CN105576959A - 一种动态电压自动调整电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态电压自动调整电路及方法，该电路包括DC/DC控制单元；增流单元，采样受电单元的电流并转换为实时电压差；运算放大器，将实时电压差予以放大；电路补偿单元，用于补偿不同电路和印刷电路板上的差异；控制单元，将运算放大器输出的电压与电路补偿单元输出的电压合并；数模转换单元，读取该控制单元的输出进行数模转换获得反馈补偿控制电压并通过隔离电阻送至电压采样单元；电压采样单元，对DC/DC控制单元的输出进行采样，并与反馈补偿控制电压合并得到反馈控制电压连至DC/DC控制单元的反馈控制端，本发明可使不同工作模式下对于电流的需求有很大差异的低电压芯片在不同的工作模式下都能保持输出电压的稳定性。

Description

一种动态电压自动调整电路及方法

技术领域

本发明涉及一种电路，特别是涉及一种对DC/DC电路的输出电压进行动态调整的动态电压自动调整电路及方法。

背景技术

随着芯片技术的进步，很多大的芯片需求的电流越来越大，电压要求越来越低。当电路工作在不同的模式下电流有不同时，印刷电路板上会产生不同的压降，所产生的不同压降对芯片的稳定工作造成很大的影响。

然而，目前市场上的DC/DC(直流/直流)的芯片模块都没有检测芯片端电压并根据输出电流的大小动态调整输出电压的功能。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种动态电压自动调整电路及方法，其可使在不同工作模式下对于电流的需求有很大差异的低电压芯片在不同的工作模式下都能保持输出电压的稳定性，有效提高芯片不同模式下工作的稳定度。

为达上述目的，本发明提出一种动态电压自动调整电路，用于对受电单元供电，包括DC/DC控制单元，其特征在于，该动态电压自动调整电路还包括：

增流单元，连接该DC/DC控制单元与受电单元，用于采样该受电单元的电流并转换为一实时电压差；

运算放大器，用于将该增流单元输出的实时电压差予以放大；

电路补偿单元，用于补偿不同电路和不同印刷电路板上的微小差异；

控制单元，用于将该运算放大器输出的电压与该电路补偿单元输出的电压进行合并并进行数字化；

数模转换单元，用于读取该控制单元的输出数据实现数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并通过一隔离电阻传送至电压采样单元；

电压采样单元，对该DC/DC控制单元的输出电压进行采样，并与该反馈补偿控制电压合并得到反馈控制电压连接至该DC/DC控制单元的反馈控制端。

进一步地，该电压采样单元为一分压网络，包括一上电阻与下电阻，该上电阻一端与该DC/DC控制单元的输出以及增流单元一端连接，该下电阻一端接地，该上电阻之另一端与该下电阻之另一端以及该隔离电阻的一端相连并连接至该DC/DC控制单元的反馈控制端。

进一步地，该增流单元为一低阻值电阻，其两端分别连接至该运算放大器的两个输入端。

进一步地，该增流单元通过线路分布电阻连接至该受电单元。

进一步地，该控制单元设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，若不同印刷电路板之间存在微小的差异，通过该电路补偿单元的补偿电路进行微小的调整实现参数的一致性。

进一步地，该电路补偿单元用来微调阻抗误差。

为达到上述目的，本发明还提供一种动态电压自动调整方法，包括如下步骤：

步骤一，利用增流单元采样受电单元的电流并转换为一实时电压差输出至运算放大器放大后送至控制单元；

步骤二，通过控制单元将运算放大器输出的电压与电路补偿单元输出的电压进行合并并进行数字化后送至数模转换单元；

步骤三，利用数模转换单元对控制单元的输出进行数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并通过一隔离电阻与DC/DC控制单元输出的采样电压进行合并，合并得到一反馈控制电压并输出至DC/DC控制单元的反馈控制端。

进一步地，在该控制单元中设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，若不同印刷电路板之间存在微小的差异，则通过电路补偿单元的补偿电路进行微小调整以实现参数的一致性。

进一步地，于步骤二中，在测试到电流后根据印刷电路板的阻抗和增流单元的阻抗值计算获得印刷电路板上产生的压降，获得一补偿电压参数值送至该数模转换单元。

进一步地，该增流单元为一低阻值电阻。

与现有技术相比，本发明一种动态电压自动调整电路及方法通过在DC/DC电路的反馈电路上增加一增流单元，通过调整增流单元的动态电压来动态调整输出电压，同时通过采用一控制单元采样到电路板自身的阻抗，计算在不同电流的时候印刷电路板上产生的压降后，根据增流单元的电流大小动态调整输出端电压的目的。

附图说明

图1为本发明一种动态电压自动调整电路的电路示意图；

图2为本发明一种动态电压自动调整方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种动态电压自动调整电路的电路示意图。如图1所示，本发明一种动态电压自动调整电路，用于对受电单元60供电，包括：DC/DC控制单元10、运算放大器20、控制单元30、数模转换单元40、电路补偿单元50、电压采样单元70、增流单元80、隔离电阻Rdac以及线路分布电阻Rline。

其中，DC/DC控制单元10为一含电压反馈端的DC/DC变换器，用以在反馈端的控制下输出稳定的电压；增流单元80为一精确低阻值电阻，用于采样受电单元60的电流并转换为一实时电压差；运算放大器20用于将增流单元80输出的实时电压差予以放大；控制单元30可为一包含加法器和模数转换的模块(例如MCU)，用于将运算放大器20输出的电压与电路补偿单元50输出的电压进行合并并进行数字化，实现增流单元80检测到的电流与设计输出电压的一一对应以期在受电单元60处得到需要的供电电压；电路补偿单元50用于补偿不同电路和不同印刷电路板上微小差异；数模转换单元40用于读取控制单元30的输出数据实现数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并传送至隔离电阻Rdac之一端；电压采样单元70为一分压网络，其上电阻Rtop一端连接DC/DC控制单元10的输出，其下电阻Rbom接地，上下电阻的公共节点输出对DC/DC控制单元10的输出电压的采样电压，同时数模转换单元40输出的反馈补偿控制电压亦通过隔离电阻Rdac连接至该公共节点，两电压合并得到反馈控制电压并连接至DC/DC控制单元10的反馈控制端。

DC/DC控制单元10的输出连接至电压采样单元70的上电阻Rtop和增流单元80之一端，电压采样单元70的下电阻Rbom一端接地，电压采样单元70的上电阻Rtop之另一端与电压采样单元70的下电阻Rbom之另一端以及隔离电阻Rdac一端相连并连接至DC/DC控制单元10的反馈控制端，增流单元80之另一端通过线路(线路分布电阻Rline)连接至受电单元60，同时增流单元80的两端分别连接至运算放大器20的两个输入端，运算放大器20的输出端连接至控制单元30的输入端，电路补偿单元50亦连接至控制单元30的另一输入端，控制单元30的输出连接至数模转换单元40的输入端，数模转换单元40的输出端连接至隔离电阻Rdac之另一端。

具体地说，在本发明具体实施例中，DC/DC控制单元采用市场常规的DC/DC电源芯片，以实现提供芯片需要的大电路的电路设计；控制单元中设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，如果不同印刷电路板之间存在微小的差异，通过电路补偿单元的补偿电路进行微小的调整实现参数的一致性，在测试到电流后根据印刷电路板的阻抗和增流单元的阻抗值计算获得印刷电路板上产生的压降，获得一补偿电压参数值，并发送到数模转换单元；数模转换单元则实现数字信号到模拟电压的转换，其主要通过和反馈电压点的压差来额外提高芯片的输出的电压以补偿在印刷电路板上所损耗的电压部分；在本发明中，电路补偿单元用于补偿相同电路在不同印刷电路板上的微小差异，这是因为不同的印刷电路板的设计造成的线的压降是不同的，不同的印刷电路板厂家生产的电路板之间会存在微小的差异，电路补偿单元则是用来微调阻抗误差。

以下将配合图1进一步说明本发明的工作原理：

常规电路的DC/DC输出是通过调整芯片的反馈电压得到一个稳定的电压值。每个电路的印刷电路板自身都会有一定的阻抗值，不同电路设计和不同的印刷电路板不同时所产生的压降就会不同，本发明测量到印刷电路板的阻抗后，同时检测电源的输出的电流的大小，如果电流变大时，印刷电路板上产生的压降增加，控制单元30就会要求数模转换单元40输出一个电压，DC/DC控制单元10中的DC单元会根据数模转换单元40输出电压动态的输出比设定的输出电压值稍微高一点的输出电压，如果受电单元60上需求的电流变小后，控制单元30检测到小电流的工作模式后，发送要求数模转换单元40增高输出增流单元80一端电压的命令，DC/DC控制单元10的电源单元会降低输出电压，这样就能实现在不同电流的模式下实现不同电压的输出。

例：要求电源输出电压1V，电流I＝30A，印刷电路板的阻抗5mΩ，DC/DC控制单元的反馈输入电压值为V_FB＝0.6V，芯片端电压V_IC，R_top＝200KΩ，R_bom＝300KΩ，R_line＝5mΩ，R_dac＝110KΩ,电源的输出电压V_out

$V_{out}=V_{FB}+V_{FB}*\frac{R_{top}}{R_{bom}}=1V,$

V_IC＝V_out-R_line*I＝1V-5mΩ*30A＝0.85V

如果没有采用本发明，产品在经过印刷电路板的压降后得到0.85V电压。

采用本发明后：增加R_sen＝1mΩ，

V_IC＝V_out-(R_line+R_sen)*I＝V_out-(1mΩ+5mΩ)*I＝1V

V_out＝1.18V

DC电源芯片的理论输出电压为1V，印刷电路板上增加的0.3V电压值是否电阻R_dac产生。

$V_{out}=V_{FB}+V_{FB}*\frac{R_{top}}{R_{bom}}+(V_{FB}-V_{dac})*\frac{R_{top}}{R_{dac}}$

$V_{dac}=V_{FB}-\frac{R_{dac}}{R_{top}}*(R_{line}+R_{sence})I$

V_dac＝0.501V

这样当DC/DC控制单元的模块输出电流被测定为30A时，只要控制单元控制使数模转换单元的输出模拟电压为0.501V的电压值后，该动态电压自动调整电路就会自动提前调整输出电压使得芯片最终能获取标准的1V的电压值。

图2为本发明一种动态电压自动调整方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种动态电压自动调整方法，包括如下步骤：

步骤201，利用增流单元采样受电单元的电流并转换为一实时电压差输出至运算放大器放大后送至控制单元，在本发明具体实施例中，增流单元包含一精确低阻值电阻。

步骤202，通过控制单元将运算放大器输出的电压与电路补偿单元输出的电压进行合并并进行数字化后送至数模转换单元，以实现增流单元检测到的电流与设计输出电压的一一对应以使受电单元处得到需要的供电电压。具体地说，在控制单元中设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，如果不同印刷电路板之间存在微小的差异，则通过电路补偿单元的补偿电路进行微小的调整以实现参数的一致性，在测试到电流后根据印刷电路板的阻抗和增流单元的阻抗值计算获得印刷电路板上产生的压降，获得一补偿电压参数值，并通过和数模转换单元的接口发送到数模转换单元。

步骤203，利用数模转换单元对控制单元的输出进行数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并通过一隔离电阻与DC/DC控制单元输出的采样电压进行合并，合并得到一反馈控制电压并输出至DC/DC控制单元的反馈控制端。

综上所述，本发明一种动态电压自动调整电路及方法通过在DC/DC电路的反馈电路上增加一增流单元，通过调整增流单元的动态电压来动态调整输出电压，同时通过采用一控制单元采样到电路板自身的阻抗，计算在不同电流的时候印刷电路板上产生的压降后，根据增流单元的电流大小动态调整输出端电压的目的。

任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种动态电压自动调整电路，用于对受电单元供电，包括DC/DC控制单元，其特征在于，该动态电压自动调整电路还包括：

增流单元，连接该DC/DC控制单元与受电单元，用于采样该受电单元的电流并转换为一实时电压差；

运算放大器，用于将该增流单元输出的实时电压差予以放大；

电路补偿单元，用于补偿不同电路和不同印刷电路板上的微小差异；

控制单元，用于将该运算放大器输出的电压与该电路补偿单元输出的电压进行合并并进行数字化；

数模转换单元，用于读取该控制单元的输出数据实现数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并通过一隔离电阻传送至电压采样单元；

电压采样单元，对该DC/DC控制单元的输出电压进行采样，并与该反馈补偿控制电压合并得到反馈控制电压连接至该DC/DC控制单元的反馈控制端。

2.如权利要求1所述的一种动态电压自动调整电路，其特征在于：该电压采样单元为一分压网络，包括一上电阻与下电阻，该上电阻一端与该DC/DC控制单元的输出以及增流单元一端连接，该下电阻一端接地，该上电阻之另一端与该下电阻之另一端以及该隔离电阻的一端相连并连接至该DC/DC控制单元的反馈控制端。

3.如权利要求1所述的一种动态电压自动调整电路，其特征在于：该增流单元为一低阻值电阻，其两端分别连接至该运算放大器的两个输入端。

4.如权利要求3所述的一种动态电压自动调整电路，其特征在于：该增流单元通过线路分布电阻连接至该受电单元。

5.如权利要求1所述的一种动态电压自动调整电路，其特征在于：该控制单元设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，若不同印刷电路板之间存在微小的差异，通过该电路补偿单元的补偿电路进行微小的调整实现参数的一致性。

6.如权利要求1所述的一种动态电压自动调整电路，其特征在于：该电路补偿单元用来微调阻抗误差。

7.一种动态电压自动调整方法，包括如下步骤：

步骤一，利用增流单元采样受电单元的电流并转换为一实时电压差输出至运算放大器放大后送至控制单元；

步骤二，通过控制单元将运算放大器输出的电压与电路补偿单元输出的电压进行合并并进行数字化后送至数模转换单元；

步骤三，利用数模转换单元对控制单元的输出进行数模转换得到与设计输出电压对应的反馈补偿控制电压并通过一隔离电阻与DC/DC控制单元输出的采样电压进行合并，合并得到一反馈控制电压并输出至DC/DC控制单元的反馈控制端。

8.如权利要求7所述的一种动态电压自动调整方法，其特征在于：于步骤二中，在该控制单元中设定一个默认的印刷电路板的走线阻抗值，若不同印刷电路板之间存在微小的差异，则通过电路补偿单元的补偿电路进行微小调整以实现参数的一致性。

9.如权利要求8所述的一种动态电压自动调整方法，其特征在于：于步骤二中，在测试到电流后根据印刷电路板的阻抗和增流单元的阻抗值计算获得印刷电路板上产生的压降，获得一补偿电压参数值送至该数模转换单元。

10.如权利要求8所述的一种动态电压自动调整方法，其特征在于：该增流单元为一低阻值电阻。