CN208874303U - 限压供电电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种限压供电电路及电子设备，所述限压供电电路包括：NMOS管，所述NMOS管的漏极与供电电源连接；分压电路，与所述NMOS管连接，用于将所述供电电源输出的电压进行分压以降低所述NMOS管的输出电压；系统供电端口，与所述NMOS管的源极连接，用于提供降压后的直流电源；其中，所述NMOS管在接通供电电源之后工作在可变电阻区。本实用新型不仅避免了DC‑DC降压的纹波问题，而且很大程度上改善了电阻最大功率限制和电压随电流变化的问题，且成本低。

Description

限压供电电路及电子设备

技术领域

本申请涉及电子领域，尤其涉及一种限压供电电路及电子设备。

背景技术

无人机、电动自行车等电子设备都设有功率相对较大的电机部件，所以人们通常都会利用多串电池组串联起来形成高电压来给电机供电。串联之后的电池组电压一般在10V～60V之间，而常规的处理器芯片供电电压一般都在5V以内。因此，为了能让处理器芯片安全、正常的工作，一般都会采取相应的降压手段。

目前常用的降压方式主要包括DC-DC降压和电阻限压。然而，DC-DC 降压方式的转换效率虽然较高，但电压纹波较大，不适合对微处理器供电；电阻限压方式输出电压会随着电流增大而减小，限压的程度还受电阻的最大功率限制。

实用新型内容

本申请提供了一种既可以避免电压纹波问题又能改善电压随电流变化、电阻最大功率限制的限压供电电路及电子设备。

本申请的第一方面是为了提供一种用于降低功耗的限压供电电路，包括：

NMOS管，所述NMOS管的漏极与供电电源连接；

分压电路，与所述NMOS管连接，用于将所述供电电源输出的电压进行分压以降低所述NMOS管的输出电压；

系统供电端口，与所述NMOS管的源极连接，用于提供降压后的直流电源；

其中，所述NMOS管在接通供电电源之后工作在可变电阻区。

在其中一个实施例中，所述分压电路包括第一分压单元；

所述第一分压单元包括串联第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端和所述NMOS管的漏极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；

所述NMOS管的栅极连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间。

在其中一个实施例中，所述分压电路还包括第二分压单元；

所述第二分压单元包括串联第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端和所述NMOS管的源极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述限压供电电路还包括：设置在所述NMOS管与所述系统供电端口之间的系统电源芯片；

所述系统电源芯片的输入端与所述NMOS管的源极、所述第三电阻的第一端连接，所述系统电源芯片的输出端与所述系统供电端口连接；

所述系统电源芯片的使能端连接在所述第三电阻与所述第四电阻之间。

在其中一个实施例中，还包括连接在所述供电电源与所述NMOS管的漏极之间的防反灌电路；

所述防反灌电路包括第一二极管和第五电阻，所述第一二极管的正极与所述供电电源连接，所述第一二极管的负极与所述NMOS管的漏极连接；

所述第五电阻并联在所述第一二极管的两端。

在其中一个实施例中，所述限压供电电路还包括第二稳压二极管；

所述第二稳压二极管的两端连接在所述NMOS管的栅极和源极之间。

在其中一个实施例中，所述第二稳压二极管为双向稳压二极管，其稳压值不超过所述NMOS管的栅极和源极之间的耐压值。

在其中一个实施例中，所述限压供电电路还包括：输入滤波电容和/或输出滤波电容；

所述输入滤波电容的一端与所述系统电源芯片的输入端连接，所述输入滤波电容的另一端接地；

所述输出滤波电容的一端与所述系统电源芯片的输出端连接，所述输出滤波电容的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述限压供电电路还包括：第六电组；

所述第六电阻连接在所述NMOS管的源极与所述系统电源芯片的输入端之间。

本申请的第二方面是为了提供一种电子设备，包括：微处理器、以及如上述所述的用于降低功耗的限压供电电路；

所述限压供电电路中系统供电端口与所述微处理器连接，用于给所述微处理器提供降压后的直流电源。

在其中一个实施例中，所述电子设备为无人机。

本申请提供的限压供电电路及电子设备，通过分压电路分压及利用 NMOS管工作在可变电阻区来分担电压，使较高的供电电源电压降低到一个芯片可以接受的范围，而且NMOS管输出电压的大小可以通过分压电路调整，使得系统供电端口输出的电压不受供电电流的影响，不仅避免了DC-DC降压的纹波问题，而且很大程度上改善了电阻最大功率限制和电压随电流变化的问题，此外，本方案的电路简单，采用一些常规的元器件，能够有效节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的限压供电电路的结构示意图；

图2为本实施图1所示实施例的限压供电电路的具体电路示意图；

图3为本申请实施例二提供的限压供电电路的具体电路示意图；

图4为本申请实施例三提供的限压供电电路的具体电路示意图；

图5为本申请实施例四提供的限压供电电路的具体电路示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”仅用于区分，其并未对先后顺序进行限定。

图1为本申请实施例一提供的一种限压供电电路的结构示意图；参考附图1可知，本实施例提供了一种限压供电电路，该限压供电电路包括：

NMOS管Q1、分压电路110和系统供电端口120；

其中，NMOS管Q1的漏极与供电电源BAT连接，NMOS管Q1的源极连接至系统供电端口120，系统供电端口120用于给微处理器(图中未示出) 等芯片提供降压后的直流电源。

分压电路110与NMOS管Q1连接，用于将供电电源BAT输出的电压进行分压以降低NMOS管Q1的输出电压。

请结合图2，图2本实施图1所示实施例的限压供电电路的具体电路示意图，在本实施例中，分压电路110包括第一分压单元112，第一分压单元 112包括串联第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端和NMOS 管Q1的漏极连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地；NMOS管Q1的栅极连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间。

第一分压单元112用于对供电电源BAT提供的电压进行分压，使得 NMOS管Q1的栅极电压降低。

本申请提供的限压供电电路能够适用于各类电子设备中对具有限压要求的芯片供电。实际应用中，电子设备包括但不限于无人机、计算机、手机等电子设备。尤其能够适用于小型化电子设备，例如无人机等。以无人机为例，这种小型化设备体积小空间有限，故对限压供电电路的集成度有要求，本申请的电路结构简单，便于实现高集成度，无需采用占用空间大的芯片或复杂电路即可实现限压供电。

具体的，供电电源BAT为电子设备的系统供电电源，举例来说，对于一些可安装配置电池的电子设备，安装至电子设备的多个串联的电池组即为提供该电子设备的系统供电电源。实际应用中，由于电子设备内部配置有不同的模块，考虑到电子设备的使用稳定性，本方案中设置系统供电端口120，系统模块可通过连接至该系统供电端口120，实现系统供电。另外，在供电电源BAT和系统供电端口120之间会设置NMOS管Q1和分压电路110，通过分压电路110的分压及利用NMOS管工作在可变电阻区来分担电压，使较高的供电电源电压降低到一个芯片可以接受的范围，而且输出电压的大小可以通过分压电路调整，使得系统供电端口输出的电压不受供电电流的影响，不仅避免了DC-DC降压的纹波问题，而且很大程度上改善了电阻最大功率限制和电压随电流变化的问题。

进一步的，这里所说的系统供电指的是，整个系统中需要被供电且具有限压要求的模块可以根据自身需要选择获得供电信号，而并非指所有系统模块均处于工作运行状态。例如，在整个系统实现供电的情形下，系统中的各个模块仍可基于系统供电实现单独供电，即仍可进行部分模块的供电或断电控制，但部分模块的供断电不影响整个系统的供电状态。

在一些方案中，为了降低设备功耗，会采用类似优化系统软件或者实现对模块的单独供电等手段。以后者举例，不同模块的供电由不同的供电端口提供，或者不同模块的供电通过不同NMOS管实现限压。当部分模块不需要被运行时，则可切断对该部分模块的供电。

在一个实施例中，微处理器连接至系统供电端口120，系统供电端口120 实现对包括微处理器在内的具有限压要求的各个模块供电，而非仅仅是某部分模块的供电。

其中，本实施中的连接可以为直接连接也可以为间接连接。以NMOS管 Q1与系统供电端口120之间的连接举例，这里的连接可以指，NMOS管Q1 与系统供电端口120直接连接；或者，NMOS管Q1与系统供电端口120间接连接，即两者之间还可以连接有其它元件，举例来说，可以设置有用于对电信号进行预处理的系统电源芯片。

实际应用中，为了保护系统供电电源BAT和整个系统，在将系统供电电源BAT的电信号输出给整个系统前，需要先对该电信号进行预处理，以提供稳定、低噪声、以及低波纹的供电信号。

可选的，图3为本申请实施例二提供的一种限压供电电路的具体电路示意图；参考附图3可知，本实施例提供了一种限压供电电路，该限压供电电路用于在降低供电电源电压的基础上，保证供电的稳定性，具体的，在任一实施例的基础上，所述限压供电电路还可以包括：设置在NMOS管Q1与系统供电端口120之间的系统电源芯片U1；

系统电源芯片U1的输入端与NMOS管Q1的源极连接，系统电源芯片 U1的输出端与系统供电端口120连接。

以实际场景举例来说：系统供电电源BAT提供的电信号经过NMOS管 Q1降压后传输至系统电源芯片U1的输入端，经NMOS管Q1过系统电源芯片U1的处理输出的供电信号传输至系统供电端口120，实现对包括微处理器在内的具有限压要求的各个模块系统供电。可选的，系统电源芯片U1可以根据电路设计的需要进行选择，例如，系统电源芯片U1可以为低压差线性稳压器，本方案在此不对其进行限制。实际应用中，低压差线性稳压器的NC 管脚可以悬空。

在一个实施例中，供电电源BAT电压有36V，而系统电源芯片U1耐压值为30V的低压差线性稳压器，所以供电电源BAT输出的电压需要通过 NMOS管降压之后再给系统电源芯片U1供电。

在一个实施例中，系统电源芯片U1的型号为TPS70933。可以理解，在其他实施例中，系统电源芯片U1型号并不限于此，这里不作严格限制。

在其中一个实施例中，所述限压供电电路还可以包括：输入滤波电容C1 和/或输出滤波电容C2；其中，

输入滤波电容C1的一端与系统电源芯片U1的输入端连接，输入滤波电容C1的另一端接地；

输出滤波电容C2的一端与系统电源芯片U1的输出端连接，输出滤波电容C2的另一端接地。

通过设置输入滤波电容C1和输出滤波电容C2，能够对系统电源芯片的输入信号和输出信号进行滤波处理，从而优化供电信号，保证供电信号的稳定性和可靠性。

上述两种实施方式可以单独实施，或者也可以结合实施，即既实现输入滤波又实现输出滤波，从而提高供电质量。

在本实施例中，分压电路包括第一分压单元112和第二分压单元114。其中，第一分压单元112包括串联第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1 的第一端和NMOS管Q1的漏极连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2 的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地。

第二分压单元114包括串联第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3 的第一端同时和NMOS管Q1的源极、系统电源芯片U1的输入端IN连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端接地。

NMOS管Q1的栅极连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间，系统电源芯片U1的使能端EN连接在第三电阻R3与第四电阻R4之间。

具体的，第五电阻R2和第六电阻R5能够作为系统电源芯片U1的分压电阻，以优化系统电源芯片的工作性能，提高供电信号的质量。

本实施例提供的用于降低功耗的限压供电电路，通过在将供电电源的电信号输出给系统进行供电之前，先利用系统电源芯片对电信号进行预处理，以提高供电信号的质量，从而有效保护设备系统和供电电源。

以实际场景举例来说：本方案中的NMOS管Q1用于将供电电源输出的电压进行降压处理，并通过系统供电端口120负责向整个系统的各个具有限压要求的模块(如微处理器)传输供电信号。具体的，当供电电源BAT没有接通时，由于此时第三电阻R3、第四电阻R4及微处理器上的一些接地电阻的存在，使NMOS管Q1的栅极和源极处于低电平状态，此时NMOS管Q1 处于关闭状态。当供电电源BAT接通时由于第一电阻R1和第二电阻R2的电阻分压，使NMOS管Q1的栅极电压为1/2BAT＝18V，而此时NMOS管 Q1的源极还是低电平，所以NMOS管Q1被打开，供电电源BAT电压开始对输入滤波电容C1、输出滤波电容C2等充电，此时NMOS管Q1的源极电压会慢慢上升，当NMOS管Q1的栅极电压和NMOS管Q1的源极电压差值小于NMOS管Q1的开启电压且大于0时，NMOS管Q1就会工作在可变电阻区，此时的NMOS管Q1相当于一个可变电阻器，其根据负载电流的大小调整自己的阻值，使NMOS管Q1的源极电压始终保持在接近NMOS管Q1 的栅极电压的区域。

图4为本申请实施例三提供的一种限压供电电路的具体电路示意图；参考附图4可知，本实施例提供了一种用于降低功耗的限压供电电路，在上述任一实施例的基础上还可以包括：第一二极管D1和第五电阻R5；

第一二极管D1的正极与供电电源BAT连接，第一二极管D1的负极与 NMOS管Q1的漏极连接，第五电阻R5并联在第一二极管D1的两端。

通过在供电电源和NMOS管之间可以连接第一二极管D1，可以防止电压反灌至供电电源BAT，避免对供电电源BAT造成损伤，提高可靠性。

其中，第一二极管D1和第五电阻R5一起构成防反灌电路，同时当供电电源BAT由于短路等原因，造在供电电压瞬间掉到一个很低的电压时，第五电阻R5可以泄放电流，因此反向浪涌电流不会对第一二极管D1造成损伤，即防止了电压反灌导致对供电电源BAT的损伤。

此外，为了保证NMOS管Q1的性能和稳定性，还可以设置第六电阻R6，第六电阻R6连接在NMOS管Q1的源极与系统电源芯片U1的输入端之间，用于限流。

如图5所示，在一种实施方式中，所述限压供电电路还包括第二稳压二极管D2，第二稳压二极管D2的两端连接在NMOS管Q1的栅极和源极之间。

在本实施例中，第二稳压二极管为双向稳压二极管，这样可以实现对两个方赂的电压的稳压作用，其稳压值为16V，可以理解，在其他实施例中，对其具体的稳压值不作严格限定，只要保证不超过NMOS管Q1的栅极和源极之间的耐压值即可。

以下针对图5对限压供电电路的工作原理作详细说明：

当供电电源BAT电压没有接通时，由于此时第三电阻R3和第四电阻R4 及微处理器上的一些接地电阻的存在，使NMOS管Q1的栅极和源极处于低电平状态，此时NMOS管Q1处于关闭状态。

当供电电源BAT接通时，由于第一电阻R1和第二电阻R2的电阻分压，使NMOS管Q1的栅极电压为1/2BAT＝18V，而此时NMOS管Q1的源极还是低电平，所以NMOS管Q1被打开，供电电源BAT电压开始对输入滤波电容C1和输出滤波电容C2等充电，此时NMOS管Q1的源极电压会慢慢上升，当NMOS管Q1的栅极电压和NMOS管Q1的源极电压差值小于NMOS管 Q1的开启电压且大于0时，NMOS管Q1就会工作在可变电阻区，此时的 NMOS管Q1相当于一个可变电阻器，其根据负载电流的大小调整自己的阻值，使源极的电压始终保持在接近栅极电压的区域(不同的MOS管开启电压的不同，栅极、源极电压的差值也有所不同，本实例中该差值在1.5V左右，故系统电源芯片U1的输入电压大约为16.5V，小于系统电源芯片U1的耐压值)。可以看到NMOS管Q1源极的电压，即是系统电源芯片U1的输入电压(第六电阻R6的阻值一般比较小，其上面产生的压降可以忽略)，通过以上NMOS管Q1的电压限制，可以使系统电源芯片U1的输入电压稳定在一个可以接受的范围内。同时NMOS管Q1的源极电压的大小可以通过改变第一电阻R1和第二电阻R2的比值而调整。

以上可以看到NMOS管Q1相当于一个可以根据负载电流适时调整的可变电阻器，通过调整自己的内阻使NMOS管的源极的输出电压始终接近 NMOS管的栅极电压，同时通过调整NMOS管栅极的电压可以调整输出电压的大小。此外，系统的电流的过流、短路也都可以依靠系统电源芯片U1来实现。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括：微处理器、以及如前述任一实施方式所述的限压供电电路；

所述限压供电电路中系统供电端口与所述微处理器连接，用于给所述微处理器提供降压后的直流电源。

可选的，该电子设备可以为无人机。

本实施例提供的电子设备中，采用的限压供电电路包括系统供电端口和连接在供电电源与系统供电端口之间的NMOS管、分压电路，所述NMOS 管将供电电源的电压进行降压后输出至所述系统供电端口。在接通供电电源之后，通过分压电路的分压和利用NMOS管工作在可变电阻区来分担电压，使较高的供电电源电压降低到一个芯片可以接受的范围，而且输出电压的大小可以通过分压电路调整，使得系统供电端口输出的电压不受供电电流的影响，不仅避免了DC-DC降压的纹波问题，而且很大程度上改善了电阻最大功率限制和电压随电流变化的问题，此外，本方案的电路简单，采用一些常规的元器件，能够有效节省成本。

Claims (11)

1.一种限压供电电路，其特征在于，包括：

NMOS管，所述NMOS管的漏极与供电电源连接；

分压电路，与所述NMOS管连接，用于将所述供电电源输出的电压进行分压以降低所述NMOS管的输出电压；

系统供电端口，与所述NMOS管的源极连接，用于提供降压后的直流电源；

其中，所述NMOS管在接通供电电源之后工作在可变电阻区。

2.根据权利要求1所述的限压供电电路，其特征在于，所述分压电路包括第一分压单元；

所述第一分压单元包括串联第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端和所述NMOS管的漏极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；

所述NMOS管的栅极连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间。

3.根据权利要求2所述的限压供电电路，其特征在于，所述分压电路还包括第二分压单元；

所述第二分压单元包括串联第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端和所述NMOS管的源极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的限压供电电路，其特征在于，所述限压供电电路还包括：设置在所述NMOS管与所述系统供电端口之间的系统电源芯片；

所述系统电源芯片的输入端与所述NMOS管的源极、所述第三电阻的第一端连接，所述系统电源芯片的输出端与所述系统供电端口连接；

所述系统电源芯片的使能端连接在所述第三电阻与所述第四电阻之间。

5.根据权利要求1所述的限压供电电路，其特征在于，还包括连接在所述供电电源与所述NMOS管的漏极之间的防反灌电路；

所述防反灌电路包括第一二极管和第五电阻，所述第一二极管的正极与所述供电电源连接，所述第一二极管的负极与所述NMOS管的漏极连接；

所述第五电阻并联在所述第一二极管的两端。

6.根据权利要求1所述的限压供电电路，其特征在于，所述限压供电电路还包括第二稳压二极管；

所述第二稳压二极管的两端连接在所述NMOS管的栅极和源极之间。

7.根据权利要求6所述的限压供电电路，其特征在于，所述第二稳压二极管为双向稳压二极管，其稳压值不超过所述NMOS管的栅极和源极之间的耐压值。

8.根据权利要求4所述的限压供电电路，其特征在于，所述限压供电电路还包括：输入滤波电容和/或输出滤波电容；

所述输入滤波电容的一端与所述系统电源芯片的输入端连接，所述输入滤波电容的另一端接地；

所述输出滤波电容的一端与所述系统电源芯片的输出端连接，所述输出滤波电容的另一端接地。

9.根据权利要求4所述的限压供电电路，其特征在于，所述限压供电电路还包括：第六电阻；

所述第六电阻连接在所述NMOS管的源极与所述系统电源芯片的输入端之间。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：微处理器、以及如权利要求1-9中任一项所述的用于降低功耗的限压供电电路；

所述限压供电电路中系统供电端口与所述微处理器连接，用于给所述微处理器提供降压后的直流电源。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为无人机。