一种升降压电源模块及终端设备的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种升降压电源模块及终端设备。

背景技术：

电脑的主板是计算机组成的核心中枢，主板的电源供电是计算机系统获取动力的源泉，供电模块的稳定与否直接影响到整个计算机系统工作的稳定。

目前，绝大部分主板的供电模块只支持直流电源单电压的固定输入(常用12v或19v)或atx电源(基本使用12v)供电，只能固定使用一种电压型号的电源直流，电源直流输出的直流电源直接给主板、cpu(中央处理器)等电源模块提供输入电压，直流电源的稳定与否直接影响到主板工作的稳定，给整个计算机系统带来一定的安全隐患，当cpu的电源模块输入电压异常时可能导致板端元器件烧坏，甚至有烧坏cpu的风险，给计算机用户带来严重损失。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种升降压电源模块及终端设备，以解决现有直流电源直接供电影响主板工作的稳定性的问题。

本实用新型实施例提供一种升降压电源模块，连接直流电源输入接口和电源模块，其包括升降压电路、开关电路和反馈输出电路；所述升降压电路连接开关电路、反馈输出电路和直流电源输入接口，开关电路连接直流电源输入接口和反馈输出电路，反馈输出电路连接电源模块；

所述升降压电路将直流电压转换为输出电压并通过反馈输出电路输出给电源模块供电，升降压电路将直流电压与反馈输出电路反馈的输出电压进行比较，根据比较结果输出对应的升降压控制信号，开关电路根据升降压控制信号调整输出电压以在预设范围内。

可选地，所述的升降压电源模块中，所述升降压电路包括升降压芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容；

所述升降压芯片的en/uvlo脚连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，第一电阻的另一端连接直流电源输入接口和第一二极管的正极，第二电阻的另一端接地，升降压芯片的vin脚连接第一二极管的负极和第一电容的一端，第一电容的另一端接地，升降压芯片的visns脚连接第一二极管的正极和直流电源输入接口，升降压芯片的ss脚通过第二电容接地，升降压芯片的mode脚通过第三电阻接地，升降压芯片的comp脚通过第四电阻连接第四电容的一端，第四电容的另一端接地，升降压芯片的rt/sync脚通过第五电阻接地，升降压芯片的pgood脚和vcc脚均连接供电端，升降压芯片的boot1脚连接第二二极管的负极和第五电容的一端，第二二极管的正极连接第三二极管的正极和供电端，第五电容的另一端连接开关电路和升降压芯片的sw1脚，升降压芯片的boot2脚连接第三二极管的负极和第六电容的一端，第六电容的另一端连接开关电路和升降压芯片的sw2脚；升降压芯片的hdrv1脚、sw1脚、ldrv1脚、hdrv2脚、sw2脚、ldrv2脚、cs脚和csg脚均连接开关电路；升降压芯片的bias脚、vosns脚和fb脚均连接反馈输出电路；升降压芯片的dith脚、isns-脚、sns+脚、agnd脚、pgnd脚和pad脚均接地。

可选地，所述的升降压电源模块中，所述开关电路包括第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管、电感、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第七电容和第八电容；

所述第一mos管的漏极连接直流电源输入接口，第一mos管的栅极连接第七电阻的一端和升降压芯片的hdrv1脚；第一mos管的源极连接第七电阻的另一端、电感的一端、第二mos管的漏极和升降压芯片的sw1脚；第二mos管的栅极连接第七电容的一端和升降压芯片的ldrv1脚；第二mos管的源极连接第七电容的另一端、升降压芯片的cs脚、第六电阻的一端、第四mos管的源极和第八电容的一端；第三mos管的漏极连接反馈输出电路，第三mos管的栅极连接第八电阻的一端和升降压芯片的hdrv2脚；第三mos管的源极连接电感的另一端、第四mos管的漏极、第八电阻的另一端和升降压芯片的sw2脚；第四mos管的栅极连接第八电容的另一端和升降压芯片的ldrv2脚，第六电阻的另一端连接地和升降压芯片的csg脚。

可选地，所述的升降压电源模块中，所述开关电路还包括第九电阻、第十电阻和第九电容；所述第九电阻的一端连接第二mos管q2的源极，第九电阻的另一端连接第九电容的一端和升降压芯片的cs脚，第十电阻的一端连接第六电阻的另一端，第十电阻的另一端连接第九电容的另一端和升降压芯片的csg脚。

可选地，所述的升降压电源模块中，所述反馈输出电路包括第十一电阻、第十二电阻和第十电容；

所述第十一电阻的一端连接第十电容的一端和输出端；第十一电阻的另一端连接第十电容的另一端、第十二电阻的一端和升降压芯片的fb脚；第十二电阻的另一端接地。

可选地，所述的升降压电源模块中，所述反馈输出电路还包括第十三电阻、第十四电阻、第十一电容和第十二电容；

所述第十三电阻的一端连接第十一电容的一端、第三mos管的漏极和输出端，第十三电阻的另一端连接升降压芯片的bias脚，第十四电阻的一端连接第十二电容的一端、第三mos管的漏极和输出端，第十四电阻的另一端连接升降压芯片的vosns脚，第十一电容另一端和第十二电容的另一端均接地。

本实用新型实施例第二方面提供了一种终端设备，包括一主板，所述主板上设置有直流电源输入接口和电源模块，其中，所述主板上还设置所述的升降压电源模块，所述升降压电源模块连接直流电源输入接口和电源模块；

所述直流电源输入接口输出直流电压，所述升降压电源模块将直流电压转换为输出电压给电源模块供电，升降压电源模块比较直流电压与输出电压的大小，根据比较结果进行升降压调整使输出电压稳定在预设范围内。

本实用新型实施例提供的技术方案中，终端设备包括一主板，所述主板上设置有直流电源输入接口、电源模块和升降压电源模块；所述升降压电源模块连接直流电源输入接口和电源模块；所述直流电源输入接口输出直流电压，所述升降压电源模块将直流电压转换为输出电压给电源模块供电，升降压电源模块比较直流电压与输出电压的大小，根据比较结果进行升降压调整使输出电压稳定在预设范围内。通过增加升降压电源模块，使直流电源不会直接传输给电源模块，通过升降压调整后的输出电压始终维持在预设范围内，使系统运行更加安全稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例中终端设备的结构框图。

图2为本实用新型实施例中升降压电源模块的电路示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作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。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的终端设备包括一主板，所述主板上设置有升降压电源模块10、直流电源输入接口20和电源模块30；所述升降压电源模块10连接直流电源输入接口20和电源模块30；直流电源输入接口20连接外部dc电源并输出直流电压vin。所述升降压电源模块10将直流电压转换为输出电压给电源模块30供电，比较直流电压与输出电压的大小，根据比较结果进行升降压调整使输出电压vout稳定在预设范围内。

其中，所述终端设备可为台式机、笔记本、平板、一体机以及延伸产品等计算机设备；对服务器主板、军规主板、游戏主板等高品质要求产品也适用。所述直流电源输入接口20相当于直流电源的供电后端，所述电源模块30主要用于对主板上的其他模块和cpu供电，此为现有技术。本实施例通过在主板上增加升降压电源模块，使直流电源不会直接传输给电源模块，即电源模块的输入电压不受电源直流供电的直接影响，只要直流电压vin在3.5～60v范围内，通过升降压调整后的输出电压始终维持在一个恒定电压值，使计算机系统运行更加安全稳定。

请一并参阅图2，所述升降压电源模块10包括升降压电路100、开关电路200和反馈输出电路300；所述升降压电路100连接开关电路200、反馈输出电路300和直流电源输入接口20，开关电路200连接直流电源输入接口20和反馈输出电路300，反馈输出电路300连接电源模块30。所述升降压电路100将直流电压转换为输出电压并通过反馈输出电路300输出给电源模块30供电，升降压电路100将直流电压与反馈输出电路300反馈的输出电压进行比较，根据比较结果输出对应的升降压控制信号(hdrv1、sw1、ldrv1、hdrv2、sw2、ldrv2)，开关电路200根据升降压控制信号调整输出电压以稳定在预设范围(波动幅度很小，范围为±5％×vout，vout为所设定的输出电压值)内。

请继续参阅图2，所述升降压电路100包括升降压芯片u、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5和第六电容c6；所述升降压芯片u的en/uvlo脚连接第一电阻r1的一端和第二电阻r2的一端，第一电阻r1的另一端连接直流电源输入接口(输入直流电压vin)和第一二极管d1的正极，第二电阻r2的另一端接地，升降压芯片u的vin脚连接第一二极管d1的负极和第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端接地，升降压芯片u的visns脚连接第一二极管d1的正极和直流电源输入接口，升降压芯片u的ss脚通过第二电容c2接地，升降压芯片u的mode脚通过第三电阻r3接地，升降压芯片u的comp脚通过第四电阻r4连接第四电容c4的一端，第四电容c4的另一端接地，升降压芯片u的rt/sync脚通过第五电阻r5接地，升降压芯片u的pgood脚和vcc脚均连接供电端，升降压芯片u的boot1脚连接第二二极管d2的负极和第五电容c5的一端，第二二极管d2的正极连接第三二极管d3的正极和供电端，第五电容c5的另一端连接开关电路200和升降压芯片u的sw1脚，升降压芯片u的boot2脚连接第三二极管d3的负极和第六电容c6的一端，第六电容c6的另一端连接开关电路200和升降压芯片u的sw2脚；升降压芯片u的hdrv1脚、sw1脚、ldrv1脚、hdrv2脚、sw2脚、ldrv2脚、cs脚和csg脚均连接开关电路200；升降压芯片u的bias脚、vosns脚和fb脚均连接反馈输出电路300；升降压芯片u的dith脚、isns-脚、sns+脚、agnd脚、pgnd脚和pad脚均接地。

其中，所述升降压芯片u的型号优选为lm5175，其各个引脚定义和对应的外围器件的工作原理为：

1脚(即mode脚)—芯片模式设置，本实施例通过第三电阻r3(优选为93.1kω)的阻值来限定对应的芯片模式；

2脚(即dith脚)—该脚接地后禁用抖动功能；

3脚(即rt/sync脚)—开关频率程序引脚；

4脚(即slope脚)—升/降压模式电流补偿；

5脚(即ss脚)—软启动(soft-start)功能引脚，具体实施时可通过一电容(容值为0.1uf)接地。

6脚(即comp脚)—反馈回路补偿调节，通过r4(优选阻值4.3kω)和c4(优选容值6.8nf)的取值来调节；

7脚、19脚和29脚(即agnd脚、pgnd脚和pad脚)—芯片接地引脚；

8脚(即fb脚)—输出电压反馈引脚；当芯片fb脚电压异常超出基准电压0.8v的7.5％时，芯片会关闭hdrv1脚、ldrv1脚、hdrv2脚、ldrv2脚驱动工作，芯片停止工作，从而实现过压保护；

9脚(即vosns脚)—输出电压侦测信号；

10脚和11脚(即isns-脚和sns+脚)—输入与输出电流检测引脚，接地禁用此功能；

12脚(即csg脚)—电流感应放大器的负输入；

13脚(即cs脚)—电流感应放大器的正输入；芯片内部通过侦测cs脚与csg脚两端的电压来实现过流保护，在降压阶段，cs脚与csg脚两端电压控制在最高76mv；在升压阶段，cs脚与csg脚两端电压控制在最高170mv；当某阶段高于以上最高电压时，芯片自检确认电流达到极限停止工作。

14脚(即pgood脚)—供电端，输出ok电压vcc7_reg，连接芯片vcc工作电压，作为powergood信号的上拉电压，当升降压芯片u供电正常时,此信号为高电平；当异常时会被拉低为低电平，即可检测芯片工作电压是否正常；

15脚和25脚(即sw2脚和sw1脚)—升压和降压开关节点，对应输出vout输出的开关信号(也叫phase信号)sw2和sw1；

16脚和24脚(即hdrv2脚和hdrv1脚)—控制high-sidemosfet栅极驱动器(设置在开关电路200内)，对应输出第二升压驱动信号hdrv2和第一升压驱动信号hdrv1；

17脚和23脚(即boot2脚和boot1脚)—给high-sidemosfet栅极驱动器提供偏置电压；

18脚和22脚(即ldrv2脚和ldrv1脚)—控制low-sidemosfet栅极驱动器，对应输出第二降压驱动信号ldrv2和第一降压驱动信号ldrv1；

20脚(即vcc脚)—vcc(芯片工作电压)偏置调节器的输出；

21脚(即bias脚)—vcc(芯片工作电压)偏置调节器的可选输入；

26脚(即en/uvlo脚)—enable使能信号，该引脚达到其阈值电压后ic方可开启工作，通过r1和r2分压来进行电压检测；当en/uvlo脚输入电压低于0.7v时，通过芯片内部比较器控制芯片停止工作.从而实现欠压保护。en/uvlo脚上的电压由直流电压vin经r1与r2电阻分压计算所得。

27脚(即vin脚)—升降压芯片u的输入电源引脚，通过d1稳压，c1滤波使直流电源更加稳定，确保升降压芯片u稳定工作；当vin输入端电流小于vout负载端所需电流时,芯片停止工作.从而实现欠流保护；

28脚(即visns脚)—输入电压侦测信号，即侦测直流电源输入接口是否输入直流电压vin，为了避免外部干扰，还可将visns脚通过一电容接地来滤除干扰。

所述开关电路200包括第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4、电感l、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第七电容c7和第八电容c8；所述第一mos管q1的漏极连接直流电源输入接口，第一mos管q1的栅极连接第七电阻r7的一端和升降压芯片u的hdrv1脚；第一mos管q1的源极连接第七电阻r7的另一端、电感l的一端、第二mos管q2的漏极和升降压芯片u的sw1脚；第二mos管q2的栅极连接第七电容c7的一端和升降压芯片u的ldrv1脚；第二mos管q2的源极连接第七电容c7的另一端、升降压芯片u的cs脚、第六电阻r6的一端、第四mos管q4的源极和第八电容c8的一端；第三mos管q3的漏极连接反馈输出电路300，第三mos管q3的栅极连接第八电阻r8的一端和升降压芯片u的hdrv2脚；第三mos管q3的源极连接电感l的另一端、第四mos管q4的漏极、第八电阻r8的另一端和升降压芯片u的sw2脚；第四mos管q4的栅极连接第八电容c8的另一端和升降压芯片u的ldrv2脚，第六电阻r6的另一端连接地和升降压芯片u的csg脚。

其中，图中的sp1、sp2是两个信号的短路连接点，用于区分两端不同名称信号线路，方便工程师做线路layout布线，可直接连线在一起。

所述q1～q4为开关mosfet，电感l的感值优选为3.3uh。升降压芯片内部集成了四个n通道场效应管驱动器，连接外部的两组high/lowsidenmosfet工作。其中一组mosfet(q3和q4)配合升降压芯片的升压工作，另一组mosfet配合升降压芯片的降压工作。采用固定频率电流模式控制升降压芯片的降压和升压运作，当直流电压vin大于输出电压vout时，升降压芯片在buck降压模式下工作，ldrv1与hdrv1驱动信号互补，驱动q1、q2工作,sw1开启工作，q3导通，q4截止，升压电路成直通状态；当直流电压vin小于输出电压vout时，在boost升压模式下工作，控制芯片hdrv2与ldrv2驱动信号互补，驱动q3、q4工作，sw2开启工作，q1导通，q2截止，降压电路成直通状态；当直流电压vin等于输出电压vout时，q1、q3导通，q2、q4截止，升降压电路均成直通状态，其运行在一个特定的转换降压或升压过渡模式，控制电压在指定的操作范围内，为任何输入/输出组合提供平稳的操作。

优选地，所述开关电路200还包括第九电阻r9、第十电阻r10和第九电容c9；所述第九电阻r9的一端连接第二mos管q2的源极，第九电阻r9的另一端连接第九电容c9的一端和升降压芯片u的cs脚，第十电阻r10的一端连接第六电阻r6的另一端，第十电阻r10的另一端连接第九电容c9的另一端和升降压芯片u的csg脚。其中，r9、r10用于隔离两端信号，c9用于抗干扰。

所述反馈输出电路300包括第十一电阻r11、第十二电阻r12和第十电容c10；第十一电阻r11的一端连接第十电容c10的一端和输出端(提供输出电压vout)；第十一电阻r11的另一端连接第十电容c10的另一端、第十二电阻r12的一端和升降压芯片u的fb脚；第十二电阻r12的另一端接地。

输出电压vout通过r11、r12分压，并与芯片内部误差放大器参考引脚电压vref作比较，误差放大器通过驱动内部comp补偿器产生误差电压。基于vin,vout的自适应斜坡补偿信号，在升降压芯片u的slope脚连接第三电容c3接地，用于输出电流补偿；通过cs脚和csg脚侦测电流信号,将计算结果与误差进行比较，由pwm(脉冲宽度调制，pwm为芯片内部脉冲宽度调制比较器，结合升降压芯片其它功能线路一起调节控制vout输出)比较器控制电压的输出。

所述反馈输出电路300还包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十一电容c11和第十二电容c12；所述第十三电阻r13的一端连接第十一电容c11的一端、第三mos管q3的漏极和输出端，第十三电阻r13的另一端连接升降压芯片u的bias脚，第十四电阻r14的一端连接第十二电容c12的一端、第三mos管q3的漏极和输出端，第十四电阻r14的另一端连接升降压芯片u的vosns脚，第十一电容c11另一端和第十二电容c12的另一端均接地。其中r13、r14用于两端信号的隔离；c11、c12起滤波抗干扰作用。

该升降压电源模块10的集成度高，占用pcb空间较小。同时，输出电压可设置的范围是0.8～55v，可根据各产品需求自行调节输出电压；升降压芯片u的fb脚固定电压为0.8v，通过r11与r12电阻分压计算所得输出电压.计算公式如下:

vout＝0.8/[r12/(r11+r12)]。本实施例中，输出电压为12v(现有电脑主板基本使用12v作为电源模块的输入电压值)。

综上所述，本实用新型通过在直流电源的供电后端与电源模块(主供主板、cpu)的输入端之间增加升降压电源模块，通过该升降压电源模块可对3.5～60v电压范围内不同的直流电源做升降压控制处理，处理后的输出电压始终维持在一个恒定不变的电压值，再传输给电源模块供电，安全稳定的输入电压给主板增加了一道安全防线。同时，升降压电源模块还具有欠压、欠流、过压与过流保护功能，有效防止主板元器件及cpu因电源供电问题导致烧坏，给主板输入供电多增加了一道安全防线。并且使用的直流型号电压不受限制，输入电压和输出电压允许的电压范围大，通用性强，可满足市场上极大多数主板产品的应用要求，且能满足客户对电源直流型号的多样化选择；电源模块的输入电压不受直流电源供电直接影响，从源头上排除产品安全隐患，使计算机系统工作更加安全稳定，且基本上能满足市面上所有不同电压的电源直流的应用要求，满足客户对电源直流的多样化选择。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。