CN218335331U - 供电模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电模组和电子设备，其中，供电模组包括：第一供电电路至少包括直流电源、开关元件、连接于直流电源的正极与开关元件的第一端之间的第一电感，开关元件的第二端接地；第二供电电路与第一供电电路共享直流电源、开关元件和第一电感；第三供电电路包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二电感和第一负载，第二电容和第一二极管串联在第一端与第三供电电路的输出端之间，第二电感连接于第二电容与第一二极管的串联点、及第三电容、第二二极管和第三电感的交汇点之间，第一负载一端接地，另一端连接于输出端，且并联于第一负载的两端。上述方案，能够在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积和降低电磁辐射。

Description

供电模组和电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种供电模组和电子设备。

背景技术

目前，大多数电路中，应用的都是单电源供电。但是，在某些应用中，为了提高电路信号的精确度，会用到多路电源(如，正负多路电源)。故此，单电源供电的电路设计，无法满足这一应用需求。

为满足上述多路电源的应用需求，常规电路设计通常会在单电源供电的基础上，再新增一路与已有电源电路彼此独立的电源电路。然而，这种方式会导致硬件成本变高、产品体积增大以及额外电磁辐射等问题。有鉴于此，如何在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积以及降低电磁辐射，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种供电模组和电子设备，能够在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积以及降低电磁辐射。

为了解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种供电模组，包括：第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路；第一供电电路，至少包括直流电源、开关元件、连接于直流电源的正极与开关元件的第一端之间的第一电感，开关元件的第二端接地，且第一供电电路为SEPIC结构的DC-DC电路；第二供电电路，与第一供电电路共享直流电源、开关元件和第一电感，且第二供电电路为CUK结构的DC-DC电路；第三供电电路，包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二电感和第一负载，第二电容和第一二极管串联在第一端与第三供电电路的输出端之间，第二电感连接于：第二电容与第一二极管的串联点、SEPIC结构的DC-DC电路中第三电容、第二二极管和第三电感的交汇点之间，且第一负载的一端接地，另一端连接于输出端，第一电容并联于第一负载的两端；其中，开关元件的第三端用于接收控制信号，第一端与第二端之间导通或断开受控于控制信号的电平高低，且第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路的输出电压分别受控于控制信号的占空比。

其中，第一供电电路还包括第四电容和第二负载，第二负载的一端接地，另一端连接于第一供电电路的输出端，第四电容并联于第二负载的两端。

其中，第二供电电路还包括第三二极管、第三负载、第四电感、第五电容和第六电容，第五电容和第四电感串联于第一端与第二供电电路的输出端之间，第三二极管的一端连接于第五电容与第四电感的串联点，第三二极管的另一端接地，第三负载的一端接地，第三负载的另一端连接于第二供电电路的输出端，第六电容并联于第三负载的两端。

其中，供电模组还包括信号发生电路，信号发生电路用于生成控制信号，且信号发生电路的输出端输出控制信号，信号发生电路的输出端连接于第三端。

其中，信号发生电路为PWM信号发生器。

其中，开关元件包括：MOS管、三极管、开关芯片中任一者。

其中，开关元件为MOS管，第一端为MOS管的源极，第二端为MOS管的漏极，第三端为MOS管的栅极。

其中，开关元件为三极管，第一端为三极管的集电极，第二端为三极管的发射极，第三端为三极管的基极。

其中，开关元件为开关芯片，第一端和第二端为开关芯片中属于同一开关电路的数据端，第三端为开关芯片的使能端。

为了解决上述技术问题，本申请第二方面提供了一种电子设备，包括第一正压元件、第二正压元件和负压元件，以及上述第一方面中的供电模组，且第一正压元件连接至供电模组中第一供电电路的输出端，负压元件连接至供电模组中第二供电电路的输出端，第二正压元件连接至供电模组中第三供电电路的输出端。

上述方案，供电模组包括第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路，第一供电电路至少包括直流电源、开关元件、连接于直流电源的正极与开关元件的第一端之间的第一电感，开关元件的第二端接地，且第一供电电路为SEPIC结构的DC-DC电路，第二供电电路与第一供电电路共享直流电源、开关元件和第一电感，且第二供电电路为CUK结构的DC-DC电路，第三供电电路包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二电感和第一负载，第二电容和第一二极管串联在第一端与第三供电电路的输出端之间，第二电感连接于：第二电容与第一二极管的串联点、SEPIC结构的DC-DC电路中第三电容、第二二极管和第三电感的交汇点之间，且第一负载的一端接地，另一端连接于输出端，第一电容并联于第一负载的两端，而开关元件的第三端用于接收控制信号，第一端与第二端之间导通或断开受控于控制信号的电平高低，且第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路的输出电压分别受控于控制信号的占空比。由于第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路共用同一套直流电源和开关元件，能够尽可能地减少供电模组中电子元件，且三路供电的输出电压互不相同，从而供电模组能够通过第一供电电路、第二供电电路和第三供电电路实现三路供电，进而能够在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积以及降低电磁辐射。

附图说明

图1是本申请供电模组一实施例的框架示意图；

图2是本申请供电模组在开关元件导通时电流走向的示意图；

图3是本申请供电模组在开关元件断开时电流走向的示意图；

图4是本申请电子设备一实施例的框架示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。

请参阅图1，图1是本申请供电模组10一实施例的框架示意图。供电模组10包括：第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13，第一供电电路11至少包括直流电源V、开关元件S、连接于直流电源V的正极V+与开关元件S的第一端S1之间的第一电感L1，开关元件S的第二端S2接地，且第一供电电路11为SEPIC(Single Ended Primary InductorConverter，单端初级电感式转换器)结构的DC-DC电路，第二供电电路12与第一供电电路11共享直流电源V、开关元件S和第一电感L1，且第二供电电路12为CUK结构的DC-DC电路，第三供电电路13包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二电感L2和第一负载R1，第二电容C2和第一二极管D1串联在第一端S1与第三供电电路13的输出端Vo3之间，第二电感L2连接于：第二电容C2与第一二极管D1的串联点E1、SEPIC结构的DC-DC电路中第三电容C3、第二二极管D2和第三电感L3的交汇点E2之间，且第一负载R1的一端接地，另一端连接于输出端Vo3，第一电容C1并联于第一负载R1的两端，而开关元件S的第三端S3用于接收控制信号，第一端S1与第二端S2之间导通或断开受控于控制信号的电平高低，且第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13的输出电压分别受控于控制信号的占空比。

在一个实施场景中，开关元件S可以包括但不限于：MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET，即金属-氧化物半导体场效应晶体管)、三极管、开关芯片等，在此不做限定。

在一个具体的实施场景中，在选择MOS管作为开关元件S的情况下，第一端S1可以为MOS管的源极，第二端S2可以为MOS管的漏极，第三端S3可以为MOS管的栅极。

在一个具体的实施场景中，在选择三极管作为开关元件S的情况下，第一端S1可以为三极管的集电极，第二端S2可以为三极管的发射极，第三端S3可以为三极管的基极。

在一个具体的实施场景中，在选择开关芯片作为开关元件S的情况下，第一端S1和第二端S2可以为开关芯片中属于同一开关电路的数据端，第三端S3可以为开关芯片的使能端。开关芯片具体可以包括但不限于：MS703D、BL1551等，在此不做限定。

在一个实施场景中，当控制信号的输出电平为高电平时，开关元件S导通，而当控制信号的输出电平为低电平时，开关元件S断开。需要说明的是，控制信号的高低电平可以根据开关元件S的类型来进行设置。示例性地，以开关元件S是MOS管为例，当控制信号的输出电平低于1.5伏时，输出电平可以视为低电平，此时MOS管断开，当控制信号的输出电平高于3.5伏时，输出电平可以视为高电平，此时MOS管导通；或者，以开关元件S是三极管为例，当三极管为PNP型三极管时，只要确保集电极比基极高0.7伏以上，三极管即可导通，反之只要确保集电极不比基极高0.7伏以上，三极管即可断开；类似地，当三极管为NPN型三极管时，只要确保基极比发射极高0.7伏以上，三极管即可导通，反之只要确保基极不比发射极高0.7伏以上，三极管即可断开；或者，以开关元件S是开关芯片为例，当控制信号的输出电平高于2伏，输出电平即可视为高电平，此时开关芯片中开关电路导通，当控制信号的输出电平低于0.8伏，输出电平即可视为低电平，此时开关芯片中开关电路断开。

在一个实施场景中，请继续结合参阅图1，第一供电电路11还包括第四电容C4和第二负载R2，第二负载R2的一端接地，另一端连接于第一供电电路11的输出端Vo1，第四电容C4并联于第二负载R2的两端。此外，如图1所示，第三电容C3的一端与第三电感L3的一端汇接于第二二极管D2的一端，第三电容C3的另一端与第一端S1连接，第三电感L3的另一端接地，第二二极管D2的另一端连接于第一供电电路11的输出端Vo1。此外，直流电源V的负极V—接地。需要说明的是，第一供电电路11通过上述连接构成SEPIC结构的DC-DC电路。SEPIC结构的DC-DC电路是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DC-DC变换器，且其输出电压为正电压，并受控于开关元件S接收到的控制信号的占空比，具体可以参阅下述相关描述，在此暂不赘述。

在一个实施场景中，请继续结合参阅图1，第二供电电路12还可以包括第三二极管D3、第三负载R3、第四电感L4、第五电容C5和第六电容C6，第五电容C5和第四电感L4串联于第一端S1与第二供电电路12的输出端Vo2之间，第三二极管D3的一端连接于第五电容C5与第四电感L4的串联点E3，第三二极管D3的另一端接地，第三负载R3的一端接地，第三负载R3的另一端连接于第二供电电路12的输出端Vo2，第六电容C6并联于第三负载R3的两端。需要说明的是，第二供电电路12通过上述连接构成CUK结构的DC-DC电路。CUK结构的DC-DC输出电压的极性和输入电压相反，其输出电压既可以低于也可以高于输入电压，具体可以参阅下述相关描述，在此暂不赘述。

在一个实施场景中，供电模组10还可以包括信号发生电路(未图示)，信号发生电路用于生成控制信号，且信号发生电路的输出端输出控制信号，信号发生电路的输出端连接于第三端S3。更为具体地，信号发生电路可以为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号发生器，在此不做限定。也就是说，控制信号可以为方波信号。如前所述，开关元件S的第三端S3接收到控制信号的高电平时，开关元件S导通，而开关元件S的第三端S3接收到控制信号的低电平时，开关元件S断开。为了便于描述，可以将开关元件S在一个周期内的导通时长记为Ton，断开时长记为Toff，则开关元件S的开关周期可以记为Ts＝Ton+Toff，故占空比可以均为D＝Ton/Ts。

在一个实施场景中，第一供电电路11的输出端Vo1所输出的电压可以表示为D/(1-D)*Vi，第二供电电路12的输出端Vo2所输出的电压可以表示为-D/(1-D)*Vi，第三供电电路13的输出端Vo3所输出的电压可以表示为2*D/(1-D)*Vi。需要说明的是，上述公式中，Vi表示直流电源V的输入电压。由此可见，供电模组10可以提供三种不同规格的电压，从而能够实现三路供电。

在一个实施场景中，请结合参阅图2，图2是本申请供电模组10在开关元件S导通时电流走向的示意图。需要说明的是，图2中虚线加粗箭头表示电流流向。如图2所示，当开关元件S导通时，对于第一供电电路11而言，第二二极管D2截止，第一电感L1上的电流沿着直流电源V→第一电感L1→开关元件S的回路，对第一电感L1进行储能。与此同时，第三电容C3经过开关元件S对第三电感L3进行储能，第四电容C4放电，给第二负载R2输出电流。请继续结合参阅图2，当开关元件S导通时，对于第二供电电路12而言，第三二极管D3截止，第一电感L1上的电流沿着直流电源V→第一电感L1→开关元件S的回路，对第一电感L1进行储能。与此同时，第五电容C5放电，经过开关元件S对第四电感L4、第六电容C6进行储能，给第三负载R3输出电流。请继续结合参阅图2，当开关元件S导通时，对于第三供电电路13而言，第一二极管D1截止，第一电感L1上的电流沿着直流电源V→第一电感L1→开关元件S的回路，对第一电感L1进行储能。与此同时，第二电容C2经过开关元件S对第二电感L2进行储能，第一电容C1放电，给第一负载R1提供输出电流。

在一个实施场景中，请结合参阅图3，图3是本申请供电模组10在开关元件S断开时电流走向的示意图。需要说明的是，图3中虚线加粗箭头表示电流流向。如图3所示，当开关元件S断开时，对于第一供电电路11而言，第三电感L3上产生反向电动势，使得第二二极管D2由截止变为导通，此时有两条电流路径，一条是：第一电感L1提供的电流沿着第一电感L1→第三电容C3→第二二极管D2给第二负载R2提供输出电流，另一条是：第三电感L3提供的电流沿着第三电感L3→第二二极管D2给第二负载R2提供输出电流。请继续结合参阅图3，当开关元件S断开时，对于第二供电电路12而言，第三二极管D3导通，电流沿着直流电源V→第一电感L1→第五电容C5→第三二极管D3的回路，对第五电容C5进行充能，而第四电感L4提供的电流沿着第四电感L4→第三二极管D3→第六电容C6的回路，给第六电容C6进行充电，并给负载R4提供输出电流。请继续结合参阅图3，当开关元件S断开时，对于第三供电电路13而言，第二电感L2和第三电感L3上产生反向电动势，使得第一二极管D1由截止变为导通，此时有两条电流路径，一条是：第一电感L1提供的电流沿着第一电感L1→第二电容C2→第一二极管D1的回路给负载R1提供输出电流，另一条是：第二电感L2和第三电感L3提供的电流沿着第三电感L3→第二电感L2→第一二极管D1的回路给负载R1提供输出电流。

上述方案，供电模组10包括第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13，第一供电电路11至少包括直流电源V、开关元件S、连接于直流电源V的正极V+与开关元件S的第一端S1之间的第一电感L1，开关元件S的第二端S2接地，且第一供电电路11为SEPIC结构的DC-DC电路，第二供电电路12与第一供电电路11共享直流电源V、开关元件S和第一电感L1，且第二供电电路12为CUK结构的DC-DC电路，第三供电电路13包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二电感L2和第一负载R1，第二电容C2和第一二极管D1串联在第一端S1与第三供电电路13的输出端Vo3之间，第二电感L2连接于：第二电容C2与第一二极管D1的串联点E1、SEPIC结构的DC-DC电路中第三电容C3、第二二极管D2和第三电感L3的交汇点E2之间，且第一负载R1的一端接地，另一端连接于输出端Vo3，第一电容C1并联于第一负载R1的两端，而开关元件S的第三端S3用于接收控制信号，第一端S1与第二端S2之间导通或断开受控于控制信号的电平高低，且第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13的输出电压分别受控于控制信号的占空比。由于第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13共用同一套直流电源V和开关元件S，能够尽可能地减少供电模组10中电子元件，且三路供电的输出电压互不相同，从而供电模组10能够通过第一供电电路11、第二供电电路12和第三供电电路13实现三路供电，进而能够在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积以及降低电磁辐射。

此外，需要说明的是，基于SEPIC、CUK等结构，能够使供电模组10进一步具有输出正负电压电流平滑，且输出电压纹波小的优点。

请参阅图4，图4是本申请电子设备40一实施例的框架示意图。如图4所示，电子设备40包括：第一正压元件21、第二正压元件22和负压元件30，以及如上述任一供电模组10实施例中的供电模组10。进一步地，第一正压元件21连接至供电模组10中第一供电电路11的输出端Vo1，第二正压元件22连接至供电模组10中第三供电电路13的输出端Vo3，负压元件30连接至供电模组10中第二供电电路12的输出端Vo2。电子设备40可以包括但不限于车载功率放大器等，在此不做限定。需要说明的是，第一正压元件21和第二正压元件22均为正电压供电的电子元件，而负压元件30为负电压供电的电子元件。以电子设备40为车载功率放大器为例，第一正压元件21可以包括但不限于稳压器(未图示)等，第二正压元件22可以包括但不限于稳压器(未图示)等，负压元件30可以包括但不限于运算放大器(未图示)等，在此不做限定。在电子设备40为其他情况时，可以根据实际需要设置第一正压元件21、第二正压元件22和负压元件30，并基于电子设备40实际所需实现的功能，进一步包括其他电子元件，在此不再赘述。

上述方案，电子设备40包括第一正压元件21、第二正压元件22和负压元件30，以及如上述任一供电模组10实施例中的供电模组10，且第一正压元件21连接至供电模组10中第一供电电路11的输出端Vo1，第二正压元件22连接至供电模组10中第三供电电路13的输出端Vo3，负压元件30连接至供电模组10中第二供电电路12的输出端Vo2，故能够在满足多路电源的前提下，尽可能地降低硬件成本，减少产品体积以及降低电磁辐射。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种供电模组，其特征在于，包括：

第一供电电路，至少包括直流电源、开关元件、连接于所述直流电源的正极与所述开关元件的第一端之间的第一电感，所述开关元件的第二端接地，且所述第一供电电路为SEPIC结构的DC-DC电路；

第二供电电路，与所述第一供电电路共享所述直流电源、所述开关元件和所述第一电感，且所述第二供电电路为CUK结构的DC-DC电路；

第三供电电路，包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二电感和第一负载，所述第二电容和所述第一二极管串联在所述第一端与所述第三供电电路的输出端之间，所述第二电感连接于：所述第二电容与所述第一二极管的串联点、所述SEPIC结构的DC-DC电路中第三电容、第二二极管和第三电感的交汇点之间，且所述第一负载的一端接地，另一端连接于所述输出端，所述第一电容并联于所述第一负载的两端；

其中，所述开关元件的第三端用于接收控制信号，所述第一端与所述第二端之间导通或断开受控于所述控制信号的电平高低，且所述第一供电电路、所述第二供电电路和所述第三供电电路的输出电压分别受控于所述控制信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的供电模组，其特征在于，所述第一供电电路还包括第四电容和第二负载，所述第二负载的一端接地，另一端连接于所述第一供电电路的输出端，所述第四电容并联于所述第二负载的两端。

3.根据权利要求1所述的供电模组，其特征在于，所述第二供电电路还包括第三二极管、第三负载、第四电感、第五电容和第六电容，所述第五电容和所述第四电感串联于所述第一端与所述第二供电电路的输出端之间，所述第三二极管的一端连接于所述第五电容与所述第四电感的串联点，所述第三二极管的另一端接地，所述第三负载的一端接地，所述第三负载的另一端连接于所述第二供电电路的输出端，所述第六电容并联于所述第三负载的两端。

4.根据权利要求1所述的供电模组，其特征在于，所述供电模组还包括信号发生电路，所述信号发生电路用于生成所述控制信号，且所述信号发生电路的输出端输出所述控制信号，所述信号发生电路的输出端连接于所述第三端。

5.根据权利要求4所述的供电模组，其特征在于，所述信号发生电路为PWM信号发生器。

6.根据权利要求1所述的供电模组，其特征在于，所述开关元件包括：MOS管、三极管、开关芯片中任一者。

7.根据权利要求6所述的供电模组，其特征在于，所述开关元件为所述MOS管，所述第一端为所述MOS管的源极，所述第二端为所述MOS管的漏极，所述第三端为所述MOS管的栅极。

8.根据权利要求6所述的供电模组，其特征在于，所述开关元件为所述三极管，所述第一端为所述三极管的集电极，所述第二端为所述三极管的发射极，所述第三端为所述三极管的基极。

9.根据权利要求6所述的供电模组，其特征在于，所述开关元件为所述开关芯片，所述第一端和所述第二端为所述开关芯片中属于同一开关电路的数据端，所述第三端为所述开关芯片的使能端。

10.一种电子设备，其特征在于，包括第一正压元件、第二正压元件和负压元件，以及如权利要求1至9任一项所述的供电模组，且所述第一正压元件连接至所述供电模组中第一供电电路的输出端，所述负压元件连接至所述供电模组中第二供电电路的输出端，所述第二正压元件连接至所述供电模组中第三供电电路的输出端。

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