CN103699166B - Dc-dc输出电压动态调节电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DC-DC输出电压动态调节电路，包括DC-DC单元和PWM信号调节单元，所述DC-DC单元包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，藉由所述电压输入端输入的直流输入电压，经过所述DC-DC单元处理并在所述电压反馈端输入的反馈电压反馈下通过所述电压输出端输出直流输出电压；所述PWM信号调节单元包括PWM信号输入端、固定电压输入端和调整信号输出端，所述固定电压输入端连接固定电压，所述调整信号输出端连接所述DC-DC单元的电压反馈端，藉由所述PWM信号输入端输入的PWM信号，经过所述PWM信号调节单元调整后并通过所述调整信号输出端向所述DC-DC单元的电压反馈端发送所述反馈电压。采用本发明，可以动态调节DC-DC输出电压，从而调节输出功率，达到节约环保的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种DC-DC输出电压动态调节电路。
背景技术
随着计算机技术的发展，电子设备的功耗越来越高，怎样在现有的基础上降低电子设备的功耗，是人们不得不面临的问题。在生活中，经常会浪费很多电能，例如，晚上走廊上的灯，当有人走动的时候才需要亮，没人的时候就不需要；在电子电路中也一样，并不是每时每刻都需要消耗能量，如果在设备不需要能量时，仍然提供能量，就会浪费。
电子电路中，功率计算公式为P=W/t=UI，在纯电阻电路中，根据欧姆定律U=IR，代入P=UI，可以得到P=U2/R，其中，P表示功率，U表示电压，W表示能量，t表示时间，I表示电流，R表示电阻。普通DC-DC电路中只能输出固定电压U，且电阻R是一个固定值，那么整个电路的功率P是一个固定值。如果此电路启动，那么将一直消耗能量，造成资源浪费。
如图1所示，为现有技术中DC-DC电路，包括一个电压输入端Vin、一个DC-DC芯片U1和一个电压输出端Vout，DC-DC芯片U1的电压输入引脚VIN和使能引脚EN都连接到电压输入端Vin，GND引脚接地，开关电源输出引脚LX通过电感L1连接到电压输出端Vout，置空引脚NC置空，反馈引脚FB通过电阻R1连接到电压输出端Vout，还通过电阻R2接地，电容C2与电阻R1并联，电压输入端Vin还通过电容C1接地，电压输出端Vout还通过电容C3接地，其中反馈引脚FB的反馈电压以Vfb表示，Vfb是固定的基准值，且仅与DC-DC芯片U1有关。
电压输出端Vout的电压Vo=（R1/R2+1）*Vfb，其中R1、R2是具有固定阻值的电阻，Vfb是固定的反馈电压，所以从公式可以得到，Vo是一个固定输出的电压。跟据功率计算公式P=Vo2/R，得到功率P也是一个固定的数值，所以此电路无法动态调节输出电压，无法达到环保省电的作用。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种DC-DC输出电压动态调节电路，可以动态调节DC-DC电路的输出电压，进而动态调节输出功率，达到节约能量的目的。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种DC-DC输出电压动态调节电路，包括DC-DC单元和PWM信号调节单元，
所述DC-DC单元包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，藉由所述电压输入端输入的直流输入电压，经过所述DC-DC单元处理并在所述电压反馈端输入的反馈电压反馈下通过所述电压输出端输出直流输出电压；
所述PWM信号调节单元包括PWM信号输入端、固定电压输入端和调整信号输出端，所述固定电压输入端连接固定电压，所述调整信号输出端连接所述DC-DC单元的电压反馈端，藉由所述PWM信号输入端输入的PWM信号，经过所述PWM信号调节单元调整后并通过所述调整信号输出端向所述DC-DC单元的电压反馈端发送所述反馈电压。
其中，所述PWM信号调节单元的PWM信号输入端连接系统的控制单元，所述控制单元通过检测系统的工作状况来调整输入的PWM信号的占空比，系统忙时，将所述输入的PWM信号的占空比调小，系统闲时将所述输入的PWM信号的占空比调大。
进一步的，所述PWM信号调节单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述固定电压输入端通过第一电阻连接到所述PWM信号输入端，再通过串联的第二电阻和第三电阻连接到所述调整信号输出端，所述第四电阻的一端连接到串联的第二电阻和第三电阻的连接点，另一端接地。
进一步的，所述PWM信号调节单元还包括第一电容，所述第一电容和第二电阻组成RC电路，所述第一电容的一端连接到串联的第二电阻和第三电阻的连接点，另一端接地。
进一步的，所述DC-DC单元包括DC-DC芯片、第一电感、第五电阻和第六电阻，所述DC-DC芯片的电压输入引脚和使能引脚连接到所述电压输入端，接地引脚接地，置空引脚置空，开关电源输出引脚通过第一电感连接到所述电压输出端，所述电压输出端还通过串联的第五电阻、第六电阻接地，所述反馈引脚连接到所述第五电阻和第六电阻的连接点以及PWM信号调节单元的调整信号输出端。
优选的，所述DC-DC单元还包括远端电压输出端和第七电阻，所述远端电压输出端为所述电压输出端在PCB上走线一段距离的端口，所述电压输出端通过串联的第七电阻、第五电阻、第六电阻接地，所述远端电压输出端连接到所述串联的第七电阻和第五电阻的连接点。
进一步的，所述DC-DC单元还包括第二电容，所述第二电容与所述第五电阻并联组成RC电路。
进一步的，所述DC-DC单元的电压输入端还通过第三电容接地，所述DC-DC单元的电压输出端通过第四电容接地。
实施本发明，具有如下有益效果：系统通过控制单元输入PWM信号，通过调整输入PWM信号的的占空比动态的调整输出电压，在忙时将输出电压调大，进而调大输出功率，满足工作需求，在闲时调小输出电压，进而调小输出功率，达到节约能源、环保的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的DC-DC电路图；
图2是本发明提供的DC-DC输出电压动态调节电路的一实施例的电路图；
图3是图2中PWM信号调节单元的电路图;
图4是本发明提供的DC-DC输出电压动态调节电路的又一实施例的电路图;
图5是本发明提供的DC-DC输出电压动态调节电路的另一实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种DC-DC输出电压动态调节电路，如图2所示，包括DC-DC单元10和PWM信号调节单元20，
所述DC-DC单元10包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，藉由所述电压输入端输入的直流输入电压，经过所述DC-DC单元10处理并在所述电压反馈端输入的反馈电压反馈下通过所述电压输出端输出直流输出电压；
所述PWM信号调节单元20包括PWM信号输入端、固定电压输入端和调整信号输出端，所述固定电压输入端连接固定电压，所述调整信号输出端连接所述DC-DC单元10的电压反馈端，藉由所述PWM信号输入端输入的PWM信号，经过所述PWM信号调节单元20调整后并通过所述调整信号输出端向所述DC-DC单元10的电压反馈端发送所述反馈电压。
其中，所述PWM信号调节单元20的PWM信号输入端连接系统的控制单元，所述控制单元通过检测系统的工作状况来调整输入的PWM信号的占空比，系统忙时，将所述输入的PWM信号的占空比调小，以增大输出电压，进而增大输出功率，满足工作所需，系统闲时将所述输入的PWM信号的占空比调大，以减小输出电压，进而减小输出功率，节省能源。
进一步的，如图3所示，所述PWM信号调节单元20包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述固定电压输入端V1通过第一电阻连接到所述PWM信号输入端PWM_IN，再通过串联的第二电阻R2和第三电阻R3连接到所述调整信号输出端PWM_OUT，所述第四电阻R4的一端连接到串联的第二电阻R2和第三电阻R3的连接点，另一端接地。所述PWM信号调节单元20还包括第一电容C1，所述第一电容C1和第二电阻R2组成RC电路，所述第一电容C1的一端连接到串联的第二电阻R2和第三电阻R3的连接点，另一端接地。其中，第一电阻R1用以上拉电压，第一电容C1和第二电阻R2组成RC电路用以对输入的PWM信号进行滤波，将输入的PWM方波信号滤波成直流信号，第二电阻R2和第四电阻R4为分压电路，用以得到电压V2。
在一个实施例中，如图4所示，所述DC-DC单元10包括DC-DC芯片U1、第一电感L1、第五电阻R5和第六电阻R6，所述DC-DC芯片U1的电压输入引脚VIN和使能引脚EN连接到所述电压输入端Vin，接地引脚GND接地，置空引脚NC置空，开关电源输出引脚LX通过第一电感L1连接到所述电压输出端Vout，所述电压输出端Vout通过串联的第五电阻、第六电阻接地，所述反馈引脚FB连接到所述第五电阻R5和第六电阻R6的连接点以及PWM信号调节单元20的调整信号输出端PWM_OUT。所述DC-DC单元10还包括第二电容C2，所述第二电容C2用以加快反馈的速度，将电压输出端Vout的电压快速的反馈回反馈引脚FB。所述DC-DC单元10的电压输入端Vin还通过第三电容C3接地，所述DC-DC单元10的电压输出端Vout通过第四电容C4接地。
在另一个实施例中，如图5所示，所述DC-DC单元10包括DC-DC芯片U1、第一电感L1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，所述DC-DC芯片U1的电压输入引脚VIN和使能引脚EN连接到所述电压输入端Vin，接地引脚GND接地，置空引脚NC置空，开关电源输出引脚LX通过第一电感L1连接到所述电压输出端Vout，所述电压输出端Vout还通过串联的第七电阻R7、第五电阻R5、第六电阻R6接地，所述反馈引脚FB连接到所述第五电阻R5和第六电阻R6的连接点以及PWM信号调节单元20的调整信号输出端PWM_OUT。所述DC-DC单元10还包括第二电容C2，所述第二电容C2用以加快反馈的速度，将远端电压输出端Vout_far的电压快速的反馈回反馈引脚FB。所述DC-DC单元10的电压输入端Vin还通过第三电容C3接地，所述DC-DC单元10的电压输出端Vout通过第四电容C4接地。所述DC-DC单元还包括远端电压输出端Vout_far，所述远端电压输出端Vout_far为所述电压输出端Vout在PCB上走线一段距离的端口，所述远端电压输出端Vout_far连接到所述串联的第七电阻R7和第五电阻R5的连接点。
增加远端电压输出端Vout_far和第七电阻R7是因为在PCB板制作时，可能电压输出端Vout距离需要供电的设备比较远，因此，电压输出端Vout在PCB设计时需要走线一段距离，即到达远端电压输出端Vout_far，采用远端电压输出端Vout_far为设备供电。但是电流流过电压输出端Vout至远端电压输出端Vout_far之间的导线会产生电压损失，导致远端电压输出端Vout_far输出的电压不精确，因此，增加第七电阻R7，从而产生反馈，那么当远端电压输出端Vout_far输出电压变小时，DC-DC芯片U1会增大电压输出端Vout的电压，从而使远端电压输出端Vout_far输出电压更精确，调整的具体过程为：DC-DC芯片U1内部有一个比较器，并实时检测FB引脚的电压VFB，使VFB保持一个基准值为Vfb。为方便讲述，忽略PWM信号调节单元20对电路的影响，即PWM信号调节单元20不存在时，当电路接入电源的瞬间，电压输出端Vout的电压Vo=(R5/R6+R7/R6+1)*Vfb，由于R7远小于R6，公式可改为Vo=（R5/R6+1）*Vfb，即Vfb=Vo/(R5/R6+1),紧接着，远端电压输出端Vout_far的电压Vo_far反馈到第五电阻R5上端，使VFB=Vo_far/(R5/R6+1)，由于Vo_far<Vo，所以VFB<Vfb，这时DC-DC芯片U1检测到FB引脚电压VFB低于基准值Vfb，就会通过提高电压输出端电压Vo来提高VFB，从而达到提高远端电压输出端Vout_far电压的目的，使输出电压精确为设备供电所需的电压。
以上发明实施例提供的DC-DC输出电压动态调节电路的工作原理为：
因远端电压输出端电压Vo_far和电压输出端电压Vo差距较小，在此分析时，将Vo_far和Vo作为相等来考虑，电压Vo与电压V2有关，具体为：
Vo=Vfb*R5/R6+Vfb*R5/R3+Vfb-V2*R5/R3，
从公式可以看出，Vo随着V2变大而变小。
1、当PWM信号的占空比为0时，V2的电压为：
V2=(R2*R4*Vfb)/(R2*R4+R2*R3+R3*R4)，
此时V2最小，因此此时的电压Vo最大，电路输出最大值电压Vomax。
2、当PWM信号的占空比为1时，V2的电压为：
V2=(V1*R3*R4+Vfb*R2*R4)/(R2*R3+R3*R4+R2*R4)，
此时的V2最大，因此此时的电压Vo最小，电路输出最小值电压Vomin。
综上所述，当PWM信号的占空比在0到1变化之时，输出电压在Vomax到Vomin之间变化，又因为输出功率P=Vo2/R，因此输出功率也Vomax2/R到Vomin2/R之间在动态变化。系统可以在忙时将输出电压调大，进而调大输出功率，满足工作需求，在闲时调小输出电压，进而调小输出功率，达到节约能源、环保的目的。
实施本发明，具有如下有益效果：系统通过控制单元输入PWM信号，通过调整输入PWM信号的占空比动态的调整输出电压，在忙时将输出电压调大，进而调大输出功率，满足工作需求，在闲时调小输出电压，进而调小输出功率，达到节约能源、环保的目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，包括DC-DC单元和PWM信号调节单元，
所述DC-DC单元包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，藉由所述电压输入端输入的直流输入电压，经过所述DC-DC单元处理并在所述电压反馈端输入的反馈电压反馈下通过所述电压输出端输出直流输出电压；
所述PWM信号调节单元包括PWM信号输入端、固定电压输入端和调整信号输出端，所述固定电压输入端连接固定电压，所述调整信号输出端连接所述DC-DC单元的电压反馈端，藉由所述PWM信号输入端输入的PWM信号，经过所述PWM信号调节单元调整后并通过所述调整信号输出端向所述DC-DC单元的电压反馈端发送所述反馈电压；
所述PWM信号调节单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述固定电压输入端通过第一电阻连接到所述PWM信号输入端，再通过串联的第二电阻和第三电阻连接到所述调整信号输出端，所述第四电阻的一端连接到串联的第二电阻和第三电阻的连接点，另一端接地；
所述PWM信号调节单元还包括第一电容，所述第一电容和第二电阻组成RC电路，所述第一电容的一端连接到串联的第二电阻和第三电阻的连接点，另一端接地。
2.如权利要求1所述的DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，所述PWM信号调节单元的PWM信号输入端连接系统的控制单元，所述控制单元通过检测系统的工作状况来调整输入的PWM信号的占空比，系统忙时，将所述输入的PWM信号的占空比调小，系统闲时将所述输入的PWM信号的占空比调大。
3.如权利要求1所述的DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，所述DC-DC单元包括DC-DC芯片、第一电感、第五电阻和第六电阻，所述DC-DC芯片的电压输入引脚和使能引脚连接到所述电压输入端，接地引脚接地，置空引脚置空，开关电源输出引脚通过第一电感连接到所述电压输出端，所述电压输出端还通过串联的第五电阻、第六电阻接地，反馈引脚连接到所述第五电阻和第六电阻的连接点以及PWM信号调节单元的调整信号输出端。
4.如权利要求3所述的DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，所述DC-DC单元还包括远端电压输出端和第七电阻，所述远端电压输出端为所述电压输出端在PCB上走线一段距离的端口，所述电压输出端通过依次串联的第七电阻、第五电阻、第六电阻接地，所述远端电压输出端连接到所述串联的第七电阻和第五电阻的连接点。
5.如权利要求3所述的DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，所述DC-DC单元还包括第二电容，所述第二电容与所述第五电阻并联。
6.如权利要求3所述的DC-DC输出电压动态调节电路，其特征在于，所述DC-DC单元的电压输入端还通过第三电容接地，所述DC-DC单元的电压输出端通过第四电容接地。
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