CN115208175A - 一种降低多路电源输出纹波的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低多路电源输出纹波的电路及方法，涉及电源转换技术领域，该电路至少包括：非对称时钟传播网络和带主从检测功能的电源转换模块；非对称时钟传播网络包括主从端口以及与主从端口连接的时钟传播单元；主端口的电抗特性与从端口的电抗特性不同；该电源转换模块包括主从检测单元和电源转换单元；主从检测单元用于检测电源转换单元是否为主单元；与主端口连接的电源转换单元为主单元，其他为从单元；时钟传播单元将主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各从单元，以使从单元按照所述同步时钟信号工作；本发明能够使多个带主从检测功能的电源转换模块之间频率相同，从而消除“混频”的现象，减小输出电源纹波。

Description

一种降低多路电源输出纹波的电路及方法

技术领域

本发明涉及电源转换技术领域，特别是涉及一种降低多路电源输出纹波的电路及方法。

背景技术

在多口快充供电装置中，当电源转换模块为开关电源转换模块且多个电源转换模块同时工作，并公用同一个电源时，由于多个电源转换模块之间很难做到频率完全相同，会出现“混频”的现象，互相干扰，引起其输出电源纹波过大。这是因为每个开关电源转换模块在工作时，会从电源模块抽取周期性的电流，引起电源模块的输出纹波，且这种纹波会作为在其他开关电源转换模块的输入。不同的电源转换模块的工作频率不一样，不同频率相互叠加、混频，很容易会在每个开关电源转换模块的输出端看到低频的混频纹波，影响用电设备的使用。

传统的解决方法是，在电源模块的输出端，即开关电源转换模块的输入端，增加滤波元件（例如电容），尽量降低输入电压的纹波；或者通过PCB板走线等优化比如星型连接，减弱输入电压的纹波互相干扰，这些方法虽然能够改善上述问题，但是效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低多路电源输出纹波的电路及方法，通过控制带主从检测功能的电源转换模块同步时钟，使多个带主从检测功能的电源转换模块之间频率相同，从而消除“混频”的现象，减小输出电源纹波。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种降低多路电源输出纹波的电路，至少包括：非对称时钟传播网络和多个带主从检测功能的电源转换模块；

所述非对称时钟传播网络包括多个端口以及与每个所述端口均连接的时钟传播单元；其中，一个所述端口为主端口，其他所述端口为从端口，且所述主端口的电抗特性与所述从端口的电抗特性不同；

所述带主从检测功能的电源转换模块至少包括主从检测单元和电源转换单元；所述主从检测单元与所述端口连接，且不同的所述主从检测单元连接不同的所述端口；

所述主从检测单元用于检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元；

所述时钟传播单元用于将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

可选地，所述带主从检测功能的电源转换模块还包括检测同步管脚；所述检测同步管脚与所述端口连接，且不同的所述检测同步管脚连接不同的端口；

所述主从检测单元，用于：

获取所述检测同步管脚对应的所述端口的电抗信号；

判断所述电抗信号是否在设定阈值范围内；

若是，则将所述电源转换单元确定为主单元；

若否，则将所述电源转换单元确定为从单元。

可选地，所述从单元依次通过所述从单元对应的检测同步管脚、所述非对称时钟传播网络的端口以及所述主单元对应的检测同步管脚与所述主单元连接；

所述主从检测单元通过所述主从检测单元对应的检测同步管脚与所述端口连接；

其中，在同一带主从检测功能的电源转换模块中，所述电源转换单元对应的检测同步管脚与所述主从检测单元对应的检测同步管脚为同一检测同步管脚。

可选地，所述时钟传播单元，用于：

获取从所述主单元的检测同步管脚传输的系统时钟信号，并将所述系统时钟信号确定为同步时钟信号；

将所述同步时钟信号通过所述主单元对应的检测同步管脚、所述端口和所述从单元对应的检测同步管脚发送至所述从单元中，以使各所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

可选地，所述电源转换单元，用于：

当接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照所述同步时钟信号工作；

当未接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照自身内部系统时钟信号工作。

可选地，还包括与每个所述带主从检测功能的电源转换模块均连接的电源模块。

第二方面，本发明提供的一种降低多路电源输出纹波的方法应用于第一方面所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，所述降低多路电源输出纹波的方法包括：

所述主从检测单元检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元；

所述时钟传播单元将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种降低多路电源输出纹波的电路及方法，该电路至少包括：非对称时钟传播网络和多个带主从检测功能的电源转换模块；所述非对称时钟传播网络包括多个端口以及与每个所述端口均连接的时钟传播单元；其中，一个所述端口为主端口，其他所述端口为从端口，且所述主端口的电抗特性与所述从端口的电抗特性不同；所述带主从检测功能的电源转换模块至少包括主从检测单元和电源转换单元；所述主从检测单元与所述端口连接，且不同的所述主从检测单元连接不同的所述端口；所述主从检测单元用于检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元；所述时钟传播单元用于将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作，使多个带主从检测功能的电源转换模块之间频率相同，从而消除“混频”的现象，减小输出电源纹波。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种降低多路电源输出纹波的电路的结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种当电抗信号为电阻信号且第二电阻接地时，降低多路电源输出纹波的电路的结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种当电抗信号为电容信号且第二电容接地时，降低多路电源输出纹波的电路的结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的一种降低多路电源输出纹波的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种降低多路电源输出纹波的电路及方法，其工作原理如下：

对现有的电源转换模块进行转换，得到至少包括主从检测单元和电源转换单元的带主从检测功能的电源转换模块。

在一个非对称时钟传播网络中，要求只能有一个主单元。上电后，每个带主从检测功能的电源转换模块的管脚检测对应的电阻值或者电容值，并与约定的电阻值或者电容值对比；对比后，一个电源转换单元通过主从检测单元的设计把自己设定为主单元，并将该电源转换单元所在的带主从检测功能的电源转换模块设为主模块，其它的电源转换单元通过主从检测单元的把自己设定为从单元，并将该电源转换单元所在的带主从检测功能的电源转换模块设为从模块。主模块向非对称时钟传播网络发送同步时钟信号，从模块从非对称时钟传播网络接收同步时钟信号。从模块之间直接进行连接，从模块与主模块之间通过时钟传输网络的方式进行连接。具体地：

如图1所示，有n个带主从检测功能的电源转换模块，该带主从检测功能的电源转换模块可以是芯片，并当带主从检测功能的电源转换模块是芯片时，每个带主从检测功能的电源转换模块上都设置有管脚det_syn，管脚det_syn还连接非对称时钟传播网络。管脚det_syn有2个功能：检测功能和同步功能。即，用于从主从检测单元中检测该电源转换模块中的电源转换单元的角色，发送或接收来自非对称时钟传播网络中的同步时钟信号。其中，管脚det_syn，可以是独立功能的管脚，或者复用其他功能的管脚。

检测功能：通过检测管脚对应的电阻值或者电容值，对比约定的电阻值或者电容值，确定自身是主单元还是从单元。

同步功能：确定角色后，主单元一边工作，一边向非对称时钟传播网络发送同步时钟信号；从单元从非对称时钟传播网络中接受同步时钟信号，作为自身时钟。

如果管脚未接收到来自非对称时钟传播网络中的同步时钟信号，则带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元使用自己内部时钟工作。

带主从检测功能的电源转换模块启动时，主从检测单元通过管脚det_syn以获取管脚的电阻值或者容抗值，当对应的电阻值或者容抗值符合主单元的电阻值或者电容值时，把该电源转换模块中的电源转换单元设定为主单元，并把管脚det_syn设定为同步功能，然后将主单元的自身内部系统时钟信号输出至主单元的管脚det_syn，主单元通过管脚det_syn向非对称时钟传播网络发送自身的内部系统时钟信号并将此时钟信号确定为同步时钟信号。

其他带主从检测功能的电源转换模块启动时，主从检测单元通过管脚det_syn以获取管脚的电阻值或者容抗值，当对应的电阻值或者容抗值符合从单元的电阻值或者电容值时，把该电源转换模块中的电源转换单元设定为从单元，然后把管脚det_syn设定为同步功能，通过管脚det_syn来接收向非对称时钟传播网络传输的同步时钟信号。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种降低多路电源输出纹波的电路，至少包括：非对称时钟传播网络和多个带主从检测功能的电源转换模块。

所述非对称时钟传播网络包括多个端口以及与每个所述端口均连接的时钟传播单元；其中，一个所述端口为主端口，其他所述端口为从端口，且所述主端口的电抗特性与所述从端口的电抗特性不同。

所述带主从检测功能的电源转换模块至少包括主从检测单元和电源转换单元；所述主从检测单元与所述端口连接，且不同的所述主从检测单元连接不同的所述端口。

所述主从检测单元用于检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元。

所述时钟传播单元用于将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

进一步地，带主从检测功能的电源转换模块还包括检测同步管脚；所述检测同步管脚与所述端口连接，且不同的所述检测同步管脚连接不同的端口。

所述主从检测单元，用于：

获取所述检测同步管脚对应的所述端口的电抗信号，并判断所述电抗信号是否在设定阈值范围内；所述电抗信号为电阻信号或者电容信号；

若是，则将所述电源转换单元确定为主单元；若否，则将所述电源转换单元确定为从单元。

所述从单元依次通过所述从单元对应的检测同步管脚、所述非对称时钟传播网络的端口以及所述主单元对应的检测同步管脚与所述主单元连接；所述主从检测单元通过所述主从检测单元对应的检测同步管脚与所述端口连接。

其中，在同一带主从检测功能的电源转换模块中，所述电源转换单元对应的检测同步管脚与所述主从检测单元对应的检测同步管脚为同一检测同步管脚。

更进一步地，所述时钟传播单元，用于：

获取从所述主单元的检测同步管脚传输的系统时钟信号，并将所述系统时钟信号确定为同步时钟信号；

将所述同步时钟信号通过所述主单元对应的检测同步管脚、所述端口和所述从单元对应的检测同步管脚发送至所述从单元中，以使各所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

所述电源转换单元，用于：

当接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照所述同步时钟信号工作；

当未接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照自身内部系统时钟信号工作。

作为一种优选的实施方式，本实施例提供的电路还包括与每个所述带主从检测功能的电源转换模块均连接的电源模块。

实施例二

如图2所示，本实施例提供的一种降低多路电源输出纹波的电路为多口快充适配器，至少包括：第一电阻R1、第二电阻R2、多个带主从检测功能的电源转换模块以及与每个带主从检测功能的电源转换模块通信的非对称时钟传播网络。该带主从检测功能的电源转换模块至少包括主从检测单元和电源转换单元。

第二电阻R2的一端与带主从检测功能的电源转换模块y的检测同步管脚det_syn连接，第一电阻R1的一端分别与带主从检测功能的电源转换模块1-n的检测同步管脚det_syn连接；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端接地。

在本实施例中，带主从检测功能的电源转换模块均为独立的输出快充电路，每路输出快充电路至少包括协议控制。带主从检测功能的电源转换模块为DCDC芯片，优选为buck芯片、boost芯片或者buck-boost芯片，带主从检测功能的电源转换模块的个数优选为2~4，带主从检测功能的电源转换模块的检测同步管脚det_syn为上述芯片的管脚。

带主从检测功能的电源转换模块1的检测同步管脚det_syn到带主从检测功能的电源转换模块n的检测同步管脚det_syn以及带主从检测功能的电源转换模块y的检测同步管脚det_syn，可复用为其他功能管脚。在带主从检测功能的电源转换模块启动一定的时间内完成工作模式的设定，工作模式有同频控制器工作模式（即带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元时的工作模式）、受控模块工作模式（即带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元时的工作模式）、独立工作模式（即带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为独立工作的模式）三种工作模式。当带主从检测功能的电源转换模块启动设定为独立工作模式时(n=1)，检测同步管脚det_syn可复用为其他功能管脚。

当带主从检测功能的电源转换模块启动工作且在未进行工作模式判断时，电路默认以系统内部时钟作为整个系统的时钟源。

当带主从检测功能的电源转换模块启动后，当带主从检测功能的电源转换模块的输出电流流到检测同步管脚det_syn，通过内部采样检测同步管脚det_syn的电压进行主从单元的判断。具体为：当带主从检测功能的电源转换模块Y的输出电流流到检测同步管脚det_syn时，带主从检测功能的电源转换模块Y识别到检测同步管脚det_syn的电阻值为第二电阻R2对应的电阻值，带主从检测功能的电源转换模块1到带主从检测功能的电源转换模块n的检测同步管脚det_syn短接在一起，带主从检测功能的电源转换模块1到带主从检测功能的电源转换模块n对应的管脚电压相同，带主从检测功能的电源转换模块1到带主从检测功能的电源转换模块n的输出电流流到检测同步管脚det_syn时，带主从检测功能的电源转换模块1到带主从检测功能的电源转换模块n识别到检测同步管脚det_syn的电阻值为第一电阻R1与第二电阻R2串联后得到的电阻值。

按照约定，识别的电阻值为第二电阻R2对应的电阻值的带主从检测功能的电源转换模块，配置其中的电源转换单元为主单元，并调整内部检测同步管脚det_syn的连接，检测同步管脚det_syn连接到内部系统时钟并输出。识别的电阻值为第一电阻R1与第二电阻R2串联后得到的电阻值的带主从检测功能的电源转换模块，配置其中的电源转换单元为从单元，并调整检测同步管脚det_syn连接到非对称时钟传播网络，以使各从单元按照同步时钟信号工作。

进一步地，本实施例提供的电路还包括与每个所述带主从检测功能的电源转换模块均连接的电源。优选地，电源为ACDC。

实施例三

实施例三是实施例二的结构中，第二电阻R2接高的一种体现。检测同步管脚det_syn通过第二电阻R2接入外部电源，带主从检测功能的电源转换模块内部通过检测同步管脚det_syn抽取一定电流。带主从检测功能的电源转换模块内部采集检测同步管脚det_syn的电压，在已知外部电源vcc值后即可求出通过检测同步管脚det_syn接入的电阻值。

其他操作过程与实施例二相同，在此不在过多赘述。

实施例四

如图3所示，实施例四是实施例二的结构中，改变阻抗元件的一种体现。阻抗元件由电阻变为电容。带主从检测功能的电源转换模块内置振荡器，通过检测同步管脚det_syn接入电容，从而引起振荡波形的频率与幅度变化，进而计算电容值。具体如下：

本实施例提供的一种降低多路电源输出纹波的电路为多口快充适配器，至少包括：第一电容C1、第二电容C2、多个带主从检测功能的电源转换模块以及与每个带主从检测功能的电源转换模块通信的非对称时钟传播网络。

第二电容C2的一端与带主从检测功能的电源转换模块y的检测同步管脚det_syn连接，第一电容C1的一端分别与带主从检测功能的电源转换模块1-n的检测同步管脚det_syn连接；第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端连接；第二电容C2的另一端接地。

按照约定，识别的电容值为第二电容C2对应的电容值的带主从检测功能的电源转换模块，配置其中的电源转换单元为主单元，并调整内部检测同步管脚det_syn的连接，检测同步管脚det_syn连接到内部系统时钟并输出。识别的电容值为第一电容C11与第二电容C2确定的电容值的带主从检测功能的电源转换模块，配置其中的电源转换单元为从单元，并调整检测同步管脚det_syn连接到非对称时钟传播网络，以使各从单元按照同步时钟信号工作。

其中，带主从检测功能的电源转换模块检测到阻抗变化时，可以根据预先约定好的阻抗特性，选用不同的检测方法：

（1）电压电流法：适用于电阻型的电路。通过检测到的各个带主从检测功能的电源转换模块的电阻值，将此带主从检测功能的电源转换模块设置为主单元或者从单元。

（2）充电放电法：适用于电容型的电路。通过施加一定的电压，对电容进行充电，当到电容的电压达某一阈值时，开始放电，低于某一阈值时重新进行充电，由此产生振荡波形，计算出各个带主从检测功能的电源转换模块的电容值，根据各个带主从检测功能的电源转换模块的电容值，将此带主从检测功能的电源转换模块设置为主单元或者从单元。

实施例五

如图4所示，本实施例提供的应用于实施例一所述的一种降低多路电源输出纹波的方法，包括：

步骤100：所述主从检测单元检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元。

步骤200：所述时钟传播单元将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，至少包括：非对称时钟传播网络和多个带主从检测功能的电源转换模块；

所述非对称时钟传播网络包括多个端口以及与每个所述端口均连接的时钟传播单元；其中，一个所述端口为主端口，其他所述端口为从端口，且所述主端口的电抗特性与所述从端口的电抗特性不同；

所述带主从检测功能的电源转换模块至少包括主从检测单元和电源转换单元；所述主从检测单元与所述端口连接，且不同的所述主从检测单元连接不同的所述端口；

所述主从检测单元用于检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元；

所述时钟传播单元用于将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

2.根据权利要求1所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，所述带主从检测功能的电源转换模块还包括检测同步管脚；所述检测同步管脚与所述端口连接，且不同的所述检测同步管脚连接不同的端口；

所述主从检测单元，用于：

获取所述检测同步管脚对应的所述端口的电抗信号；

判断所述电抗信号是否在设定阈值范围内；

若是，则将所述电源转换单元确定为主单元；

若否，则将所述电源转换单元确定为从单元。

3.根据权利要求2所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，所述从单元依次通过所述从单元对应的检测同步管脚、所述非对称时钟传播网络的端口以及所述主单元对应的检测同步管脚与所述主单元连接；

所述主从检测单元通过所述主从检测单元对应的检测同步管脚与所述端口连接；

其中，在同一带主从检测功能的电源转换模块中，所述电源转换单元对应的检测同步管脚与所述主从检测单元对应的检测同步管脚为同一检测同步管脚。

4.根据权利要求2所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，所述时钟传播单元，用于：

获取从所述主单元的检测同步管脚传输的系统时钟信号，并将所述系统时钟信号确定为同步时钟信号；

将所述同步时钟信号通过所述主单元对应的检测同步管脚、所述端口和所述从单元对应的检测同步管脚发送至所述从单元中，以使各所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

5.根据权利要求1所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，所述电源转换单元，用于：

当接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照所述同步时钟信号工作；

当未接收到从所述非对称时钟传播网络发送的同步时钟信号时，按照自身内部系统时钟信号工作。

6.根据权利要求1所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，其特征在于，还包括与每个所述带主从检测功能的电源转换模块均连接的电源模块。

7.一种降低多路电源输出纹波的方法，其特征在于，所述降低多路电源输出纹波的方法应用于权利要求1-6任一项所述的一种降低多路电源输出纹波的电路，所述方法包括：

所述主从检测单元检测所述电源转换单元是否为主单元；其中，与所述主端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为主单元，与所述从端口连接的带主从检测功能的电源转换模块中的电源转换单元为从单元；

所述时钟传播单元将所述主单元的系统时钟信号作为同步时钟信号，并发送至各所述从单元，以使所述从单元按照所述同步时钟信号工作。

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