一种多路输出电源时序控制装置及方法 【技术领域】
本发明涉及多路输出电源领域，尤其涉及一种多路输出电源时序控制装置及方法。
背景技术
电源是电子产品的能量来源，稳定可靠的电源供应是保障电子产品稳定可靠工作的前提条件。现代电子产品采用的集成电路芯片复杂度越来越高，采用的集成电路芯片的数量越来越多，产品对电源电压的需求也越来越严格。在产品上电启动和下电关闭的过程中，对于单板有多路电源输入的设备，一般都会要求各个输入电源符合严格一致的上电时序和下电时序。如果出现多输出电源的上电时序和下电时序不能满足要求，轻则导致单板器件或者整机系统的局部器件工作不稳定，重则导致单板器件或者整机系统芯片触发CMOS闩锁效应，造成芯片局部过热烧毁。
在电子系统设计时，经常遇到外部提供的电源不能满足电子系统电源要求的情况，例如外部电网提供的电源电压为交流220V，而电子产品工作需要电压为直流3.3V的电源，这时候就需要使用特定的电子电路将已有的电源转换成能够满足产品单板使用要求的电源，而一个能够完成某个电源变换功能的电子电路一般称之为一个电源变换模块。
业界一般将低压直流电转换为产品需要的各路直流电源输出的电源变换模块称为板级电源，或者也称为二次电源。
板级电源包含线性电源和DC-DC开关电源。DC-DC开关电源由DC-DC控制器、上下电子开关、输出电感/电容和反馈电路组成。DC-DC开关电源可以将输入低压直流电压变换到芯片工作需要的各路输出电压，并且保持很高的转换效率，在电子系统中得到了广泛的应用。
由于通讯设备等电子系统工作时往往需要多种电压各不相同的电源，在电源设计上通常是从外部提供一个公共的直流电源，然后使用多个电源变换模块分别变换得到需要的多路不同电压的电源输出1..N，向工作系统供电。如图1所示，这个向工作系统提供多路输出电源的电路习惯上称为多输出电源系统。
对于多输出电源系统来说，电源上电时序是指在工作系统中的多个DC-DC开关电源完成上电过程的先后顺序，电源下电时序是指在工作系统中的多个DC-DC开关电源在完成关机下电过程的先后顺序，控制多个DC-DC开关电源的上电、下电时序一致，实际上就是控制各DC-DC开关电源输出电压由零逐渐升高至设定电压形成的上升波形一致；以及输出电压由设定电压逐渐下降至零形成的下降波形一致。
现有一种电源时序控制电路的实现方案就是采用输出电源串联电子开关，通过时序控制芯片控制电源开关的导通与关断，从而实现多路板级电源的上电时序控制。上述采用电源串联电子开关上电时序控制的方法存在一些弊端：比如需要采用专用的上电时序控制芯片，这样的时序控制芯片一般价格不菲，大大增加了整机的成本，并且一般会在DC-DC开关电源每一路输出端和负载之间串联作为电子开关的MOS管，也极大增加了电路复杂度和整机成本。另外串联MOS管在电源回路还会带来一定的开通损耗，引入额外的压降，劣化了电源的负载响应特性，增加了主板的热损耗等。
【发明内容】
本发明实施例提供了一种多输出电源时序控制电路及方法，用以简化对多输出DC-DC开关电源的上、下电时序的控制，并提高控制准确性。
本发明实施例提供的一种多路输出电源时序控制装置，包括：至少一个电源输出电路，每个电源输出电路包括：DC-DC开关电源模块和电压跟踪模块；
所述电压跟踪模块，用于接收DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号，并在所述第一电压信号从零到设定电压值的上电过程中，或者从设定电压值到零的下电过程中，将所述第一电压信号的电压值与给定的电压跟踪信号的电压值进行比较，当所述第一电压信号小于所述电压跟踪信号的电压值时，向所述DC-DC开关电源模块反馈指示提升电压的正向调整信号；当所述第一电压信号大于所述电压跟踪信号的电压值时，向所述DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的反向调整信号；
所述DC-DC开关电源模块，用于根据所述电压跟踪模块反馈的正向调整信号或反向调整信号，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致。
一种应用前述装置进行多路输出电源时序控制的方法，包括：
每个电源输出电路中的电压跟踪模块接收DC-DC开关电源模块输出地第一电压信号，并在所述第一电压信号从零到设定电压值的上电过程中，或者从设定电压值到零的下电过程中，将所述第一电压信号的电压值与给定的电压跟踪信号的电压值进行比较；
当所述第一电压信号小于所述电压跟踪信号的电压值时，所述电压跟踪模块向所述DC-DC开关电源模块反馈指示提升电压的正向调整信号；
当所述第一电压信号大于所述电压跟踪信号的电压值时，向所述DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的反向调整信号；
所述DC-DC开关电源模块根据所述电压跟踪模块反馈的正向调整信号或反向调整信号，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置及方法中，包括至少一个电源输出电路，每个电源输出电路包括DC-DC开关电源模块以及电压跟踪模块；其中，电压跟踪模块在DC-DC开关电源上电和下电过程中，将DC-DC开关电源模块的输出的第一电压值与给定的电压跟踪信号的电压值进行比较，当所述第一电压信号小于所述电压跟踪信号的电压值时，向DC-DC开关电源模块反馈指示提升电压的正向调整信号；反之，向DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的反向调整信号；DC-DC开关电源模块根据电压跟踪模块反馈的结果，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致，本发明实施例采用了受同一个电压跟踪信号TRACK控制的电压跟踪模块对DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号进行反馈，使得各DC-DC开关电源模块的输出的第一电压信号的上升波形和下降波形一致，保证了各个DC-DC开关电源模块上电、下电时序的一致性。
本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置未采用专用的上电时序控制芯片和串联开关电源回路上的电子开关，电路设计简单，并在一定程度上降低了控制电源上电、下电时序的成本。
【附图说明】
图1为现有技术中多输出电源系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置的内部电路图；
图3为本发明实施例提供的电压跟踪模块的内部电路图；
图4为本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置的上下电时序示意图；
图5为本发明实施例提供的多路输出电源时序的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明提供的一种多路输出电源时序控制装置及方法的实施方式进行详细的说明。
本发明实施例提供的一种多路输出电源时序控制装置，该装置包括至少一路电源输出电路，以图2所示的该装置包括三个多路电源输出电路为例，但本发明并不限定电源输出电路的数量。
每个电源输出电路的结构相同，都包含一个DC-DC开关电源模块和一个与电压跟踪模块。
每个电源输出电路中的电压跟踪模块接收同一个电压跟踪信号。
以图2中的虚线框所示的其中一个电源输出电路201为例说明，2011标识的是DC-DC开关电源模块(用DC-DC_1表示)，2012标识的是电压跟踪模块(用TRACK_1表示)。
在每个电源输出电路中，电压跟踪模块2012用于接收DC-DC开关电源模块2011输出的第一电压信号(用VOUT表示)，并在第一电压信号从零到设定电压值的上电过程中，或者从设定电压值到零的下电过程中，将该第一电压信号的电压值与给定的电压跟踪信号(用TRACK表示)的电压值进行比较；当第一电压信号小于所述电压跟踪信号的电压值时，向DC-DC开关电源模块2011反馈指示提升电压的正向调整信号；当第一电压信号大于电压跟踪信号的电压值时，向DC-DC开关电源模块2011反馈指示降低电压的反向调整信号；
每个电源输出电路中，DC-DC开关电源模块2011，用于根据电压跟踪模块4012反馈的正向调整信号或反向调整信号，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致。
DC-DC开关电源模块2011具有两个输入端，一个是电源输入端(VIN)，用于连接外部电源；另一个是反馈信号输入端(VOUT_FB)，用于连接电压跟踪模块2012的反馈信号输出端，接收电压跟踪模块2012反馈信号输出端输出的正向调整信号或者反向调整信号；
DC-DC开关电源模块2011具有一个输出端即第一电压信号输出端(用VOUT_1表示)，用于分别连接外部负载和电压跟踪模块2012的第一电压信号输入端，分别向外部负载和电压跟踪模块2012的第一电压输入端输出第一电压信号；
电源跟踪模块2012有两个输入端，一个是第一电压信号输入端，用于连接DC-DC开关电源模块2011的第一电压信号输出端，接收从所述第一电压输出端输出的第一电压信号；另一个是电压跟踪信号输入端，用于接收给定的电压跟踪信号；
电源跟踪模块2012有一个输出端即反馈信号输出端，用于连接DC-DC开关电源模块2011的反馈信号输入端；向DC-DC开关电源模块2011的反馈信号输入端输出正向调整信号或者反向调整信号。
下面进一步说明电压跟踪模块的内部电路结构。
如3所示，该电压跟踪模块由比较放大电路301和缓冲放大电路302两部分组成，其中：
比较放大电路301的作用是在DC-DC开关电源模块在上电或者下电的过程中，比较DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号的电压值与电压跟踪信号电压值之间的差值，并输出差值电压信号至缓冲放大器电路；
缓冲放大电路302的作用是在DC-DC开关电源模块在上电或者下电的过程中，将比较放大电路得到的差值电压信号进一步放大生成正向调整信号或者反向调整信号，并经反馈信号输出端输出至DC-DC开关电源模块的反馈信号输入端。
进一步地，如图3所示，比较放大电路301由运算放大器U1、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电容C1和稳压管D2组成；其中：
电阻R4一端连接VCC信号输入端，另一端通过电容C1接地；所述电阻R4和电容C1的中间点与电压跟踪信号输入端相连；
电阻R1的一端与所述电阻R4和电容C1的中间点相连，其另一端通过稳压管D2接地；
运算放大器U1的反相输入端与电阻R1和稳压管D2的中间点相连；
电阻R3一端与所述运算放大器U1的正相输入端相连，其另一端与第一电压信号输入端相连。
如图3所示，缓冲放大电路302由稳压管D2、运算放大器U2、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8组成；其中：
电阻R6一端与第一电压信号输入端相连，另一端与电阻R2相连；
稳压管D2一端与运算放大器U1的输出端相连，其另一端与所述电阻R5相连；电阻R5与所述电阻R6及和电阻R2的中间点相连；
电阻R5的另一端与电阻R6和电阻R2的中间点相连；
电阻R7一端与电阻R2相连，其另一端接地；
运算放大器U2的正相输入端与电阻R2和R7的中间点相连；
运算放大器U2的负相输入端通过电阻R8与运算放大器U2的输出端相连；
运算放大器U2的输出端与反馈信号输出端相连。
本发明实施例提供的整个多路输出电源时序控制装置的工作原理如下：
系统开始上电时，会给每一个电源输出电路的DC-DC开关电源模块输入电压VIN，经过DC-DC开关电源模块的转换，输出外部负载使用的第一电压信号VOUT，在上电的整个过程中，第一电压信号VOUT电压值逐步上升，直至达到设定的电压值则上电过程结束，进入正常供电模式。在上电过程开始时，每个电源输出电路的电压跟踪模块同时也开始工作，实时地将DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号VOUT的电压值与外部输入的电压跟踪信号TRACK的电压值进行比较，将两者的电压差值转换成VOUT_FB电压信号(正向调整信号或反向调整信号)，并输入到DC-DC开关电源模块的反馈信号输入端。
多路电源输出电路系统中，每一路电源输出电路连接是同一个电压跟踪信号，电压跟踪信号可以直接采用任一路电源输出电路实际输出的电压信号，也可以采用独立生成的电压信号。在系统上电过程中电压跟踪信号的电压是逐步提升的。
在上电过程中，电源输出电路输出的VOUT的电压值还未达到上电完成的设定电压值时，如果电压跟踪模块检测到VOUT电压高于电压跟踪信号TRACK的电压值，运算放大器U1输出3.3V高电平信号(电压值用Va表示)，击穿稳压管D1(3.3V大于稳压管D1的稳压值)，经过电阻R5，以及电阻R2和电阻R7的分压网络施加在运算放大器U2的正相输入端，施加的电压经过运算放大器U2的同相放大，提升了电阻R2和R7中间点的电压值Vb，Vb经过运算放大器U2的同相放大，直接提升了VOUT_FB电压，即给出了指示降低电压的反向调整信号，DC-DC开关电源模块检测到该反向调整信号，启动其内部的电路，降低输出的VOUT的电压值，使得VOUT的电压值与TRACK的电压值相等；
在上电过程中，电源输出电路输出的第一电压信号VOUT的电压值还未达到上电完成的设定电压值时，如果电压跟踪模块检测到VOUT的电压值低于电压跟踪信号TRACK的电压值，运算放大器U1输出0V的低电平信号(电压值用Va表示)，使稳压管D1正向导通，经过R5电阻，以及电阻R2和R7的分压网络施加在运算放大器U2的正相输入端，施加的0V电压降低了电阻R2和R7中间点的电压Vb，Vb经过运算放大器U2的同相放大，直接降低了VOUT_FB的电压值，即给出了指示提升电压的正向调整信号，DC-DC开关电源模块检测到该正向调整信号，启动其内部的电路，提升输出的VOUT的电压值，使得VOUT的电压值与电压跟踪信号TRACK的电压值相等；
当TRACK的电压值继续上升直至达到稳压管D2的稳压值后，DC-DC电源模块输出的电压值也上升到接近设定值，TRACK的电压值使得稳压管D2被击穿，TRACK电压值停止上升，将运算放大器U1的反相输入端的电压值稳定在稳压管D2的稳压值附近不再上升，而此时VOUT电压值还会继续上升，直到VOUT_FB的电压值稳定在0.8V，此时电阻R2和电阻R7中间点的电压值Vb为0.8V，电阻R6和电阻R2的中间点的电压值Vc也会上升到一个比Vb电压更高的门限值1.3V。由于VOUT电压值大于TRACK的电压值，此时运算放大器U1输出的电压值Va仍然是3.3V，但是因为电压值Vc抬升，此时，3.3V高电平信号无法击穿稳压管D1，因此即使VOUT的电压值高于电压跟踪信号TRACK的电压值也不会使稳压管D1导通，电阻R2和R7中间点的电压值Vb不会受到影响，VOUT_FB的电压值也不再发生变化，关闭了正向调整信号和反向调整信号的输出，以避免影响第一电压信号VOUT的电压值，换言之，当DC-DC开关电源模块完成上电过程后，电压跟踪模块可以自动检测到这个状态，从而关断电压跟踪模块输出正向调整信号或反向调整信号，使电压跟踪模块在DC-DC开关电源模块的正常工作状态时不再影响其输出电压。
类似地，当DC-DC开关电源模块进入下电状态时，电压跟踪模块也可以自动检测到DC-DC开关电源模块进入下电状态，重新开启电压跟踪模块的输出，对DC-DC开关电源模块的输出进行控制，使得DC-DC开关电源模块的下电波形和跟踪电压信号的波形趋于一致，实现了电源模块的下电时序控制。
只要多路输出电源时序控制装置中，在DC-DC开关电源模块进行上电、下电时，只需为每个电源输出电路的电压跟踪模块输入的电压跟踪信号TRACK为同一个信号，就能保证每个电源输出电路的上电、下电时序一致。
从图4所示的多路输出电源时序控制装置中三个电源输出电路上下电时序图可以看出，三个电源输出电路分别输出的第一电压信号VOUT_1、VOUT_2和VOUT_3的上电波形和下电波形的斜率分别都与电压跟踪信号的上升波形和下降波形的斜率一致，这样就保证了每个电源输出电路的上下电时序的一致。
本发明实施例还提供了一种应用上述多路输出电源时序控制装置的电源时序控制方法，如图5所示，包括下面的步骤：
S501、每个电源输出电路中的电压跟踪模块接收DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号，并在所述第一电压信号从零到设定电压值的上电过程中，或者从设定电压值到零的下电过程中，将所述第一电压信号的电压值与给定的电压跟踪信号的电压值进行比较；
当第一电压信号大于电压跟踪信号的电压值时，执行下述步骤S502；反之，当第一电压信号小于电压跟踪信号的电压值时，执行下述步骤S503；
S502、电压跟踪模块向DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的反向调整信号；
S503、电压跟踪模块向DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的正向调整信号；
在执行步骤S502或者S503之后，执行下述步骤S504；
S504、DC-DC开关电源模块根据所述电压跟踪模块反馈的正向调整信号或反向调整信号，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致。
在上述步骤S504中，当电源跟踪模块向DC-DC开关电源模块的电压反馈端输出正向调整信号时，DC-DC开关电源模块启动内部电路，降低输出电压值至电压跟踪信号的电压值；
当电源跟踪模块向DC-DC开关电源模块的电压反馈端输出反向调整信号时，DC-DC开关电源模块启动内部电路，升高输出电压值至电压跟踪信号的电压值。
当电压跟踪模块检测到DC-DC开关电源模块完成上电过程达到设定的电压值时，该方法还包括：电压跟踪模块关断输出正向调整信号或反向调整信号；
当电压跟踪模块检测到DC-DC开关电源模块开始下电过程时，该方法还包括：电压跟踪模块重新开启输出正向调整信号或反向调整信号。
本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置及方法中，包括至少一个电源输出电路，每个电源输出电路包括DC-DC开关电源模块以及电压跟踪模块；其中，电压跟踪模块在DC-DC开关电源上电和下电过程中，将DC-DC开关电源模块的输出的第一电压值与给定的电压跟踪信号的电压值进行比较，当所述第一电压信号小于所述电压跟踪信号的电压值时，向DC-DC开关电源模块反馈指示提升电压的正向调整信号；反之，向DC-DC开关电源模块反馈指示降低电压的反向调整信号；DC-DC开关电源模块根据电压跟踪模块反馈的结果，调整输出的电压值，使得输出的电压值与电压跟踪信号的电压值一致，本发明实施例采用了受同一个电压跟踪信号TRACK控制的电压跟踪模块对DC-DC开关电源模块输出的第一电压信号进行反馈，使得各DC-DC开关电源模块的输出的第一电压信号的上升波形和下降波形一致，保证了各个DC-DC开关电源模块上电、下电时序的一致性。
本发明提供的多路输出电源时序控制装置未采用专用的上电时序控制芯片和串联开关电源回路上的电子开关，电路设计简单，并在一定程度上降低了控制电源上电、下电时序的成本。
另外，本发明实施例提供的多路输出电源时序控制装置及方法，当完成电源模块的上电过程后，电压跟踪模块能够自动断开对DC-DC开关电源模块的控制，确保正常供电过程中，DC-DC开关电源模块的输出不会受到电压跟踪模块的影响。并且在下电过程中，重新开启电压跟踪模块，保证了各路电源输出的下电时序也一致，使得多路输出电源上、下电时序的控制更为精确可靠。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。