CN209593257U

CN209593257U - 多路稳压输出开关电源

Info

Publication number: CN209593257U
Application number: CN201920328851.7U
Authority: CN
Inventors: 林家沛; 廖国新; 郝兴峰; 周聃
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2029-03-14

Abstract

本公开涉及一种多路稳压输出开关电源，属于开关电源领域，能够降低成本，使占空比稳定并消除可闻声波噪声和减小电气噪声。该多路稳压输出开关电源包括单片机和多个斩波电路，其中：所述单片机，用于生成并向所述多个斩波电路输出与所述多个斩波电路一一对应的多个脉宽调制信号；所述多个斩波电路，用于在与其相对应的脉宽调制信号的控制下，输出相应的电源电压。

Description

多路稳压输出开关电源

技术领域

本公开涉及开关电源领域，具体地，涉及一种多路稳压输出开关电源。

背景技术

实际应用中，有些控制板需要多路电源。目前，提供多路电源的一种方式是采用多个并列的单输出开关电源，如图1所示。这种方案是，对于n路输出的电源，需n个电源芯片及n组相应外围电路。对于其中一路开关电源电路而言，通常包括开关电源芯片、功率开关管、电感、电容。

这种方案的缺点在于，所使用的电源芯片数量、外围器件数量、印刷线路板面积、电路成本等，均为单路输出电源的n倍。多个重复的电路并列却没有实现任何共用和节约，成本高。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种多路稳压输出开关电源，能够克服现有技术中的上述问题。

根据本公开的第一实施例，提供一种多路稳压输出开关电源，包括单片机和多个斩波电路，其中：所述单片机，用于生成并向所述斩波电路输出与所述多个斩波电路一一对应的多个脉宽调制信号；所述多个斩波电路，用于在与其相对应的脉宽调制信号的控制下，输出相应的电源电压。

可选地，各个所述斩波电路还用于向所述单片机输出各自的输出电压反馈信号；所述单片机还用于基于各个所述斩波电路的输出电压反馈信号来调整输出给相应斩波电路的脉宽调制信号的占空比。

可选地，所述单片机还依据其使用的振荡器的精度来控制所述多个斩波电路的周期精度。

可选地，所述多路稳压输出开关电源还包括可关断的启动电路和稳压电路，其中：所述可关断的启动电路接收所述多路稳压输出开关电源的输入电压；所述稳压电路接收所述可关断的启动电路的输出电压并对所述可关断的启动电路的输出电压进行稳压处理，得到所述单片机的供电电压。

可选地，所述多个斩波电路中输出的电源电压满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压被提供给所述稳压电路的输入端；所述稳压电路还用于对所述满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压进行稳压处理，得到所述单片机的供电电压；所述单片机还用于在所述稳压电路利用所述满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压得到所述单片机的供电电压之后，关断所述可关断的启动电路。

可选地，所述可关断的启动电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管和第二晶体管，其中：所述第一电阻和第二电阻的第一端子均连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压，所述第一电阻的第二端子连接所述第一晶体管的第一输入输出端子，所述第二电阻的第二端子连接所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的第一输入输出端子，所述第二晶体管的第二输入输出端子接地，所述第三电阻一端连接所述第二晶体管的控制端、另一端连接所述单片机的关断控制端子，所述第一晶体管的第二输入输出端子作为所述可关断的启动电路的输出端子与所述稳压电路的输入端子连接。

可选地，所述稳压电路包括第一电容、第二电容和稳压芯片，其中：所述第一电容一端连接所述稳压芯片的输入端、另一端接地，所述第二电容一端连接所述稳压芯片的输出端、另一端接地，所述稳压芯片的输入端子作为所述稳压电路的输入端子与所述可关断的启动电路的输出端子连接，所述稳压芯片的输出端子与所述单片机的电源端子连接。

可选地，所述稳压电路包括第十二电阻、第五晶体管、第五电容和第一稳压二极管，其中：所述第五晶体管的控制端连接所述第十二电阻的第一端子和所述第一稳压二极管的负极，所述第一稳压二极管的正极接地，所述第十二电阻的第二端子连接所述第五晶体管的第一输入输出端子作为所述稳压电路的输入端子，所述第五电容一端与所述第五晶体管的第二输入输出端子连接作为所述稳压电路的输出端子、另一端接地。

可选地，所述稳压电路包括第十三电阻、第二稳压二极管和第六电容，其中：所述第十三电阻一端作为所述稳压电路的输入端子、另一端与所述第二稳压二极管的负极连接，所述第二稳压二极管的正极接地，所述第六电容一端连接所述第二稳压二极管的负极、另一端接地，所述第二稳压二极管的负极作为所述稳压电路的输出端子。

可选地，各个所述斩波电路包括第四电阻、第四晶体管、第一电感、第六电阻、第七电阻、第三电容、第二二极管、第三晶体管和第五电阻，其中：所述第四电阻一端连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压和所述第四晶体管的第二输入输出端子、另一端连接所述第四晶体管的控制端，所述第四晶体管的第一输入输出端子连接所述第二二极管的负极和所述第一电感的第二端子，所述第二二极管的正极接地，所述第一电感的第一端子连接其所属的斩波电路的输出端子，所述第六电阻一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端连接所述第七电阻的第一端子，所述第七电阻的第二端子接地，所述第三电容一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端接地，所述第六电阻和所述第七电阻的公共端子连接所述单片机的电压反馈接收端子，所述第三晶体管的第一输入输出端子连接所述第四晶体管的控制端，所述第三晶体管的控制端连接所述单片机的脉宽调制信号输出端子，所述第五电阻一端连接所述第三晶体管的第二输入输出端子、另一端接地。

通过采用上述技术方案，由于根据本公开实施例的多路稳压输出开关电源，并不是每一路输出均需使用一个开关电源芯片，甚至没有使用任何专用开关电源芯片，所以能够大大节省成本。本公开仅使用一个单片机就实现多路稳压输出，因此减少了关键器件数量，降低了成本，并且多路输出均能够实现精确稳压。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据现有技术的多路电源的示意图。

图2示出根据本公开一种实施例的多路稳压输出开关电源的示意框图。

图3示出根据本公开又一实施例的多路稳压输出开关电源的示意框图。

图4示出根据本公开实施例的多路稳压输出开关电源的电路示意图。

图5示出了稳压电路的可替代电路图。

图6示出了稳压电路的又一可替代电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图2示出根据本公开一种实施例的多路稳压输出开关电源的示意框图，该多路稳压输出开关电源包括单片机1和多个斩波电路2₁～2_n，其中：所述单片机1，用于生成并向所述多个斩波电路2₁～2_n输出与所述多个斩波电路2₁～2_n一一对应的多个脉宽调制信号；所述多个斩波电路2₁～2_n，用于在与其相对应的脉宽调制信号的控制下，输出相应的电源电压。

通过采用上述技术方案，由于根据本公开实施例的多路稳压输出开关电源，并不是每一路输出均需使用一个开关电源芯片，甚至没有使用任何专用开关电源芯片，所以能够大大节省成本。本公开仅使用一个单片机1就实现多路稳压输出，因此减少了关键器件数量，降低了成本，并且多路输出均能够实现精确稳压。

在一种可能的实施方式中，各个所述斩波电路2₁～2_n还用于向所述单片机1输出各自的输出电压反馈信号；所述单片机1还用于基于各个所述斩波电路2₁～2_n的输出电压反馈信号来调整输出给相应斩波电路2₁～2_n的脉宽调制信号的占空比。通过采用上述技术方案，能够使得所述多路稳压输出开关电源的占空比十分稳定。

在一种可能的实施方式中，所述单片机1还依据其使用的振荡器的精度来控制所述多个斩波电路2₁～2_n的周期精度。例如，当单片机1使用外部晶振时，晶振的精度单位是ppm(百万分之一)。晶振的精度等级有0.1ppm至200ppm，通常可以选用例如10ppm或20ppm的精度。例如假设选择20ppm的晶振，则斩波电路2₁～2_n的周期精度可控制在约20ppm。再例如，当单片机1使用内部振荡器时，内部振荡器的精度通常在1％至3％。则斩波电路2₁～2_n的周期精度与内部振荡器相同。

图3示出根据本公开又一实施例的多路稳压输出开关电源的示意框图，如图3所示，在图2的基础上，所述多路稳压输出开关电源还包括可关断的启动电路3和稳压电路4，其中：所述可关断的启动电路3接收所述多路稳压输出开关电源的输入电压Vin；所述稳压电路4接收所述可关断的启动电路3的输出电压并对所述可关断的启动电路3的输出电压进行稳压处理，得到所述单片机1的供电电压。由于单片机1的供电电压通常为5V或3.3V，而多路稳压输出开关电源的供电电压也即输入电压Vin通常为12V或更高，不能直接接到单片机1上，所以需要采用稳压电路4将多路稳压输出开关电源的供电电压降到适合给单片机1供电的电压水平。通过上述技术方案，则能够实现这个目的。

进一步参考图3，所述多个斩波电路2₁～2_n中输出的电源电压满足所述单片机1的供电需求的斩波电路之一(在图3中为斩波电路2₁)的输出的电源电压Vout1被提供给所述稳压电路4的输入端；所述稳压电路4还用于对所述满足所述单片机1的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压进行稳压处理，得到所述单片机1的供电电压；所述单片机1还用于在所述稳压电路4利用所述满足所述单片机1的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压得到所述单片机1的供电电压之后，关断所述可关断的启动电路3。这样，就能够在单片机1供电后开始工作时，关断可关断的启动电路3，并利用满足所述单片机1的供电需求的斩波电路之一的输出电压(例如Vout1)给单片机1供电，节省了功耗。

如图4所示，可关断的启动电路3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，其中：所述第一电阻R1和第二电阻R2的第一端子均连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压Vin，所述第一电阻R1的第二端子连接所述第一晶体管Q1的第一输入输出端子，所述第二电阻R2的第二端子连接所述第一晶体管Q1的控制端B和所述第二晶体管Q2的第一输入输出端子，所述第二晶体管Q2的第二输入输出端子接地，所述第三电阻R3一端连接所述第二晶体管Q2的控制端、另一端连接所述单片机3的关断控制端子SD，所述第一晶体管Q1的第二输入输出端子作为所述可关断的启动电路3的输出端子VIN_R与所述稳压电路4的输入端子连接。其中，可关断的启动电路3由简单的三极管和电阻构成，成本极低。

进一步参考图4，所述稳压电路4包括第一电容C1、第二电容C2和稳压芯片41，其中：所述第一电容C1一端连接所述稳压芯片41的输入端、另一端接地，所述第二电容C2一端连接所述稳压芯片41的输出端、另一端接地，所述稳压芯片41的输入端子作为所述稳压电路4的输入端子与所述可关断的启动电路3的输出端子VIN_R连接，所述稳压芯片41的输出端子与所述单片机1的电源端子连接。

进一步参考图4，各个所述斩波电路的电路结构相同，以斩波电路2₁为例，其包括第四电阻R4、第四晶体管Q4、第一电感L1、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第二二极管D2、第三晶体管Q3和第五电阻R5，其中：所述第四电阻R4一端连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压Vin和所述第四晶体管Q4的第二输入输出端子、另一端连接所述第四晶体管Q4的控制端B，所述第四晶体管Q4的第一输入输出端子连接所述第二二极管D2的负极和所述第一电感L1的第二端子，所述第二二极管D2的正极接地，所述第一电感L1的第一端子连接其所属的斩波电路的输出端子，所述第六电阻R6一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端连接所述第七电阻R7的第一端子，所述第七电阻R7的第二端子接地，所述第三电容C3一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端接地，所述第六电阻R6和所述第七电阻R7的公共端子连接所述单片机1的电压反馈接收端子ADC1，所述第三晶体管Q3的第一输入输出端子连接所述第四晶体管Q4的控制端，所述第三晶体管Q3的控制端连接所述单片机1的脉宽调制信号输出端子PWM1，所述第五电阻R5一端连接所述第三晶体管Q3的第二输入输出端子、另一端接地。

图4中所示的可关断的启动电路3的工作原理为：起初单片机1没有被供电，所以可关断的启动电路3和单片机1之间的连接SD呈高阻态，晶体管Q2截止。流过第二电阻R2的电流会流向第一晶体管Q1的基极，使得第一晶体管Q1导通，进而VIN_R产生一定电压。VIN_R未经稳压时不适合供给单片机1。可经过稳压电路4的稳压处理之后变为适合给单片机1供电的电压水平，例如5V，然后供给单片机1。

单片机1供电后开始工作，此时单片机1可以发出脉宽调制信号，并驱动斩波电路2₁～2_n工作，使得各个斩波电路2₁～2_n产生不同的电源电压，例如使得斩波电路2₁产生例如位于5.5V～12V或者可能更大范围内的电压，例如产生7V的电压，然后斩波电路2₁的输出电压Vout1被供给到图4中的稳压电路4的输入端，这样就实现了斩波电路2₁对单片机1的供电，此时可关断的启动电路3可以被断开了。

可关断的启动电路3是一个很低效的电路，所以在单片机1启动完成后应断开。例如假设Vin为24V，则可关断的启动电路3的效率为7/24＝29％。改为由斩波电路为单片机1供电可明显提高效率。

可关断的启动电路3的关断过程如下：起初，单片机1没有被供电，所以可关断的启动电路3和单片机1之间的连接SD呈高阻态，于是第二晶体管Q2导通；流过第二电阻R2的电流不再流过第一晶体管Q1的控制端，而是流过第二晶体管Q2到GND，于是第一晶体管Q1关断，也就是说可关断的启动电路3被关断了。第二电阻R2是阻值很大的电阻，损耗的功率很小，以减小消耗的功耗。

图4中所示的斩波电路的工作原理如下，以斩波电路2₁为例进行说明：

(1)当单片机1的脉宽调制信号PWM1发出高电平时，第三晶体管Q3导通，进而有电流且其流动方向为：Vin->第四晶体管Q4的发射极->第四晶体管Q4的基极->第三晶体管Q3的集电极->第三晶体管Q3的发射极->第五电阻R5->GND。该电流使得第四晶体管Q4导通，进而有电流且其流动方向为：Vin->第四晶体管Q4的发射极->第四晶体管Q4的集电极->第一电感L1->第三电容C3的正端。

(2)当单片机1的脉宽调制信号PWM1发出低电平时，第三晶体管Q3截止，使得原有电流通路“Vin->第四晶体管Q4的发射极->第四晶体管Q4的基极->第三晶体管Q3的集电极->第三晶体管Q3的发射极->第五电阻R5->GND”被关断，进而使得第四晶体管Q4关断，此时斩波电路2₁进入续流状态。续流时的电流方向是：GND->第二二极管D2的正极->第二二极管D2的负极->第一电感L1->第三电容C3的正端。

这样，单片机1连续不断的进行开关控制，也就是发出脉宽调制信号控制，则第四晶体管Q4也相应的进行开启和关闭，斩波电路就进入了开关电源工作状态。

另外，在图4中，经第六电阻R6和第七电阻R7分压后的信号连接到单片机1的ADC1端口，单片机1通过读取ADC1的值可以得知第三电容C3两端的电压。若该电压偏低，则加大脉宽调制信号的占空比；若该电压偏高，则减小脉宽调制信号的占空比。这样，单片机1就能够进行占空比控制，使得输出电压十分稳定。

可见，通过采用本公开的技术方案，能够容易地控制频率和占空比，使得频率和占空比稳定，进而使得输出电压十分稳定。消除声波噪声，减小电气噪声。开关频率和占空比由单片机编程决定，因此不会出现非预期的波动。

图5示出了稳压电路4的可替代电路图。如图5所示，所述稳压电路4包括第十二电阻R12、第五晶体管Q5、第五电容C5和第一稳压二极管ZD1，其中：所述第五晶体管Q5的控制端连接所述第十二电阻R12的第一端子和所述第一稳压二极管ZD1的负极，所述第一稳压二极管ZD1的正极接地，所述第十二电阻R12的第二端子连接所述第五晶体管Q5的第一输入输出端子作为所述稳压电路4的输入端子，所述第五电容C5一端与所述第五晶体管Q5的第二输入输出端子连接作为所述稳压电路4的输出端子、另一端接地。

图6示出了稳压电路4的又一可替代电路图。如图6所示，稳压电路4包括第十三电阻R13、第二稳压二极管ZD2和第六电容C6，其中：所述第十三电阻R13一端作为所述稳压电路4的输入端子、另一端与所述第二稳压二极管ZD2的负极连接，所述第二稳压二极管ZD2的正极接地，所述第六电容C6一端连接所述第二稳压二极管ZD2的负极、另一端接地，所述第二稳压二极管ZD2的负极作为所述稳压电路4的输出端子。

本领域技术人员应当理解的是，本公开不限制稳压电路4的具体实现形式。而且，虽然在附图中，晶体管被示出为三极管的形式，但是实际应用中，其还可以是例如MOS管。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims

1.一种多路稳压输出开关电源，其特征在于，包括单片机和多个斩波电路，其中：

所述单片机，用于生成并向所述多个斩波电路输出与所述多个斩波电路一一对应的多个脉宽调制信号；

所述多个斩波电路，用于在与其相对应的脉宽调制信号的控制下，输出相应的电源电压。

2.根据权利要求1所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，

各个所述斩波电路还用于向所述单片机输出各自的输出电压反馈信号；

所述单片机还用于基于各个所述斩波电路的输出电压反馈信号来调整输出给相应斩波电路的脉宽调制信号的占空比。

3.根据权利要求1所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述单片机还依据其使用的振荡器的精度来控制所述多个斩波电路的周期精度。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述多路稳压输出开关电源还包括可关断的启动电路和稳压电路，其中：

所述可关断的启动电路接收所述多路稳压输出开关电源的输入电压；

所述稳压电路接收所述可关断的启动电路的输出电压并对所述可关断的启动电路的输出电压进行稳压处理，得到所述单片机的供电电压。

5.根据权利要求4所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，

所述多个斩波电路中输出的电源电压满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压被提供给所述稳压电路的输入端；

所述稳压电路还用于对所述满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压进行稳压处理，得到所述单片机的供电电压；

所述单片机还用于在所述稳压电路利用所述满足所述单片机的供电需求的斩波电路之一的输出的电源电压得到所述单片机的供电电压之后，关断所述可关断的启动电路。

6.根据权利要求5所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述可关断的启动电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管和第二晶体管，其中：

所述第一电阻和第二电阻的第一端子均连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压，所述第一电阻的第二端子连接所述第一晶体管的第一输入输出端子，所述第二电阻的第二端子连接所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的第一输入输出端子，所述第二晶体管的第二输入输出端子接地，所述第三电阻一端连接所述第二晶体管的控制端、另一端连接所述单片机的关断控制端子，所述第一晶体管的第二输入输出端子作为所述可关断的启动电路的输出端子与所述稳压电路的输入端子连接。

7.根据权利要求5所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述稳压电路包括第一电容、第二电容和稳压芯片，其中：

所述第一电容一端连接所述稳压芯片的输入端、另一端接地，所述第二电容一端连接所述稳压芯片的输出端、另一端接地，所述稳压芯片的输入端子作为所述稳压电路的输入端子与所述可关断的启动电路的输出端子连接，所述稳压芯片的输出端子与所述单片机的电源端子连接。

8.根据权利要求5所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述稳压电路包括第十二电阻、第五晶体管、第五电容和第一稳压二极管，其中：

所述第五晶体管的控制端连接所述第十二电阻的第一端子和所述第一稳压二极管的负极，所述第一稳压二极管的正极接地，所述第十二电阻的第二端子连接所述第五晶体管的第一输入输出端子作为所述稳压电路的输入端子，所述第五电容一端与所述第五晶体管的第二输入输出端子连接作为所述稳压电路的输出端子、另一端接地。

9.根据权利要求5所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，所述稳压电路包括第十三电阻、第二稳压二极管和第六电容，其中：

所述第十三电阻一端作为所述稳压电路的输入端子、另一端与所述第二稳压二极管的负极连接，所述第二稳压二极管的正极接地，所述第六电容一端连接所述第二稳压二极管的负极、另一端接地，所述第二稳压二极管的负极作为所述稳压电路的输出端子。

10.根据权利要求5所述的多路稳压输出开关电源，其特征在于，各个所述斩波电路包括第四电阻、第四晶体管、第一电感、第六电阻、第七电阻、第三电容、第二二极管、第三晶体管和第五电阻，其中：

所述第四电阻一端连接所述多路稳压输出开关电源的输入电压和所述第四晶体管的第二输入输出端子、另一端连接所述第四晶体管的控制端，所述第四晶体管的第一输入输出端子连接所述第二二极管的负极和所述第一电感的第二端子，所述第二二极管的正极接地，所述第一电感的第一端子连接其所属的斩波电路的输出端子，所述第六电阻一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端连接所述第七电阻的第一端子，所述第七电阻的第二端子接地，所述第三电容一端连接其所属的斩波电路的输出端子、另一端接地，所述第六电阻和所述第七电阻的公共端子连接所述单片机的电压反馈接收端子，所述第三晶体管的第一输入输出端子连接所述第四晶体管的控制端，所述第三晶体管的控制端连接所述单片机的脉宽调制信号输出端子，所述第五电阻一端连接所述第三晶体管的第二输入输出端子、另一端接地。