CN117578860A - 一种电压输出转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压输出转换系统，过流保护与防反接、软启动、滤波三部分功能合成一个电路，并且多路输出电压时间偏差低。电源输入模块包括输入正极、输入负极、防反接电路、启动电容、滤波器、输出正极和输出负极；防反接电路与输入正极和输入负极连接；第一TVS管的与输入正极和防反接电路连接；启动电容与防反接电路连接；滤波器的一端与输入正极和防反接电路连接，另一端与输出正极和输出负极连接；同步控制模块与第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路连接，同步控制模块向第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路发出驱动信号，同步控制第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路的导通。

Description

一种电压输出转换系统
技术领域
本发明涉及一种电压输出转换系统，用于计算机中。
背景技术
计算机配置的不同接口电源特性不同，机上电源需经过转换以满足电压特性要求和供电兼容性要求。若输出的电源电压稳定性不够，当为CPU或者其他精密传感器供电时，会严重影响计算机性能。因此，为有效保障计算机的正常工作，需在电源模块设计时充分考虑供电能力和质量。
电源接通的瞬间，由于输入滤波器的滤波电容快速的充电会产生浪涌电流，此外，若电源正负极接反会损坏后端设备，因此，过流保护和防反接是电源设计所必须考虑的内容，以防止电路故障或者异常时，瞬时电流或反极性电压损坏电路中某些重要器件或者造成更严重后果。在计算机的应用场景下，对电源模块的输出纹波要求较高，而电源模块的开关频率通常较高，因此高频噪声的能量占据主导地位，需要更多的考虑高频噪声的滤除。在传统电源设计中，一般过流保护与防反接电路、软启动电路、滤波器单独设计，三部分独立的功能导致电源系统的电路设计结构复杂，不利于成本控制。
计算机内部不同电路正常工作所需的电压等级不同，例如CPU工作电压较高，而内存条工作电压较低，因此，电源模块需要输出不同的电压以满足这些不同的需求，如申请公布号为CN116169891A的中国专利所示。多路输出电源模块中各电压转换器往往相互独立，每路电压输出的时间有所差异，在计算机的应用场景下，不同电压输出的时间不同步可能会带来系统稳定性问题、时序问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种电压输出转换系统，过流保护与防反接、软启动、滤波三部分功能合成一个电路，并且多路输出电压时间偏差低。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种电压输出转换系统，包括电源输入模块、电源输出模块和电源转换模块；电源输出模块包括第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路；其特征在于：还包括同步控制模块；电源输入模块包括输入正极、输入负极、防反接电路、启动电容、滤波器、输出正极和输出负极；防反接电路与输入正极和输入负极连接；第一TVS管的与输入正极和防反接电路连接；启动电容与防反接电路连接；滤波器的一端与输入正极和防反接电路连接，另一端与输出正极和输出负极连接；同步控制模块与第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路连接，同步控制模块向第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路发出驱动信号，同步控制第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路的导通。
本发明所述的防反接电路包括第一MOS管、第一电阻、第二电阻和第一稳压二极管；第一电阻接至输入正极，第一电阻和第二电阻串联；第一稳压二极管和第二电阻并联；第一MOS管的G极和S极分别接至第二电阻的两端，D极接至输入负极；所述的第一TVS管的一端接至第一MOS管的S极。
本发明在电源输入模块的输入正极上串联有熔断器。
本发明所述的启动电容与第一稳压二极管并联。
本发明所述的滤波器的一端接至输入正极和第一MOS管的S极，另一端接至输出正极和输出负极。
本发明所述的滤波器为π型滤波器，包括两组电容和一个电感，两组电容的两端均接有第一电容，第一电容为对地Y电容。
本发明所述的同步控制模块中设置定时器，由定时器控制发出驱动信号。
本发明所述的第一输出电路包括第一电压输入端、第一电压输出端、第一电压接地端、第一驱动信号输入端、第二MOS管、第三电阻、第四电阻、第二电容和第二TVS管；第一电压输入端与电源转换模块连接；第一驱动信号输入端与同步控制模块连接；第二MOS管的S极与第一电压输入端连接，G极通过第四电阻与第一驱动信号输入端连接，D极与第一电压输出端连接；第三电阻一端与第二MOS管的S极连接，另一端与第二MOS管的G极连接；第二TVS管一端连接第一电压输出端，另一端连接第一电压接地端；第二电容与第二TVS管并联。
本发明所述的第二输出电路包括第二电压输入端、第二电压输出端、第二电压接地端、第二驱动信号输入端、第三MOS管、第四MOS管、第五电阻、第三电容和第三TVS管；第二电压输入端与电源转换模块连接；第二驱动信号输入端与同步控制模块连接；第三MOS管与第四MOS管并联，第三MOS管与第四MOS管的S极均与第二电压输入端连接，第三MOS管与第四MOS管的D极均与第二电压输出端连接，第三MOS管与第四MOS管的G极均通过第五电阻与第二驱动信号输入端连接；第三TVS管一端连接第二电压输出端，另一端连接第二电压接地端；第三电容与第三TVS管并联。
本发明所述的第三输出电路包括第三电压输入端、第三电压输出端、第三电压接地端、第三驱动信号输入端、第五MOS管、第六电阻、第四电容和第四TVS管；第三电压输入端与电源转换模块连接；第三驱动信号输入端与同步控制模块连接；第五MOS管的S极与第三电压输入端连接，G极通过第六电阻与第三驱动信号输入端连接，D极与第三电压输出端连接；第四TVS管一端连接第三电压输出端，另一端连接第三电压接地端；第四电容与第四TVS管并联。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、电源输入模块实现了过流保护、防反接、软启动、滤波四合一，电路设计结构简洁，有利于成本控制；
2、实现了12V、5V、3.3V三路电压的同步输出，多路输出电压时间偏差低，减少不同步可能会带来的稳定性问题、时序问题。
附图说明
图1为本发明实施例的系统图。
图2为本发明实施例电源输入模块的电路原理图。
图3为本发明实施例第一输出电路的电路原理图。
图4为本发明实施例第二输出电路的电路原理图。
图5为本发明实施例第三输出电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本发明实施例包括电源输入模块1、电源输出模块、电源转换模块和同步控制模块4。
一、参见图2，电源输入模块1包括输入正极24VIN+、输入负极24VIN-、防反接电路11、启动电容C2、滤波器12、第一TVS管D1、熔断器F1、输出正极24VOUT和输出负极24VGND。
输入正极24VIN+和输入负极24VIN-输入24V电压。输出正极24VOUT和输出负极24VGND输出24V电压。
防反接电路11包括第一MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一稳压二极管D2。第一电阻R1通过熔断器F1接至输入正极24VIN+，第一电阻R1和第二电阻R2串联进行分压；第一稳压二极管D2和第二电阻R2并联；第一MOS管Q1为NPN型MOS管，第一MOS管Q1的G极和S极分别接至第二电阻R2的两端，第一MOS管Q1的D极接至输入负极24VIN-。当输入端接入正向24V电压时，电流通过第一MOS管Q1的体二极管建立起电压，由第一电阻R1和第二电阻R2串联分压为第一MOS管Q1提供驱动电压，并由第一稳压二极管D2来防止驱动过压，此时第一MOS管Q1导通，电路正常工作；当输入端接入反向24V时，由于第一MOS管Q1的体二极管的单向导通性，反向电流无法通过，栅极得不到高电压，从而使第一MOS管Q1的栅极与源极断开，从而实现电路的防反接功能，有效的保护了后端电路。
在输入正极24VIN+上串联有熔断器F1，熔断器F1实现过流保护作用，当电路中电流高于15A时，熔断器F1将发生熔断。
第一TVS管D1的一端接至输入正极24VIN+，另一端接至第一MOS管Q1的S极，实现过压保护作用。
启动电容C2与第一稳压二极管D2并联，当电源正常接入时，第一MOS管Q1导通，电流流过的瞬间启动电容C2充电，使输入24V接通瞬间后端电压平稳上升，实现了软启动功能。
滤波器12的一端接至输入正极24VIN+和第一MOS管Q1的S极，另一端接至输出正极24VOUT和输出负极24VGND，滤波器12滤除了输入电源中高频和低频的一些干扰信号，提高输入信号的质量。滤波器12为π型滤波器，包括两组电容和一个电感，两组电容的两端均接有第一电容C1，第一电容C1为对地Y电容，能有效滤除高频纹波干扰。
二、电源转换模块包括第一转换电路31、第二转换电路32和第三转换电路33。
第一转换电路31与电源输入模块1的输出正极24VOUT和输出负极24VGND连接，第一转换电路31将电源输入模块1输出的24V电压转换为12V电压。
第二转换电路32与电源输入模块1的输出正极24VOUT和输出负极24VGND连接，第二转换电路32将电源输入模块1输出的24V电压转换为5V电压。
第三转换电路33与电源输入模块1的输出正极24VOUT和输出负极24VGND连接，第三转换电路33将电源输入模块1输出的24V电压转换为3.3V电压。
三、电源输出模块包括第一输出电路21、第二输出电路22和第三输出电路23。
（1）参见图3，第一输出电路21包括第一电压输入端12VIN、第一电压输出端12VOUT、第一电压接地端12VGND、第一驱动信号输入端VG1、第二MOS管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C3和第二TVS管D3。
第一电压输入端12VIN与第一转换电路31连接，输入12V电压。第一电压输出端12VOUT和第一电压接地端12VGND输出12V电压。第一驱动信号输入端VG1与同步控制模块４连接，输入驱动信号。
第二MOS管Q2的S极与第一电压输入端12VIN连接，G极通过第四电阻R4与第一驱动信号输入端VG1连接，D极与第一电压输出端12VOUT连接。第三电阻R3一端与第二MOS管Q2的S极连接，另一端与第二MOS管Q2的G极连接。
第二TVS管D3一端连接第一电压输出端12VOUT，另一端连接第一电压接地端12VGND。第二电容C3与第二TVS管D3并联。
驱动信号由同步控制模块4输入，作为同步信号驱动第二MOS管Q2，第四电阻R4限制了驱动电流，防止驱动电流过大损坏MOS管，第三电阻R3吸收了第二MOS管Q2结电容中的残余电荷，提高了MOS管开关速度，同时也能防止静电击穿MOS管。第二电容C3对输出电压进行滤波，第二TVS管D3防止瞬间高压损坏后端负载电路。
（2）参见图4，第二输出电路22包括第二电压输入端5VIN、第二电压输出端5VOUT、第二电压接地端5VGND、第二驱动信号输入端VG2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五电阻R5、第三电容C4和第三TVS管D4。
第二电压输入端5VIN与第二转换电路32连接，输入5V电压。第二电压输出端5VOUT和第二电压接地端5VGND输出5V电压。第二驱动信号输入端VG2与同步控制模块４连接，输入驱动信号。
第三MOS管Q3与第四MOS管Q4并联，第三MOS管Q3与第四MOS管Q4的S极均与第二电压输入端5VIN连接，第三MOS管Q3与第四MOS管Q4的D极均与第二电压输出端5VOUT连接，第三MOS管Q3与第四MOS管Q4的G极均通过第五电阻R5与第二驱动信号输入端VG2连接。
第三TVS管D4一端连接第二电压输出端5VOUT，另一端连接第二电压接地端5VGND。第三电容C4与第三TVS管D4并联。
驱动信号由同步控制模块4输入，作为同步信号驱动第三MOS管Q3与第四MOS管Q4，第五电阻R5限制了驱动电流，防止驱动电流过大损坏MOS管。第三电容C4对输出电压进行滤波，第三TVS管D4防止瞬间高压损坏后端负载电路。
（3）参见图5，第三输出电路23包括第三电压输入端3.3VIN、第三电压输出端3.3VOUT、第三电压接地端3.3VGND、第三驱动信号输入端VG3、第五MOS管Q5、第六电阻R6、第四电容C5和第四TVS管D5。
第三电压输入端3.3VIN与第三转换电路33连接，输入3.3V电压。第三电压输出端3.3VOUT和第三电压接地端3.3VGND输出24V电压。第三驱动信号输入端VG3与同步控制模块４连接，输入驱动信号。
第五MOS管Q5的S极与第三电压输入端3.3VIN连接，G极通过第六电阻R6与第三驱动信号输入端VG3连接， D极与第三电压输出端3.3VOUT连接。
第四TVS管D5一端连接第三电压输出端3.3VOUT，另一端连接第三电压接地端3.3VGND。第四电容C5与第四TVS管D5并联。
驱动信号由同步控制模块4输入，作为同步信号驱动第五MOS管Q5，第六电阻R6限制了驱动电流，防止驱动电流过大损坏MOS管。第四电容C5对输出电压进行滤波，四TVS管D5防止瞬间高压损坏后端负载电路。
四、参见图1，同步控制模块4向第一输出电路21、第二输出电路22和第三输出电路23同步输出驱动信号，驱动信号控制第一输出电路21、第二输出电路22和第三输出电路23中MOS管的通断，实现同步控制第一输出电路21、第二输出电路22和第三输出电路23的导通，只有驱动信号接入时，三路电压才对外输出，实现了三路电压的同步输出。同步控制模块4中设置定时器TLC555，由定时器控制发出驱动信号。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电压输出转换系统，包括电源输入模块、电源输出模块和电源转换模块；电源输出模块包括第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路；其特征在于：还包括同步控制模块；电源输入模块包括输入正极、输入负极、防反接电路、启动电容、滤波器、输出正极和输出负极；防反接电路与输入正极和输入负极连接；第一TVS管与输入正极和防反接电路连接；启动电容与防反接电路连接；滤波器的一端与输入正极和防反接电路连接，另一端与输出正极和输出负极连接；同步控制模块与第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路连接，同步控制模块向第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路发出驱动信号，同步控制第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路的导通。
2.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的防反接电路包括第一MOS管、第一电阻、第二电阻和第一稳压二极管；第一电阻接至输入正极，第一电阻和第二电阻串联；第一稳压二极管和第二电阻并联；第一MOS管的G极和S极分别接至第二电阻的两端，D极接至输入负极；所述的第一TVS管的一端接至第一MOS管的S极。
3.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：在电源输入模块的输入正极上串联有熔断器。
4.根据权利要求2所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的启动电容与第一稳压二极管并联。
5.根据权利要求2所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的滤波器的一端接至输入正极和第一MOS管的S极，另一端接至输出正极和输出负极。
6.根据权利要求2所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的滤波器为π型滤波器，包括两组电容和一个电感，两组电容的两端均接有第一电容，第一电容为对地Y电容。
7.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的同步控制模块中设置定时器，由定时器控制发出驱动信号。
8.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的第一输出电路包括第一电压输入端、第一电压输出端、第一电压接地端、第一驱动信号输入端、第二MOS管、第三电阻、第四电阻、第二电容和第二TVS管；第一电压输入端与电源转换模块连接；第一驱动信号输入端与同步控制模块连接；第二MOS管的S极与第一电压输入端连接，G极通过第四电阻与第一驱动信号输入端连接，D极与第一电压输出端连接；第三电阻一端与第二MOS管的S极连接，另一端与第二MOS管的G极连接；第二TVS管一端连接第一电压输出端，另一端连接第一电压接地端；第二电容与第二TVS管并联。
9.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的第二输出电路包括第二电压输入端、第二电压输出端、第二电压接地端、第二驱动信号输入端、第三MOS管、第四MOS管、第五电阻、第三电容和第三TVS管；第二电压输入端与电源转换模块连接；第二驱动信号输入端与同步控制模块连接；第三MOS管与第四MOS管并联，第三MOS管与第四MOS管的S极均与第二电压输入端连接，第三MOS管与第四MOS管的D极均与第二电压输出端连接，第三MOS管与第四MOS管的G极均通过第五电阻与第二驱动信号输入端连接；第三TVS管一端连接第二电压输出端，另一端连接第二电压接地端；第三电容与第三TVS管并联。
10.根据权利要求1所述的电压输出转换系统，其特征在于：所述的第三输出电路包括第三电压输入端、第三电压输出端、第三电压接地端、第三驱动信号输入端、第五MOS管、第六电阻、第四电容和第四TVS管；第三电压输入端与电源转换模块连接；第三驱动信号输入端与同步控制模块连接；第五MOS管的S极与第三电压输入端连接，G极通过第六电阻与第三驱动信号输入端连接，D极与第三电压输出端连接；第四TVS管一端连接第三电压输出端，另一端连接第三电压接地端；第四电容与第四TVS管并联。
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