CN104682352A - 一种改进的电源管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源电路技术领域，提供了一种改进的电源管理装置，包括控制器、输出控制调节模块、电源转换模块和过流保护模块，所述控制器连接所述输出控制调节模块，所述控制器用于发送调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号给所述输出控制调节模块；所述输出控制调节模块连接所述电源转换模块，用于在接收到所述调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号后，完成所述信号所对应的电路的调整；所述电源转换模块基于供电电源，经过转换后输出一个稳定的电压；所述过流保护模块连接所述电源转换模块，用于在输出电流超过预设值后，停止电压输出。本发明解决了现有技术中由于电源输出不稳定，造成的电源系统容易故障的问题。

Description

一种改进的电源管理装置

【技术领域】

本发明涉及电源电路技术领域，特别是涉及一种改进的电源管理装置。

【背景技术】

电子产品的电源电路是整个产品重要的一部分，有着简单或复杂的拓扑，不同的产品会根据市场匹配不同的电气性能，如短路保护、过流保护、过温保护、自动调节、带有时序控制等等，功能越多的电源转换芯片，集成度也就越高，对应的成本也会增加。另外，大多数的电子产品(如机顶盒、手机、路由器等等)的损坏，从维修统计数据来看，电源系统故障和损坏占了绝大部分。常见的接口插拔短路，电源输出不稳定，电源使用功率不匹配等等都是导致出现损坏的主要原因。鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中电源电路控制下电源输出不稳定，电源使用功率不匹配的问题。

本发明提供了一种改进的电源管理装置，所述电源管理装置包括控制器、输出控制调节模块、电源转换模块和过流保护模块，具体的：

所述控制器连接所述输出控制调节模块，所述控制器用于发送调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号给所述输出控制调节模块时；所述输出控制调节模块连接所述电源转换模块，用于在接收到所述调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号后，完成所述输出电压或者限流阈值所对应的电路调整；所述电源转换模块基于供电电源，经过转换后输出一个稳定的电压；所述过流保护模块连接所述电源转换模块，用于在电源管理装置的输出电流超过预设值后，停止电源转换模块的电压输出。

优选的，所述电源管理装置还包括电压监测模块和电流监测模块，具体的：

所述控制器还通过电压监测模块和电流监测模块连接所述电源转换模块，从而对所述电源转换模块的输出电压和输出电流进行监测。

优选的，所述电源转换模块中包括稳压模块，具体的：

所述稳压模块由集成功率放大器U1构成，所述集成功率放大器U1的正向输入端口串联电阻R1和电阻R2后接地；在所述电阻R2两端并联一个稳压二极管，通过所述稳压二极管提供的参考电压VREF，生成所述集成功率放大器U1的正向电压；所述电源管理装置的输出端口串联电阻R3和电阻R4后接地，通过将所述集成功率放大器U1的反相输入端口连接到电阻R3和电阻R4之间，从而形成电压负反馈电路；当电源管理装置的输出因为不稳定因素变高；在输出电压有波动时，所述电压负反馈电路保证所述集成功率放大器U1的输入做出相应调整，以便输出稳定的电压。

优选的，所述电源转换模块中包括复合电压跟随器，具体的：

由两个半导体三极管Q1和Q2组成复合电压跟随器，其中半导体三极管Q2的发射极连接半导体三极管Q1的基极，半导体三极管Q1的集电极和半导体三极管Q2的集电极相连并作为复合电压跟随器的集电极，半导体三极管Q2的基极则作为复合电压跟随器的基极，半导体三极管Q1的发射极作为复合电压跟随器的发射极；利用共基极的连接方式将所述复合电压跟随器连接到所述稳压模块的输出端口，半导体三极管Q1输出的电压即为所述电源管理装置的输出电压。

优选的，所述过流保护模块包括一个限流电路，所述限流电路的输出端口和所述稳压模块的输出端口相连，具体的：

所述限流电路由集成功率放大器U2构成，所述集成功率放大器U2的正向输入端口连接所述电源管理装置的输出端口；所述集成功率放大器U2的反相输入端口通过电阻R5和电阻R6连接到所述电源管理装置的输出端口；其中，电阻R6串联在所述电源管理装置的输出线路上，和所述电源管理装置的输出电流形成一个可变压降；其中，电阻R5由一电流源提供稳定电流，产生固定的压降；当所述电源管理装置的输出电流形变大时，电阻R6产生的压降增大；由于所述稳压模块的存在，此时电源管理装置的输出电压不变，于是电阻R5连接电阻R6的接口电压便要增大；在所述电阻R5产生压降固定情况下，所述集成功率放大器U2的反相输入端口电压增加，于是所述集成功率放大器U2输出负电压；当所述集成功率放大器U2产生的负电压和所述集成功率放大器U1产生的正电压相同时，所述电源管理装置的输出电压为零。

优选的，所述集成功率放大器U1和集成功率放大器U2之间串联一发光二极管，所述发光二极管的正极接口和所述集成功率放大器U1的输出接口连接，具体的：

在所述集成功率放大器U2输出电压和所述集成功率放大器U1输出电压的压差超过所述发光二极管的工作电压时，所述发光二级管发光指示当前电源管理装置输出电流过大。

优选的，所述电压监测模块具体包括：

由集成运算放大器构成的电压跟随器，将所述电源管理装置输出端口的电压，经过电阻R7和电阻R8分压后，作为所述电压跟随器的正向输入端口输入信号；所述电压跟随器的输出电压传递给控制器的模数转换接口，从而完成对所述电源转换模块的电压监测。

优选的，所述电流监测模块具体包括：

根据集成运算放大器构成的减法器，通过获取所述电源管理装置输出电压上的采样电阻R6的压降来计算生成所要监测的电流。

优选的，所述控制器在获取到所述电流监测模块返回的电流超出安全范围时，控制所述输出控制调节模块断开电源转换模块的电源供电。

优选的，所述电源管理装置还包括显示模块，用于根据电压监测模块反馈的电压值和所述电流监测模块返回的电流值，计算当前的输出功率，并将所述电流值、电压值和输出功率显示在所述显示模块中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明对电源管理装置进行了改进，增设了具有稳压功能的电源转换模块和过流保护模块，从而解决了现有技术中由于电源输出不稳定，电源使用功率不匹配，造成的电源系统容易故障的问题。

【附图说明】

图1是本发明实施例提供的一种改进的电源管理装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种改进的电源管理装置中电源转换模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种改进的电源管理装置中限流模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种改进的电源管理装置中电压监测模块和电流监测模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种改进的电源管理装置的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种改进的电源管理装置，其特征在于，所述电源管理装置包控制器1、输出控制调节模块2、电源转换模块3和过流保护模块4，具体的：

所述控制器1连接所述输出控制调节模块2，所述控制器1用于发送调节输出电压或者调节过流保护模块4的限流阈值的信号给所述输出控制调节模块2；所述输出控制调节模块2连接所述电源转换模块3，用于在接收到所述调节输出电压或者调节过流保护模块4的限流阈值的信号后，完成所述输出电压或者限流阈值所对应的电路调整；

所述电源转换模块3基于供电电源，经过转换后输出一个稳定的电压；

所述过流保护模块4连接所述电源转换模块3，用于在电源管理装置的输出电流超过预设值后，停止电源转换模块3的电压输出。

本发明对电源管理装置进行了改进，增设了具有稳压功能的电源转换模块3和过流保护模块4，从而解决了现有技术中由于电源输出不稳定，电源使用功率不匹配，造成的电源系统容易故障的问题。

为了进一步的提高本发明提出的电源管理装置的可靠性，基于本实施例提出了一种扩展方案，其中，所述电源管理装置还包括电压监测模块6和电流监测模块5，具体的：

所述控制器1还通过电压监测模块6和电流监测模块5连接所述电源转换模块3，从而对所述电源转换模块3的输出电压和输出电流进行监测。

根据上述电源管理装置还包括电压监测模块6和电流监测模块5扩展方案基础上，本实施例还存在一种扩展方案，所述控制器1在获取到所述电流监测模块5返回的电流超出安全范围时，控制所述输出控制调节模块断开电源转换模块的电源供电。

优选的，本实施例存在一种实现方式，所述电源管理装置还包括显示模块7，用于根据电压监测模块反馈的电压值和所述电流监测模块5返回的电流值，计算当前的输出功率，并将所述电流值、电压值和输出功率显示在所述显示模块7中。

实施例2:

本实施例基于实施例1中公开的电源管理装置基础上实现，通过具体的实例描述如何实现所述电源转换模块3。在本实施例中，如图2所示，所述电源转换模块3中包括稳压模块，具体的：

所述稳压模块由集成功率放大器U1构成，所述集成功率放大器U1的正向输入端口串联电阻R1和电阻R2后接地；

在所述电阻R2两端并联一个稳压二极管，通过所述稳压二极管提供的参考电压VREF，生成所述集成功率放大器U1的正向电压；

所述电源管理装置的输出端口串联电阻R3和电阻R4后接地，通过将所述集成功率放大器U1的反相输入端口连接到电阻R3和电阻R4之间，从而形成电压负反馈电路；

当电源管理装置的输出因为不稳定因素变高；在输出电压有波动时，所述电压负反馈电路保证所述集成功率放大器U1的输入做出相应调整，以便输出稳定的电压。

一种具体的电压负反馈调整实例为：在所述电压负反馈电路供给所述集成功率放大器U1反相输入端口电压也会增加，于是所述集成功率放大器U1的输出电压便会随之下降，从而使得电源管理装置的输出电压下降。

结合本实施例，为了能够提高负载性能，，所述电源转换模块中还可设计增加复合电压跟随器，具体的：

由两个半导体三极管Q1和Q2组成复合电压跟随器，其中半导体三极管Q2的发射极连接半导体三极管Q1的基极，半导体三极管Q1的集电极和半导体三极管Q2的集电极相连并作为复合电压跟随器的集电极，半导体三极管Q2的基极则作为复合电压跟随器的基极，半导体三极管Q1的发射极作为复合电压跟随器的发射极；利用共基极的连接方式将所述复合电压跟随器连接到所述稳压模块的输出端口，半导体三极管Q1输出的电压即为所述电源管理装置的输出电压。

实施例3:

本实施例基于实施例1和/或实施例2中公开的电源管理装置基础上实现，通过具体的实例描述如何实现所述过流保护模块4。在本实施例中，如图3所示所述过流保护模块4中包括限流电路，所述限流电路的输出端口和所述稳压模块的输出端口相连，具体的：

所述限流电路由集成功率放大器U2构成，所述集成功率放大器U2的正向输入端口连接所述电源管理装置的输出端口；

所述集成功率放大器U2的反相输入端口通过电阻R5和电阻R6连接到所述电源管理装置的输出端口；其中，电阻R6串联在所述电源管理装置的输出线路上，和所述电源管理装置的输出电流形成一个可变压降；其中，电阻R5由一电流源提供稳定电流，产生固定的压降；

当所述电源管理装置的输出电流形变大时，电阻R6产生的压降增大；由于所述稳压模块的存在，此时电源管理装置的输出电压不变，于是电阻R5连接电阻R6的接口电压便要增大；在所述电阻R5产生压降固定情况下，所述集成功率放大器U2的反相输入端口电压增加，于是所述集成功率放大器U2输出负电压；

当所述集成功率放大器U2产生的负电压和所述集成功率放大器U1产生的正电压相同时，所述电源管理装置的输出电压为零。

结合本实施例，为了能够在输出电流超标的情况下，操作人员能够警觉到该情况，本实施例在一种扩展方案中，包括所述集成功率放大器U1和集成功率放大器U2之间串联一发光二极管，所述发光二极管的正极接口和所述集成功率放大器U1的输出接口连接，具体的：

在所述集成功率放大器U2输出电压和所述集成功率放大器U1输出电压的压差超过所述发光二极管的工作电压时，所述发光二级管发光指示当前电源管理装置输出电流过大。

实施例4:

本实施例可以结合上述实施例1进行实现，也可以和所述实施例2和/或者实施3组合到一起实现。如图4所示，所述电压监测模块6具体包括：

由集成运算放大器U3构成的电压跟随器，将所述电源管理装置输出端口的电压，经过电阻R7和电阻R8分压后，作为所述电压跟随器的正向输入端口输入信号；

所述电压跟随器的输出电压传递给控制器1的模数转换接口，从而完成对所述电源转换模块的电压监测。

如图4所示，所述电流监测模块5具体包括：：

根据集成运算放大器U4构成的减法器，通过获取所述电源管理装置输出电压上的采样电阻R6的压降来计算生成所要监测的电流。

实施例5:

如图5所示，为本发明实施例提供的一种改进的电源管理装的结构示意图，其包含了上述实施例2至实施例4的各种模块，揭示了其共同实现的方式。在本发明各实施例中，例如：

针对实施例2中的电源转换模块3的电压转换的控制，可以通过将电阻R1替换为由控制器I/O接口连接可控制电阻器件Rx来实现。而输出电压会随着Rx的增大而减小，随之减小而增大。

针对实施例3中的过流保护模块4的限流电路，可以通过将电阻R5替换为由控制器I/O接口连接可控制电阻器件Ry来实现。而允许输出电流会随着Ry的增大而减小，随之减小而增大。

具体实现在此不一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进的电源管理装置，其特征在于，所述电源管理装置包括控制器、输出控制调节模块、电源转换模块和过流保护模块，具体的：

所述控制器连接所述输出控制调节模块，所述控制器用于发送调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号给所述输出控制调节模块；

所述输出控制调节模块连接所述电源转换模块，用于在接收到所述调节输出电压或者调节过流保护模块的限流阈值的信号后，完成所述输出电压或者限流阈值所对应的电路调整；

所述电源转换模块基于供电电源，经过转换后输出一个稳定的电压；

所述过流保护模块连接所述电源转换模块，用于在电源管理装置的输出电流超过预设值后，停止电源转换模块的电压输出。

2.如权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，还包括电压监测模块和电流监测模块，具体的：

所述控制器还通过电压监测模块和电流监测模块连接所述电源转换模块，从而对所述电源转换模块的输出电压和输出电流进行监测。

3.如权利要求1或2所述的电源管理装置，所述电源转换模块中包括稳压模块，具体的：

所述稳压模块由集成功率放大器U1构成，所述集成功率放大器U1的正向输入端口串联电阻R1和电阻R2后接地；

在所述电阻R2两端并联一个稳压二极管，通过所述稳压二极管提供的参考电压VREF，生成所述集成功率放大器U1的正向电压；

所述电源管理装置的输出端口串联电阻R3和电阻R4后接地，通过将所述集成功率放大器U1的反相输入端口连接到电阻R3和电阻R4之间，从而形成电压负反馈电路；在输出电压有波动时，所述电压负反馈电路保证所述集成功率放大器U1的输入做出相应调整，以便输出稳定的电压。

4.根据权利要求3所述的电源管理装置，其特征在于，所述电源转换模块中包括复合电压跟随器，具体的：

由两个半导体三极管Q1和Q2组成复合电压跟随器，其中半导体三极管Q2的发射极连接半导体三极管Q1的基极，半导体三极管Q1的集电极和半导体三极管Q2的集电极相连并作为复合电压跟随器的集电极，半导体三极管Q2的基极则作为复合电压跟随器的基极，半导体三极管Q1的发射极作为复合电压跟随器的发射极；

利用共基极的连接方式将所述复合电压跟随器连接到所述稳压模块的输出端口，半导体三极管Q1输出的电压即为所述电源管理装置的输出电压。

5.根据权利要求1-4任一所述的电源管理装置，其特征在于，所述过流保护模块包括一个限流电路，所述限流电路的输出端口和所述稳压模块的输出端口相连，具体的：

所述限流电路由集成功率放大器U2构成，所述集成功率放大器U2的正向输入端口连接所述电源管理装置的输出端口；

所述集成功率放大器U2的反相输入端口通过电阻R5和电阻R6连接到所述电源管理装置的输出端口；其中，电阻R6串联在所述电源管理装置的输出线路上，和所述电源管理装置的输出电流形成一个可变压降；其中，电阻R5由一电流源提供稳定电流，产生固定的压降；

当所述电源管理装置的输出电流形变大时，电阻R6产生的压降增大；由于所述稳压模块的存在，此时电源管理装置的输出电压不变，于是电阻R5连接电阻R6的接口电压便要增大；在所述电阻R5产生压降固定情况下，所述集成功率放大器U2的反相输入端口电压增加，于是所述集成功率放大器U2输出负电压；

当所述集成功率放大器U2产生的负电压和所述集成功率放大器U1产生的正电压相同时，所述电源管理装置的输出电压为零。

6.根据权利要求5所述的电源管理装置，其特征在于，所述集成功率放大器U1和集成功率放大器U2之间串联一发光二极管，所述发光二极管的正极接口和所述集成功率放大器U1的输出接口连接，具体的：

在所述集成功率放大器U2输出电压和所述集成功率放大器U1输出电压的压差超过所述发光二极管的工作电压时，所述发光二级管发光表明当前电源管理装置输出电流过大。

7.如权利要求2-6所述的电源管理装置，其特征在于，所述电压监测模块具体包括：

由集成运算放大器构成的电压跟随器，将所述电源管理装置输出端口的电压，经过电阻R7和电阻R8分压后，作为所述电压跟随器的正向输入端口输入信号；

所述电压跟随器的输出电压传递给控制器的模数转换接口，从而完成对所述电源转换模块的电压监测。

8.如权利要求2-7所述的电源管理装置，其特征在于，所述电流监测模块具体包括：

根据集成运算放大器构成的减法器，通过获取所述电源管理装置输出电压上的采样电阻R6的压降来计算生成所要监测的电流。

9.如权利要求8所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制器在获取到所述电流监测模块返回的电流超出安全范围时，控制所述输出控制调节模块断开电源转换模块的电源供电。

10.如权利要求2-9任一所述的电源管理装置，其特征在于，还包括显示模块，用于根据电压监测模块反馈的电压值和所述电流监测模块返回的电流值，计算当前的输出功率，并将所述电流值、电压值和输出功率显示在所述显示模块中。