專利名稱：一種直流線性穩壓電源及采用該電源的板卡、計算機的制作方法
技術領域：
本發明屬于電源設計領域，尤其涉及一種直流線性穩壓電源及采用該電源的板 卡、計算機。
背景技術：
對于電子產品而言，其電源設計的質量至關重要。例如，在板卡的硬件設計中，電 源設計的質量決定了板卡的穩定性。在電源設計中，對于功率需求較小的器件，通常采用線 性電源。線性電源具有成本低，噪聲較低，輸出電壓穩定，占用PCB板面積小等優點。圖1示出了現有技術所公開的第一種直流線性穩壓電源的電路結構。該直流線性 穩壓電源主要包括運算放大器Ul，場效應管Ql，以及R1、R2組成的參考電壓。運算放大器Ul的同相輸入端接到參考電壓，其反相輸入端從輸出電壓端反饋接 回。運算放大器的輸出端接到場效應管Ql的柵極G。場效應管Ql的漏極D與輸入電壓Vin 連接，場效應管Ql源極S輸出穩定在參考電壓附近的穩定電壓。運算放大器Ul通過調節 場效應管Ql的導通程度，從而實現輸出電壓Vout與參考電壓之差穩定在誤差范圍之內。以輸入電壓Vin為3. 3V，需要的輸出電壓Vout為1. 8V為例，說明該電路的工作過 程首先需將參考電壓設置為1. 8V,當輸出電壓端高于1. 8V時，該輸出電壓反饋給運算放 大器的反相輸入端的電壓也高于1.8V。運算放大器的反相輸入端的電壓與其同相輸入端 的參考電壓相比較，兩端差值電壓經比較放大之后，使得運算放大器輸出的電壓減小，從而 導致場效應管Ql的壓降變大，從而使輸出電壓下降。類似地，當輸出電壓低于1. 8V時，運 算放大器通過比較同相輸入端與反相輸入端的電壓大小之后，使得運算放大器輸出的電壓 增大，從而導致場效應管Ql的壓降減小，使輸出電壓升高。通過上述方式，電壓進行動態調 整，使輸出電壓Vout動態地維持在參考電壓1. 8V附近(與參考電壓之差在誤差范圍內)。由于場效應管Ql的功耗等于輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的之差與負載電流的 乘積。顯然，在輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的壓差一定的情況下，負載電流越大，則直流 線性穩壓電源的輸出功率就越大，同時，損耗在場效應管的功耗就越大。這樣，場效應管能 承受的功耗限制了直流線性穩壓電源的輸出功率大小，從而該直流線性穩壓電源的最大輸 出功率就較小。對于上述問題，現有技術提出了一種解決方案。參閱圖2，為現有技術提供的第二 種直流線性穩壓電源的電路結構。第二種直流線性穩壓電源實際上是將兩個第一種方案的電路單元進行串聯組成。 每個單獨的電路單元各自獨立工作。采用兩級處理方式，第一級電路單元的輸出電壓，作為 第二級電路單元的輸入電壓。通過這種方式，兩個場效應管共同分擔了第一種方式中的1 個場效應管的功耗，從而可使輸出功率更大。但是，對于輸入電壓、輸出電壓之間的壓降較小時，每個場效應管的壓降更小，則 導通程度就更高，對運算放大器的輸出驅動能力要求更高。而有時運算放大器輸出驅動能 力達不到要求，此時，會影響該直流線性穩壓電源的穩定性。并且，第二級線性電源的輸入電壓端直接接在第一級線性電源的輸出端，因此，第一級線性電源的輸出對第二級輸出電 壓的穩定性有很大影響，導致整個串聯電源系統的穩定性不是很好。
發明內容
本發明的目的在于提供一種直流線性穩壓電源，旨在解決現有技術中的線性電源 的穩定性不夠好的問題。本發明是這樣實現的，一種直流線性穩壓電源，所述直流線性穩壓電源包括1個 主電源電路及與所述主電源電路并聯的M個從電源電路，所述主電源電路包括運算放大器仏，場效應管仏、電流檢測電阻R3,所述運算放大器仏的輸入端分別與參考電壓端、輸出電壓端相連，所述場效應管 Q1的柵極與運算放大器仏的輸出端相連，所述場效應管A的漏極與輸入電壓端相連，所述 場效應管兌的源極與電流檢測電阻R3串聯接到輸出電壓端；第M個從電源電路包括運算放大器UM+1，場效應管( Μ+1、電流檢測電阻Rm+3，所述運算放大器UM+1的輸入端分別與電流檢測電阻R3、電流檢測電阻Rm+3相連，所 述場效應管qm+1的柵極與運算放大器Um+1的輸出端相連，所述場效應管Qm+1的漏極與輸入電 壓端相連，所述場效應管qm+1的源極與電流檢測電阻Rm+3串聯接到輸出電壓端，所述M為正整數。進一步地，所述主電源電路還包括環路補償元件。進一步地，所述環路補償元件為電容，所述電容一端與運算放大器仏的輸出端相 連，另一端與運算放大器仏的一個輸入端相連。進一步地，在所述M個從電源電路中，至少有一個從電源電路中包括環路補償元 件。進一步地，所述環路補償元件為電容，所述電容的一端與屬于同一從電源電路的 運算放大器的輸出端相連，另一端與該運算放大器的一個輸入端相連。
進一步地，所述主電源電路的場效應管ASN溝道場效應管或者P溝道場效應管。進一步地，所述從電源電路的場效應管％為N溝道場效應管或者P溝道場效應管。進一步地，所述主電源電路的電流檢測電阻、所述M個從電源電路的電流檢測電 阻的阻值均相等。本發明的另一目的在于提供一種板卡，所述板卡采用上述直流線性穩壓電源。本發明的另一目的在于提供一種計算機，所述計算機采用上述板卡。本發明中，采用電流檢測電阻實現并聯的多個調整場效應管平均分配負載電流， 能夠實現輸入電壓與輸出電壓壓差較低的情況下的電壓轉換設計，提高直流線性穩壓電源 的帶負載能力。通過加入環路補償元件，進一步提高直流線性穩壓電源的穩定性。
圖1是現有技術提供的第一種直流線性穩壓電源的電路結構圖；圖2是現有技術提供的第二種直流線性穩壓電源的電路結構圖；圖3是本發明第一實施例提供的直流線性穩壓電源的結構示意圖；圖4是本發明第二實施例提供的直流線性穩壓電源的結構示意圖5是本發明第三實施例提供的直流線性穩壓電源的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。在本發明中，采用電流檢測電阻實現并聯的多個調整場效應管平均分配負載電 流，能夠實現輸入電壓與輸出電壓壓差較低的情況下的電壓轉換設計，提高直流線性穩壓 電源的帶負載能力。圖3示出了本發明第一實施例提供的直流線性穩壓電源的結構，該第一實施例主 要由一個主電源電路與一個從電源電路并聯而成。該實施例的主要元器件包括運算放大器Ul、U2，場效應管Ql、Q2，電流檢測電阻 R3、R4，以及由Rl、R2組成的參考電壓，圖中的電容Cl，C2作為環路補償元件。其中，運算放大器Ul、場效應管Ql、電流檢測電阻R3以及電容Cl構成主電源電 路。運算放大器U2、場效應管Q2、電流檢測電阻R4以及電容C2構成從電源電路。R3、R4為 阻值相等的電流檢測電阻(為減少損耗，可以選擇阻值為毫歐級的精密電阻)。主電源電路中，運算放大器Ul的同相輸入端接參考電壓(例如，需要輸出1. 5V電 壓，則參考電壓設為1.5V)。運算放大器Ul的反相輸入端從輸出電壓端反饋接回。運算放 大器Ul的輸出端接場效應管Ql的柵極G。場效應管Ql的漏極D接輸入電壓端Vin。場效 應管Ql的源極S和電流檢測電阻R3串聯接到輸出電壓端Vout。主電源電路通過運算放大器Ul調節場效應管Ql的導通程度，從而動態調整輸出 電壓穩定在參考電壓附近。如果當輸出電壓高于參考電壓時，隨之反饋給運算放大器Ul的 反相輸入端的電壓也同時增加。運算放大器的反相輸入端的反饋電壓與運算放大器同相輸 入端的參考電壓相比較，反相輸入端的電壓大于同相輸入端的參考電壓。其差值電壓經比 較放大之后，使得運算放大器輸出的電壓減小，從而導致場效應管Ql的壓降變大，使輸出 電壓下降。同理，當輸出電壓低于參考電壓時，運算放大器通過比較同相輸入端與反相輸入 端的電壓大小之后，使得運算放大器輸出的電壓增大，從而導致場效應管Ql的壓降減小， 使輸出電壓升高。從電源電路中，運算放大器U2的同相輸入端接VCCl處，運算放大器U2的反相輸 入端接VCC2處，運算放大器的輸出端接場效應管Q2的柵極S，場效應管Q2的漏極D接輸入 電壓端Vin，也就是與場效應管Ql的漏極D接在一起。場效應管Q2的源極S和電流檢測電 阻R4串聯接到輸出電壓端Vout。與主電源電路類似，從電源電路通過運算放大器U2調節場效應管Q2的導通程度， 來實現VCC2處的電壓與VCCl處的電壓一致。因為VCCl處的電壓與VCC2處的電壓相等，所以R3、R4兩端的電壓相等，又因為選 擇R3、R4阻值相等，所以流過R3的電流與流過R4的電流相等，從而流過兩場效應管Q1、Q2 的電流相等。這樣，就實現了并聯的兩個線性電源均流，也就使得功率平均分配在兩個場效 應管上。通過主從電源并聯的形式，該電路結構能夠實現輸入電壓與輸出電壓壓差很小但 負載電流較大的電壓轉換。同時，采用這種主從電源并聯結構，使得在保證輸入電壓到輸出電壓之間只有一級的情況下，提高了線性電源的功率，輸出電壓相對串聯的形式更加穩定。作為本發明的實施例，場效應管可以為N溝道場效應管，也可以為P溝道場效應 管。參閱圖4，為本發明第二實施例的結構，即采用P溝道場效應管時，穩壓電源的結構。此 時，參考電壓接運算放大器Ul的反相輸入端。運算放大器Ul的同相輸入端從輸出電壓端 反饋接回。同理，運算放大器U2也反接。其電路原理與第一實施例中類似，因此，本處不再 贅述。圖5示出了本發明第三實施例提供的直流線性穩壓電源的結構。在上文的方案說 明中，只是針對兩個場效應管并聯的情況，即1個主電源電路，1個從電源電路。參考圖5， 為三個場效應管并聯時的電路結構，即1個主電源電路，2個從電源電路。主電源電路工作原理與本發明第一實施例中的主電源電路工作原理類似。主電源 電路通過運算放大器Ul調節場效應管Ql的導通程度，從而動態調整輸出電壓穩定在參考 電壓附近。在本實施例的主電源電路中，可以增加一電容Cl作為環補償元件。兩個從電源電路的結構相同，第一個從電源電路包括運算放大器U2，場效應管 Q2、電流檢測電阻R4，電容C2。該運算放大器U2的輸入端分別與電流檢測電阻R3、電流檢 測電阻R4相連。該場效應管Q2的柵極與運算放大器U2的輸出端相連，該場效應管Q2的 漏極與輸入電壓端Vin相連，該場效應管Q2的源極與電流檢測電阻R4串聯接到輸出電壓 端Vout。在本實施例的第一個從電源電路中，可以增加一電容C2作為環補償元件。類似的，第二個從電源電路包括運算放大器U3，場效應管Q3、電流檢測電阻R5， 電容C3。該運算放大器U3的輸入端分別與電流檢測電阻R3、電流檢測電阻R5相連。該場 效應管Q3的柵極與運算放大器U3的輸出端相連，該場效應管Q3的漏極與輸入電壓端Vin 相連，該場效應管Q3的源極與電流檢測電阻R5串聯接到輸出電壓端Vout。在本實施例的 第二個從電源電路中，可以增加一電容C3作為環補償元件。通過上文方案中的均流技術將整體的電流平均分配在三個場效應管上，更進一步 提高了電源的輸出功率。類似地，該直流線性穩壓電源還可以包括更多的從電源電路。對其結構，可歸納如 下該直流線性穩壓電源包括1個主電源電路及與該主電源電路并聯的M個從電源電路，M 為正整數。該主電源電路包括運算放大器U1，場效應管％、電流檢測電阻民，該運算放大器 U1的輸入端分別與參考電壓端(R1、R2組成了參考電壓)、輸出電壓端Vout相連，該場效應 管仏的柵極與運算放大器仏的輸出端相連，該場效應管A的漏極與輸入電壓端Vin相連， 該場效應管A的源極與電流檢測電阻民串聯接到輸出電壓端。第M個從電源電路包括運算放大器，場效應管( Μ+1、電流檢測電阻Rm+3。該運 算放大器UM+1的輸入端分別與電流檢測電阻民、電流檢測電阻rm+3相連，該場效應管Qm+1的 柵極與運算放大器UM+1的輸出端相連，該場效應管Qm+1的漏極與輸入電壓端相連，該場效應 管qm+1的源極與電流檢測電阻Rm+3串聯接到輸出電壓端。為了進一步提高直流線性穩壓電源的穩定性，作為本發明的實施例，該主電源電 路還可以包括環路補償元件。并且，可以采用電容作為環路補償元件，將電容一端與運算放 大器仏的輸出端相連，另一端與運算放大器仏的一個輸入端相連(當采用N溝道場效應管 時，電容的另一端與運算放大器U1的反相輸入端相連，當采用P溝道場效應管時，電容的另 一端與運算放大器仏的同相輸入端相連)。類似地，也可以在1個或多個從電源電路中增加環路補償元件。在本發明的實施例中，所采用的場效應管可以為N溝道場效應管或者P溝道場效應管。為了使多個場效應管均分功耗，作為本發明的實施例，可以使主電源電路的電流 檢測電阻、所有從電源電路的電流檢測電阻的阻值均相等。在實際應用中，板卡可采用該直流線性穩壓電源設計。當然，上述板卡可應用于計 算機。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種直流線性穩壓電源，其特征在于，所述直流線性穩壓電源包括1個主電源電路 及與所述主電源電路并聯的M個從電源電路，所述主電源電路包括運算放大器仏，場效應管Q1、電流檢測電阻R3,所述運算放大器仏的輸入端分別與參考電壓端、輸出電壓端相連，所述場效應管A的 柵極與運算放大器仏的輸出端相連，所述場效應管A的漏極與輸入電壓端相連，所述場效 應管A的源極與電流檢測電阻R3串聯接到輸出電壓端；第M個從電源電路包括運算放大器UM+1，場效應管Qm+1、電流檢測電阻Rm+3，所述運算放大器υΜ+1的輸入端分別與電流檢測電阻R3、電流檢測電阻Rm+3相連，所述場 效應管Qm+1的柵極與運算放大器Um+1的輸出端相連，所述場效應管Qm+1的漏極與輸入電壓端 相連，所述場效應管Qm+1的源極與電流檢測電阻Rm+3串聯接到輸出電壓端，所述M為正整數。
2.如權利要求1所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述主電源電路還包括環路 補償元件。
3.如權利要求2所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述環路補償元件為電容，所 述電容一端與運算放大器U1的輸出端相連，另一端與運算放大器U1的一個輸入端相連。
4.如權利要求1所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，在所述M個從電源電路中，至 少有一個從電源電路中包括環路補償元件。
5.如權利要求4所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述環路補償元件為電容，所 述電容的一端與屬于同一從電源電路的運算放大器的輸出端相連，另一端與該運算放大器 的一個輸入端相連。
6.如權利要求1所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述主電源電路的場效應管 Q1為N溝道場效應管或者P溝道場效應管。
7.如權利要求1所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述從電源電路的場效應管 為N溝道場效應管或者P溝道場效應管。
8.如權利要求1所述的直流線性穩壓電源，其特征在于，所述主電源電路的電流檢測 電阻、所述M個從電源電路的電流檢測電阻的阻值均相等。
9.一種板卡，其特征在于，所述板卡采用權利要求1至8中任一項所述的直流線性穩壓 電源。
10.一種計算機，其特征在于，所述計算機采用權利要求9所述的板卡。
全文摘要
本發明適用于電源設計領域，提供了一種直流線性穩壓電源及采用該電源的板卡、計算機。在本發明中，采用電流檢測電阻實現并聯的多個調整場效應管平均分配負載電流，能夠實現輸入電壓與輸出電壓壓差較低的情況下的電壓轉換設計，提高直流線性穩壓電源的帶負載能力。
文檔編號G05F1/56GK102053643SQ20091019796
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者李施為, 楊明盛 申請人:上海研祥智能科技有限公司