一种直流线性稳压电源及采用该电源的板卡、 计算机 【技术领域】
本发明属于电源设计领域， 尤其涉及一种直流线性稳压电源及采用该电源的板 卡、 计算机。背景技术
对于电子产品而言， 其电源设计的质量至关重要。例如， 在板卡的硬件设计中， 电 源设计的质量决定了板卡的稳定性。 在电源设计中， 对于功率需求较小的器件， 通常采用线 性电源。线性电源具有成本低， 噪声较低， 输出电压稳定， 占用 PCB 板面积小等优点。
图 1 示出了现有技术所公开的第一种直流线性稳压电源的电路结构。该直流线性 稳压电源主要包括运算放大器 U1， 场效应管 Q1， 以及 R1、 R2 组成的参考电压。
运算放大器 U1 的同相输入端接到参考电压， 其反相输入端从输出电压端反馈接 回。运算放大器的输出端接到场效应管 Q1 的栅极 G。场效应管 Q1 的漏极 D 与输入电压 Vin 连接， 场效应管 Q1 源极 S 输出稳定在参考电压附近的稳定电压。运算放大器 U1 通过调节 场效应管 Q1 的导通程度， 从而实现输出电压 Vout 与参考电压之差稳定在误差范围之内。
以输入电压 Vin 为 3.3V， 需要的输出电压 Vout 为 1.8V 为例， 说明该电路的工作过 程： 首先需将参考电压设置为 1.8V， 当输出电压端高于 1.8V 时， 该输出电压反馈给运算放 大器的反相输入端的电压也高于 1.8V。运算放大器的反相输入端的电压与其同相输入端 的参考电压相比较， 两端差值电压经比较放大之后， 使得运算放大器输出的电压减小， 从而 导致场效应管 Q1 的压降变大， 从而使输出电压下降。类似地， 当输出电压低于 1.8V 时， 运 算放大器通过比较同相输入端与反相输入端的电压大小之后， 使得运算放大器输出的电压 增大， 从而导致场效应管 Q1 的压降减小， 使输出电压升高。通过上述方式， 电压进行动态调 整， 使输出电压 Vout 动态地维持在参考电压 1.8V 附近 ( 与参考电压之差在误差范围内 )。
由于场效应管 Q1 的功耗等于输入电压 Vin 与输出电压 Vout 的之差与负载电流的 乘积。显然， 在输入电压 Vin 与输出电压 Vout 的压差一定的情况下， 负载电流越大， 则直流 线性稳压电源的输出功率就越大， 同时， 损耗在场效应管的功耗就越大。这样， 场效应管能 承受的功耗限制了直流线性稳压电源的输出功率大小， 从而该直流线性稳压电源的最大输 出功率就较小。
对于上述问题， 现有技术提出了一种解决方案。参阅图 2， 为现有技术提供的第二 种直流线性稳压电源的电路结构。
第二种直流线性稳压电源实际上是将两个第一种方案的电路单元进行串联组成。 每个单独的电路单元各自独立工作。 采用两级处理方式， 第一级电路单元的输出电压， 作为 第二级电路单元的输入电压。通过这种方式， 两个场效应管共同分担了第一种方式中的 1 个场效应管的功耗， 从而可使输出功率更大。
但是， 对于输入电压、 输出电压之间的压降较小时， 每个场效应管的压降更小， 则 导通程度就更高， 对运算放大器的输出驱动能力要求更高。而有时运算放大器输出驱动能 力达不到要求， 此时， 会影响该直流线性稳压电源的稳定性。并且， 第二级线性电源的输入电压端直接接在第一级线性电源的输出端， 因此， 第一级线性电源的输出对第二级输出电 压的稳定性有很大影响， 导致整个串联电源系统的稳定性不是很好。 发明内容
本发明的目的在于提供一种直流线性稳压电源， 旨在解决现有技术中的线性电源 的稳定性不够好的问题。
本发明是这样实现的， 一种直流线性稳压电源， 所述直流线性稳压电源包括 1 个 主电源电路及与所述主电源电路并联的 M 个从电源电路，
所述主电源电路包括 ： 运算放大器 U1， 场效应管 Q1、 电流检测电阻 R3，
所述运算放大器 U1 的输入端分别与参考电压端、 输出电压端相连， 所述场效应管 Q1 的栅极与运算放大器 U1 的输出端相连， 所述场效应管 Q1 的漏极与输入电压端相连， 所述 场效应管 Q1 的源极与电流检测电阻 R3 串联接到输出电压端 ；
第 M 个从电源电路包括 ： 运算放大器 UM+1， 场效应管 QM+1、 电流检测电阻 RM+3，
所述运算放大器 UM+1 的输入端分别与电流检测电阻 R3、 电流检测电阻 RM+3 相连， 所 述场效应管 QM+1 的栅极与运算放大器 UM+1 的输出端相连， 所述场效应管 QM+1 的漏极与输入电 压端相连， 所述场效应管 QM+1 的源极与电流检测电阻 RM+3 串联接到输出电压端， 所述 M 为正整数。
进一步地， 所述主电源电路还包括环路补偿元件。
进一步地， 所述环路补偿元件为电容， 所述电容一端与运算放大器 U1 的输出端相 连， 另一端与运算放大器 U1 的一个输入端相连。
进一步地， 在所述 M 个从电源电路中， 至少有一个从电源电路中包括环路补偿元 件。
进一步地， 所述环路补偿元件为电容， 所述电容的一端与属于同一从电源电路的 运算放大器的输出端相连， 另一端与该运算放大器的一个输入端相连。
进一步地， 所述主电源电路的场效应管 Q1 为 N 沟道场效应管或者 P 沟道场效应管。
进一步地， 所述从电源电路的场效应管 QM 为 N 沟道场效应管或者 P 沟道场效应管。
进一步地， 所述主电源电路的电流检测电阻、 所述 M 个从电源电路的电流检测电 阻的阻值均相等。
本发明的另一目的在于提供一种板卡， 所述板卡采用上述直流线性稳压电源。
本发明的另一目的在于提供一种计算机， 所述计算机采用上述板卡。
本发明中， 采用电流检测电阻实现并联的多个调整场效应管平均分配负载电流， 能够实现输入电压与输出电压压差较低的情况下的电压转换设计， 提高直流线性稳压电源 的带负载能力。通过加入环路补偿元件， 进一步提高直流线性稳压电源的稳定性。
附图说明
图 1 是现有技术提供的第一种直流线性稳压电源的电路结构图 ； 图 2 是现有技术提供的第二种直流线性稳压电源的电路结构图 ； 图 3 是本发明第一实施例提供的直流线性稳压电源的结构示意图 ； 图 4 是本发明第二实施例提供的直流线性稳压电源的结构示意图 ；图 5 是本发明第三实施例提供的直流线性稳压电源的结构示意图。具体实施方式
为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。
在本发明中， 采用电流检测电阻实现并联的多个调整场效应管平均分配负载电 流， 能够实现输入电压与输出电压压差较低的情况下的电压转换设计， 提高直流线性稳压 电源的带负载能力。
图 3 示出了本发明第一实施例提供的直流线性稳压电源的结构， 该第一实施例主 要由一个主电源电路与一个从电源电路并联而成。
该实施例的主要元器件包括运算放大器 U1、 U2， 场效应管 Q1、 Q2， 电流检测电阻 R3、 R4， 以及由 R1、 R2 组成的参考电压， 图中的电容 C1， C2 作为环路补偿元件。
其中， 运算放大器 U1、 场效应管 Q1、 电流检测电阻 R3 以及电容 C1 构成主电源电 路。运算放大器 U2、 场效应管 Q2、 电流检测电阻 R4 以及电容 C2 构成从电源电路。R3、 R4 为 阻值相等的电流检测电阻 ( 为减少损耗， 可以选择阻值为毫欧级的精密电阻 )。
主电源电路中， 运算放大器 U1 的同相输入端接参考电压 ( 例如， 需要输出 1.5V 电 压， 则参考电压设为 1.5V)。运算放大器 U1 的反相输入端从输出电压端反馈接回。运算放 大器 U1 的输出端接场效应管 Q1 的栅极 G。场效应管 Q1 的漏极 D 接输入电压端 Vin。场效 应管 Q1 的源极 S 和电流检测电阻 R3 串联接到输出电压端 Vout。
主电源电路通过运算放大器 U1 调节场效应管 Q1 的导通程度， 从而动态调整输出 电压稳定在参考电压附近。如果当输出电压高于参考电压时， 随之反馈给运算放大器 U1 的 反相输入端的电压也同时增加。 运算放大器的反相输入端的反馈电压与运算放大器同相输 入端的参考电压相比较， 反相输入端的电压大于同相输入端的参考电压。其差值电压经比 较放大之后， 使得运算放大器输出的电压减小， 从而导致场效应管 Q1 的压降变大， 使输出 电压下降。 同理， 当输出电压低于参考电压时， 运算放大器通过比较同相输入端与反相输入 端的电压大小之后， 使得运算放大器输出的电压增大， 从而导致场效应管 Q1 的压降减小， 使输出电压升高。
从电源电路中， 运算放大器 U2 的同相输入端接 VCC1 处， 运算放大器 U2 的反相输 入端接 VCC2 处， 运算放大器的输出端接场效应管 Q2 的栅极 S， 场效应管 Q2 的漏极 D 接输入 电压端 Vin， 也就是与场效应管 Q1 的漏极 D 接在一起。场效应管 Q2 的源极 S 和电流检测电 阻 R4 串联接到输出电压端 Vout。
与主电源电路类似， 从电源电路通过运算放大器 U2 调节场效应管 Q2 的导通程度， 来实现 VCC2 处的电压与 VCC1 处的电压一致。
因为 VCC1 处的电压与 VCC2 处的电压相等， 所以 R3、 R4 两端的电压相等， 又因为选 择 R3、 R4 阻值相等， 所以流过 R3 的电流与流过 R4 的电流相等， 从而流过两场效应管 Q1、 Q2 的电流相等。 这样， 就实现了并联的两个线性电源均流， 也就使得功率平均分配在两个场效 应管上。通过主从电源并联的形式， 该电路结构能够实现输入电压与输出电压压差很小但 负载电流较大的电压转换。 同时， 采用这种主从电源并联结构， 使得在保证输入电压到输出电压之间只有一级的情况下， 提高了线性电源的功率， 输出电压相对串联的形式更加稳定。
作为本发明的实施例， 场效应管可以为 N 沟道场效应管， 也可以为 P 沟道场效应 管。参阅图 4， 为本发明第二实施例的结构， 即采用 P 沟道场效应管时， 稳压电源的结构。此 时， 参考电压接运算放大器 U1 的反相输入端。运算放大器 U1 的同相输入端从输出电压端 反馈接回。同理， 运算放大器 U2 也反接。其电路原理与第一实施例中类似， 因此， 本处不再 赘述。
图 5 示出了本发明第三实施例提供的直流线性稳压电源的结构。在上文的方案说 明中， 只是针对两个场效应管并联的情况， 即 1 个主电源电路， 1 个从电源电路。参考图 5， 为三个场效应管并联时的电路结构， 即 1 个主电源电路， 2 个从电源电路。
主电源电路工作原理与本发明第一实施例中的主电源电路工作原理类似。 主电源 电路通过运算放大器 U1 调节场效应管 Q1 的导通程度， 从而动态调整输出电压稳定在参考 电压附近。在本实施例的主电源电路中， 可以增加一电容 C1 作为环补偿元件。
两个从电源电路的结构相同， 第一个从电源电路包括 ： 运算放大器 U2， 场效应管 Q2、 电流检测电阻 R4， 电容 C2。该运算放大器 U2 的输入端分别与电流检测电阻 R3、 电流检 测电阻 R4 相连。该场效应管 Q2 的栅极与运算放大器 U2 的输出端相连， 该场效应管 Q2 的 漏极与输入电压端 Vin 相连， 该场效应管 Q2 的源极与电流检测电阻 R4 串联接到输出电压 端 Vout。在本实施例的第一个从电源电路中， 可以增加一电容 C2 作为环补偿元件。 类似的， 第二个从电源电路包括 ： 运算放大器 U3， 场效应管 Q3、 电流检测电阻 R5， 电容 C3。该运算放大器 U3 的输入端分别与电流检测电阻 R3、 电流检测电阻 R5 相连。该场 效应管 Q3 的栅极与运算放大器 U3 的输出端相连， 该场效应管 Q3 的漏极与输入电压端 Vin 相连， 该场效应管 Q3 的源极与电流检测电阻 R5 串联接到输出电压端 Vout。在本实施例的 第二个从电源电路中， 可以增加一电容 C3 作为环补偿元件。
通过上文方案中的均流技术将整体的电流平均分配在三个场效应管上， 更进一步 提高了电源的输出功率。
类似地， 该直流线性稳压电源还可以包括更多的从电源电路。 对其结构， 可归纳如 下： 该直流线性稳压电源包括 1 个主电源电路及与该主电源电路并联的 M 个从电源电路， M 为正整数。该主电源电路包括运算放大器 U1， 场效应管 Q1、 电流检测电阻 R3， 该运算放大器 U1 的输入端分别与参考电压端 (R1、 R2 组成了参考电压 )、 输出电压端 Vout 相连， 该场效应 管 Q1 的栅极与运算放大器 U1 的输出端相连， 该场效应管 Q1 的漏极与输入电压端 Vin 相连， 该场效应管 Q1 的源极与电流检测电阻 R3 串联接到输出电压端。
第 M 个从电源电路包括 ： 运算放大器 UM+1， 场效应管 QM+1、 电流检测电阻 RM+3。该运 算放大器 UM+1 的输入端分别与电流检测电阻 R3、 电流检测电阻 RM+3 相连， 该场效应管 QM+1 的 栅极与运算放大器 UM+1 的输出端相连， 该场效应管 QM+1 的漏极与输入电压端相连， 该场效应 管 QM+1 的源极与电流检测电阻 RM+3 串联接到输出电压端。
为了进一步提高直流线性稳压电源的稳定性， 作为本发明的实施例， 该主电源电 路还可以包括环路补偿元件。 并且， 可以采用电容作为环路补偿元件， 将电容一端与运算放 大器 U1 的输出端相连， 另一端与运算放大器 U1 的一个输入端相连 ( 当采用 N 沟道场效应管 时， 电容的另一端与运算放大器 U1 的反相输入端相连， 当采用 P 沟道场效应管时， 电容的另 一端与运算放大器 U1 的同相输入端相连 )。类似地， 也可以在 1 个或多个从电源电路中增
加环路补偿元件。
在本发明的实施例中， 所采用的场效应管可以为 N 沟道场效应管或者 P 沟道场效 应管。
为了使多个场效应管均分功耗， 作为本发明的实施例， 可以使主电源电路的电流 检测电阻、 所有从电源电路的电流检测电阻的阻值均相等。
在实际应用中， 板卡可采用该直流线性稳压电源设计。 当然， 上述板卡可应用于计 算机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。