一种DC-DC转换器、电源以及电子设备的制作方法

一种dc-dc转换器、电源以及电子设备
技术领域
1.本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及的是一种dc-dc转化器、电源以及电子设备。


背景技术：

2.dc-dc转换模块是一种将不同直流电压转换为所需直流电压的直流电源模块。当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，若输入或输出电压降低将造成输入或输出电流急剧增大，而大电流会造成功率器件温度急剧上升，严重时会导致功率器件损坏，影响主板功放供电。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种dc-dc转化器、电源以及电子设备，以解决当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，输入或输出电压降低造成输入或输出电流急剧增大而导致的功率器件损坏、影响主板功放供电的问题。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种dc-dc转化器，其包括：
7.控制芯片；
8.输入欠压保护模块，与所述控制芯片的使能端电连接；所述输入欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换；
9.输出欠压保护模块，与所述控制芯片的使能端电连接；所述输出欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输出电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换。
10.本实用新型的进一步设置，所述输入欠压保护模块包括：输入电压取样单元与第一开关单元；其中，所述输入电压取样单元与所述第一开关单元电连接；所述第一开关单元与所述控制芯片的使能端电连接。
11.本实用新型的进一步设置，所述输入电压取样单元包括：第一电阻与第二电阻；其中，所述第一电阻的一端连接输入电源，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端以及所述第一开关单元的共接端连接；所述第二电阻的另一端接地。
12.本实用新型的进一步设置，所述第一开关单元包括：第一三极管、第一二极管与第三电阻；其中，所述第一三极管的基极与所述第一电阻与所述第二电阻的共接端连接；所述第一三极管的集电极分别与所述第一二极管的正极与所述第三电阻的一端的共接端连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第一二极管的负极连接所述控制芯片的使能端；所述第三电阻的另一端连接输入电源。
13.本实用新型的进一步设置，所述输出欠压保护模块包括：输出电压取样单元与第二开关单元；其中，所述输出电压取样单元与所述第二开关单元电连接；所述第二开关单元
与所述控制芯片的使能端电连接。
14.本实用新型的进一步设置，所述输出电压取样单元包括：第四电阻与第五电阻；其中，所述第四电阻的一端连接输入电源，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻的一端以及所述第二开关单元的共接端连接；所述第五电阻的另一端接地。
15.本实用新型的进一步设置，所述第二开关单元包括：第二三极管、第二二极管以及第六电阻；其中，所述第二三极管的基极与所述第四电阻与所述第五电阻的共接端连接；所述第二三极管的集电极分别与所述第二二极管的正极以及所述第六电阻的一端的共接端连接；所述第二三极管的发射极接地；所述第二二极管的负极连接所述控制芯片的使能端；所述第六电阻的另一端连接输入电源。
16.本实用新型的进一步设置，所述dc-dc转化器还包括：输入电流检测模块、输出电流检测模块、第一功率开关模块、第二功率开关模块、第三功率开关模块、第四功率开关模块以及电感模块；其中，所述第一功率开关模块分别连接所述输入电流检测模块、所述电感模块、所述第一二功率开关模块以及所述控制芯片；所述第二功率开关模块连接所述控制芯片；所述第三功率开关模块分别连接所述输出电流检测模块、所述电感模块、所述第四功率开关模块以及所述控制芯片；所述第四功率开关模块连接所述控制芯片；所述输出电流检测模块连接所述控制芯片。
17.基于同样的实用新型构思，本实用新型还提供了一种电源，其包括ac-dc转换器以及上述所述的dc-dc转化器，所述dc-dc转化器与所述ac-dc转换器电连接。
18.基于同样的实用新型构思，本实用新型还提供了一种电子设备，其包括壳体以及上述所述的电源，所述电源设置在所述壳体内。
19.本实用新型所提供的一种dc-dc转化器、电源以及电子设备，其中，所述dc-dc转化器包括：控制芯片；输入欠压保护模块，与所述控制芯片的使能端电连接；所述输入欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换；输出欠压保护模块，与所述控制芯片的使能端电连接；所述输出欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输出电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换。本实用新型通过输入欠压保护模块对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以及通过输出欠压保护模块对dc-dc转化器的输出电压进行采样，当输入电压下降时，输入欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作，当输出电压下降时，输出欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作。可见，当dc-dc转化器的输入电压与输出电压下降时，本实用新型能够使得dc-dc转化器停止工作，以防止当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，输入或输出电压降低造成输入或输出电流急剧增大而导致的功率器件损坏、影响主板功放供电的情况。
附图说明
20.为了更清楚的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一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1是本实用新型中电源的供电示意图。
22.图2是本实用新型中dc-dc转换器的功能模块结构图。
23.图3是本实用新型中控制芯片的引脚图。
24.图4是本实用新型中输入欠压保护模块的电路原理图。
25.图5是本实用新型中输出欠压保护模块的电路原理图。
26.图6是本实用新型中dc-dc转换器的功率原理图。
27.附图中各标记：100、ac-dc转换器；200、dc-dc转化器；201、控制芯片；202、输入欠压保护模块；2021、输入电压取样单元；2022、第一开关单元；203、输出欠压保护模块；2031、输出电压取样单元；2032、第二开关单元；204、输入电流检测模块；205、输出电流检测模块；206、第一功率开关模块；207、第二功率开关模块；208、第三功率开关模块；209、第四功率开关模块；210、电感模块；300、负载。
具体实施方式
28.本实用新型提供一种dc-dc转化器、电源以及电子设备，应用于电视机电源领域，也可以应用于有类似欠压保护需求的相关电子产品中。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。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。
29.在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
30.应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一模块和全部组合。
31.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
32.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
33.经发明人研究发现，对于dc-dc电源转化器而言，若dc-dc转换电路欠压时，轻微状态影响转换器的环路稳定，严重情况下降导致电感饱和损耗功率开关管，对整机的可靠性产生严重影响。其中，输入输出欠压(一般定义为小于额定电压30％)具有以下危害：输入电
压欠压将导致输入电流增加，电流的增加会导致温升上升，严重的会导致电感饱和损坏器件；输出电压欠压一般指负载过大(电流增加过大甚至短路)，导致输出电压不稳定，输出电压欠压会影响后端电路的正常运行，比如功放由于供电不足会导致其音质失真等。例如，当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，若输入或输出电压降低将造成输入或输出电流急剧增大，而大电流会造成功率器件温度急剧上升，严重时会导致功率器件损坏，影响主板功放供电，最终影响产品的整体性能与品质，从而影响用户体验及其品牌口碑。具体来说，当dc-dc转化器输入电压降低时，所需的负载功率不变或突然增加的情况下，根据公式p＝u*i，p不变，u减小i将增大，又根据发热公式w＝i2rt，i增大，w与i成平方关系，发热量将急剧加大，这时dc-dc的功率器件温升也将加速上升，若超过实验标准则不能通过，若发生在整机运行过程中，情况严重将导致功率器件损坏，导致电视机整机不能正常工作。其中，p表示功率，u表示电压，i表示电流，w表示功或发热，t表示时间，r表示电阻，以上公式做原理阐述，实际分析时可作用于某一单体功率器件定量定性计算。
34.针对上述技术问题，本实用新型提供一种dc-dc转化器，其包括：控制芯片、输入欠压保护模块与输出欠压保护模块；所述输入欠压保护模块与所述控制芯片的使能端电连接；所述输出欠压保护模块与所述控制芯片的使能端电连接；所述输入欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换；所述输出欠压保护模块用于通过对dc-dc转化器的输出电压进行采样，以控制所述控制芯片的使能端的电平的转换。
35.本实用新型在不影响电路正常工作的情况下，通过输入欠压保护模块对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以及通过输出欠压保护模块对dc-dc转化器的输出电压进行采样，当输入电压下降时，输入欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作，当输出电压下降时，输出欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作。可见，当dc-dc转化器的输入电压与输出电压下降时，本实用新型能够使得dc-dc转化器停止工作，以使dc-dc转化器不在异常状态下持续工作，以防止当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，输入或输出电压降低造成输入或输出电流急剧增大而导致的功率器件损坏、影响主板功放供电的情况。
36.请同时参阅图1至图6，本实用新型提供了一种电源的较佳实施例。
37.如图1所示，本实用新型提供的一种电源，其包括ac-dc转换器100以及dc-dc转化器200，所述dc-dc转化器200与所述ac-dc转换器100电连接。
38.具体地，一般产品的电源主要包括两个部分，第一部分是交流与直流的转换，即ac-dc转换器100，例如隔离变压器，第二部分是直流与直流的转换，即dc-dc转化器200。以电视机为例，整个电视机供电是由ac供电经隔离变压器转换为dc供电，外部交流电经转换为直流电之后，例如转换后的电压为12v，而电视机的负载300所需要的供电电压为5v，例如主板、功放、t-con控制板等，则需要进一步进行直流与直流的转换，即需要通过dc-dc转化器200将隔离变压器转换出的12v进一步转换为5v。
39.请参阅图1至图3，在一些实施例中，所述dc-dc转化器200包括：控制芯片201、输入欠压保护模块202与输出欠压保护模块203、输入电流检测模块204、输出电流检测模块205、第一功率开关模块206、第二功率开关模块207、第三功率开关模块208、第四功率开关模块
209与电感模块210。其中，所述输入欠压保护模块202与所述控制芯片201的使能端电连接；所述输出欠压保护模块203与所述控制芯片201的使能端电连接；所述第一功率开关模块206分别连接所述输入电流检测模块204、所述电感模块210、所述第一二功率开关模块以及所述控制芯片201；所述第二功率开关模块207连接所述控制芯片201；所述第三功率开关模块208分别连接所述输出电流检测模块205、所述电感模块210、所述第四功率开关模块209以及所述控制芯片201；所述第四功率开关模块209连接所述控制芯片201；所述输出电流检测模块205连接所述控制芯片201。其中，所述输入欠压保护模块202用于通过对dc-dc转化器200的输入电压进行采样，以控制所述控制芯片201的使能端的电平的转换；所述输出欠压保护模块203用于通过对dc-dc转化器200的输出电压进行采样，以控制所述控制芯片201的使能端的电平的转换。
40.具体地，直流dc经过输入电流检测模块204后进入所述第一功率开关模块206，进入电感模块210，再经过第三功率开关模块208输出。因主板需求为12v转换为5v，为buck降压结构，所以所述第一功率开关模块206与所述第二功率开关模块207交替开关，其中所述第三功率开关模块208为常开状态，所述第四功率开关模块209为长闭状态。经过dc-dc转换后的电压经过所述输入电流检测模块204输出到主板所需要的供电部件。由于需要保持输出稳定，则需要输出电流检测模块205从输出端进行电压采样，并将输出取样反馈信号传递给控制芯片201，控制芯片201根据反馈根据反馈信号调节环路保证输出电压稳定。在dc-dc转化器200正常工作的同时，所述输入欠压保护模块202对dc-dc转化器200的输入电压进行采样，所述输出欠压保护模块203对dc-dc转化器200的输出电压进行采样，若检测到异常欠压，则控制控制芯片201的使能端为高电平，以使控制芯片201停止工作，从而使dc-dc转化器200停止工作。需要说明的是，当所述控制芯片201的使能端为低电平时，控制芯片201正常工作，当所述控制芯片201的使能端为高电平时，控制芯片201停止工作。其中，低电平电压指的是小于0.6v的电压，高电平电压指的是大于1.3v的电压。
41.在上述技术方案中，本实用新型在不影响电路正常工作的情况下，通过输入欠压保护模块202对dc-dc转化器200的输入电压进行采样，以及通过输出欠压保护模块203对dc-dc转化器200的输出电压进行采样，当输入电压下降时，输入欠压保护模块202控制控制芯片201的使能端为高电平，以使控制芯片201停止工作，从而使dc-dc转化器200停止工作，当输出电压下降时，输出欠压保护模块203控制控制芯片201的使能端为高电平，以使控制芯片201停止工作，从而使dc-dc转化器200停止工作。可见，当dc-dc转化器200的输入电压与输出电压下降时，本实用新型能够使得dc-dc转化器200停止工作，以使dc-dc转化器200不在异常状态下持续工作，以防止当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，输入或输出电压降低造成输入或输出电流急剧增大而导致的功率器件损坏、影响主板功放供电的情况，极大地提高了产品的整体性能(可靠性)与品质，从而能够提高用户体验以及市场认可度。
42.请参阅图2至图5，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述输入欠压保护模块202包括：输入电压取样单元2021与第一开关单元2022；其中，所述输入电压取样单元2021与所述第一开关单元2022电连接；所述第一开关单元2022与所述控制芯片201的使能端电连接。
43.在一些实施例中，所述输入电压取样单元2021包括：第一电阻r1与第二电阻r2；其
中，所述第一电阻r1的一端连接输入电源，所述第一电阻r1的另一端分别与所述第二电阻r2的一端以及所述第一开关单元2022的共接端连接；所述第二电阻r2的另一端接地。所述第一开关单元2022包括：第一三极管q1、第一二极管d1与第三电阻r3；其中，所述第一三极管q1的基极连接所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的共接端；所述第一三极管q1的集电极分别与所述第一二极管q1的正极以及所述第三电阻r3的一端的共接端连接；所述第一三极管q1的发射极接地；所述第一二极管d1的负极连接所述控制芯片201的使能端；所述第三电阻r3的另一端连接输入电源v+。
44.具体地，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2为输入电压采样电阻，所述第三电阻r3为所述第一三极管q1的上拉电阻，输入电压v+经所述第一电阻r1与所述第二电阻r2分压后以进行采样。例如，当输入电压为12v时，a点的电压为0.85v，此时第一三极管q1导通，b点被所述第一三极管q1的c-e极钳位在低电平，不足以使所述第一二极管q1导通，那么此时所述控制芯片u1的使能端ce为低电平，控制芯片u1正常工作。当输入电压下降时，并达到输入电压的70％(30％降额)时，a点的电压将小于0.6v，所述第一三极管q1截止，当所述第一三极管q1截止时，b点变为高电平，所述第一二极管d1导通，控制控制芯片u1的使能端ce触发高电平，整个dc-dc转换器将停止工作，以达到对输入电压欠压保护的作用。
45.在一个实施例的进一步地实施方式中，所述输出欠压保护模块203包括：输出电压取样单元2031与第二开关单元2032；其中，所述输出电压取样单元2031与所述第二开关单元2032电连接；所述第二开关单元2032与所述控制芯片201的使能端电连接。
46.在一些实施例中，所述输出电压取样单元2031包括：第四电阻r4与第五电阻r5；其中，所述第四电阻r4的一端连接输入电源，所述第四电阻r4的另一端分别与所述第五电阻r5的一端以及所述第二开关单元2032的共接端连接；所述第五电阻r5的另一端接地。所述第二开关单元2032包括：第二三极管q2、第二二极管d2以及第六电阻r6；其中，所述第二三极管q2的基极分别与所述第四电阻r4以及所述第五电阻r5的共接端连接；所述第二三极管q2的集电极分别与所述第二二极管d2的正极以及所述第六电阻r6的一端的共接端连接；所述第二三极管q2的发射极接地；所述第二二极管d2的负极连接所述控制芯片u1的使能端；所述第六电阻r6的另一端连接输入电源v+。
47.具体地，所述第四电阻r4与所述第五电阻r5为输出电压采样电阻，所述第六电阻r6为所述第二三极管q2的上拉电阻，输出电压vout经所述第四电阻r4与所述第五电阻r5分压后以进行采样。例如，当输出电压稳定在5v时，c点的电压为0.856v，此时所述第二三极管q2导通，d点被所述第二三极管q2的c-e极钳位在低电平，不足以使得所述第二二极管q2导通，所述控制芯片u1的使能端ce此时为低电平，控制芯片u1正常工作。当输出电压下降时，达到输出电压的70％(30降额)时，c点电压将小于0.6v，第二三极管q2截止，当第二三极管q2截止时，d点变为高电平(实为vout电压)，第二三极管d2直接导通，控制芯片u1的使能端触发高电平，整个dc-dc转化器200将停止工作，以达到对输出电压欠压保护的作用。
48.请参阅图6，在一些实施例中，所述第一功率开关模块206包括第一场效应晶体管q3与第七电阻r7，所述第七电阻r7与所述第一场效应晶体管q3连接，作为第一场效应晶体管q3的驱动电阻，所述第二功率开关模块207包括第二场效应晶体管q4与第八电阻r8，所述第八电阻r8与所述第二场效应晶体管q4连接，作为第二场效应晶体管q4的驱动电阻，所述第三功率开关模块208包括第三场效应晶体管q5与第九电阻r9，所述第九电阻r9与所述第
三场效应晶体管q5连接，作为所述第三场效应晶体管q5的驱动电阻，所述第四功率开关模块209包括第四场效应晶体管q6与第十电阻r10，所述第十电阻r10与所述第四场效应晶体管q6连接，作为所述第四场效应晶体管q6的驱动电阻，所述电感模块210为dc-dc电感l1，所述dc-dc电感l1分别连接所述第一场效应晶体管q3、所述第二场效应晶体管q4与所述第三场效应晶体管q5。所述输入电流检测模块204包括保险丝f1、第一电容c1、第二电容c2、第十一电阻r11与第十二电阻r12，所述保险丝f1连接在输入电压后，所述第一电容c1与所述第二电容c2并联构成输入滤波单元，所述第十一电阻r11与所述第十二电阻r12并联做为输入电流检测电阻。所述输出电流检测模块205包括第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第十三电阻c13与第十四电阻c14，所述第十五电阻c15与所述第十六电阻c16并联，作为输出电流的检测电阻，所述第三电容c3、所述第四电容c4、所述第五电容c5、所述第六电容c6并联，作为输出滤波电容。经过dc-dc转换后的电压在经过第十三电r13与第十四电阻输r14出到主板所需的供电部件。由于需保持输出稳定，则需要从输出端电压进行采样，经输出电流检测电阻将输出取样反馈信号传递给控制芯片u1，控制芯片u1根据反馈信号调节环路保证输出电压稳定。
49.需要说明的是，图4、图5与图6中的箭头状且名称相同的表示同一连接网点；文中的“ce”相同的网点表示同一连接网络，即使能信号；dc代表直流供电，dc-dc表示直流供电不同电压直接的转换。
50.在一些实施例中，本实用新型还提供了一种电子设备，所述电子设备可以是电视机等电子产品，所述电子设备包括壳体以及上述所述的电源，所述电源设置在所述壳体内。具体如一种电源的实施例所述，在此不再赘述。
51.综上所述，本实用新型所提供的一种dc-dc转化器、电源以及电子设备，通过输入欠压保护模块对dc-dc转化器的输入电压进行采样，以及通过输出欠压保护模块对dc-dc转化器的输出电压进行采样，当输入电压下降时，输入欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作，当输出电压下降时，输出欠压保护模块控制控制芯片的使能端为高电平，以使控制芯片停止工作，从而使dc-dc转化器停止工作。可见，当dc-dc转化器的输入电压与输出电压下降时，本实用新型能够使得dc-dc转化器停止工作，以防止当主板与功放需要的功率一定时或异常情况下功率突然加重时，输入或输出电压降低造成输入或输出电流急剧增大而导致的功率器件损坏、影响主板功放供电的情况。
52.本实用新型用于有类似保护要求的电子类产品的非隔离电源设计中。具体的使用可以根据实际使用情况稍作修改参数值即可。经过测试完全符合以上所述的运行逻辑，实现了需要实现的功能，器件少、成本低，且原理简洁可行，既不影响电源的各个功能和性能，又能有效的解决实际问题，可执行力强，可推广范围广。
53.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。