DC-DC降压变换器、负载点电源及电子系统

本发明属于电子电路设计，特别是涉及一种dc-dc降压变换器、负载点电源及电子系统。

背景技术：

1、由于云复杂计算和大数据对高清图片、视频等存储和处理的巨大需求，数据中心应用的高频、高效电源正在兴起，随着集成电路芯片技术的不断发展，对于作为负载点电源应用的降压型dc-dc变换器的性能提出了更高的要求。

2、由于传统buck型dc-dc降压变换器的两个开关管上承受的电压应力较大，导致在电路芯片集成时开关管的体积较大，不利于芯片的小型化。图1为传统buck型dc-dc降压变换器，以5v-1v转换为例，根据其工作原理可知，开关管s1和s2承受的峰值电压等于其输入电压5v。因此，传统buck型dc-dc降压变换器的体积受其输入电压的影响较大，不利于芯片小型化及输入电压的宽范围调节。

3、鉴于此，如何减小dc-dc降压变换器的体积，实现芯片小型化，是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种dc-dc降压变换器、负载点电源及电子系统，用于解决传统buck型dc-dc降压变换器存在体积较大的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种dc-dc降压变换器，所述dc-dc降压变换器包括：前级降压模块及后级降压模块；

3、所述前级降压模块以两组前级开关管分时导通形成四条电容充电链路的方式，对直流电压进行降压处理得到输入电压，并控制前级开关管进行零电流关断；其中，所述输入电压为所述直流电压的四分之一；

4、所述后级降压模块接收所述输入电压，并通过调整后级开关管的占空比来控制输出电压的大小。

5、可选地，所述前级降压模块包括：第一至第十前级开关管、第一谐振支路、第二谐振支路、槽路电容及输入电容；所述第一前级开关管、所述第二前级开关管、所述第三前级开关管、所述第四前级开关管和所述输入电容依次串联于所述直流电压和地之间，所述第五前级开关管和所述第八前级开关管、所述第六前级开关管和所述第九前级开关管、所述第七前级开关管和所述第十前级开关管分别串联后并联于所述输入电容的两端，所述第一谐振支路连接于所述第一前级开关管与所述第二前级开关管的连接节点和所述第七前级开关管与所述第十前级开关管的连接节点之间，所述第二谐振支路连接于所述第三前级开关管与所述第四前级开关管的连接节点和第五前级开关管与所述第八前级开关管的连接节点之间，所述槽路电容连接于所述第二前级开关管与所述第三前级开关管的连接节点和所述第六前级开关管与所述第九前级开关管的连接节点之间；其中，所述第一前级开关管、所述第三前级开关管、所述第五前级开关管、所述第七前级开关管和所述第九前级开关管受控于第一开关信号，所述第二前级开关管、所述第四前级开关管、所述第六前级开关管、所述第八前级开关管和所述第十前级开关管受控于第二开关信号。

6、可选地，所述第一谐振支路与所述第二谐振支路的电路结构相同，采用lc串联谐振电路实现。

7、可选地，所述后级降压模块包括：第一后级开关管、第二后级开关管、滤波电感及输出电容；所述第一后级开关管、所述滤波电感和所述输出电容依次串联于所述输入电压和地之间，所述第二后级开关管连接于所述第一后级开关管与所述滤波电感的连接节点和地之间；其中，所述第一后级开关管受控于第一控制信号，所述第二后级开关管受控于第二控制信号。

8、可选地，所述dc-dc降压变换器还包括：驱动模块，采样所述输出电压，并根据采样的输出电压进行闭环控制来生成所述第一控制信号及所述第二控制信号。

9、可选地，所述驱动模块包括：采样比较单元、电压调节单元及控制信号生成单元；

10、所述采样比较单元采样所述输出电压得到采样电压，并将所述采样电压与基准电压进行比较得到偏差值；

11、所述电压调节单元接收所述偏差值，并对所述偏差值进行比例积分得到调控值；

12、所述控制信号生成单元接收所述调控值，并根据所述调控值生成所述第一控制信号及所述第二控制信号。

13、本发明还提供一种负载点电源，所述负载点电源包括：如上记载的所述dc-dc降压变换器。

14、本发明还提供一种电子系统，所述电子系统包括：如上记载的所述负载点电源及负载设备，所述负载点电源为所述负载设备供电。

15、如上所述，本发明的dc-dc降压变换器、负载点电源及电子系统，通过前级降压模块的设计，可使各开关管的电压应力显著降低，有效减小各开关管的体积，有利于芯片小型化；利用第一谐振支路和第二谐振支路可实现电路的零电流关断，系统效率和功率密度较高；前级降压模块采用开环控制，后级降压模块采用输出电压闭环控制，二者分开控制，使得控制相对简单。

技术特征：

1.一种dc-dc降压变换器，其特征在于，所述dc-dc降压变换器包括：前级降压模块及后级降压模块；

2.根据权利要求1所述的dc-dc降压变换器，其特征在于，所述前级降压模块包括：第一至第十前级开关管、第一谐振支路、第二谐振支路、槽路电容及输入电容；

3.根据权利要求2所述的dc-dc降压变换器，其特征在于，所述第一谐振支路与所述第二谐振支路的电路结构相同，采用lc串联谐振电路实现。

4.根据权利要求1所述的dc-dc降压变换器，其特征在于，所述后级降压模块包括：第一后级开关管、第二后级开关管、滤波电感及输出电容；

5.根据权利要求4所述的dc-dc降压变换器，其特征在于，所述dc-dc降压变换器还包括：驱动模块，采样所述输出电压，并根据采样的输出电压进行闭环控制来生成所述第一控制信号及所述第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的dc-dc降压变换器，其特征在于，所述驱动模块包括：采样比较单元、电压调节单元及控制信号生成单元；

7.一种负载点电源，其特征在于，所述负载点电源包括：如权利要求1-6任意一项所述的dc-dc降压变换器。

8.一种电子系统，其特征在于，所述电子系统包括：如权利要求7所述的负载点电源及负载设备，所述负载点电源为所述负载设备供电。

技术总结
本发明提供一种DC‑DC降压变换器、负载点电源及电子系统，其中，DC‑DC降压变换器包括前级降压模块及后级降压模块；前级降压模块以两组前级开关管分时导通形成四条电容充电链路的方式，对直流电压进行降压处理得到输入电压，并控制前级开关管进行零电流关断；其中，输入电压为直流电压的四分之一；后级降压模块接收输入电压，并通过调整后级开关管的占空比来控制输出电压的大小。通过本发明提供的DC‑DC降压变换器、负载点电源及电子系统，解决了传统BUCK型DC‑DC降压变换器存在体积较大的问题。

技术研发人员：王弈赫,吕晓峰,陈华,郁发新
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13