CN108288913A - 一种电源管理电路和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源管理电路和电子设备。该电源管理电路包括至少两个供电支路，每个供电支路包括一个电源模块和多个路径控制模块，路径控制模块的个数与外部模块接口的个数相适配；电源模块的电源输入引脚连接供电单元，电源模块的电源输出引脚分别连接每个路径控制模块的输入端，每个路径控制模块的输出端连接一个外部模块接口；电源模块，用于将供电单元的电压转换为额定的电压值进行输出；路径控制模块，用于控制电源模块与对应外部模块接口之间路径的开启或关闭，进而将电源模块输出的电压值输出至指定的外部模块接口。本发明不仅可以提高电源模块的利用率，而且可以防止电源模块超载，延长电源模块的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电源供电领域，具体涉及一种电源管理电路和电子设备。
背景技术
目前，一般的电子设备的供电模式是由电源主板对电子设备中的各个外部模块进行供电，具体地，电源主板上会使用多路不同电压输出能力和不同负载能力的电源模块为各个外部模块供电。由于每个电源模块输出的电压值固定且负载能力有限，在实际应用中，经常会出现如下两种情况：一种情况是：如果某一路电源模块上挂载的负载过多，超出了该电源模块的负载能力，从而使得该电源模块长期处于重载的状态，不仅大幅度降低该电源模块的使用寿命，而且影响了与该电源模块连接的外部模块的正常工作；另一种情况是：某负载能力比较强的电源模块上只挂载了很少的负载，导致该电源模块的电源利用率降低。
综上所述，现有的电子设备的供电模式无法针对每个外部模块的供电需求和各个电源模块的供电能力提供合适的供电策略，导致电源利用率低。
发明内容
本发明提供了一种电源管理电路和电子设备，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种电源管理电路，所述电源管理电路包括至少两个供电支路，
每个供电支路包括一个电源模块和多个路径控制模块，所述路径控制模块的个数与外部模块接口的个数相适配；所述电源模块的电源输入引脚连接供电单元，所述电源模块的电源输出引脚分别连接每个所述路径控制模块的输入端，每个所述路径控制模块的输出端连接一个外部模块接口；
所述电源模块，用于将所述供电单元的电压转换为额定的电压值进行输出；
所述路径控制模块，用于控制所述电源模块与对应外部模块接口之间路径的开启或关闭，进而将所述电源模块输出的电压值输出至指定的外部模块接口。
根据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括供电单元、多个外部模块接口，以及上述的电源管理电路。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案中的电源管理电路包括至少两个供电支路，不同供电支路中的电源模块能够提供不同的供电电压，并且每个供电支路中包括多个路径控制模块，每个路径控制模块与一个外部模块接口连接，实现了根据外部模块接口的供电需求，由路径控制模块灵活地控制相应的电源模块与对应外部模块接口之间的路径开启或关闭，从而实现为每个外部模块接口提供合适的供电电压。这种方法不仅可以提高电源模块的利用率，而且可以防止电源模块超载，延长电源模块的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种电源管理电路的功能结构示意图；
图2是本发明一个实施例的另一种电源管理电路的功能结构示意图；
图3是本发明一个实施例的一种电源管理电路的电路图；
图4是本发明一个实施例的一种电压调整模块的电路图；
图5是本发明一个实施例的另一种电压调整模块的电路图；
图6是本发明一个实施例的一种电子设备的功能结构示意图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：针对现有的电子设备的供电模式无法针对每个外部模块的供电需求和各个电源模块的供电能力提供合适的供电策略导致电源利用率低的问题，发明人想到，构建多个供电支路，每个供电支路包括一个电源模块，并在该电源模块与每个外部模块接口之间设置路径控制模块，通过路径控制模块控制所述电源模块与对应外部模块接口之间路径的开启或关闭，进而将所述电源模块输出的电压值输出至指定的外部模块接口，实现为不同供电需求的外部接口提供合适的供电电压。
图1是本发明一个实施例的一种电源管理电路的功能结构示意图，如图1所示，该电源管理电路10包括至少两个供电支路10_1。每个供电支路10_1包括一个电源模块111和多个路径控制模块112，路径控制模块112的个数与外部模块接口30的个数相适配，即，路径控制模块112的个数与外部模块接口30的个数相同。电源模块111的电源输入引脚连接供电单元20，电源模块111的电源输出引脚分别连接每个路径控制模块112的输入端，每个路径控制模块112的输出端连接一个外部模块接口30；电源模块111，用于将供电单元20的电压转换为额定的电压值进行输出；路径控制模块112，用于控制电源模块111与对应外部模块接口30之间路径的开启或关闭，进而将电源模块111输出的电压值输出至指定的外部模块接口30。
由此可知，本发明的技术方案中的电源管理电路包括至少两个供电支路，不同供电支路中的电源模块能够提供不同的供电电压，并且每个供电支路中包括多个路径控制模块，每个路径控制模块与一个外部模块接口连接，实现了根据外部模块接口的供电需求，由路径控制模块灵活地控制相应的电源模块与对应外部模块接口之间的路径开启或关闭，从而实现为每个外部模块接口提供合适的供电电压。这种方法不仅可以提高电源模块的利用率，而且可以防止电源模块超载，延长电源模块的使用寿命。
图3是本发明一个实施例的一种电源管理电路的电路图，如图3所示，以电源模块1所在的供电支路为例，本实施例中的路径控制模块112包括第一分压电阻(如R15、R19和R23)、第二分压电阻(如R16、R20和R24)、开关管和拨码开关(如S7、S9和S11)；其中开关管包括MOS管，MOS管作为开关元件，其是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压决定其工作状态。
第一分压电阻的一端连接开关管的源极，第一分压电阻的另一端连接开关管的栅极；第二分压电阻一端连接第一分压电阻和开关管的栅极的连接端，第二分压电阻的另一端通过拨码开关接地；第一分压电阻和开关管的源极的连接端连接路径控制模块的输入端，开关管的漏极连接路径控制模块的输出端。本实施例中，R15、R16为分压电阻，R15的一端接开关管的源极，R15的另一端接开关管的栅极，R16的一端接R15和开关管的栅极的连接端，R16的另一端通过拨码开关S7接地。S7导通时，R15和R16分压使PMOS导通并工作在合适状态，则电源模块1为外部模块接口1供电；S7断开时，PMOS截止，则电源模块1停止为外部模块接口1供电。本实施例中MOS管采用P沟道MOS场效应晶体管，在实际应用中，也可以采用N沟道MOS场效应晶体管，本申请对MOS场效应晶体管的类型不作限定。
图2是本发明一个实施例的另一种电源管理电路的功能结构示意图，如图2所示，每个供电支路10_1还包括输入控制模块113；
输入控制模块113的输入端与供电单元20和电源模块111的电源输入引脚的连接端连接，输入控制模块113的输出端与电源模块111的使能控制引脚连接；输入控制模块113，用于控制电源模块111的开启或关闭。
例如，外部模块接口1的额定工作电压为5V、外部模块接口2的额定工作电压为3.3V；电源模块1的输出电压为5V，电源模块2的输出电压为3.3V，电源模块3的输出电压为12V，此时，只需控制与电源模块1和电源模块2连接的输入控制模块开启即可，无需控制与电源模块3连接的输入控制模块开启。具体地，仍如图3所示，以电源模块1所在的供电支路为例，输入控制模块113包括一电阻(如R7)和一拨码开关(如S3)，电阻R7的一端与供电单元20和电源模块1的电源输入引脚的连接端连接，电阻R7的另一端与拨码开关S3的一端连接，拨码开关S3的另一端接地，电阻R7和拨码开关S3的连接端与电源模块1的使能控制引脚连接。当所述拨码开关S3断开时，所述电源模块1的使能控制端输出高电平，所述电源模块1开启；当所述拨码开关S3闭合时，所述电源模块1的使能控制端输出低电平，所述电源模块1关闭。可见，本发明的技术方案通过输入控制模块根据外部模块接口的供电需求控制相应的电源模块开启或关闭，从而达到节约电能的目的，而且能够有效防止过压情况的发生，有效保护外部模块的正常运行。
目前，一般的电子设备的供电模式是通过电源主板上不同的电压输出能力和不同负载能力的电源模块为不同的外部模块供电。例如，5V的电源模块为5V的外部模块供电，3.3V的电源模块为3.3V的外部模块供电，12V的电源模块为12V的外部模块供电，当外部模块需要的工作电压不同时，只能通过软件对各个电源模块的输出电压值进行调整或者开关控制，无法通过硬件电路对电源模块的输出电压值进行调整。
因此，在本发明的一个实施例中，仍如图2所示，每个供电支路11_1还包括电压调整模块114，如图3所示，电压调整模块114的第一端口与电源模块111的电源输出引脚连接，电压调整模块114的第二端口与每个路径控制模块112的输入端连接，电压调整模块114的第三端口与电源模块111的电压调整引脚连接，电压调整模块114的第四端口接地；电压调整模块114，用于对电源模块111输出的电压值进行调整，并将调整后的电压值输送至每个路径控制模块112的输入端。电压调整模块114的第一端口为电压调整模块114的输入端，电压调整模块114的第一端口与电源模块111的电压输出引脚连接，电压调整模块114的第二端口为电压调整模块114的输出端，电压调整模块114的第二端口与路径控制模块112的输入端连接，电压调整模块114的第四端口为地，电压调整模块114的第三端口为电压调整引脚，与电源模块111的电压调整引脚相连接，实现通过硬件电路结构即可对电源电压的输出电压进行调整，相比于采用软件对各个电源模块的输出电压值进行调整或者开关，本发明的技术方案具备更加稳定、可靠的优势。
本实施例中电压调整模块114主要有以下三种电路结构：
第一种电路结构：图4是本发明一个实施例的一种电压调整模块的电路图，如图4所示，以电源模块1所在的供电支路为例，所述电压调整模块114包括上分压电阻R2和至少一个下分压通路，所述下分压通路包括串联的一拨码开关(如S2-1、S2-2和S2-3)和一下分压电阻(如R4、R5和R6)；所述上分压电阻R2的一端连接在所述电压调整模块的第一端口和所述第二端口之间，电压调整模块的第一端口和第二端口相连接，所述上分压电阻R2的另一端与每个所述下分压通路的一端连接，每个所述下分压通路的另一端连接所述电压调整模块的第四端口，所述上分压电阻与每个所述下分压通路的连接端连接所述电压调整模块的第三端口。本实施例中，假设R2、S2-1和R4对应的调整电压为3.3V；R2、S2-2、R5对应的调整电压为5V；R2、S2-3、R6对应的调整电压为12V；当闭合S2-1时，将电源模块1的输出电压调整至3.3V；当闭合S2-2时，将电源模块1的输出电压调整至5V；当闭合S2-3时，将电源模块1的输出电压调整至12V。
第二种电路结构：图5是本发明一个实施例的另一种电压调整模块的电路图，如图5所示，以电源模块1所在的供电支路为例，电压调整模块114包括下分压电阻(如R5)和至少一个上分压通路，上分压通路包括串联的一拨码开关(如S1-1、S1-2和S1-3)和一上分压电阻；
每个上分压通路的一端连接在电压调整模块114的第一端口和第二端口之间；每个上分压通路的另一端与下分压电阻的一端连接，下分压电阻的另一端连接电压调整模块114的第四端口，下分压电阻与每个上分压通路的连接端连接电压调整模块114的第三端口。本实施例中，假设R1、S1-1和R5对应的调整电压为3.3V；R2、S1-2和R5对应的调整电压为5V；R3、S1-3和R5对应的调整电压为12V。当闭合S1-1时，将电源模块1的输出电压调整至3.3V；当闭合S1-2时，将电源模块1的输出电压调整至5V；当闭合S2-3时，将电源模块1的输出电压调整至12V。
第三种电路结构：仍如图3所示，所述电压调整模块114包括至少一个分压通路；
以电源模块1所在的供电支路为例，其中一个分压通路包括上分压电阻(如R1)、下分压电阻(如R4)、第一拨码开关(如S1-1)和第二拨码开关(如S2-1)；另一个分压通路包括上分压电阻(如R2)、下分压电阻(如R5)、第一拨码开关(如S1-2)和第二拨码开关(如S2-2)；再一个分压通路包括上分压电阻(如R3)、下分压电阻(如R6)、第一拨码开关(如S1-3)和第二拨码开关(如S2-3)；具体地，以R1所在的分压通路为例，上分压电阻R1的一端连接在电压调整模块114的第一端口和第二端口之间，上分压电阻R1的另一端依次通过第一拨码开关S1-1和第二拨码开关S2-1与下分压电阻R4的一端连接，下分压电阻R4的另一端连接电压调整模块114的第四端口，第一拨码开关S1-1和第二拨码开关S2-1的连接端连接电压调整模块114的第三端口。当S1-1与S2-1、S2-2、S2-3进行不同的组合时，将对电源模块的输出电压进行不同电压值的调整。可见，本发明的技术方案将拨码开关进行不同的组合，即可将对电源模块的输出电压调整至不同的电压值。
由上电压调整模块114的三种电路结构可知，第三种电路结构相比于第一种电路结构和第二种电路结构具有多样性的优势，可以满足不同外部模块的供电需求。第一种电压调整模块和第一种电压调整模块的电路结构可以对电源模块的输出电压进行单一性调整，相比于第三种电路结构具有避免误操作的优势。在实际应用中，可以根据需要选择合适的电路结构对电压调整模块进行设计，本申请对电压调整模块的具体电路结构的类型不作进一步限定。
本实施例中，电源模块包括显示单元；该显示单元，用于显示电源模块输出的电压值和/或电源模块的电流负载情况。例如，电源模块1的额定输出电压值是5V，经过电压调整模块110_4调整后，输出电压由5V变为3.3V，此时显示模块显示该电源模块的实际输出电压值3.3V，也可以同时显示该电源模块的额定输出电压值5V和实际输出电压值为3.3V。另外，每个电源模块的负载能力不同，显示单元显示该电源模块连接的负载个数，当该电源模块连接的负载个数超出该电源模块的最大负载个数时，进行预警处理，从而对该电源模块起到保护作用，延长电源模块的使用寿命。
需要说明的是，在本实施例中，可以手动控制拨码开关，也可以自动控制拨码开关。
仍如图3所示，假设电源模块1的额定电压/额定电流为5V/3A，电源模块2的额定电压/额定电流为12V/5A。当外部模块1、外部模块2和外部模块3为不同的工作电压/最大耗流时，将灵活地采用不同的供电策略，供电策略如表1所示。
表1.不同外部模块的供电策略表
根据表1可知，当外部模块1、外部模块2和外部模块3的工作电压/最大耗流均为5V/1A时，控制外部模块1、外部模块2和外部模块3均连接至电源模块1，从而不仅可以保证外部模块的供电正常，而且未超出电源模块15V/3A的最大负载能力，并可以使得电源模块1的电源利用率达到最佳。
当外部模块1和外部模块2的工作电压/最大耗流均为5V/1A时，外部模块3的工作电压/最大耗流均为5V/2A时，由于3个外部模块的最大耗流已经超出了电源模块1的额定电流，因此将电源模块2的输出电压调整至5V，并将3个外部模块全部连接至电源模块2。由此可见，本发明的技术方案即使在电源模块输出额定电压有限的情况下，依旧可以通过电压调整模块将相应的电源模块的输出电压调整至外部模块所需的电压值，保证各个外部模块的供电正常。
当外部模块1的工作电压/最大耗流均为5V/1A，外部模块2的工作电压/最大耗流均为5V/2A时，外部模块3的工作电压/最大耗流均为12V/1A时，控制外部模块1和外部模块2接至电源模块1，外部模块3接至电源模块2；
当外部模块1的工作电压/最大耗流均为5V/1A，外部模块2的工作电压/最大耗流均为12V/2A,外部模块3的工作电压/最大耗流均为12V/1A时，控制外部模块1接至电源模块1，外部模块2和外部模块3接至电源模块2；由此可见，在电源模块的额定工作电压和额定电流能够满足各个外部模块的供电需求时，只要根据各个外部模块的工作电压/最大耗流，控制外部模块与相应的电源模块连接即可，实现了可以根据每个外部模块的供电需求进行定向供电，既能够保证外部模块的供电正常，还能够防止电源模块超负责，延长电源模块的使用寿命。
当外部模块1的工作电压/最大耗流均为12V/1A，当外部模块2的工作电压/最大耗流均为12V/3A，当外部模块3的工作电压/最大耗流均为12V/1A时，既可以将电源模块1的电压调整至12V，然后控制外部模块1接至电源模块1，同时控制外部模块2和外部模块3接至电源模块2；也可以将控制外部模块1、外部模块2和外部模块3全部接至电源模块2。由此可见，只要能够保证各个外部模块的供电正常，并且在电源的负载能力范围内，可以采用灵活的供电策略。
需要说明的是，在获取各个外部模块所需的工作电压/最大耗流时，既可以通过人为方式获取，也可以采用相关设备自动获取。
实施例二
图6是本发明一个实施例的一种电子设备的功能结构示意图，如图6所示，该电子设备60包括供电单元20、多个外部模块接口30，以及如图1所示的电源管理电路10。
该电子设备60包括无人机、可穿戴设备、移动终端等。
需要说明的是，电源管理电路10的结构和工作过程已经在上文详细描述，在此不再赘述。供电单元20包括电池。
综上所述，本发明的技术方案中的电源管理电路包括至少两个供电支路，不同供电支路中的电源模块能够提供不同的供电电压，并且每个供电支路中包括多个路径控制模块，每个路径控制模块与一个外部模块接口连接，实现了根据外部模块接口的供电需求，由路径控制模块灵活地控制相应的电源模块与对应外部模块接口之间的路径开启或关闭，从而为每个外部模块接口提供合适的供电电压。这种方法不仅可以提高电源模块的利用率，而且可以防止电源模块超载，延长电源模块的使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电源管理电路，其特征在于，所述电源管理电路包括至少两个供电支路，
每个供电支路包括一个电源模块和多个路径控制模块，所述路径控制模块的个数与外部模块接口的个数相适配；所述电源模块的电源输入引脚连接供电单元，所述电源模块的电源输出引脚分别连接每个所述路径控制模块的输入端，每个所述路径控制模块的输出端连接一个外部模块接口；
所述电源模块，用于将所述供电单元的电压转换为额定的电压值进行输出；
所述路径控制模块，用于控制所述电源模块与对应外部模块接口之间路径的开启或关闭，进而将所述电源模块输出的电压值输出至指定的外部模块接口。
2.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，每个供电支路还包括输入控制模块；
所述输入控制模块的输入端与所述供电单元和所述电源模块的电源输入引脚的连接端连接，输出端与所述电源模块的使能控制引脚连接；
所述输入控制模块，用于控制所述电源模块的开启或关闭。
3.如权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述输入控制模块包括一电阻和一拨码开关；
所述电阻的一端与所述供电单元和所述电源模块的电源输入引脚的连接端连接，所述电阻的另一端与所述拨码开关的一端连接，所述拨码开关的另一端接地，所述电阻和所述拨码开关的连接端与所述电源模块的使能控制引脚连接。
4.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，每个供电支路还包括电压调整模块，
所述电压调整模块的第一端口与所述电源模块的电源输出引脚连接，所述电压调整模块的第二端口与每个所述路径控制模块的输入端连接，所述电压调整模块的第三端口与所述电源模块的电压调整引脚连接，所述电压调整模块的第四端口接地；
所述电压调整模块，用于对所述电源模块输出的电压值进行调整，并将调整后的电压值输送至每个所述路径控制模块的输入端。
5.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述电压调整模块包括上分压电阻和至少一个下分压通路，所述下分压通路包括串联的一拨码开关和一下分压电阻；
所述上分压电阻的一端连接在所述电压调整模块的第一端口和所述第二端口之间，所述上分压电阻的另一端与每个所述下分压通路的一端连接，每个所述下分压通路的另一端连接所述电压调整模块的第四端口，所述上分压电阻与每个所述下分压通路的连接端连接所述电压调整模块的第三端口。
6.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述电压调整模块包括下分压电阻和至少一个上分压通路，所述上分压通路包括串联的一拨码开关和一上分压电阻；
每个所述上分压通路的一端连接在所述电压调整模块的第一端口和所述第二端口之间，每个所述上分压通路的另一端与下分压电阻的一端连接，下分压电阻的另一端连接所述电压调整模块的第四端口，所述下分压电阻与每个所述上分压通路的连接端连接所述电压调整模块的第三端口。
7.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述电压调整模块包括至少一个分压通路；
所述分压通路包括上分压电阻、下分压电阻、第一拨码开关和第二拨码开关；
所述上分压电阻的一端连接在所述电压调整模块的第一端口和所述第二端口之间，所述上分压电阻的另一端依次通过所述第一拨码开关和所述第二拨码开关与所述下分压电阻的一端连接，所述下分压电阻的另一端连接所述电压调整模块的第四端口，所述第一拨码开关和第二拨码开关的连接端连接所述电压调整模块的第三端口。
8.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述路径控制模块包括第一分压电阻、第二分压电阻、开关管和拨码开关；
所述第一分压电阻的一端连接所述开关管的源极，所述第一分压电阻的另一端连接所述开关管的栅极；
所述第二分压电阻一端连接所述第一分压电阻和所述开关管的栅极的连接端，所述第二分压电阻的另一端通过所述拨码开关接地；
所述第一分压电阻和所述开关管的源极的连接端连接所述路径控制模块的输入端，所述开关管的漏极连接所述路径控制模块的输出端。
9.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述电源模块包括显示单元；
所述显示单元，用于显示所述电源模块输出的电压值和/或所述电源模块的电流负载情况。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括供电单元、多个外部模块接口，以及如权利要求1-9任意一项所述的电源管理电路。
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