换效率。在设置LC谐振电路2-2后，第二直流电经谐振电感Ls与谐振电容CBB1串联谐振后，使得功率管(第一功率管M1、第二功率管M2)工作在软开关状态下，降低了电路中的电压尖峰，有助于进一步提高直流转换电路的转换效率。

进一步地，参考图1和图3，图3是本实用新型中开环控制电路和电压反馈电路的一种实施例的电路图，电压反馈电路包括运算放大器IC1和基准电压电路，DC-DC转换单元的输出端(即DC2)与运算放大器IC1的同相输入端连接，基准电压电路的输出端与运算放大器IC1的反相输入端连接，运算放大器IC1的输出端FB1与主控电路的输入端连接。其中，基准电压电路包括直流电源VCC2、分压电阻R27和R35，它们实现了为运算放大器IC1提供一个基准电压，基准电压的电压数值大小可以自由设置，在此不作限定。在闭环控制状态下，运算放大器IC1将输出端DC2的输出电压(也即第三直流电的电压)与基准电压进行对比以实现电压反馈，当输出端DC2的电压大于设定的基准电压时，运算放大器IC1经过光耦PC1隔离后从输出端FB1输出电压反馈信号至主控电路，则主控电路可以知晓DC-DC转换单元的输出电压(即第三直流电信号)过高的情况，可以及时调整转换控制信号，以控制第三直流电信号的电压恢复稳定。

参考图1、图2和图3，开环控制电路包括开关管Q2和用于接收开环控制信号的信号输入端OPEN_PWM，信号输入端OPEN_PWM与开关管Q2的控制端连接，开关管Q2的正输出端与运算放大器IC1的同相输入端连接，开关管Q2的负输出端接地。本实施例中，开关管Q2的负输出端与整流滤波电路2-3的输出端负端DC2-连接，也即接地；而开关管Q2示例性选用NPN三极管，NPN三极管的基极为开关管的控制端，NPN三极管的集电极为开关管的正输出端，NPN三极管的发射极为开关管的负输出端。

本实施例中，当电流反馈信号反映直流转换电路所带的负载情况为轻载时，即整流滤波电路的输出电流较小，此时，由主控电路输出低电平(也即闭环控制信号)至信号输入端OPEN_PWM以控制直流转换电路处于闭环控制状态，电压反馈电路可以正常反映第三直流电信号的电压的情况，主控电路根据电压反馈信号输出推挽PWM信号(也即转换控制信号)至DC-DC转换电路以控制第三直流电信号稳定，此时，推挽PWM信号的占空比不断进行调整以使第三直流电信号稳定。

当电流反馈信号反映直流转换电路所带的负载情况为重载时，即整流滤波电路的输出电流较大，此时，由主控电路输出高电平(开环控制信号)至信号输入端OPEN_PWM以控制直流转换电路处于开环控制状态，开环控制信号通过开关管Q2拉低运算放大器IC1的同相输入端的电平，以屏蔽对第三直流电信号的电压反馈，以使主控电路无法检测到电压反馈信号，此时主控电路由于无法检测到电压反馈信号，将推挽PWM信号输出到最大占空比以进行开环控制，此时的最大占空比不超过50％，最大占空比的具体数值可以自由设置；值得注意的是，在开环控制下需保证第三直流电压必须在电路的设计范围内，由于开环控制时推挽PWM信号始终是最大的占空比，相比闭环控制时推挽PWM信号不断进行调整，开环控制可充分传递能量，提高电路的最大利用率，从而增加电路的转换效率。另外，这种开环控制方案，适用于直流转换电路所带的负载对电压误差要求较低，负载例如LED灯等。

另外，直流转换电路还包括电源电路，用于为主控电路供电，电源电路可以是由78L12、78L05等三端稳压器构成的供电电路；或者是由隔离变压器和电源管理芯片(UC3843、UC3844等)构成的供电电路；还可以是在DC-DC转换电路中变压器T1增加供电绕组以为主控电路提供电源。在此，不对电源电路的具体实现方案做限定。

实施例2

一种直流转换装置，包括实施例1所述的高转换效率的直流转换电路。直流转换装置由于具有高转换效率的直流转换电路，装置的转换效率高。直流转换电路的具体描述参考实施例1，不再赘述。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高转换效率的直流转换电路，其特征在于，包括直流输入端、DC-DC转换单元、直流输出端、用于获取所述DC-DC转换单元的输出端的电压反馈信号的电压反馈电路、用于获取所述DC-DC转换单元的输出端的电流反馈信号的电流反馈电路、开环控制电路和主控电路；所述主控电路用于根据所述电压反馈信号输出控制所述DC-DC转换单元的工作的转换控制信号，所述主控电路用于根据所述电流反馈信号控制是否输出开环控制信号，所述开环控制电路用于根据所述开环控制信号中断所述电压反馈电路的电压反馈；

所述直流输入端与所述DC-DC转换单元的输入端连接，所述DC-DC转换单元的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接，所述电压反馈电路的输出端、所述电流反馈电路的输出端均与所述主控电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与所述DC-DC转换单元的控制端连接以输入所述转换控制信号，所述主控电路的输出端与所述开环控制电路的输入端连接，所述开环控制电路的输出端与所述电压反馈电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述DC-DC转换单元包括DC-DC转换电路和整流滤波电路，所述直流输入端与所述DC-DC转换电路的输入端连接，所述DC-DC转换电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与所述DC-DC转换电路的控制端连接。

3.根据权利要求2所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述直流转换电路还包括LC谐振电路，所述DC-DC转换电路的输出端通过所述LC谐振电路与所述整流滤波电路的输入端连接。

4.根据权利要求2所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述直流转换电路还包括用于获取所述DC-DC转换电路的输入端的电流反馈信号的电流检测电路，所述直流输入端通过所述电流检测电路与所述DC-DC转换电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接。

5.根据权利要求2至4任一项所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述DC-DC转换电路包括第一功率管、第二功率管和变压器，所述直流输入端的负端与所述第一功率管的负输出端、所述第二功率管的负输出端均连接，所述第一功率管的控制端、所述第二功率管的控制端分别作为所述DC-DC转换电路的控制端；所述第一功率管的正输出端与所述变压器的第一输入端连接，所述第二功率管的正输出端与所述变压器的第二输入端连接，所述直流输入端的正端与所述变压器的中间输入端连接，所述变压器的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述第一功率管和/或所述第二功率管为MOS管，所述MOS管的栅极为功率管的控制端，所述MOS管的源极为功率管的负输出端，所述MOS管的漏极为功率管的正输出端。

7.根据权利要求2至4任一项所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述整流滤波电路包括整流桥和滤波电容，所述DC-DC转换电路的输出端与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与所述滤波电容的输入端连接，所述滤波电容的输出端分别与所述直流输出端、所述电压反馈电路的输入端、所述电流反馈电路的输入端连接。

8.根据权利要求1至4任一项所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述电压反馈电路包括运算放大器和基准电压电路，所述DC-DC转换单元的输出端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述基准电压电路的输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述主控电路的输入端连接。

9.根据权利要求8所述的高转换效率的直流转换电路，其特征在于，所述开环控制电路包括开关管和用于接收所述开环控制信号的信号输入端，所述信号输入端与所述开关管的控制端连接，所述开关管的正输出端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述开关管的负输出端接地。

10.一种直流转换装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的高转换效率的直流转换电路。

Images