CN217388533U - 电源输出端电路以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电子技术领域，提供一种电源输出端电路以及电子设备，电源输出端电路包括：电流采样单元、第一控制单元、第二控制单元以及电压检测单元，所述第一控制单元分别电连接所述第二控制单元与所述电流采样单元，所述第二控制单元电连接所述电压检测单元；至少一个调控单元，所述调控单元分别与所述第一控制单元以及所述电压检测单元电连接，且所述调控单元与所述第二控制单元并联连接。本实用新型提供的电源输出电路至少可以解决电源系统中电源输出端电路输出电压过低的问题。

Description

电源输出端电路以及电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种电源输出端电路以及电子设备。

背景技术

目前，微处理器(CPU)发展性能越来越好，计算处理速度越来越快，但微处理器工作时所需要的电流变化速率和电流电化的差值大小同时得到了提高，这对给微处理器供电的电压调整模块(Voltage Regulator Module，VRM)提出了更加严苛的要求和挑战，即微处理器不论处于什么样的工作状态，电压调整模块都需要提供恰当的电压和电流以满足微处理器工作的要求。

当微处理器的负载从小负载突然切换到大负载的时候，电源电路需要的电流可能出现较大的提升甚至出现过冲效应，同时输出电压也会出现很大的下降，然而当输出电压降得过低甚至低于微处理器运行需要的最低电压，可能会造成较多的问题，例如，出现间歇哑火，间歇性不工作。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电源输出端电路以及电子设备，至少有利于解决电源系统中电源输出端电路输出电压过低的问题。

根据本实用新型一些实施例，本实用新型实施例一方面提供一种电源输出端电路，包括：电流采样单元、第一控制单元、第二控制单元以及电压检测单元，所述第一控制单元分别电连接所述第二控制单元与所述电流采样单元，所述第二控制单元电连接所述电压检测单元；至少一个调控单元，所述调控单元分别与所述第一控制单元以及所述电压检测单元电连接，且所述调控单元与所述第二控制单元并联连接。

另外，所述调控单元包括：电容C以及电阻R2，所述电容C与电阻R2串联连接。

另外，所述电容C的个数M≥1，所述电阻R2的个数N≥1；所述电容C以及所述电阻R2间隔排布。

另外，所述第二控制单元包括第一电阻R1；所述第一电阻R1与所述电容C与电阻R2串联连接的电路并联连接。

另外，还包括：数模转换器，所述数模转换器用于将数字信号转换为第一电压信号VDAC，并输出所述第一电压信号VDAC；环路补偿单元，所述补偿单元用于基于所述数模转换器输出的所述第一电压信号VDAC以及第一控制单元输出的第二电压信号，经过补偿处理后输出控制信号；电流平衡单元，所述电流平衡单元用于平衡所述电源输出端电路的电压或电流。

根据本实用新型一些实施例，本实用新型实施例另一方面还提供一种电子设备包括：基板，所述基板上具有功率模块以及负载模块，所述功率模块为所述负载模块供电；控制模块，所述控制模块位于所述基板上，所述控制模块与所述功率模块连接，所述控制模块包括：如上述任一项所述的电源输出端电路。

另外，所述控制模块包括电源芯片；所述电源芯片具有相对的内部和外部；所述第一控制单元位于所述电源芯片的内部，所述第二控制单元位于所述电源芯片的外部。

另外，所述调控单元位于所述电源芯片的内部。

另外，相邻的所述功率模块与所述负载模块的间距范围为15cm～30cm。

本实用新型实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

至少一个调控单元与分别与所述第一控制单元以及所述电压检测单元电连接，当出现瞬态负载增加时，上升的第一控制单元的负载电流会有一部分通过调控单元，因为调控单元和第二控制单元并联连接，与仅有一个第二控制单元相比，整体的压降会减小，从而弱化了电压检测单元输出的负反馈，使得真实输出电压的信息占比的权重更大，从而使得电源输出电路能更快地响应输出电压是否继续在下跌的状态，避免输出电压降低的过低，甚至低于处理器的最低欠压值。当进入稳态后，调控单元相当于开路，对稳态时的电源输出电路不会有影响。

此外，本实用新型实施例提供的技术方案突破了功率模块布局的限制，即可以不在负载模块的旁边布局功率模块，同时更具灵活性，根据实际需求灵活布局和调节调控单元的相关参数，也可以避免基板上功率模块布局不当导致的热问题。而且，本实用新型实施例提供的技术方案基于不修改环路补偿参数，从第二控制单元并联连接调节单元解决电源系统中电源输出端电路输出电压过低的问题，因此，可以避免修改环路补偿参数所带来的环路不稳定的风险。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制；为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的电源输出端电路的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的调控单元的一种结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，电源系统中电源输出端电路具有输出电压过低的问题。

分析发现，导致出现电源系统中电源输出端电路具有输出电压过低的问题之一在于，电源输出端电路包括：电流采样单元、第一控制单元、第二控制单元以及电压检测单元，第一控制单元分别电连接第二控制单元与电流采样单元，第二控制单元与电压检测单元串联连接。第一控制单元的输出电流经过第二控制单元形成一个压降。当电源系统中的负载电流突然加大的时候，第一控制单元输出电流也会随之加大，甚至会出现过冲现象，同时第二控制单元上的压降也会快速加大。电压检测单元用于保证输出电压的稳定性，对电源系统的实际输出电压信号做出反馈，让电源输出电路能及时响应输出电压的状态。由于第二控制单元和电压检测单元串联连接，即第二控制单元上电压的加大一定程度上会弱化实际输出电压正在减小的事实，导致电源输出电路误以为输出电压不再下降，从而出现间歇性哑火，即不再输出脉冲、PWM信号或者PWM信号一直为低电平状态。

本实用新型实施例提供一种电源输出端电路及电子设备，电源输出端电路包括：电流采样单元、第一控制单元、第二控制单元以及电压检测单元，第一控制单元分别电连接第二控制单元与电流采样单元，第二控制单元电连接电压检测单元；至少一个调控单元，调控单元分别与第一控制单元以及电压检测单元电连接，且调控单元与第二控制单元并联连接。如此，当出现瞬态负载增加时，上升的第一控制单元的负载电流会有一部分通过调控单元，因为调控单元和第二控制单元并联连接，与仅有一个第二控制单元相比，整体的压降会减小，从而弱化了电压检测单元输出的负反馈，使得真实输出电压的信息占比的权重更大，从而使得电源输出电路能更快地响应输出电压是否继续在下跌的状态，避免输出电压降低的过低，甚至低于处理器的最低欠压值。当进入稳态后，调控单元相当于开路，对稳态时的电源输出电路不会有影响。

下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1为本实用新型一实施例提供的电源输出端电路的结构示意图；图2为本实用新型一实施例提供的调控单元的一种结构示意图。

参考图1和图2，本实用新型一些实施例一方面提供一种电源输出端电路，包括：电流采样单元110、第一控制单元101、第二控制单元102以及电压检测单元120，第一控制单元101分别电连接第二控制单元102与电流采样单元110，第二控制单元102电连接电压检测单元120；至少一个调控单元130，调控单元130分别与第一控制单元101以及电压检测单元120电连接，且调控单元130与第二控制单元102并联连接。

在一些实施例中，电源系统为多相电压调整模块，多相电压调整模块又可以叫多相电源，即为电路同时提供m个频率相同而初相位互异的电压的电源，用于提高端线的热加载容量和传输效率，也可以降低相间绝缘水平以及端线受到的应力。m为电源的相数，例如m＝3时就是三相电源。示例性地，本实用新型实施例中的电源系统为六相电源，即m＝6。

在一些实施例中，电流采样单元110与相位电流检测引脚(CS1-CS6)连接，电流采样单元110包括6相电流采样电路111，6相电流采样电路111依次并联连接，每相电流采样电路111分别与每一相位电流检测引脚(CS1-CS6)连接，且每相电流采样电路111串联一个第一采样电阻R4，用于采样每相电流采样电路111的电压。并联后的6相电流采样电路111的输出端与第一控制单元101的输入端连接，第一控制单元101输入为电流采样单元110输出的总采样电流ISUMA经过处理后的电流。电流采样单元110分别与每一相位电流检测引脚(CS1-CS6)连接，用于检测每一相的电流。总采样电流ISUMA为6相电流采样电路111采样电流的汇总。

在一些实施例中，第一控制单元101包括调节器104、第一电流调整器105，第一电流调整器105将第一控制单元101输入端的总采样电流ISUMA降低至总采样电流ISUMA的1/8，例如，总采样电流ISUMA＝80μA，则第一电流调整器105输出的电流为10μA。调节器104的正输入端(“+”)输入参考电压VREF，负输入端(“-”)输入电流采样单元110的总采样电流ISUMA转换的总输出电压U1。调节器104可以为恒压器，保证输出的电压稳定在参考电压VREF。

在一些实施例中，第一控制单元101的输出端与第二控制单元102的输入端连接，第二控制单元102输入VLLA，VLLA为总采样电流ISUMA缩小至1/8后经过第一电阻R1两端的压降和反馈电压VFBA之和。

电压检测单元120用于保证输出电压的稳定性。在一些实施例中，电压检测单元120包括差分放大器，差分放大器的正输入端(“+”)连接总输出电压的正输入引脚AVSP，负输入端(“-”)连接总输出电压的负输入引脚AVSN，输出端与第二控制单元102的输出端连接。差分放大器的输出端输出反馈电压VFBA，若检测电压超过预设电压时缩小脉冲宽度或减小脉冲数量；若检测电压低于预设电压时增大脉冲宽度或增加脉冲数量以保证电源的输出电压的稳定。其中，检测电压为总输出电压的正输入引脚AVSP与总输出电压的负输入引脚AVSN之间的差分信号。预设电压的取值取决于数模转换器103输出的第一电压信号VDAC。在一个具体的例子中，预设电压为0.9V。在另一个具体的例子中，预设电压为1.2V。

在一些实施例中，调控单元130用于降低第二控制单元102的电压增大程度。当出现瞬态负载增加时，上升的第一控制单元101的负载电流会有一部分通过调控单元130，因为调控单元130和第二控制单元102并联连接，与仅有一个第二控制单元102相比，整体的压降会减小，从而弱化了电压检测单元120输出的负反馈，使得真实输出电压的信息占比的权重更大，从而使得电源输出电路能更快地响应输出电压是否继续在下跌的状态，避免输出电压降低的过低，甚至低于处理器的最低欠压值。当进入稳态后，调控单元130相当于开路，对稳态时的电源输出电路不会有影响。

在一些实施例中，参考图2，调控单元130包括：电容C以及电阻R2，电容C与电阻R2串联连接。电阻R2用于保证整体的压降会减小，以保证电源输出电路能更快地响应输出电压是否继续在下跌的状态；电容C用于保证电源输出电路进入稳态时，调控单元130为开路。电容的个数M≥1，电阻的个数N≥1；电容以及电阻间隔排布。

在一些实施例中，电阻R2的取值主要保证输出电压的波形为稳定波形。例如，系统的负载产生较大的变化时，保证输出电压的下冲波形波动不会太大，满足规格要求。同时电阻R2的取值需要保证系统的负载产生较大的变化时，输出电压波形变化的时间较小，即稳定时间(settle time)较小，稳定时间具体可以小于等于10μS，可以保证当整体的压降增加过大时或者负反馈增加时，真实输出电压的信息占比的权重低，导致电源输出电路不能及时地响应输出电压是否继续在下跌的状态，环路补偿单元不能及时对环路进行环路补偿，导致了真实输出电压出现了较低的过冲，甚至真实输出电压有可能低于微处理器运行需要的最低电压。在一个具体的例子中，电阻R2的阻值可以为300Ω。

在一些实施例中，电源输出端电路还包括：数模转换器103，数模转换器103用于将数字信号转换为第一电压信号VDAC，并输出第一电压信号VDAC。

在一些实施例中，电源输出端电路还包括：环路补偿单元140，补偿单元140用于基于数模转换器103输出的第一电压信号VDAC以及第一控制单元101输出的第二电压信号U2，经过补偿处理后输出控制信号。环路指闭环系统，环路补偿单元在电压检测单元输出的反馈信号(负反馈)后，用于补偿电源系统在扰动时(例如瞬态负载)的性能不足，从而维持电源系统的稳定或者较优的状态。环路补偿单元140包括补偿放大器141、数值补偿器142以及相位控制器143。补偿放大器141的正输入端(“+”)输入第一控制单元101输出的第二电压信号U2，第二电压信号U2为电压检测单元120输出的运算信号；负输入端(“-”)输入第一电压信号VDAC；输出端输出误差信号至相位控制器143。相位控制器143用于执行补偿处理并输出控制信号，控制信号可以为PWM信号。补偿处理可以为任何电源补偿电路提供的补偿处理。

在另一些实施例中，可以通过修改环路补偿单元140的环路参数，增加环路带宽，以提高环路补偿单元140对电压检测单元120输出的反馈信号的响应速度。环路带宽越宽，动态响应的速度越快。可以理解的是，环路带宽的增加的范围不超过环路带宽的最大值，避免环路补偿单元140不仅对高频的正常激励信号有响应，也会对同处高频段的噪声有较大的响应，从而有可能导致环路不稳定。

在一些实施例中，电源输出端电路还包括：电流平衡单元150，电流平衡单元150用于平衡电源输出端电路的电压或电流。电流平衡单元150包括电流平衡器151，电流平衡器151基于环路补偿单元140输出的控制信号确定电流导通时间，平衡电源输出端电路的电压或电流。电流平衡器151的工作原理为：当电源系统处于稳态工作时，补偿放大器141输出的误差信号从高电平翻转为低电平，则输出的控制信号为导通时间(Ton)开始信号。也就是说，电流平衡单元150控制导通时间。其中，电流平衡器151输出信号为PWM信号。

在一些实施例中，电源输出端电路包括接地单元，接地单元包括第二采样电阻R5，第二采样电阻R5的一端与第二电流调整器106连接，另一端接地，用于采样电压。第二电流调整器106的输出端具有一个检测引脚IMONA，检测引脚IMONA为总采样电流ISUMA的成比例电流检测引脚。第二电流调整器106将第一控制单元101输入端的总输出电流ISUMA降低至总采样电流ISUMA的1/32，例如，总采样电流ISUMA＝80μA，则第二电流调整器106输出的电流为2.5μA。

在一些实施例中，电源输出端电路还包括保护单元160，保护单元160与第一控制单元101电连接，用于保证电源输出端电路的安全稳定。保护单元160包括第一过压保护电路161、第二过压保护电路162、欠压保护电路163以及过电流保护电路164。第一过压保护电路161具有第一比较器，第一比较器的正输入端(“+”)输入第一控制单元101输出的第二电压信号U2；负输入端(“-”)输入固定值2.6V；若第二电压信号U2超过2.6V，则第一比较器输出故障信号。第二过压保护电路162具有第二比较器，第二比较器的正输入端(“+”)输入第一控制单元101输出的第二电压信号U2；负输入端(“-”)输入最大值，最大值为VDAC+175mV；若第二电压信号U2超过最大值，则第二比较器输出故障信号。欠压保护电路163具有第三比较器，第三比较器的正输入端(“+”)输入第一控制单元101输出的第二电压信号U2；负输入端(“-”)输入最小值，最小值为VDAC-175mV；若第二电压信号U2低于最小值，则第三比较器输出故障信号。

在一些实施例中，过电流保护电路164具有第四比较器，第四比较器的正输入端(“+”)输入电流采样单元110输出的总采样电流ISUMA，或者6个相位电流检测引脚(CS1-CS6)的电流总和；负输入端(“-”)输入省去输出端大电容的功率放大电路(OCL_thresh)的电流I0；若总输出电流ISUMA超过I0，则第四比较器输出故障信号。

本实用新型实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

电源输出端电路包括：电流采样单元110、第一控制单元101、第二控制单元102以及电压检测单元120，第一控制单元101分别电连接第二控制单元102与电流采样单元110，第二控制单元102电连接电压检测单元120；至少一个调控单元130，调控单元130分别与第一控制单元101以及电压检测单元120电连接，且调控单元130与第二控制单元102并联连接。当出现瞬态负载增加时，上升的第一控制单元101的负载电流会有一部分通过调控单元130，因为调控单元130和第二控制单元102并联连接，与仅有一个第二控制单元102相比，整体的压降会减小，从而弱化了第二控制单元102在瞬态电流(例如电流的瞬态变大)的压降，使得真实输出电压的信息占比的权重更大，从而使得电源输出电路能更快地响应输出电压是否继续在下跌的状态，避免输出电压降低的过低，甚至低于处理器的最低欠压值。当进入稳态后，调控单元130相当于开路，对稳态时的电源输出电路不会有影响。

图3为本实用新型一实施例提供的电子设备的结构示意图。参考图1至图3，本实用新型一些实施例另一方面提供一种电子设备，电子设备包括：基板200，基板200上具有功率模块201以及负载模块202，功率模块201为负载模块202供电；控制模块203，控制模块203位于基板200上，控制模块203与功率模块201连接，控制模块203包括上述实施例(图1至图2)所示的电源输出端电路。

在一些实施例中，基板200可以为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。印刷电路板包括柔性电路板或刚性电路板。功率模块201提供负载电流给负载模块202。功率模块201在基板200的布局一般尽可能靠近负载模块202，以降低传输功率的延时，可以避免负载模块202的输出电压跌落更低，甚至不满足微处理器的要求的情况。功率模块201可以为智能功率模块，当发生严重过载甚至直接短路时、温度过热时，智能功率模块内的金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)将被有控制地软关断，同时发出故障信号。

在一些实施例中，控制模块203提供控制信号给功率模块201，控制信号可以为PWM信号。控制模块203包括电源芯片100；电源芯片100具有相对的内部和外部；第一控制单元101位于电源芯片100的内部，第二控制单元102位于电源芯片100的外部。调控单元130位于电源芯片100的外部，可以灵活调节调控单元130的参数而不受电源芯片的限制。在另一些实施例中，调控单元130位于电源芯片100的内部。

相邻的功率模块201与负载模块202的间距可以根据功率模块的数量以及排版进行设置，但传统的基板布局中，相邻的功率模块201与负载模块202的间距需满足功率模块201与负载模块202的距离尽可能的近，可以降低传输功率的延时。然而，本申请实施例通过控制模块203增加调控单元130克服功率模块201布局的限制，因此功率模块201布局更加分散，即相邻的功率模块201与负载模块202的间距可以较大，让功率模块201产生的热能在基板200分布更均匀，从而有利于降低温升以及提升可靠性。在一些实施例中，相邻的功率模块201与负载模块202的间距范围为15cm～30cm。

本实用新型实施例提供的技术方案突破了功率模块201布局的限制，即可以不在负载模块202的旁边布局功率模块201，同时更具灵活性，根据实际需求灵活布局和调节调控单元130的相关参数，也可以避免基板200上功率模块201布局不当导致的热问题。而且，本实用新型实施例提供的技术方案可以基于不修改环路补偿参数，第二控制单元102并联连接调节单元130解决电源系统中电源输出端电路输出电压过低的问题，因此，可以避免修改环路补偿参数所带来的环路不稳定的风险。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种电源输出端电路，其特征在于，包括：

电流采样单元、第一控制单元、第二控制单元以及电压检测单元，所述第一控制单元分别电连接所述第二控制单元与所述电流采样单元，所述第二控制单元电连接所述电压检测单元；

至少一个调控单元，所述调控单元分别与所述第一控制单元以及所述电压检测单元电连接，且所述调控单元与所述第二控制单元并联连接。

2.根据权利要求1所述的电源输出端电路，其特征在于，所述调控单元包括：电容C以及电阻R2，所述电容C与电阻R2串联连接。

3.根据权利要求2所述的电源输出端电路，其特征在于，所述电容C的个数M≥1，所述电阻R2的个数N≥1；所述电容C以及所述电阻R2间隔排布。

4.根据权利要求2所述的电源输出端电路，其特征在于，所述第二控制单元包括第一电阻R1；所述第一电阻R1与所述电容C与电阻R2串联连接的电路并联连接。

5.根据权利要求1所述的电源输出端电路，其特征在于，还包括：

数模转换器，所述数模转换器用于将数字信号转换为第一电压信号VDAC，并输出所述第一电压信号VDAC；

环路补偿单元，所述补偿单元用于基于所述数模转换器输出的所述第一电压信号VDAC以及第一控制单元输出的第二电压信号，经过补偿处理后输出控制信号；

电流平衡单元，所述电流平衡单元用于平衡所述电源输出端电路的电压或电流。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

基板，所述基板上具有功率模块以及负载模块，所述功率模块为所述负载模块供电；

控制模块，所述控制模块位于所述基板上，所述控制模块与所述功率模块连接，所述控制模块包括：如权利要求1-5任一项所述的电源输出端电路。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述控制模块包括电源芯片；所述电源芯片具有相对的内部和外部；所述第一控制单元位于所述电源芯片的内部，所述第二控制单元位于所述电源芯片的外部。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述调控单元位于所述电源芯片的内部。

9.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，相邻的所述功率模块与所述负载模块的间距范围为15cm～30cm。

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