多路级联直流电源的制作方法

本实用新型涉及电源电路技术领域，具体涉及一种多路级联直流电源。

背景技术：

随着电路系统的集成度不断提高，为板载芯片提供电源的数目和种类也不断增加。例如，智能交互大屏是通过触控技术与人交互，往往内部有高端的arm芯片，其内部结构复杂，需要多种电压供电(1.2v、1.8v、3.3v)。现有方案通常会使用三个电源芯片来转换电源板供电的5v变成相应的1.2v、1.8v、3.3v。但是这样器件多，占pcb尺寸，而且电源芯片发热大，结构也要因此配合。

现有技术中，为了实现多路电源的级联管理，通常为电源管理电路配置了专门的电源监测与排序芯片，每个电源监测与排序芯片连接多路电源模块，并选择其中电源模块的电压输出管脚与对应的电源监测与排序芯片的检测输入管脚相连，由此来实现了多路电源模块的级联管理，提高了可扩展性。虽然这种方式能够实现多路电源模块的管理和排序，但由于需要配置专门的电源监测与排序芯片，并配套主控芯片等，导致电路结构复杂，电源管理成本增加；另外，为实现电源轨的时序控制，需要为电源监测与排序芯片配置额外的时钟信号，而各电源模块也需要时序控制，因此，整体电源系统对时钟信号的精度要求较高，并且可能会带来系统误差，降低系统工作的可靠性。

因此，如何提供相对简单的电路结构来实现多路直流电源级联管理成为亟待解决的第一技术问题；

此外，如何提高电源系统可靠性，减少不同芯片间的复杂的时钟控制时序成为亟待解决的第二技术问题。

技术实现要素：

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种多路级联直流电源，以提供相对简单的电路结构来实现多路直流电源级联管理。

为此，根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种多路级联直流电源，包括：包括：直流电源转换电路，包括n+1路电源通道，各电源通道具有独立的输出端并分别由独立的使能端驱动，其中，n为大于等于1的整数；开关模块，分别连接至第1至n路电源通道的输出端和第2至n+1路电源通道的使能端；开关模块在第i路电源通道的输出端输出直流电源后，向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号，以使在第i路电源通道输出直流电源后，第i+1路电源通道输出直流电源，其中，i＝1,2,……,n。

可选地，开关模块包括n个开关单元，第i路电源通道的输出端连接至第i个开关单元的输入端，第i个开关单元的输出端连接至第i+1路电源通道的使能端；在第i个开关单元的输入端接收到第i路电源通道的输出端输出的直流电源后，第i个开关单元的输出端向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号。

可选地，开关单元包括：第一晶体管，其控制极为开关单元的输入端，第一极连接至外部电源，第二极用于连接至地；及第二晶体管，其控制极连接至第一晶体管的第一极，第一极连接至外部电源，第二极用于连接至地；第二晶体管的第一极为开关单元的输出端；第一晶体管在其控制极接收到高电平信号后导通第一晶体管第一极和第二极；第二晶体管的控制极被第一晶体管导通的第一极和第二极连接至地，第二晶体管截止，以使第二晶体管的第一极输出外部电源高电平信号作为开关单元输出的使能信号。

可选地，第一晶体管在其控制极接收到低电平信号期间断开第一晶体管的第一极和第二极；第二晶体管的控制极响应于第一晶体管第一极的高电平信号将第二晶体管导通，以使第二晶体管的第一极输出低电平信号，以禁止与开关单元输出端连接的电源通道输出直流电源。

可选地，开关单元还包括：第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻中的至少一个；其中，第一限流电阻连接至外部电源和第二晶体管的第一极之间；第一限流电阻与第二晶体管的第一极连接节点为开关单元的输出端；第二限流电阻连接至外部电源和第二晶体管的控制极之间；第三限流电阻的一端连接至第一晶体管的控制极，第三限流电阻的另一端为开关单元的输入端。

可选地，第1路电源通道的使能端连接至外部电源。

可选地，还包括：多个电源调节单元，分别连接至直流电源转换电路的各个输出端，多个电源调节单元用于分别将直流电源转换电路输出的各路直流电源调节为各自的目标电源。

可选地，开关模块用于接收经电源调节单元调节后的直流电源。

可选地，电源调节单元包括：电感，其一端连接至对应的电源通道的输出端；第一分压电阻，其一端连接至电感的另一端；第二分压电阻，连接至第一分压电阻的另一端和地之间；及电容，其一端连接在电感的另一端，电容的另一端连接至第一分压电阻和第二分压电阻的连接点；第一分压电阻和电感的连接点为目标电源的输出节点。

可选地，电容的另一端还连接至直流电源转换电路中与电感连接的电源通道对应的反馈端。

依据本实用新型实施例公开的一种多路级联直流电源，在直流电源转换电路的外围增加开关模块，由于开关模块分别连接至第1至n路电源通道的输出端和第2至n+1路电源通道的使能端，在第i路电源通道的输出端输出直流电源后，开关模块向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号，以使在第i路电源通道输出直流电源后，第i+1路电源通道可以输出直流电源，从而实现了第1至n+1路电源通道的输出端依次输出直流电源；相对于现有技术复杂的电路结构，本实用新型实施例提供的多路级联直流电源，电路结构简单，且无需额外增加时钟电路，即可实现多路级联直流电源自动按序输出。

作为可选的方案，开关模块包括n个开关单元，各个开关单元依次至上一路电源通道的输出端和下一路电源通道的使能端，也就是，各个开关单元根据上一路电源通道的输出自动控制下一路电源通道的输出，且各个开关单元之间彼此独立，从而，一方面提高了电源系统可靠性，另一方面，各个开关单元也无需配置复杂的时钟控制时序，从而减小了多路级联直流电源按序输出的控制复杂度，提高了电源系统可靠性。

作为可选的方案，电源调节单元通过电感、电阻和电容来实现，相对于现有技术中，针对直流电源转换电路采用电感和二极管等有源器件配合的调节方式，本实用新型实施例的电源调节单元电路结构简单，且相对于有源器件而言，能够有效减小电源调节单元的元器件成本。

本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本实用新型的实施方式进行描述。图中：

图1为本实施例公开的一种多路级联直流电源结构示意图；

图2为本实施例公开的一种开关单元电路结构示意图；

图3为本实施例公开的另一种多路级联直流电源结构示意图；

图4为本实施例公开的一种三路直流电源级联的电路结构示意图。

具体实施方式

本实施例中，所称“晶体管”可以是双极型晶体管(bjt)，也可以是场效应管(mosfet)；当晶体管为双极型晶体管时，控制极可以是基极，第一、第二极可以分别是发射极、集电极；当晶体管为场效应管时，控制极可以是栅极，第一、第二极可以分别是源极、漏极。在具体实施过程中，根据本实施例的记载，本领域技术人员能够选择合适的晶体管来实现相应的功能，第一、第二极的关系可以相互置换。

为了提供相对简单的电路结构来实现多路直流电源级联管理，本实施例公开了一种多路级联直流电源，请参考图1，为本实施例公开的一种多路级联直流电源结构示意图，该多路级联直流电源包括：直流电源转换电路u1和开关模块k，其中，直流电源转换电路u1包括n+1路电源通道，各电源通道具有独立的输出端(lx1、lx2、lx3……)，并分别由独立的使能端(en1、en2、en3……)驱动，n为大于等于1的整数；n+1路电源通道用于分别将外部电源vbus转化为各自的直流电源输出。具体地，请参考图1，各电源通道分别通过各自的输入端(vin1、vin2、vin3……)从外部电源vbus取电，各电源通道需在其使能端(en1、en2、en3……)获得使能信号(例如高电平)后，通过各自内部的电源转化电路(例如dc-dc电路)将外部电源vbus转化为各自对应的直流电源，然后，通过各自的输出端(lx1、lx2、lx3……)输出；在对各电源通道输出的直流电源进行调节后即可供外部负载使用。在具体实施过程中，各电源通道的输入端(vin1、vin2、vin3……)可以耦接电容等滤波电路，使得可以对外部电源vbus提供的电源进行滤波。需要说明的是，本实施例示意了3路电源通道，在具体实施过程中，本领域技术人员可以适当增减电源通道数，但本实施例至少需要两路电源通道。

本实施例中，开关模块k分别连接至第1至n路电源通道的输出端(lx1、lx2、lx3……)和第2至n+1路电源通道的使能端(en2、en3……)。在具体实施例中，开关模块k在第i路电源通道的输出端输出直流电源后，向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号，以使在第i路电源通道输出直流电源后，第i+1路电源通道输出直流电源，其中，i＝1,2,……,n。

在可选的实施例中，第i+1路电源通道输出的直流电源的电压值与第i路电源通道输出的直流电源的电压值不相等。

进一步地，直流电源转换电路为一芯片，芯片型号为m1693rq10。

具体地，请参考图1，第1路电源通道的输出端lx1输出直流电源后，开关模块k向第2路电源通道的使能端en2提供使能信号，使得第2路电源通道的输出端lx2输出其对应的直流电源；第2路电源通道的输出端lx2输出直流电源后，开关模块k向第3路电源通道的使能端en3提供使能信号，使得第3路电源通道的输出端lx3输出其对应的直流电源。作为示例，n+1路电源通道输出的直流电源可以分别是1.2v、1.8v和3.3v。

本实用新型实施例公开的一种多路级联直流电源，在直流电源转换电路的外围增加开关模块，由于开关模块分别连接至第1至n路电源通道的输出端和第2至i+1路电源通道的使能端，在第i路电源通道的输出端输出直流电源后，开关模块向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号，以使在第i路电源通道输出直流电源后，第i+1路电源通道可以输出直流电源，从而实现了第1至n+1路电源通道的输出端依次输出直流电源；相对于现有技术复杂的电路结构，本实用新型实施例提供的多路级联直流电源，电路结构简单，且无需额外增加时钟电路，即可实现多路级联直流电源自动按序输出。

请参考图1，在具体实施过程中，开关模块包括n个开关单元1，第i路电源通道的输出端连接至第i个开关单元1的输入端，第i个开关单元1的输出端连接至第i+1路电源通道的使能端。在第i个开关单元1的输入端接收到第i路电源通道的输出端输出的直流电源后，第i个开关单元1的输出端向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号。

本实施例中，开关模块包括n个开关单元，各个开关单元依次至上一路电源通道的输出端和下一路电源通道的使能端，也就是，各个开关单元根据上一路电源通道的输出自动控制下一路电源通道的输出，且各个开关单元之间彼此独立，从而，一方面提高了电源系统可靠性，另一方面，各个开关单元也无需配置复杂的时钟控制时序，从而减小了多路级联直流电源按序输出的控制复杂度，提高了电源系统可靠性。

请参考图2，为本实施例公开的一种开关单元的电路结构示意图，该开关单元包括：第一晶体管q1和第二晶体管q2，其中，

第一晶体管q1的控制极(例如栅极)为开关单元1的输入端11，第一极(例如源极)连接至外部电源vbus，第二极(例如漏极)用于连接至地；第二晶体管q2的控制极(例如栅极)连接至第一晶体管q1的第一极(例如源极)，第一极(例如源极)连接至外部电源vbus，第二极(例如漏极)用于连接至地；第二晶体管q2的第一极(例如源极)为开关单元1的输出端12；

本实施例中，第一晶体管q1在其控制极(例如栅极)接收到高电平信号后导通第一晶体管q1第一极(例如源极)和第二极(例如漏极)；第二晶体管q2的控制极被第一晶体管q1导通的第一极(例如源极)和第二极(例如漏极)连接至地，第二晶体管q2截止，以使第二晶体管q2的第一极输出外部电源vbus高电平信号作为开关单元1输出的使能信号en。

第一晶体管q1在其控制极(例如栅极)接收到低电平信号期间断开第一晶体管q1的第一极(例如源极)和第二极(例如漏极)；第二晶体管q2的控制极(例如栅极)响应于第一晶体管q1第一极(例如源极)的高电平信号将第二晶体管q2导通，以使第二晶体管q2的第一极(例如源极)输出低电平信号，以禁止与开关单元1输出端连接的电源通道输出直流电源。

在可选的实施例中，请参考图2，开关单元1还包括：第一限流电阻r21、第二限流电阻r22和第三限流电阻r23中的至少一个；其中，

第一限流电阻r21连接至外部电源vbus和第二晶体管q2的第一极(例如源极)之间；第一限流电阻r21与第二晶体管q2的第一极(例如源极)连接节点为开关单元1的输出端；第二限流电阻r22连接至外部电源vbus和第二晶体管q2的控制极(例如栅极)之间；第三限流电阻r23的一端连接至第一晶体管q1的控制极(例如栅极)，第三限流电阻r23的另一端为开关单元1的输入端。

需要说明的是，在具体实施过程，本领域技术人员可以根据实际需要，适当配置第一限流电阻r21、第二限流电阻r22和第三限流电阻r23，可以配置其中的一个、两个或三个。

请参考图1，在可选的实施例中，第1路电源通道的使能端en1连接至外部电源vbus。具体地，第1路电源通道的使能端en1可以通过限流电阻连接至外部电源vbus。

本实施例中，第1路电源通道的使能端en1连接至外部电源vbus，使得在外部电源vbus上电后，首先向第1路电源通道提供使能信号，进而使得第1路电源通道先输出直流电源，而后，其它各电源通道的输出端逐路输出直流电源。

请参考图3，为本实施例公开的另一种级联直流电源电路结构图，该级联直流电源还包括：

多个电源调节单元2，各电源调节单元2分别连接至直流电源转换电路u1的各个输出端(lx1、lx2、lx3……)，多个电源调节单元2用于分别将直流电源转换电路u1输出的各路直流电源调节为各自的目标电源(例如1.2v、1.8v、3.3v)。

在具体实施例中，电源调节单元2包括：电感l1、第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和电容c1，其中：

电感l1的一端连接至对应的电源通道的输出端(例如lx1、lx2、lx3)；第一分压电阻r1的一端连接至电感l1的另一端；第二分压电阻r2连接至第一分压电阻r1的另一端和地之间；电容c1的一端连接在电感l1的另一端，电容c1的另一端连接至第一分压电阻r1和第二分压电阻r2的连接点；第一分压电阻r1和电感l1的连接点为目标电源的输出节点(例如vout1、vout2、vout3)。本实施例中，电源调节单元2中的电感和电阻根据电源通道的输出端(例如lx1、lx2、lx3)分别调节相应的目标电源；电阻的大小决定目标电源的大小，具体地，计算公式为vout＝a*(1+r1/r2)，其中，vout为目标电源的电压值，a为与电源芯片u1相关的常系数。本实施例中，可以分别对r1和r2进行调节，来调节vout1、vout2、vout3的大小。

请参考图3，在可选的实施例中，电容c1的另一端还连接至直流电源转换电路u1中与电感l1连接的电源通道对应的反馈端(例如vfb1、vfb2、vfb3)，由此，来分别对目标电源的输出节点(例如vout1、vout2、vout3)的输出电源进行闭环控制。

本实施例中，电源调节单元通过电感、电阻和电容来实现，相对于现有技术中，针对直流电源转换电路采用电感和二极管等有源器件配合的调节方式，本实用新型实施例的电源调节单元电路结构简单，且相对于有源器件而言，能够有效减小电源调节单元的元器件成本。

需要说明的是，在具体实施过程中，本领域技术人员可以根据实际需要，在电源调节单元2上增加适当的稳压、滤波电路。作为示例，请参考图3，针对vout1，可以增加电容滤波电路；针对vout2，可以增加电容滤波电路，以及电阻和二极管构成的稳压电路；针对vout1，可以增加rc电容滤波电路。需要说明的是，上述稳压、滤波电路仅仅是示例描述，不构成对本实施例技术方案的限制，在具体实施过程中，也可以不配置稳压、滤波电路；具体地，可以依据具体负载来配置各路稳压、滤波电路，各路配置的稳压、滤波电路可以相同，也可以不同。

在可选的实施例中，开关模块k用于接收经电源调节单元调节后的直流电源，以使在本路电源通道输出的电压调节稳定后，驱动下一路电源通道输出目标电源。

为便于本领域技术人员理解，作为示例，请参考图2和图3，第1路电源通道的输出端lx1输出电源，经电源调节单元2调节为目标电源vout1；第1路电源通道的目标电源vout1输出到第1个开关单元1的输入端11，第1个开关单元1的输出端12输出使能信号en至第1路电源通道的使能端en2，从而使第2路电源通道的输出端lx2输出电源。

请参考图4，示例了三路直流电源级联的电路结构示意图，直流电源转换电路u1的三个输入端(vin1、vin2、vin3)从外部电源vbus取电；直流电源转换电路u1的三个输出端(lx1、lx2、lx3)连接至各自的电源调节单元2；第1路的使能端en1耦接至外部电源vbus；第1路电源通道输出的电压经电源调节单元2调节后，输入至第1个开关单元1，第1个开关单元1的输出端连接至第2路的使能端en2；第2路电源通道输出的电压经电源调节单元2调节后，输入至第2个开关单元1，第2个开关单元1的输出端连接至第3路的使能端en3。图4示例的电路结构工作过程如下：

(1)当芯片u1上电后，即接通外部电源vbus后，第1路的使能端en1得到使能信号，因此，第1路电源通道先输出目标电源vout1；

(2)vout1输入到第1个开关单元1后，vout1导通晶体管q1，晶体管q2的控制极被导通的晶体管q1连接至地，因此，晶体管q2截止；由于晶体管q2截止，因此，晶体管q2的第一极输出高电平信号；

(3)第1路电源通道对应的开关单元1输出的高电平被送入第2路电源通道的使能端en2，从而使第2路电源通道也开始输出目标电源vout2；

(4)类似地，在输出vout2之后，第2路电源通道对应的开关单元1输出的高电平被送入第3路电源通道的使能端en3，从而使第3路电源通道也开始输出目标电源vout3。

从而实现了多路电源依次输出。

本实施例公开的一种多路级联直流电源，在直流电源转换电路的外围增加开关模块，由于开关模块分别连接至第1至n路电源通道的输出端和第2至n+1路电源通道的使能端，在第i路电源通道的输出端输出直流电源后，开关模块向第i+1路电源通道的使能端提供使能信号，以使在第i路电源通道输出直流电源后，第i+1路电源通道可以输出直流电源，从而实现了第1至n+1路电源通道的输出端依次输出直流电源；相对于现有技术复杂的电路结构，本实用新型实施例提供的多路级联直流电源，电路结构简单，可减少pcb的面积；且无需额外增加时钟电路，即可实现多路级联直流电源自动按序输出，较少发热，节省用料，节省成本。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。