專利名稱：一種電源模塊和供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成電路(IC，Integrated Circuit)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有雙重過流點(diǎn)的電源模塊和供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于目前通訊專用的大型IC，如中央處理器(CPU，Central Processing Unit)、數(shù)字信號處理(DSP，Digital Signal I^rocessor)等器件的晶體管數(shù)量越來越多，由晶體管數(shù)量決定的芯片供電電壓(VCC)和地(GND)之間的等效阻抗也越來越小，部分芯片甚至可以達(dá)到1歐姆(Ω)左右；器件電源和地之間的寄生電容也越來越大。另外，隨著器件運(yùn)行頻率的增加，這些器件所消耗的靜態(tài)電流以及動態(tài)電流也呈急速上升的趨勢，大型芯片核心(Core)電源的目標(biāo)阻抗達(dá)到10毫歐(πιΩ)的情況已經(jīng)比較常見，為了滿足如此低的目標(biāo)阻抗，芯片的去耦電容數(shù)量也達(dá)到了新高，比如某常用的 DSP芯片要求芯片側(cè)和電源側(cè)總共要達(dá)到3000微法(μ F)的電容量。以上這兩個因素造成了在器件上電的一瞬間，將會有很大的浪涌電流產(chǎn)生。而在器件上電過程結(jié)束后，器件所需要的電流卻會保持在一個比較低的水平。如圖1所示，圖1 為大型IC芯片上電及正常工作的電流曲線示意圖，在TO時間芯片的電壓開始爬升，在Tl 時間產(chǎn)生了浪涌電流的峰值Il ；在Τ2時間開始加載IC芯片的配置程序，所需電流有所增加；在Τ3時間配置程序加載完成，芯片開始正常運(yùn)行，此時電流需求為12。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)， Il 一般會是12的兩倍以上。為了保證用電芯片的正常上電和工作，其器件手冊(Datasheet) —般會保守的要求按照較大的浪涌電流值Il來選取電源模塊，而器件正常工作的電流12往往在浪涌電流 Il的一半以下。由于電源的體積和成本是和輸出電流(功率)成正比的，這樣就造成了整個系統(tǒng)的空間以及成本的浪費(fèi)。目前的電源模塊過流點(diǎn)只有一個固定的值，而不能做更靈活的配置，這樣在應(yīng)用過程中就存在很大的限制，只能按照用電芯片的浪涌電流值Ii來選取電源模塊，這會造成空間和成本的浪費(fèi)。比如某電源模塊，其最大輸出電流為30A，過流點(diǎn)設(shè)置為55A，在應(yīng)用該電源模塊的過程中如果用電芯片的浪涌電流達(dá)到了 60A，那么就只有選擇更大功率和體積的電源模塊。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種電源模塊和供電系統(tǒng)，以解決高密度IC芯片的供電模塊成本高、占用空間大的問題。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供了一種電源模塊，包括電流互感器、互感器電流檢測組件、第一比較器、第二比較器和比較器輸出控制組件，其中，所述互感器電流檢測組件連接在所述電流互感器的次級的兩端，且所述第一比較器和第二比較器的正輸入端分別連接所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，所述第一比較器負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)，第二比較器的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)；所述第一比較器和第二比較器的輸出端分別連接所述比較器輸出控制組件的輸入端。所述比較器輸出控制組件包括延時電路、三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器，其中，所述延時電路分別連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端，所述反向三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第一比較器的輸出端，所述三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第二比較器的輸出端。所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的輸出端分別連接所述電源模塊供電的用電
-H-· I I心片。所述延時電路包括相互連接的計時組件和輸出信號控制組件，所述輸出信號控制組件的輸出端連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端。所述互感器電流檢測組件包括第一電阻、第二電阻、二極管和電容；其中，所述第一電阻的一端連接電流互感器的次級的高電位端，另一端連接電流互感器的次級的低電位端；所述二極管的正極連接所述第一電阻的高電位端，負(fù)極連接所述第二電阻的一端，所述第二電阻的另一端連接第一電阻的低電位端；所述電容的一端連接第二電阻的高電位端，另一端連接第二電阻的低電位端；所述電容的高電位端作為所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，連接所述第一比較器和第二比較器的正輸入端。本實(shí)用新型還提供了一種供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相互連接的電源模塊和用電芯片，其中，所述電源模塊包括電流互感器、互感器電流檢測組件、第一比較器、第二比較器和比較器輸出控制組件，所述互感器電流檢測組件連接在所述電流互感器的次級的兩端， 且所述第一比較器和第二比較器的正輸入端分別連接所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，所述第一比較器負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)，第二比較器的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)；所述第一比較器和第二比較器的輸出端分別連接所述比較器輸出控制組件的輸入端。所述比較器輸出控制組件包括延時電路、三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器，其中，所述延時電路分別連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端，所述反向三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第一比較器的輸出端，所述三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第二比較器的輸出端。所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的輸出端分別連接所述電源模塊供電的用電
-H-· I I心片。所述延時電路包括相互連接的計時組件和輸出信號控制組件，所述輸出信號控制組件的輸出端連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端。所述互感器電流檢測組件包括第一電阻、第二電阻、二極管和電容；其中，所述第一電阻的一端連接電流互感器的次級的高電位端，另一端連接電流互感器的次級的低電位端；所述二極管的正極連接所述第一電阻的高電位端，負(fù)極連接所述第二電阻的一端，所述第二電阻的另一端連接第一電阻的低電位端；所述電容的一端連接第二電阻的高電位端，另一端連接第二電阻的低電位端；所述電容的高電位端作為所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，連接所述第一比較器和第二比較器的正輸入端。本實(shí)用新型所提供的一種電源模塊和供電系統(tǒng)，其電源模塊具有雙過流點(diǎn)，在電源模塊上電后首先采用較高的過流點(diǎn)進(jìn)行過流保護(hù)，在經(jīng)過一定的保持時間后，采用較低的過流點(diǎn)進(jìn)行過流保護(hù)，這可以有效降低大型IC芯片對于電源模塊輸出電流(或功率)的要求，從而降低電子系統(tǒng)中電源模塊所占用的成本和空間。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中大型IC芯片上電及正常工作的電流曲線示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中的過流保護(hù)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。為解決現(xiàn)有技術(shù)中高密度IC芯片的供電模塊成本高、占用空間大的問題，本實(shí)用新型旨在使用具有雙過流點(diǎn)的電源模塊為用電芯片進(jìn)行供電，如圖2所示，本實(shí)用新型的供電系統(tǒng)包括相互連接的電源模塊10和用電芯片20，其中，VCC表示電源輸出端，GND表示電源輸出的回流路徑。其中，電源模塊10具有雙過流點(diǎn)，本實(shí)用新型的實(shí)施例中用OCl和 0C2分別表示這兩個不同的過流點(diǎn)，電源模塊10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)說明。在電源模塊10上電后首先采用較高的過流點(diǎn)OCl進(jìn)行過流保護(hù)，在經(jīng)過一定的保持時間T后，則切換到較低的過流點(diǎn)0C2進(jìn)行過流保護(hù)，基于此，電源模塊10所實(shí)現(xiàn)的工作過程具體為電源模塊10的輸入端上電后，首先起作用的過流保護(hù)點(diǎn)為OCl，此過流點(diǎn)比0C2的保護(hù)點(diǎn)高，OCl可以設(shè)置為0C2的至少兩倍，或者根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置；設(shè)置此過流點(diǎn)的目的是為了容忍用電芯片的浪涌電流，使電源模塊10不至于進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)；在經(jīng)過了一定的保持時間T后，電源模塊10的過點(diǎn)由OCl切換為0C2，0C2，0C2作為通常意義上的電源模塊10的過流點(diǎn)，起到在電源模塊10工作過程中進(jìn)行短路保護(hù)的作用。如圖3所示，圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中的過流保護(hù)示意圖，可以看出，在電源模塊10上電后的開始一段時間內(nèi)，過流點(diǎn)設(shè)置為0C1，可以容忍用電芯片的浪涌電流II，使電源模塊10在該段時間內(nèi)不至于進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)；在經(jīng)過了一定的保持時間T后，過流點(diǎn)設(shè)置為0C2，用于在電源模塊10工作過程中進(jìn)行短路保護(hù)。舉例說明如下現(xiàn)有技術(shù)中的某電源模塊，其最大輸出電流為30A，過流點(diǎn)設(shè)置為 55A(即只有一個過流點(diǎn))；采用本實(shí)用新型的電源模塊，其具有雙過流點(diǎn)，其中OCl設(shè)置為 90A, 0C2設(shè)置為55A ；則如果用電芯片的浪涌電流達(dá)到了 60A，那么現(xiàn)有技術(shù)中只能選擇更大輸出電流(或功率)的電源模塊(即過流點(diǎn)設(shè)置為55A的電源模塊已不再滿足要求)，而本實(shí)用新型的上述電源模塊，則仍然滿足要求，無需選取更大輸出電流(或功率)的電源模塊，這樣就有效降低了電源模塊在系統(tǒng)中所占的成本和空間，同時滿足了用電芯片對于電流的需求。[0038]本實(shí)用新型的電源模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括電流互感器100、互感器電流檢測組件101、第一比較器102、第二比較器103和比較器輸出控制組件。其中，電流互感器100由原級和次級組成，原級的一端為電源輸入，另一端為電源輸出；互感器電流檢測組件101連接在電流互感器100的次級的兩端，且第一比較器102和第二比較器103的正輸入端分別連接互感器電流檢測組件101的高電位輸出端，第一比較器102負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)(VI)，第二比較器103的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)(M)；第一比較器102 和第二比較器103的輸出端分別連接比較器輸出控制組件的輸入端。需要說明的是，電壓基準(zhǔn)可以采用普通的參考基準(zhǔn)，也可以使用高精度帶隙基準(zhǔn)， 插入電壓基準(zhǔn)的具體方式為將參考電壓引入比較器的負(fù)輸入端即可?；ジ衅麟娏鳈z測組件101包括第一電阻R1、第二電阻R2、二極管D和電容C ；其中，第一電阻Rl的一端連接電流互感器100的次級的高電位端，另一端連接電流互感器100 的次級的低電位端；二極管D的正極連接第一電阻Rl的高電位端，負(fù)極連接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端連接第一電阻Rl的低電位端；電容C的一端連接第二電阻R2 的高電位端，另一端連接R2的低電位端；電容C的高電位端作為互感器電流檢測組件101 的高電位輸出端，連接第一比較器102和第二比較器103的正輸入端。本實(shí)用新型的電源模塊使用電流互感器100檢測電流I，當(dāng)電流I發(fā)生變化時，電流互感器100會將變化的電流耦合到次級；耦合到次級的電流流過Rl時，在Rl上產(chǎn)生壓降；同時，該電壓通過二極管D向電容C充電。當(dāng)電流I快速增大并超過過流點(diǎn)時，電容C 上的電壓也會迅速增加；在電容C上的電壓超過第一電壓基準(zhǔn)Vl或第二電壓基準(zhǔn)V2的穩(wěn)壓值時，相應(yīng)的比較器會輸出高電平指示有過流發(fā)生。R2作為電容C的泄放通路，用于泄放電容C的電量。通過調(diào)整電流互感器100初、次級的匝比m/N2，調(diào)整Rl、Vl和V2，可以設(shè)置兩個過流點(diǎn)OCl和0C2的大小，即OCl = Vl/Rl (N1/N2)0C2 = V2/R1 (N1/N2)進(jìn)一步的，比較器輸出控制組件包括延時電路104、三態(tài)緩沖器(BUFFER) 105和反向三態(tài)緩沖器106，其中，延時電路104分別連接三態(tài)緩沖器105和反向三態(tài)緩沖器106 的控制端，反向三態(tài)緩沖器106的輸入端連接第一比較器102的輸出端，三態(tài)緩沖器105的輸入端連接第二比較器103的輸出端；三態(tài)緩沖器105和反向三態(tài)緩沖器106的輸出端分別連接電源模塊供電的用電芯片。較佳的，延時電路可進(jìn)一步包括相互連接的計時組件和輸出信號控制組件(圖中未示出)，所述輸出信號控制組件的輸出端連接三態(tài)緩沖器105和反向三態(tài)緩沖器106的控制端。當(dāng)電源模塊的輸入電壓達(dá)到欠壓保護(hù)(UVLO)點(diǎn)時，延時電路104開始計時，且此時延時電路104輸出為低電平，這樣經(jīng)過反向三態(tài)緩沖器106使能為高電平，而經(jīng)過三態(tài)緩沖器105使能為低電平；此時，第一比較器102的輸出信號可以有效輸出到用電芯片的使能端，而第二比較器103的輸出信號無法有效輸出到用電芯片的使能端，電源模塊的過流點(diǎn)為 OCl ；當(dāng)延時電路104的計時時間達(dá)到時，其輸出為高電平，這樣經(jīng)過反向三態(tài)緩沖器 106使能為低電平，而經(jīng)過三態(tài)緩沖器105使能為高電平；此時，第二比較器103的輸出信號可以有效輸出到用電芯片的使能端，而第一比較器102的輸出信號無法有效輸出到用電芯片的使能端，電源模塊的過流點(diǎn)為0C2。需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中的保持時間T可以固定設(shè)置為一個值，當(dāng)然也可以通過RC延時電路或其他裝置進(jìn)行外部設(shè)置。另外，本實(shí)用新型的實(shí)施例還存在一種替代方案，即從電源模塊上電到T的這個時間段，也就是原本由OCl起過流保護(hù)作用的時間段不設(shè)置過流保護(hù)，在T時間段以后設(shè)置過流點(diǎn)為0C2，這也可以達(dá)到與上述實(shí)施例相同的效果。不設(shè)置過流保護(hù)也可以理解為OCl 設(shè)置為無窮大或足夠大(滿足實(shí)際應(yīng)用中的浪涌電流需要即可)，在具體實(shí)現(xiàn)上，可以通過調(diào)整Vl的值、或者直接斷開第一比較器102的正輸入端與互感器電流檢測組件101之間的連接，來實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本實(shí)用新型可以有效降低大型IC芯片對于電源模塊輸出電流(或功率)的要求，從而降低電子系統(tǒng)中電源模塊所占用的成本和空間。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電源模塊，其特征在于，包括電流互感器、互感器電流檢測組件、第一比較器、 第二比較器和比較器輸出控制組件，其中，所述互感器電流檢測組件連接在所述電流互感器的次級的兩端，且所述第一比較器和第二比較器的正輸入端分別連接所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，所述第一比較器負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)，第二比較器的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)；所述第一比較器和第二比較器的輸出端分別連接所述比較器輸出控制組件的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源模塊，其特征在于，所述比較器輸出控制組件包括延時電路、三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器，其中，所述延時電路分別連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端，所述反向三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第一比較器的輸出端，所述三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第二比較器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源模塊，其特征在于，所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的輸出端分別連接所述電源模塊供電的用電芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源模塊，其特征在于，所述延時電路包括相互連接的計時組件和輸出信號控制組件，所述輸出信號控制組件的輸出端連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述電源模塊，其特征在于，所述互感器電流檢測組件包括第一電阻、第二電阻、二極管和電容；其中，所述第一電阻的一端連接電流互感器的次級的高電位端，另一端連接電流互感器的次級的低電位端；所述二極管的正極連接所述第一電阻的高電位端，負(fù)極連接所述第二電阻的一端，所述第二電阻的另一端連接第一電阻的低電位端；所述電容的一端連接第二電阻的高電位端，另一端連接第二電阻的低電位端；所述電容的高電位端作為所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，連接所述第一比較器和第二比較器的正輸入端。
6.一種供電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括相互連接的電源模塊和用電芯片，其中，所述電源模塊包括電流互感器、互感器電流檢測組件、第一比較器、第二比較器和比較器輸出控制組件，所述互感器電流檢測組件連接在所述電流互感器的次級的兩端，且所述第一比較器和第二比較器的正輸入端分別連接所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，所述第一比較器負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)，第二比較器的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)；所述第一比較器和第二比較器的輸出端分別連接所述比較器輸出控制組件的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述供電系統(tǒng)，其特征在于，所述比較器輸出控制組件包括延時電路、三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器，其中，所述延時電路分別連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端，所述反向三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第一比較器的輸出端，所述三態(tài)緩沖器的輸入端連接所述第二比較器的輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述供電系統(tǒng)，其特征在于，所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的輸出端分別連接所述電源模塊供電的用電芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述供電系統(tǒng)，其特征在于，所述延時電路包括相互連接的計時組件和輸出信號控制組件，所述輸出信號控制組件的輸出端連接所述三態(tài)緩沖器和反向三態(tài)緩沖器的控制端。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述供電系統(tǒng)，其特征在于，所述互感器電流檢測組件包括第一電阻、第二電阻、二極管和電容；其中，所述第一電阻的一端連接電流互感器的次級的高電位端，另一端連接電流互感器的次級的低電位端；所述二極管的正極連接所述第一電阻的高電位端，負(fù)極連接所述第二電阻的一端，所述第二電阻的另一端連接第一電阻的低電位端；所述電容的一端連接第二電阻的高電位端，另一端連接第二電阻的低電位端；所述電容的高電位端作為所述互感器電流檢測組件的高電位輸出端，連接所述第一比較器和第二比較器的正輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電源模塊和供電系統(tǒng)，電源模塊包括電流互感器、互感器電流檢測組件、第一比較器、第二比較器和比較器輸出控制組件，其中，互感器電流檢測組件連接在電流互感器的次級的兩端，且第一比較器和第二比較器的正輸入端分別連接互感器電流檢測組件的高電位輸出端，第一比較器負(fù)輸入端插入第一電壓基準(zhǔn)，第二比較器的負(fù)輸入端插入第二電壓基準(zhǔn)；第一比較器和第二比較器的輸出端分別連接比較器輸出控制組件的輸入端。通過本實(shí)用新型，可以有效降低大型集成電路(IC)芯片對于電源模塊輸出電流(或功率)的要求，從而降低電子系統(tǒng)中電源模塊所占用的成本和空間。
文檔編號H02M7/04GK202153707SQ20112025982
公開日2012年2月29日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者劉瑞 申請人:中興通訊股份有限公司