CN103715881A - 直流开关电源的输出方法及装置、控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流开关电源的输出方法及装置、控制电路，其中，该直流开关电源包括：负反馈电路，上述输出方法包括：获取交流信号；将获取的交流信号添加到负反馈电路；获取负反馈电路根据交流信号对直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；输出调制后的电压。采用本发明提供的上述技术方案，解决了相关技术中，在直流电压上叠加一个交流脉动的输出的技术方案结构复杂、不易实现等技术问题，从而降低了直流开关电源的输出电压叠加交流信号的复杂程度，实现简单。

Description

直流开关电源的输出方法及装置、控制电路

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种直流开关电源的输出方法及装置、控制电路。

背景技术

通常的直流开关电源，都是恒定的直流电压输出。为使输出电压在输入电压全范围和输出电流全范围内保持稳定，基本上开关电源都会设计负反馈电路。将输出电压的采样信号与基准电压相比较，通过负反馈调节开关电源的占空比，使输出电压稳定在某个恒定值。

不过在有些场合，需要直流电压上叠加一个交流脉动的输出。比如为了进行产品的输入电压传导抗扰度测试，就需要在产品的输入电压上叠加一个交流脉动。或者为了进行芯片的电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，简称为PSRR）的测试，也需要在芯片的供电电压上叠加一个交流脉动。

由于普通的电源都是恒定的直流输出，为了解决上述需求，通常的做法是增加一个交流电压源，将交流电压通过耦合/去耦网络，叠加在直流电源的输出上，产生一个直流偏置上叠加交流脉动输出的源。如图1所示，直流电源提供恒定的直流电压，交流电源通过一个耦合或去耦网络将交流电压耦合到直流输出上。

被测产品的输入电压V_in可以分解为2部分，一部分是稳定的直流电平V_IN，由直流电源VDC提供。另外一部分是脉动的交流电压△V_in，由交流电源VAC提供。

但是这种方法有很多缺点，特别是在中大功率的应用场合更是如此：

①增加了一个交流电源。

②增加了一个耦合/去耦网络。如图1中的2个电阻R、2个电容C、1个共模电感L共同组成一个耦合/去耦网络。耦合/去耦网络的作用是将交流电压叠加到被测产品的输入端口，同时保证直流电源与交流电源互不干扰。

③耦合/去耦网络中的电感和电容要求极高，需要有良好的频率特性。但是，实际中的电感和电容的参数值总是随着频率的改变而改变。因此，图1中的耦合/去耦网络只能适应某一个固定频段。如果被测产品的功率较大，并且需要在直流电平上叠加低频的交流脉动（比如100Hz左右），那么图1中的电感L体积将变得很大，很难在工程上实现。

当然，在需要交流电压频率更低的场合（比如小于1KHz）,可以采用线性电源来实现直流叠加交流的输出。比如某些AC SOURCE就能够在直流输出上叠加小于1KHz的交流脉动。但是众所周知，线性电源体积大，很难实现高频的交流输出。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中，在直流电压上叠加一个交流脉动的输出的技术方案结构复杂、不易实现等技术问题，本发明提供了一种直流开关电源的输出方法及装置、控制电路，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种直流开关电源的输出方法，其中，直流开关电源包括：负反馈电路，上述方法包括：获取交流信号；将获取的交流信号添加到负反馈电路；获取负反馈电路根据交流信号对直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；输出调制后的电压。

将获取的交流信号添加到负反馈电路包括：将交流信号与输出电压进行采样并加权；将采样并加权后的信号输入到负反馈电路。

将获取的交流信号添加到负反馈电路包括：将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路。

将获取的交流信号添加到负反馈电路包括：获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路的基准电压；将基准电压输入到负反馈电路。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直流开关电源的输出装置，包括：第一获取模块，用于获取交流信号；添加模块，用于将获取的交流信号添加到负反馈电路；第二获取模块，用于获取负反馈电路根据交流信号对直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；输出模块，用于输出调制后的电压。

上述添加模块包括：第一加权采样单元，用于将交流信号与输出电压进行采样并加权；第一输入单元，用于将第一加权采样单元采样并加权后的信号输入到负反馈电路。

上述添加模块包括：第二加权采样单元，用于将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样；第二输入单元，用于将第二加权采样单元加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路。

上述添加模块还包括：获取单元，用于获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路的基准电压；第三输入单元，用于将获取单元获取的基准电压输入到负反馈电路。

根据本发明的再一个方面，提供了一种直流开关电源的控制电路，包括：负反馈电路，还包括：信号产生器，与负反馈电路耦合连接，用于产生交流信号，并将产生的交流信号输入到负反馈电路；负反馈电路，对直流开关电源的输出电压进行调制，其中，调制后的输出电压为叠加了交流脉动的输出电压。

上述控制电路还包括：第一加权采样电路，与信号产生器和负反馈电路连接，用于将交流信号与输出电压进行采样并加权，并将采样并加权后的信号输入到负反馈电路。

上述控制电路还包括：第二加权采样电路，与信号产生器和负反馈电路连接，用于将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路。

上述信号产生器，还用于直接输出叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路的基准电压输入到负反馈电路。

通过本发明，采用将交流信号引入到直流开关电源的负反馈电路中，通过交流信号对直流开关电源的输出电压调制成叠加了交流脉动的输出电压，解决了相关技术中，在直流电压上叠加一个交流脉动的输出的技术方案结构复杂、不易实现等技术问题，从而降低了直流开关电源的输出电压叠加交流信号的复杂程度，实现简单。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据相关技术的直流电源叠加交流脉动输出给被测产品供电的原理框图；

图2为根据本发明实施例1的直流开关电源的输出方法的流程图；

图3为根据本发明实施例1的直流开关电源的输出装置的结构框图；

图4为根据本发明实施例1的直流开关电源的输出装置的另一结构框图；

图5为根据本发明实施例2的直流开关电源的控制电路的原理框图；

图6为根据本发明实施例2的对交流信号与直流输出电压进行加权采样实现调制的控制电路的原理框图；

图7为根据本发明实施例2的对交流信号与负反馈电路基准电压进行加权采样实现调制的控制电路的原理框图；

图8为根据本发明实施例3的直流电源叠加交流脉动输出给被测产品供电的原理框图；

图9为根据本发明实施例3的对直流电源输出电压进行调制采用的电路示意图；

图10为根据本发明实施例3的对直流电源输出电压进行调制采用的电路另一示意图；

图11为根据本发明实施例3的对直流电源输出电压进行调制采用的电路再一示意图；

图12为根据本发明实施例4的对直流电源输出电压进行调制采用的电路原理图；

图13为根据本发明实施例4的输出带载为16A，交流脉动频率为100Hz时的输出电压示意图；

图14为根据本发明实施例4的输出带载为16A，交流脉动频率为1kHz时的输出电压示意图；

图15为根据本发明实施例4的输出带载为16A，交流脉动频率为10kHz时的输出电压示意图；

图16为根据本发明实施例4的输出带载为16A，交流脉动频率为101kHz时的输出电压示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

考虑到相关技术中，在直流电压上叠加一个交流脉动的输出的技术方案结构复杂、不易实现等技术问题等技术问题，以下结合实施例提供了相关的解决方案，现详细说明。

实施例1

图2为根据本发明实施例1的直流开关电源的输出方法的流程图。其中，该直流开关电源包括：负反馈电路。如图2所示，该方法包括：

步骤S202，获取交流信号；

步骤S204，将获取的交流信号添加到负反馈电路；

步骤S206，获取负反馈电路根据交流信号对直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；

步骤S208，输出上述调制后的电压。

通过上述处理步骤，由于采用了将获取的交流信号添加到负反馈电路以便对直流开关电源输出电压进行调制的技术手段，相对于采用增加交流电压源来实现直流电源输出电压上叠加交流脉动的技术手段，结构简单，便于实现。

将获取的交流信号添加（或称为引用）到负反馈电路的方式有多种，例如可以通过但不限于以下之一形式实现：

（1）将交流信号与输出电压进行采样并加权；将采样并加权后的信号输入到负反馈电路。

（2）将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路。

（3）获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路的基准电压；将基准电压输入到负反馈电路。

在本实施例中还提供了一种直流开关电源的输出装置，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以硬件来实现，但是软件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3为根据本发明实施例1的直流开关电源的输出装置的结构框图。如图3所示，该装置包括：

第一获取模块30，连接至添加模块32，用于获取交流信号；

添加模块32，用于将获取的交流信号添加到负反馈电路；

第二获取模块34，连接至输出模块36，用于获取负反馈电路根据交流信号对直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；

输出模块36，用于输出调制后的电压。

通过上述各个模块实现的功能，同样可以采用将获取的交流信号添加到负反馈电路以便对直流开关电源输出电压进行调制的技术手段，相对于采用增加交流电压源来实现直流电源输出电压上叠加交流脉动的技术手段，结构简单，便于实现

将获取的交流信号添加到负反馈电路的方式有多种，例如可以通过以下方式实现：

第一种方式

如图4所示，上述添加模块32包括：第一加权采样单元320，连接至第一输入单元322，用于将交流信号与输出电压进行采样并加权；第一输入单元322，用于将第一加权采样单元320采样并加权后的信号输入到负反馈电路。

第二种方式

如图4所示，上述添加模块32，包括：第二加权采样单元324，连接至第二输入单元326，用于将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样；第二输入单元326，用于将第二加权采样单元324加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路。

第三种方式

如图4所示，上述添加模块32包括：获取单元328，连接至第三输入单元330，用于获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路的基准电压；第三输入单元330，用于将获取单元328获取的基准电压输入到负反馈电路。

实施例2

本实施例提供一种直流开关电源的控制电路，如图5所示，该电路包括：

信号产生器50，与负反馈电路52耦合连接，用于产生交流信号，并将产生的交流信号输入到负反馈电路；

负反馈电路52，对直流开关电源的输出电压进行调制，其中，调制后的输出电压为叠加了交流脉动的输出电压。需要说明的是，在本实施例中，信号产生器50与负反馈电路52之间并不一定为直接连接，也可以间接连接（例如图6和图7所示实施例）

上述电路还可以包括以下之一：

如图6所示，该电路包括：第一加权采样电路60，与信号产生器50和负反馈电路52连接，用于将交流信号与输出电压进行采样并加权，并将采样并加权后的信号输入到负反馈电路52。

如图7所示，该电路包括：第二加权采样电路70，与信号产生器50和负反馈电路52连接，用于将交流信号与负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到负反馈电路52。

在本实施例中，上述信号产生器50，与负反馈电路52直接连接，还用于直接输出叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的信号作为负反馈电路52的基准电压输入到负反馈电路52。

为了更好地理解上述实施例，以下结合实施例和相关附图详细说明。

实施例3

本实施例提供一种结构更加简单、成本更低的直流开关电源。该开关电源可以直接在直流输出上叠加高频交流脉动的输出，如图8所示。

本实施例的主要设计思想在于，将交流信号引入负反馈，与输出电压、基准信号共同参与运放的比例积分微分(Proportional,Integral and Derivative，简称为PID)调节，使输出电压实现在直流偏置的基础上叠加交流脉动的输出。

具体电路方案如图9所示，该电路包括：信号发生器、加权采样网络、以及反馈运放、。加权采样网络将信号发生器的信号ΔV与开关电源的输出电压Vo进行取样，输出加权采样信号V-。

加权采样网络可以通过阻容器件构成，也可以通过软件算法生成。只要满足输出信号V-是信号发生器的信号ΔV与输出电压Vo的合成即可，即：

V-=a×ΔV+b×Vo………………………①

上式①中的a和b即为加权采样网络的加权系数。

根据运放虚短的概念，又有V-=V_REF。将V_REF从代入上式，求解Vo,得：

$\mathrm{Vo}=\frac{1}{b}\×V_{\mathrm{REF}}-\frac{a}{b}\×\mathrm{\ΔV}$ ………………………②

上式②的前半部分即为输出中的恒定直流电压，后半部分即为输出中的交流脉动电压。

相较现有方案，所述直流开关电源将交流信号引入负反馈，直接实现了在直流偏置的基础上叠加交流脉动的输出。其电路结构简单，易于实现。

图10、图11均是在图9基础上的变形，图10是将基准电压V_REF与信号发生器的信号ΔV进行加权采样，这样，运放的正向输入端的信号V+就成为一个叠加交流脉动的直流基准，根据负反馈的原理，使得开关电源的输出电压Vo跟随该基准，实现在直流偏置的基础上叠加交流脉动的输出。图11是图10基础上的进一步简化，信号发生器直接输出带直流偏置V_REF和交流脉动ΔV的信号，作为运放正向输入端的基准。

本实施例提供的叠加交流脉动输出的直流开关电源，可以在直流开关电源上叠加交流脉动的输出。可以广泛应用于电源产品的电磁兼容测试，评估芯片或电源产品的PSRR（电源抑制比）等。本实施例中，直流电源将信号发生器的交流脉动信号，直接引入到开关电源的负反馈中，通过所述交流脉动信号将所述直流电源的输出调制成直流电平上叠加交流脉动的输出。通过改变信号发生器交流脉动信号的频率和幅度，直流开关电源上叠加的交流脉动输出的频率和幅度也可以线性调节。

实施例4

本实施例以图9所示的实施例为例详细说明对直流电源输出电压进行调制采用的电路原理。

如图12所示，采用图9的电路方案。上半部分为电路的主拓扑，为一BUCK电源。下半部分为电路的控制和反馈电路。信号发生器的交流脉动信号ΔV（图中未示）加在图12的TRIM和GND之间。

R11、R14、R15、R16、R17共同组成取样网络，对输出电压Vo和信号发生器的交流脉动信号ΔV（图中未示）加权采样。图6中的FEEDBACK即为加权后的采样信号，直接输入到控制芯片D1的FB引脚，与控制芯片D1内部的基准电压VREF进行比较，通过R7、C8、C9组成的环路反馈改变D1的COMP引脚电压,形成开关电源的闭环控制。

R15、R17为调试位，实际电路中可以灵活选取，以便设置合适的输出电压。图6中R15为0Ω，R17为空（NULL）。因为信号发生器的50Ω内阻与电阻R14串联,且比R14的30KΩ电阻值小的多，因此可以忽略。根据线性电路叠加原理，可以计算加权采样信号FEEDBACK的电压为：

$V_{\mathrm{FEEDBACK}}=\frac{R11//R16}{R11/R16+R14}\×\mathrm{\ΔV}+\frac{R14//R16}{R14//R16+R11}\×\mathrm{Vo}$ ……………③

然后利用运放的虚短原理，可得V_FEEDBACK=V_REF，代入上式③，计算本产品的输出电压Vo为：

$\mathrm{Vo}=(2+\frac{R11}{R16})\×V_{\mathrm{REF}}-\mathrm{\ΔV}=(2+\frac{30}{10.5})\×V_{\mathrm{REF}}-\mathrm{\ΔV}$

D1内部的基准电压V_REF为0.7V，这样输出电压Vo即为3.4V-ΔV。

通过调整信号发生器的交流脉动信号ΔV的幅值和频率，就可以改变所述直流开关电源叠加的交流脉动输出的幅值和频率。

图13~图16是所述发明实施后，输出带载16A，实际测试的四种交流脉动频率(100Hz\1kHz\10kHz\101kHz)下的所述直流开关电源的输出电压波形。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种直流开关电源的输出方法，其中，所述直流开关电源包括：负反馈电路，其特征在于，所述方法包括：

获取交流信号；

将获取的所述交流信号添加到所述负反馈电路；

获取所述负反馈电路根据所述交流信号对所述直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，所述调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；

输出所述调制后的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将获取的所述交流信号添加到所述负反馈电路包括：

将所述交流信号与所述输出电压进行采样并加权；

将采样并加权后的信号输入到所述负反馈电路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将获取的所述交流信号添加到所述负反馈电路包括：

将所述交流信号与所述负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到所述负反馈电路。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将获取的所述交流信号添加到所述负反馈电路包括：

获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的所述信号作为所述负反馈电路的基准电压；

将所述基准电压输入到所述负反馈电路。

5.一种直流开关电源的输出装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取交流信号；

添加模块，用于将获取的所述交流信号添加到所述负反馈电路；

第二获取模块，用于获取所述负反馈电路根据所述交流信号对所述直流开关电源的输出电压进行调制后的电压，其中，所述调制后的电压为叠加了交流脉动的输出电压；

输出模块，用于输出所述调制后的电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述添加模块包括：

第一加权采样单元，用于将所述交流信号与所述输出电压进行采样并加权；

第一输入单元，用于将所述第一加权采样单元采样并加权后的信号输入到所述负反馈电路。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述添加模块包括：

第二加权采样单元，用于将所述交流信号与所述负反馈电路的基准电压进行加权采样；

第二输入单元，用于将所述第二加权采样单元加权采样后的信号作为基准电压输入到所述负反馈电路。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述添加模块还包括：

获取单元，用于获取信号发生器直接输出的叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的所述信号作为所述负反馈电路的基准电压；

第三输入单元，用于将所述获取单元获取的基准电压输入到所述负反馈电路。

9.一种直流开关电源的控制电路，包括：负反馈电路，其特征在于，还包括：

信号产生器，与所述负反馈电路耦合连接，用于产生交流信号，并将产生的交流信号输入到所述负反馈电路；

所述负反馈电路，对所述直流开关电源的输出电压进行调制，其中，调制后的输出电压为叠加了交流脉动的输出电压。

10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，还包括：

第一加权采样电路，与所述信号产生器和所述负反馈电路连接，用于将所述交流信号与所述输出电压进行采样并加权，并将采样并加权后的信号输入到所述负反馈电路。

11.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，还包括：

第二加权采样电路，与所述信号产生器和所述负反馈电路连接，用于将所述交流信号与所述负反馈电路的基准电压进行加权采样并将加权采样后的信号作为基准电压输入到所述负反馈电路。

12.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述信号产生器，还用于直接输出叠加了直流偏置电压和交流信号的信号并将获取的所述信号作为所述负反馈电路的基准电压输入到所述负反馈电路。

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