CN105048773A - 一种输出电压控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输出电压控制电路，适用于开关电源，所述控制电路包括可调压电源、电压电流转换模块、分压模块和比例积分模块，可调压电源与上位机通讯连接；电压电流转换模块输入端接收来自可调压电源的输出电压信号，输出端输出可调节电流信号；分压模块输入端接收来自开关电源主电路的输出信号；输出端输出反馈信号；比例积分模块输入端接收来自分压模块输出端经电压电流转换模块分流后的反馈信号；输出端输出调压反馈信号。本发明所述的控制电路满足输出电压在线线性可调、可调节范围宽、精度要求高且待机或SPI通讯故障时，能够维持最低输出电压、能适用于正负电压应用的技术要求，适用于高端电源，尤其适用于负电压供电电源。

Description

一种输出电压控制电路

技术领域

本发明涉及一种输出电压控制电路，具体涉及一种适用于开关电源的输出电压反馈控制电路，特别适用于负电压输出可调压电源。

背景技术

随着电子数码产品的不断发展，对供电电源的要求也不断提高，例如智能设备开关电源工作中，要求其输出电压可以根据需要调整实现在线可调。

电源电压调整输出主要是基于输入电压经分压与基准电压Vref比较，根据分压比调制占空比进而调整输出电压的反馈电路来实现。现有技术中开关电源调整输出电压的方法包括反馈电路中采用模拟/数字电位器分压，通过调节模拟/数字电位器，实现调节反馈环路分压比，从而调整输出电压；例如中国专利文献CN204046529U公开了一种模拟电压信号输出电路，它包括第一级负反馈放大电路单元和第二级负反馈放大电路单元，第一级负反馈放大电路单元包括第一运算放大器(U1A)、电阻(R1)、电阻(R2)以及电阻(R3)，第二级负反馈放大电路单元包括第二运算放大器(U1B)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)以及电阻(R7),U1A的同相输入端与输出连续变化电压信号的DA转换器。然利用DA转换器进行调压具有低电压时调压精度差，电位器可靠性低，制造一致性差的缺陷；开关电源调整输出还可以将反馈环路分压比固定，采用调节基准电压源的方法调整输出电压，但该方法应用场合较窄，因基准电压源在变化，经过PI调节器后，反馈电压变化范围大，常用电源控制芯片无法适应大范围变化的反馈电压。输出电压调整还可以采用多路输出，分段采用前两种方式进行调整的方法，此方法每一段调节的范围较小，适应性较强，能在大范围调节，且可靠性提高，但输出采用多路输出，存在交叉调整率差问题，输出电压精度低，低压段调整较为困难，往往要辅助使用线性稳压器。因此，研发一种适用于开关电源的、可线性调压、可靠性强的反馈电路是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种输出电压控制电路，适用于开关电源，所述控制电路包括：可调压电源，所述可调压电源与上位机通讯连接，用于控制输出电压信号；电压电流转换模块，所述电压电流转换模块输入端接收来自所述可调压电源的输出电压信号，输出端输出可调节电流信号；分压模块，所述分压模块输入端接收来自所述开关电源主电路的输出信号；输出端输出反馈信号；比例积分模块，所述比例积分模块输入端接收来自所述分压模块输出端经所述电压电流转换模块分流后的反馈信号；输出端输出调压反馈信号。

所述可调压电源包括DAC芯片，与上位机通过SPI总线通讯连接；所述上位机通过SPI总线将接收的外部命令传递到所述可调压电源的DAC芯片，进而对输出电压信号进行调控。

所述电压电流转换模块，包括运算放大器U3、MOS管Q1、电阻R9、电阻R10；所述运算放大器U3同相输入端连接所述可调压电源，运算放大器U3输出端经过电阻R10与所述MOS管Q1的栅极连接，运算放大器U3的的反相输入端与所述MOS管Q1的源极连接；所述电阻R9一端连接所述MOS管Q1源极，另一端接地；所述MOS管Q1的漏极连接所述分压模块输出端；所述分压模块，包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3；所述电阻R6一端连接所述开关电源主电路、另一端连接至电阻R7；所述电阻R7与所述电容C3并联，电阻R6、电阻R7和电阻R8构成分压网络。

所述比例积分模块是反馈环路调节网络电路。

所述比例积分模块包括运算放大器U1、电容C1、电容C2、电阻R1；所述运算放大器U1同相输入端连接基准电压源，所述分压模块输出端与所述电压电流交换电路输出端汇合后连接至所述运算放大器U1反相输入端；所述电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，所述并联电路一端连接至所述运算放大器U1反相输入端，另一端连接至所述运算放大器U1的输出端。

所述输出电压控制电路还包括反相模块，所述反相模块一端连接至所述分压模块输出端，另一端与所述电压电流转换模块输出端汇合后连接至所述比例积分模块输入端。

所述反相模块包括运算放大器U2、电阻R2、R3、R4、R5；所述运算放大器U2同相输入端接地，反相输入端经电阻R5连接至所述分压模块输出端；所述电阻R4一端连接运算放大器U2反相输入端，另一端经电阻R3与电阻R2一端汇合后连接至所述比例积分模块输入端；所述电阻R2另一端接地；所述电阻R2与电阻R3构成所述反相模块的分压。

所述运算放大器U2采用双极型以保证输出电压精度。

本发明所述的适用于开关电源的输出电压控制电路，包括：可调压电源、电压电流转换模块、分压模块和比例积分模块。开关电源的输出电压经过分压模块形成反馈电压，可调电压源经过电压电流转换模块对分压模块产生的反馈分压进行分流，分流的反馈信号与基准电压源输出信号进行比较，通过比例积分模块产生期望的调压输出信号。本发明所述的控制电路未采用模拟电位器仅运用简单电路，实现了输出电压在线可调，可制造性好，可靠性高的技术需求。

本发明所述的适用于开关电源的输出电压控制电路，，可调压电源采用DAC芯片控制。上位机通过SPI总线连接对DAC芯片输出命令，控制可调压电源输出信号，输出电压经分压、分流后的反馈信号与电源控制芯片的基准电压输出信号进行比较，通过比例积分模块产生电源控制芯片可接受的调压反馈信号。本发明所述的控制电路通过DAC芯片的可控调节，输出电压精度高且可实现线性调压，输出从基准电压Vref到K*Vref(K＝1～100)的电压，可调整范围较宽就，在开关电源工作状态下，输出电压通过上位机随意调节。且当SPI通讯断开时，输出电压仍然可以维持在最小输出电压Vref，安全性高，具有软启动和过欠压保护的功能。

本发明所述的适用于开关电源的输出电压控制电路，还包括反相模块，可以适用于正/负电压可调节场合。因此，本发明所述的控制电路满足输出电压在线线性可调、可调节范围宽、精度要求高且待机或SPI通讯故障时，能够维持最低输出电压、能适用于正负电压应用的技术要求，适用于高端电源，尤其适用于负电压供电电源。

附图说明

图1为实施例一所述输出电压控制电路示意图；

图2为实施例二所述输出电压控制电路图；

图3为实施例三所述输出电压控制电路图；

具体实施方式

下面将结合本发明中的说明书附图，对发明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做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。

实施例一

本实施例提供一种适用于开关电源的输出电压控制电路，如图1所示，包括：可调压电源11、电压电流转换模块12、分压模块13和比例积分模块14。

可调压电源11与上位机通讯连接，上位机将接收的外部命令传递给可调压电源11，控制输出的电压信号；电压电流转换模块12输入端接收来自可调压电源11的输出电压信号，输出调节后的电流信号；分压模块13接收开关电源主电路的输出信号，通过电压电流转换模块12的分流，，调整分压模块13的输出反馈信号，比例积分模块14输入端接收来自分压模块13输出端的可调反馈信号，经比例积分输出调压反馈信号。比例积分模块14输出端连接开关电源内容反馈电路的输出端，该调压反馈信号适用于该开关电源控制芯片的PWM比较器。

本实施例中可调电压源11经过电压电流转换模块12对分压模块13产生的反馈分压进行分流，分流的反馈信号与基准电压源输出信号进行比较，通过比例积分模块14产生期望的调压输出信号，通过运用简单电路，实现了输出电压在线可调，可制造性好，可靠性高的技术需求。

实施例二

本实施例中可调压电源21包括DAC芯片，通过SPI总线与上位机通讯连接，上位机通过SPI总线将接收的外部命令传递到可调压电源21的DAC芯片，DAC芯片将接收的命令数字信号转换为模拟信号(以电压的形式)，实现对可调压电源21的输出电压信号进行任意在线调控。在整个调压范围内，DAC芯片可以达到较高的调压精度，且电压值可任意跳变，，切换速度更快。

电压电流转换模块22输入端接收来自可调压电源21的输出可调节电压信号Vdac，输出端输出与Vdac成比例关系的可调节电流信号Idac，用于调整分压模块23的输出反馈信号。本实施例中电压电流转换模块22采用电流串联负反馈电路，驱动管优选为MOS管，在使输入阻抗无穷大的同时，保证输出精度。例如电压电流转换模块22包括运算放大器U3、MOS管Q1、电阻R9、电阻R10；运算放大器U3同相输入端连接可调压电源，运算放大器U3输出端经过电阻R10与MOS管Q1的栅极连接，运算放大器U3的的反相输入端与MOS管Q1的源极连接；电阻R9一端连接所述MOS管Q1源极，另一端接地；MOS管Q1的漏极连接分压模块3输出端。其中，运算放大器U3具有供电电压Vcc，其至少能够启动MOS管Q1，MOS管Q1漏极输出电流Idac。作为优选实施例，运算放大器U3采用双极型供电。

分压模块23输入端接收来自开关电源主电路的输出信号；输出端输出反馈信号Vfb；本实施例中采用电阻串联分压电路，分压模块23包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3；电阻R6、电阻R7和电阻R8构成分压网络，电阻R6一端连接开关电源主电路输出端、另一端连接电阻R7与电容C3的并联电路，并联电路另一端与电压电流转换模块22输出端汇合后连接至比例积分模块24输入端，电阻R8一端连接电阻R7与电容C3的并联电路，一端接地。

比例积分模块24输入端接收来自分压模块23输出端经电压电流转换模块22分流后的反馈信号，输出端即可输出期望的反馈信号。比例积分模块24可以是本领域常用的反馈环路调节网络电路。本实施例中比例积分模块24包括运算放大器U1、电容C1、电容C2、电阻R1；运算放大器U1同相输入端连接基准电压源Vref，分压模块23输出端与电压电流交换电路输出端22汇合后连接至运算放大器U1反相输入端；电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，该并联电路一端连接至运算放大器U1反相输入端，另一端连接运算放大器U1的输出端。比例积分模块24输出调节反馈电压信号Vcomp，该电压信号Vcomp适用于开关电源控制芯片的PWM比较器。基准电压源Vref与PWM控制芯片的反馈脚基准电压相同，

通过可调压电源21，以及电压电流转换模块22，上位机可以线性调节输出电压的分压比，分压值与比例积分模块24的基准电压源做比较，比例积分后输出电压即可作为电源PWM控制芯片的PWM比较电压输入。为保证PWM控制芯片的工作稳定，基准电压源应与电源PWM控制芯片反馈脚的基准电压源幅值相等。

经本实施例所述控制电路调整输出的电压可从基准电压Vref到K*Vref(K＝1～100)的范围内通过可调压电源21线性调节，最小输出电压可以维持为Vref，实现软启动、过欠压保护、高安全性的技术需求。

实施例三

本实施例提供的输出电压控制电路可适用于正/负电压反馈电路，如图3所示，输出电压控制电路包括可调压电源31、电压电流转换模块32、分压模块33、比例积分模块34和反相模块35。

可调压电源31与上位机通讯连接，用于控制输出电压信号；电压电流转换模块32输入端连接可调压电源31；分压模块33输入端接收来自开关电源主电路的输出信号；反相模块35一端连接分压模块33输出端，另一端与电压电流转换模块32输出端汇合后连接至比例积分模块34输入端；比例积分模块34输出端输出调压反馈信号。

本实施例中可调压电源31包括DAC芯片，通过SPI总线与上位机通讯连接，输出任意在线调控的电压信号Vdac。电压电流转换模块32输入端接收来自可调压电源31的输出可调节电压信号Vdac，输出端输出与Vdac成比例关系的可调节电流信号Idac。分压模块33输入端接收来自开关电源主电路的输出信号；输出端连接反相模块35。本实施例中反相模块35包括运算放大器U2、电阻R2、R3、R4、R5；运算放大器U2同相输入端接地，反相输入端经电阻R5连接至分压模块33输出端；电阻R4一端连接运算放大器U2反相输入端，另一端经电阻R3与电阻R2一端汇合后连接至比例积分模块34输入端；电阻R2另一端接地；电阻R2与电阻R3构成该反相模块35的衰减器。将分压模块33输出电压Vfb经运算放大器U2、电阻R4反相，，并经过R2和R3分压输出。比例积分模块34反相输入端接收来自反相模块35输出端经电压电流转换模块32分流后的反馈信号Vcomp，该电压信号Vcomp适用于开关电源控制芯片的PWM比较器。

本实施例所提供的输出电压控制电路包括反相模块，由此该控制电路可适用于正/负电压可调节场合。

本发明中所述的基准电压源Vref是指开关电源PWM控制芯片的基准电压；本实施例中所述的可调压电源输出电压Vdac应小于或等于基准电压Vref。

本发明中所述的开关电源主电路是指常用的正激电源电路或反激电源电路主回路，本发明所述的输出电压控制电路为该主回路的反馈环路。

本发明中所述的开关电源控制芯片是指常用的PWM控制芯片，如UCC28C44。

以上对本发明实施例所提供的一种输出电压控制电路进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种输出电压控制电路，适用于开关电源，其特征在于，所述控制电路包括：

可调压电源，所述可调压电源与上位机通讯连接，用于控制输出电压信号；

电压电流转换模块，所述电压电流转换模块输入端接收来自所述可调压电源的输出电压信号，输出端输出可调节电流信号；

分压模块，所述分压模块输入端接收来自所述开关电源主电路的输出信号；输出端输出反馈信号；

比例积分模块，所述比例积分模块输入端接收来自所述分压模块输出端经所述电压电流转换模块分流后的反馈信号；输出端输出调压反馈信号。

2.根据权利要求1所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述可调压电源包括DAC芯片，与上位机通过SPI总线通讯连接；

所述上位机通过SPI总线将接收的外部命令传递到所述可调压电源的DAC芯片，进而对输出电压信号进行调控。

3.根据权利要求1或2所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述电压电流转换模块，包括运算放大器U3、MOS管Q1、电阻R9、电阻R10；

所述运算放大器U3同相输入端连接所述可调压电源，，运算放大器U3输出端经过电阻R10与所述MOS管Q1的栅极连接，运算放大器U3的的反相输入端与所述MOS管Q1的源极连接；

所述电阻R9一端连接所述MOS管Q1源极，另一端接地；

所述MOS管Q1的漏极连接所述分压模块输出端。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述分压模块，包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3；

所述电阻R6一端连接所述开关电源主电路、另一端连接至电阻R7；所述电阻R7与所述电容C3并联，电阻R6、电阻R7和电阻R8构成分压网络。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述比例积分模块是反馈环路调节网络电路。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述比例积分模块包括运算放大器U1、电容C1、电容C2、电阻R1；

所述运算放大器U1同相输入端连接基准电压源，所述分压模块输出端与所述电压电流交换电路输出端汇合后连接至所述运算放大器U1反相输入端；所述电阻R1与电容C1串联后与电容C2并联，所述并联电路一端连接至所述运算放大器U1反相输入端，另一端连接至所述运算放大器U1的输出端。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述输出电压控制电路还包括反相模块，所述反相模块一端连接至所述分压模块输出端，另一端与所述电压电流转换模块输出端汇合后连接至所述比例积分模块输入端。

8.根据权利要求7所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述反相模块包括运算放大器U2、电阻R2、R3、R4、R5；

所述运算放大器U2同相输入端接地，反相输入端经电阻R5连接至所述分压模块输出端；

所述电阻R4一端连接运算放大器U2反相输入端，另一端经电阻R3与电阻R2一端汇合后连接至所述比例积分模块输入端；所述电阻R2另一端接地；所述电阻R2与电阻R3构成所述反相模块的衰减器。

9.根据权利要求8所述的输出电压控制电路，其特征在于：所述运算放大器U2采用双极型。