一种直流变换器及其供电电源的制作方法

1.本实用新型属于电子电路技术领域，更具体的说，尤其涉及一种直流变换器及其供电电源。


背景技术：

2.在mos(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)器件的vgs耐压最高为5v的工艺中，dc-dc转换器输出高于5v电压时，pmos管的驱动部分需要低于输出电压，也即不超过5v的电压，否则将超出mos管的耐压损坏器件。
3.在dc-dc转换器的同步boost架构中，功率pmos管在开关过程中通常使用与输出电压相等的电压值来关闭pmos管，0v电压值开启pmos管。但在特定的工艺下，nmos、pmos管的vgs电压值最高只能达到5v，当boost的输出电压需要达到超过5v的情况下，当pmos管开启时，若依然使用0v电压开启，则pmos管的vgs电压会超过5v，损坏器件，所以在高压输出的情况下，通常需要对pmos管开启电压的电压值做一些处理，保证pmos管的vgs不超过5v。如果不做处理则需要更换耐压更高的工艺，提高成本。
4.现有技术利用ldo(lowdropoutregulator低压差线性稳压器)电路产生供电电压，进而必然会涉及到ldo电路的设计；而ldo电路本身较复杂，且会涉及到补偿等问题，设计难度较大。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种直流变换器及其供电电源，其通过二极管反向击穿进行钳位即可实现控制供电电压为第一预设电压，设计难度较小。
6.本实用新型第一方面公开了一种直流变换器的供电电源，包括：低压电源；
7.所述低压电源的输入端接收直流变换器的输出电压；
8.所述低压电源的输出端作为所述供电电源的低压输出端；
9.所述低压电源包括：第一钳位二极管、电流源、第二开关管；
10.当所述输出电压大于第一预设输出电压时，所述第一钳位二极管反向击穿，以使所述低压电源的供电电压为所述输出电压与第一预设电压之间的差；其中，所述第一预设电压为所述第一钳位二极管的击穿电压与所述第一开关管的阈值电压的差。
11.可选的，在所述输出电压小于所述第一预设输出电压时，所述第一钳位二极管截止，以使所述低压电源的供电电压为第二预设电压；其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。
12.可选的，所述第一钳位二极管的阴极与直流变换器的输出端相连、以接收直流变换器的输出电压；
13.所述第一钳位二极管的阳极分别与所述电流源的一端和所述第一开关管的控制端相连；
14.所述电流源的另一端和所述第一开关管的第一端接地；
15.所述第一开关管的第二端作为所述低压电源的输出端。
16.可选的，所述第一开关管为pmos管；
17.所述第一开关管的第一端为所述pmos管的漏极；
18.所述第一开关管的第二端为所述pmos管的源极；
19.所述第一开关管的控制端为所述pmos管的栅极。
20.可选的，还包括：高压电源；
21.所述高压电源的输入端接收直流变换器的输出电压；
22.所述高压电源的输出端作为所述供电电源的高压输出端。
23.可选的，所述高压电源包括：限流电阻、第二钳位二极管和第二开关管；
24.在所述输出电压高于第二预设输出电压时，所述第二钳位二极管反向击穿，以使所述高压电源的供电电压为第三预设电压；其中，所述第三预设电压为所述第二钳位二极管的击穿电压与所述第二开关管的阈值电压的差。
25.可选的，在所述输出电压低于第二预设输出电压时，所述第二钳位二极管截止，以使所述高压电源的供电电压为第四预设电压。
26.可选的，所述限流电阻的一端与所述第二开关管的第一端相连，连接点与直流变换器的输出端相连、以接收所述直流变换器的输出电压；
27.所述限流电阻的另一端分别与所述第二钳位二极管的阴极和所述第二开关管的控制端相连；
28.所述第二钳位二极管的阳极接地；
29.所述第二开关管的第二端作为所述高压电源的输出端。
30.可选的，所述第二开关管为nmos管；
31.所述第二开关管的第一端为所述nmos管的漏极；
32.所述第二开关管的第二端为所述nmos管的源极；
33.所述第二开关管的控制端为所述nmos管的栅极。
34.本实用新型第二方面公开了一种直流变换器，包括：直流变换单元和如本实用新型第一方面任一项所述的供电电源；
35.所述供电电源用于为所述直流变换单元中相应开关管提供供电电压。
36.从上述技术方案可知，本实用新型提供的一种直流变换器的供电电源，包括：低压电源；低压电源的输入端接收直流变换器的输出电压；低压电源的输出端作为供电电源的低压输出端、与pmos管相连；低压电源包括：第一钳位二极管、电流源、第二开关管；当输出电压大于第一预设输出电压时，第一钳位二极管反向击穿，以使低压电源的供电电压为输出电压与第一预设电压之间的差；其中，第一预设电压为第一钳位二极管的击穿电压与第一开关管的阈值电压的差；也就是说该第一预设电压与直流变换器的输入电压无关，避免了在直流变换器的输入电压过高时直流变换器中开关管过压损坏的问题；同时，该直流变换器的供电电源所采用的器件较少，通过二极管反向击穿进行钳位即可实现控制供电电压为第一预设电压，设计难度较小。
附图说明
37.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1是本实用新型实施例提供的一种直流变换器的供电电源的示意图；
39.图2是本实用新型实施例提供的另一种直流变换器的供电电源的示意图；
40.图3是本实用新型实施例提供的另一种直流变换器的供电电源的示意图；
41.图4是本实用新型实施例提供的一种直流变换器及其供电电源的示意图。
具体实施方式
42.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
43.在本技术中，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。
44.本实用新型实施例提供了一种直流变换器的供电电源，用于解决现有技术中采用ldo电路产生供电电压，进而必然会涉及到ldo电路的设计；而ldo电路本身较复杂，且会涉及到补偿，设计难度较大的问题。
45.参见图1-图4，该直流变换器的供电电源，包括：低压电源10。
46.低压电源10的输入端与直流变换器的输出端相连，以接收直流变换器的输出电压vo。
47.低压电源10的输出端作为供电电源的低压输出端、与直流变换器的pmos管pm1的控制端相连。也就是说，直流变换器的pmos管pm1由该低压电源10通过相应的驱动电路驱动。
48.具体的，该低压电源10包括：第一钳位二极管d1、电流源cs、第二开关管q2。
49.当直流变换器的输出电压vo大于第一预设输出电压时，第一钳位二极管d1反向击穿，以使低压电源10的供电电压gnd_p为输出电压vo与第一预设电压之间的差。
50.其中，第一预设电压为第一钳位二极管d1的击穿电压与第一开关管q1的阈值电压的差。
51.需要说明的是，钳位二极管为能够限制电压的二极管。钳位二极管的击穿电压一般为5.6v，开关管的阈值电压一般为0.9v；也即，该第一预设电压为5.6-0.9＝4.7v；其小于5v，进而该直流变换器的pmos管pm1的栅源电压vgs不会高过5v。
52.在本实施例中，该第一预设电压与直流变换器的输入电压vin无关，避免了在直流
变换器的输入电压vin过高时直流变换器中开关管过压损坏的问题；同时，也即该直流变换器的供电电源所采用的器件较少，通过钳位二极管反向击穿进行钳位即可实现控制供电电压为第一预设电压，设计难度较小，电路简单。
53.此外，在直流变换器的输出电压vo小于第一预设输出电压时，第一钳位二极管d1截止，以使低压电源10的供电电压gnd_p为第二预设电压。
54.其中，第二预设电压小于第一预设电压。
55.也就是说，该低压电源10的供电电压gnd_p，不会超过第一预设电压，而该第一预设电压不足以让相应开关管过压损坏；进而避免了在直流变换器的输入电压vin过高时直流变换器中开关管过压损坏的问题，提高直流变换器的稳定性。
56.在实际应用中，参见图3，该低压电源10中各个器件的具体连接关系为：
57.第一钳位二极管d1的阴极与直流变换器的输出端相连、以接收直流变换器的输出电压vo；第一钳位二极管d1的阳极分别与电流源cs的一端和第一开关管q1的控制端相连；电流源cs的另一端和第一开关管q1的第一端接地；第一开关管q1的第二端作为低压电源10的输出端。
58.在实际应用中，该第一开关管q1可以为pmos管。
59.具体的，第一开关管q1的第一端为pmos管的漏极；第一开关管q1的第二端为pmos管的源极；第一开关管q1的控制端为pmos管的栅极。
60.也就是说，直流变换器的输出端与第一钳位二极管d1的阴极相连，第一钳位二极管d1阳极分别连接电流源cs的一端和pmos管的栅极，pmos管的源极作为低压电源10的输出端，输出供电电压gnd_p；电流源cs的另一端和pmos管的漏极接地。
61.当第一钳位二极管d1的阴极电位大于其阳极电位，且超过其反向击穿电压时，第一钳位二极管d1反向击穿，流过第一钳位二极管d1的电流等于电流源cs的电流。第一钳位二极管的电压vzd1等于vo-5.6，pmos管的阈值电压vthp约为0.9v，则供电电压gnd_p约为vo-5.6 0.9＝vo-4.7v，进而输出电压vo和供电电压gnd_p之间的压差可以做到小于5v，也即，直流电源的pmos管pm1的栅源电压vgs小于5v。
62.当第一钳位二极管d1的阴极电位小于其阳极电位或未超过其反向击穿低压时，第一钳位二极管d1截止，pmos管的栅极相当于直接接地，所产生的供电电压vdd_n为pmos管的阈值电压vthp。
63.在实际应用中，参见图1，该供电电源，还包括：高压电源20。
64.高压电源20的输入端与直流变换器的输出端相连，以接收直流变换器的输出电压vo。
65.高压电源20的输出端作为供电电源的高压输出端、与直流变换器中的nmos管的开关管的控制端相连。
66.具体的，高压电源20包括：限流电阻r、第二钳位二极管d2和第二开关管q2。
67.在输出电压vo高于第二预设输出电压时，第二钳位二极管d2反向击穿，以使高压电源20的供电电压vdd_n为第三预设电压；其中，第三预设电压为第二钳位二极管d2的击穿电压与第二开关管q2的阈值电压的差。
68.需要说明的是，钳位二极管的击穿电压一般为5.6v，开关管的阈值电压一般为0.9v；也即，该第一预设电压为5.6-0.9＝4.7v；其小于5v，进而该低压电源10的供电电压
gnd_p不会高过5v。
69.在输出电压vo低于第二预设输出电压时，第二钳位二极管d2截止，以使高压电源20的供电电压vdd_n为第四预设电压。
70.在实际应用中，参见图2，该高压电源20中各个器件的具体连接关系为：
71.限流电阻r的一端与第二开关管q2的第一端相连，连接点与直流变换器的输出端相连、以接收直流变换器的输出电压vo；限流电阻r的另一端分别与第二钳位二极管d2的阴极和第二开关管q2的控制端相连；第二钳位二极管d2的阳极接地；第二开关管q2的第二端作为高压电源20的输出端、输出高压。
72.在实际应用中，该第二开关管q2可以为nmos管。
73.具体的，第二开关管q2的第一端为nmos管的漏极；第二开关管q2的第二端为nmos管的源极；第二开关管q2的控制端为nmos管的栅极。
74.也就是说，直流变换器的输出端通过限流电阻r与第二钳位二极管d2的阴极相连，第二钳位二极管d2的阴极连接nmos管的栅极，nmos管的源极作为高压电源20的输出端，输出供电电压，nmos管的漏极连接至直流变换器的输出端。
75.当第二钳位二极管d2的阴极电位大于其阳极电位，且超过其反向击穿电压时，第二钳位二极管d2反向击穿，第二钳位二极管d2的两端电压vzd2保持不变，流过第二钳位二极管d2的电流等于(vo-vzd2)/r，改变r的大小可以改变流过二极管的电流，以改变钳位二极管的驱动能力；电流再经过nmos管后，其源极电压vdd_n保持不变。使用第二钳位二极管d2反向击穿电压约为5.6v，nmos管的阈值电压vthn约为0.9v，则所产生供电电压vdd_n为5.6-0.9＝4.7v。且该供电电压不随输入电压vin或者输出电压vo的变化而变化，当输入电压vin电压小于4.7v时，直流变换器的效率较高。
76.当第二钳位二极管d2的阴极电位小于其阳极电位或未超过其反向击穿低压时，第二钳位二极管d2截止，nmos管的栅极相当于直接连接至直流变换器的输出端，也即该直流变换的输出电压vo直接驱动该nmos管，进而所产生的供电电压vdd_n为vo-0.9。
77.在实际应用中，直流变换器的输入电压vin与输出电压vo关系由占空比d决定，其中d＝(vo-vin)/vin。直流变换器中的nmos管的栅源电压vgs越大，其导通电阻rdson越小，效率越高。
78.需要说明的是，在现有直流变换器为升压电路时，nmos管的驱动电路的电源电压可直接使用直流电源的输入电压vin，如果直接使用输入电压vin，则nmos管驱动的高电位随着输入电压vin的变化而发生变化，当输入电压vin较低，如输入电压vin小于4.7v时，nmos管的vgs电压较低，相应的nmos管的导通电阻较大，这会使得直流变换器的效率有所降低。
79.而本实施例中，输入电压vin较低时，该供电电压保持为4.7v或者输出电压vo，而该输出电压vo为输入电压vin进行升压后的电压，进而该输出电压vo更大，从而提高直流变换器中nmos管的效率。
80.本实用新型另一实施例提供了一种直流变换器，参见图4，包括：直流变换单元(包括如图4所示的l、nm1和pm1)、驱动电路和如上述任一实施例提供的供电电源(包括如图4所示的10和20)。
81.供电电源用于通过驱动电路为直流变换单元中相应开关管提供驱动电压。
82.需要说明的是，该供电电源为驱动电路提供的供电电压与该驱动电路为相应开关管提供的驱动电压大小是一致的，也即，控制了供电电压的大小，即控制了驱动电压大小，实现开关管栅源电压为预设范围内。
83.该直流变换单元为升压电路，当然也不排除该直流变换单元为降压电路。该直流变换单元为升压电路时，其包括：电感l、nmos管nm1和pmos管pm1。
84.其中，电感l的一端作为升压电路的输入端，接收输入电压。
85.电感l的另一端分别与nmos管nm1的漏极和pmos管pm1的漏极相连；nmos管nm1的源极接地；pmos管pm1的源极作为升压电路的输出端。
86.nmos管nm1的栅极与供电电源中的高压电源20的输出端相连，pmos管pm1的栅极与供电电源中的低压电源10的输出端相连。
87.该供电电源的具体结构和原理，详情参见上述实施例提供的供电电源，此处不再一一赘述，均在本技术的保护范围内。
88.本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
89.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
90.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。