高压BUCK电路及电源的制作方法

高压buck电路及电源
技术领域
1.本技术涉及电源领域，尤其涉及一种高压buck电路及电源。


背景技术：

2.相关技术中，buck电路包括开关、电感、二极管以及电容，当开关发生短路时，电源端相对较高的电压会导致电容超出耐压而损坏，电容的电解液会溅开，喷到周围的高压器件，容易产生起火等问题，从而导致安规试验无法通过。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种高压buck电路及电源，可以改善buck电路开关短路时易电容损坏的技术问题。
4.第一方面，本技术实施例提供一种高压buck电路，包括开关模块、buck变换模块、控制模块及保护模块，开关模块具有输入端、输出端以及控制端，所述开关模块的输入端与电源连接；buck变换模块连接所述开关模块的输出端以及外部负载端；控制模块与所述开关模块的控制端连接，所述控制模块用于控制所述开关导通或断开；保护模块连接于所述开关模块的输入端与所述电源之间，所述保护模块用于在所述开关模块的输入端与输出端之间发生短路时断开所述电源。
5.在一些示例性的实施例中，所述保护模块包括第一电阻，所述第一电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述电源。
6.在一些示例性的实施例中，所述保护模块还包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述第一电阻。
7.在一些示例性的实施例中，所述保护模块还包括第三电阻，所述第三电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述第二电阻。
8.在一些示例性的实施例中，所述开关模块包括mos管，所述mos管的漏极连接所述保护模块，所述mos管的漏极为所述开关模块的输入端，所述mos管的源极为所述开关模块的输出端，所述mos管的栅极为所述开关模块的控制端；所述mos管的源极连接所述buck变换模块，所述mos管的栅极连接所述控制模块。
9.在一些示例性的实施例中，所述buck变换模块包括：第一电感，所述第一电感的第一端连接所述开关模块的输出端，所述第一电感的第二端连接所述外部负载端；第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一电感的第二端，所述第一电容的第二端接地；第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述第一电容的第二端，所述第一二极管的阴极连接所述第一电感的第一端。
10.在一些示例性的实施例中，所述控制模块具有电源引脚及共地引脚，所述高压buck电路还包括供电模块，所述供电模块连接所述控制模块的电源引脚及所述电源。
11.在一些示例性的实施例中，所述供电模块包括：第四电阻，所述第四电阻的第一端连接电源；第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端连接，所述第五电阻
的第二端与所述控制模块的电源引脚连接；第二电容，所述第二电容的两端分别连接控制模块的电源引脚及共地引脚；第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述外部负载端，所述第二二极管的阴极连接所述控制模块的电源引脚。
12.在一些示例性的实施例中，所述控制模块具有采样引脚，所述高压buck电路还包括采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接所述控制模块的采样引脚及共地引脚。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种电源，包括如上述实施例所述的高压buck电路。
14.有益效果：本技术实施例的高压buck电路设置有保护模块，当开关模块短路时，保护模块会断开，从而避免了电源的电流直接流向buck变换模块，避免使buck变换模块造成损坏。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本技术一种实施例中的高压buck电路的方框示意图；
17.图2为本技术一种实施例中的高压buck电路的电路示意图。
18.附图标记说明：
19.10、电源；20、保护模块；30、开关模块；40、buck变换模块；50、外部负载端；60、供电模块；70、控制模块；
20.r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；u1、电源控制芯片；l1、第一电感；e1、第一电容；d1、第一二极管；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、采样电阻；c1、第二电容；d2、第二二极管。
具体实施方式
21.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
22.如图1-2所示，本技术实施例第一方面提供一种高压buck电路，高压buck电路包括开关模块30、buck变换模块40、控制模块70及保护模块20。
23.开关模块30具有输入端、输出端以及控制端，当开关模块30导通时，开关模块30的输入端与输出端导通，当开关模块30断开时，开关模块30的输入端与输出端断开。控制模块70与开关模块30的控制端连接，控制模块70用于控制开关模块30导通或截止，控制模块70调整开关模块30的通断时间，也即通过调整占空比来调节开关模块30输出端的输出电压。
24.开关模块30的输入端与电源10连接，buck变换模块40连接开关模块30的输出端以及外部负载端50。在开关模块30导通时，电源10的电流通过开关模块30流向buck变换模块40，buck变换模块40对自身进行充电储能，并对外部负载端50输出，在开关模块30断开时，buck变换模块40进行放电，维持对外部负载端50输出。
25.保护模块20连接于开关模块30的输入端与电源10之间，保护模块20用于在开关模
块30的输入端与输出端之间发生短路时，保护模块20在大电流(短路电流)的作用下断开电源10。例如保护模块20可以为保险丝，当电流过大时，保险丝熔断。
26.综上，本技术实施例的高压buck电路设置有保护模块20，当开关模块30短路时，保护模块20会断开，从而避免了电源10的电流直接流向buck变换模块40，避免使buck变换模块40造成损坏。
27.如图2所示，在一些实施例中，保护模块20包括第一电阻r1，第一电阻r1的两端分别连接开关模块30的输入端与电源10。当开关模块30的输入端与输出端之间发生短路时，流经第一电阻r1的电流较大，第一电阻r1被击穿后发生断路，从而避免buck变换模块40的电容承压过高而产生爆炸。而第一电阻r1被击穿时，对于周边的电子元器件的影响较小。需要说明的是，第一电阻r1的阻值不易过大，否则第一电阻r1会造成较大的压降，拉低开关模块30的输入端的电压，影响高压buck电路的正常工作。例如，第一电阻r1的具体阻值可以为1欧姆。
28.如图2所示，在一些实施例中，开关模块30的输入端的电压较高，例如开关模块30的输入端的电压为400v，若此时开关模块30的输入端与输出端之间发生短路，第一电阻r1的两端易产生电弧，即使第一电阻r1被击穿，电弧依然可以跨过第一电阻r1流向buck变换模块40，第一电阻r1无法起到良好的保护作用。基于此，保护模块20还包括第二电阻r2，第二电阻r2的两端分别连接开关模块30的输入端与第一电阻r1。设置第二电阻r2可以降低电弧的通过性，从而尽量保证当开关模块30的输入端与输出端之间发生短路时，第一电阻r1和第二电阻r2发生击穿后，电源10的电流难以流向buck变换模块40，从而保护buck变换模块40。同样的，第二电阻r2的阻值不易过大，否则第二电阻r2会造成较大的压降，拉低开关模块30的输入端的电压，影响高压buck电路的正常工作。例如，第二电阻r2的具体阻值可以为1欧姆。
29.如图2所示，在一些实施例中，保护模块20还包括第三电阻r3，第三电阻r3的两端分别连接开关模块30的输入端与第二电阻r2，第三电阻r3可以进一步提升对于电弧的阻隔效果，进一步的避免电弧传导至buck变换模块40。当然保护模块20还可以包括更多的电阻，但是设置更多的电阻会增加物料成本以及制造成本。经发明人测试，设置三个串联电阻基本可以保证可靠的隔绝400v等级的电源10。同样的，第三电阻r3的阻值不易过大，否则第三电阻r3会造成较大的压降，拉低开关模块30的输入端的电压，影响高压buck电路的正常工作。例如，第三电阻r3的具体阻值可以为1欧姆。需要说明的是，在开关模块30的输入端与输出端之间发生短路时，可能是第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3中的其中一个被击穿，也可能是第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3中的多个被击穿。
30.在一些实施例中，开关模块30包括mos管，具体的，开关模块30可以是nmos管。mos管的漏极连接保护模块20，mos管的源极连接buck变换模块40，mos管的栅极连接控制模块70。需要说明的是，如图2所示，在本实施例中，电源控制芯片u1同时集成了控制模块70及开关模块30(mos管)，电源控制芯片u1中的引脚5、引脚6、引脚7及引脚8均连接mos管的漏极，电源控制芯片u1中引脚5、引脚6、引脚7及引脚8即为开关模块30的输入端，设置引脚5、引脚6、引脚7及引脚8可以提升电源控制芯片u1的散热效果。电源控制芯片u1中的引脚4即为开关模块30的输出端，电源控制芯片u1中的引脚4连接mos管的源极，电源10的电流经第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3后流入引脚5、引脚6、引脚7及引脚8，然后从引脚4流出。同
时电源控制芯片u1内部还连接mos管的栅极，以控制mos管的开关。
31.在一些实施例中，控制模块70具有采样引脚及共地引脚，高压buck电路还包括采样电阻r6，采样电阻r6的两端分别连接控制模块70的采样引脚及共地引脚。如图2所示，本实施例中，电源控制芯片u1中的引脚4同时为采样引脚，电源控制芯片u1的引脚2共地引脚，采样电阻r6用于mos管的电流采样。
32.如图2所示，在一些实施例中，buck变换模块40包括第一电感l1、第一电容e1及第一二极管d1。第一电感l1的第一端经采样电阻r6连接开关模块30的输出端，第一电感l1的第二端连接外部负载端50。第一电容e1的第一端连接第一电感l1的第二端，第一电容e1的第二端接地，第一电容e1用于输出滤波。第一二极管d1的阳极连接第一电容e1的第二端，第一二极管d1的阴极连接第一电感l1的第一端。当mos管导通时，电源10的电流经第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3后流入电源控制芯片u1的引脚5、引脚6、引脚7及引脚8，然后从电源控制芯片u1的引脚4流出，经采样电阻r6、第一电感l1后流至外部负载端50，此时第一电感l1进行充电。当mos管截止时，第一电感l1释放电能，电流从第一电感l1的第二端流经外部负载端50、第一电容e1、第一二极管d1后回流至第一电感l1的第一端。
33.在一些实施例中，控制模块70具有电源引脚，高压buck电路还包括供电模块60，供电模块60连接控制模块70的电源引脚及电源10。如图2所示，本实施例中，电源控制芯片u1的引脚1为电源引脚。
34.在一些实施例中，供电模块60包括第四电阻r4、第五电阻r5、第二电容c1及第二二极管d2。第四电阻r4的第一端连接电源10，第五电阻r5的第一端与第四电阻r4的第二端连接，第五电阻r5的第二端与控制模块70的共地引脚连接，第二电容c1的两端分别连接控制模块70的电源引脚及共地引脚。第二二极管d2的阳极连接外部负载端50，第二二极管d2的阴极连接控制模块70的电源引脚。如图2所示，本实施例中，电源控制芯片u1在启动时，电源10的电流流经第四电阻r4、第五电阻r5后至电源控制芯片u1的引脚1。电源控制芯片u1在启动后，由于第一电感l1持续对外供电，电流从第一电感l1的第二端流经第二二极管d2后，流入电源控制芯片u1的引脚1。需要说明的是，在电源控制芯片u1的引脚1需要较大电流时，第二电容c1可以放电以临时给电源控制芯片u1的引脚1供电，在在电源控制芯片u1的引脚1不需要较大电流时，第二电容c1可以进行充电。
35.本技术实施例第二方面提供一种电源10，包括如上述实施例的高压buck电路。在实际布置电路板时，第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3布置于电路板的高压区，并且尽量远离周边的电子元器件，以避免第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3被击穿时影响周边电子元器件。
36.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
37.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高压buck电路，其特征在于，包括：开关模块，具有输入端、输出端以及控制端，所述开关模块的输入端与电源连接；buck变换模块，连接所述开关模块的输出端以及外部负载端；控制模块，与所述开关模块的控制端连接，所述控制模块用于控制所述开关模块导通或断开；保护模块，连接于所述开关模块的输入端与所述电源之间，所述保护模块用于在所述开关模块的输入端与输出端之间发生短路时断开所述电源；其中，所述保护模块包括第一电阻，所述第一电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述电源；所述buck变换模块包括：第一电感，所述第一电感的第一端连接所述开关模块的输出端，所述第一电感的第二端连接所述外部负载端；第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一电感的第二端，所述第一电容的第二端接地；第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述第一电容的第二端，所述第一二极管的阴极连接所述第一电感的第一端。2.根据权利要求1所述的高压buck电路，其特征在于，所述保护模块还包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述第一电阻。3.根据权利要求2所述的高压buck电路，其特征在于，所述保护模块还包括第三电阻，所述第三电阻的两端分别连接所述开关模块的输入端与所述第二电阻。4.根据权利要求1所述的高压buck电路，其特征在于，所述开关模块包括mos管，所述mos管的漏极为所述开关模块的输入端，所述mos管的源极为所述开关模块的输出端，所述mos管的栅极为所述开关模块的控制端。5.根据权利要求1所述的高压buck电路，其特征在于，所述控制模块具有电源引脚及共地引脚，所述高压buck电路还包括供电模块，所述供电模块连接所述控制模块的电源引脚及所述电源。6.根据权利要求5所述的高压buck电路，其特征在于，所述供电模块包括：第四电阻，所述第四电阻的第一端连接电源；第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端连接，所述第五电阻的第二端与所述控制模块的电源引脚连接；第二电容，所述第二电容的两端分别连接控制模块的电源引脚及共地引脚；第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述外部负载端，所述第二二极管的阴极连接所述控制模块的电源引脚。7.根据权利要求5所述的高压buck电路，其特征在于，所述控制模块具有采样引脚，所述高压buck电路还包括采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接所述控制模块的采样引脚及共地引脚。8.一种电源，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的高压buck电路。

技术总结
本申请实施例公开了一种高压BUCK电路及电源，包括开关模块、BUCK变换模块、控制模块及保护模块，开关模块具有输入端、输出端以及控制端，所述开关模块的输入端与电源连接；BUCK变换模块连接所述开关模块的输出端以及外部负载端；控制模块与所述开关模块的控制端连接，所述控制模块用于控制所述开关导通或断开；保护模块连接于所述开关模块的输入端与所述电源之间，所述保护模块用于在所述开关模块的输入端与输出端之间发生短路时断开所述电源。本申请实施例的高压BUCK电路设置有保护模块，当开关模块短路时，保护模块会断开，从而避免了电源的电流直接流向BUCK变换模块，避免使BUCK变换模块造成损坏。BUCK变换模块造成损坏。BUCK变换模块造成损坏。


技术研发人员：潘英彬
受保护的技术使用者：广州视骁科技有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/9/3