CN107590041B - 一种多反馈点的电压加权反馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多反馈点的电压加权反馈系统，包括电压转换模块、负载和电压加权模块；所述负载的数量为若干个，或者，所述负载包括若干负载模块；每个负载或者每个负载模块上设有电压侦测点；电压转换模块包括电压输入端、电压输出端和PWM控制单元；每个负载或者每个负载模块均连接电压转换模块的电压输出端，每个电压侦测点连接电压加权模块，电压加权模块连接有误差放大模块，误差放大模块连接有锯齿波比较模块，锯齿波比较模块与PWM控制单元连接。

Description

一种多反馈点的电压加权反馈系统

技术领域

本发明属于服务器板卡测试领域，具体涉及一种多反馈点的电压加权反馈系统。

背景技术

BUCK变换器，降压型电压转换器，实现直流电压的变换。

在实际的电源回路中，当出现输入电压变化、负载扰动等情况时，会引起负载端的电压波动，严重的结果是电路功能异常。为了维持负载两端电压的稳定，在供电模块中引入电压负反馈，通过反馈的闭环控制调节PWM信号的占空比，实时调节电压变换器的输出电压。

如图1所示，现有的Buck变换器供电线路中，PWM模块输出PWM信号控制功率MOSFETVT1和VT2交替打开，输出电压经过LC滤波网络，给负载ROUT供电。需要对输出电压UOUT进行实时侦测，现有的方案采用电阻R1、R2对输出电压UOUT进行分压，分压的得到的信号和基准电压UREF进行比较，然后和锯齿波信号进行比较，最后输出信号到PWM驱动模块。

在实际线路里，输出电压UOUT可能出现给多个负载(ROUT1、ROUT2、ROUT3…)供电的情况，如果多个负载点的物理位置距离较远，就会造成输出电压的侦测点选取困难。当输出电压的侦测点只选取其中某个负载点，同时伴随电压传输路径的铜箔平面铺设不够理想的情况，路径阻抗超过一定限度，会造成其他负载点的供电电压距离额定值偏离较大，不利于其他负载的正常工作。

针对多个负载点输出电压的侦测点选取困难问题，现有技术当多个负载点分散程度较高，如图2所示，直接在输出的滤波电容位置进行电压侦测，然后输出电压经过多个传输路径到达多个负载，实际效果保证了输出电压的初始位置为定值，经过多个路径到达不同负载时，不同负载点的电压会随传输路径的变化而变化，实际电压会低于滤波电容位置的电压，为了满足实际要求，可以稍微调高滤波电容位置的电压值；电压侦测点选择在输出滤波电容的位置，输出电压经过分压电阻R1和R2分压后，分压得到的电压作为反馈值，输入到误差放大器EA，和基准电压UREF进行比较，输出电压的结果1继续和锯齿波电压进行比较，输出一定占空比的PWM电压作为结果2，输入到功率开关管的驱动模块，控制BUCK线路开关管VT1和VT2交替打开，通过改变占空比的大小，实现输出电压的调节。当输出电压的幅值增加时，R1和R2的分压值增加，经过误差比较器、锯齿波比较器，输出的PWM信号占空比减小，使得VT1导通时间减小，VT2的导通时间增加，使得输出电压值下降；而当输出电压的幅值减小时，作用过程相反，通过以上调节过程，到达稳定输出电压的目的。但是，电压侦测位置选择滤波电容的位置，当多个电压传输路径的阻抗差异较大，或是铜箔平面阻抗较大时，都会造成某个负载端的实际电压偏差较大。

当实际只存在一个负载，但负载耗电的位置为一个平面时，在该负载平面上同样会有电压梯度的下降，为了保证整个平面上电压偏差最小，实际电压侦测点可以选择负载平面的物理中心，但是电压侦测位置选择在负载平面的物理中心，针对的仅仅是单负载、大平面的情况，实际达到的是平均补偿效果(即平面上的电源梯度下降分布)，若出现负载反馈点选取位置不合适时，实际的侦测效果也要随之下降。

此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种多反馈点的电压加权反馈系统，是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述同一输出电压为多个负载或单个大平面负载供电时，反馈方案和反馈点的选择造成实际反馈效果差、负载点电压偏差大的缺陷，提供一种多反馈点的电压加权反馈系统，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种多反馈点的电压加权反馈系统，包括电压转换模块、负载和电压加权模块；

所述负载的数量为若干个，或者，所述负载包括若干负载模块；每个负载或者每个负载模块上设有电压侦测点；

电压转换模块包括电压输入端、电压输出端和PWM控制单元；

每个负载或者每个负载模块均连接电压转换模块的电压输出端，每个电压侦测点连接电压加权模块，电压加权模块连接有误差放大模块，误差放大模块连接有锯齿波比较模块，锯齿波比较模块与PWM控制单元连接。

当负载耗电的位置为一个平面时，在该负载平面上会存在电压的梯度下降，若平面出现阻抗不均匀变化或是局部阻抗过大的情况，会造成在平面某一部分电压与额定值偏差过大的情况。将负载平面划分为若干个负载模块，在每个负载模块上设置电压侦测点。

进一步地，电压转换模块的电压输出端和每个负载的之间的线路损耗设定为损耗电阻。

进一步地，电压转换模块还包括第一开关管、第二开关管、电容和电感；第一开关管和第二开关管均包括输入端、输出端和开关端；

电压输入端连接第一开关管的输入端，第一开关管的开关端连接PWM控制单元，第一开关管的输出端连接第二开关管的漏极和电感，第二开关管的开关端连接PWM控制单元，第二开关管的输出端接地，电感的另一端连接电容和电压输出端，电容的另一端接地；电压输出端连接每个负载或每个负载模块。

进一步地,电压加权模块包括加权电阻、基准电阻和第一运算放大器，加权电阻的数目与负载数目或者与负载模块的数目相等；

加权电阻的一端连接电压侦测点，加权电阻的另一端连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的一端连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端还与误差放大模块连接。

进一步地，误差放大模块包括第二运算放大器，第二运算放大器的同向输入端与电压加权模块连接，第二运算放大器的反向输入端连接有基准电压源，第二运算放大器的输出端与锯齿波比较模块连接。

进一步地，锯齿波比较模块包括第三运算放大器，第三运算放大器的同向输入端与误差放大模块连接，第三运算放大器的反向输入端连接有锯齿波电压源，第三运算放大器的输出端与PWM控制单元连接。锯齿波比较模块的输出为一定占空比的电压，锯齿波比较模块的输出与误差放大模块的输出成比例，锯齿波比较模块的输出输入到PWM控制单元实现电压的稳定输出。

进一步地，第一开关管和第二开关管均采用N沟道MOS管；第一开关管和第二开关管的输入端均为N沟道MOS管的漏极，第一开关管和第二开关管的开关端均为N沟道MOS开关管的栅极，第一开关管和第二开关管的输出端均为N沟道MOS开关管的源级。

本发明的有益效果在于：本发明在多个负载或负载平面的不同位置，设置电压反馈点，对多点电压进行加权计算，调节反馈中电阻网络的阻值，即能改变不同点电压的反馈权重。以加权后的电压作为实际反馈值，使得不同负载点电压与额定值偏差最小，在最大程度上保证不同负载点供电电压的准确性。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为现有技术中Buck变换器供电的原理示意图；

图2为现有技术中输出电容电压侦测的原理示意图；

图3为本发明的系统连接示意图一；

图4为本发明的系统连接示意图二；

图5为电压转换模块示意图；

图6为多反馈点的多负载电压加权反馈系统的原理示意图；

图7为单负载平面的多反馈点的电压加权反馈系统的原理示意图；

其中，1-电压转换模块；1.1-电压输入端；1.2-电压输出端；1.3-PWM控制单元；1.4-第一开关管；1.5-第二开关管；1.6-电感；1.7-电容；2-第一负载；2.1-第一负载模块；2.2-第二负载模块；2.3-第三负载模块；3-第二负载；4-第三负载；5-电压加权模块；5.1-第一加权电阻；5.2-第二加权电阻；5.3-第三加权电阻；5.4-基准电阻；5.5-第一运算放大器；6-误差放大模块；6.1-第二运算放大器；6.2-基准电压源；7-锯齿波比较模块；7.1-第三运算放大器；7.2-锯齿波电压源；8.1-第一电压侦测点；8.2-第二电压侦测点；8.3-第三电压侦测点；9.1-第一损耗电阻；9.2-第二损耗电阻；9.3-第三损耗电阻。

具体实施方式：

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图3所示，本发明提供一种多反馈点的电压加权反馈系统，包括电压转换模块1、第一负载2、第二负载3、第三负载4和电压加权模块5，第一负载2上设有第一电压侦测点8.1，第二负载上设有第二电压侦测点8.2，第三负载上设有第三电压侦测点8.3；

电压转换模块1包括电压输入端1.1、电压输出端1.2和PWM控制单元1.3；

第一负载2、第二负载3和第三负载4均连接电压转换模块1的电压输出端1.2，第一电压侦测点8.1、第二电压侦测点8.2和第三电压侦测点8.3连接电压加权模块5，电压加权模块5连接有误差放大模块6，误差放大模块6连接有锯齿波比较模块7，锯齿波比较模块7与PWM控制单元1.3连接；

如图5所示，电压转换模块还包括第一开关管1.4、第二开关管1.5、电容1.7和电感1.6；第一开关管1.4和第二开关管1.5均包括输入端、输出端和开关端；

电压输入端1.1连接第一开关管1.4的输入端，第一开关管1.4的开关端连接PWM控制单元1.3，第一开关管1.4的输出端连接第二开关管1.5的漏极和电感，第二开关管1.5的开关端连接PWM控制单元1.3，第二开关管1.5的输出端接地，电感1.6的另一端连接电容1.7和电压输出端1.2，电容1.7的另一端接地；电压输出端1.2连接每个负载；第一开关管1.4和第二开关管1.5均采用N沟道MOS管；第一开关管1.4和第二开关管1.5的输入端均为N沟道MOS管的漏极，第一开关管1.4和第二开关管1.5的开关端均为N沟道MOS开关管的栅极，第一开关管1.4和第二开关管1.5的输出端均为N沟道MOS开关管的源级；

如图6所示，电压转换模块的电压输出端1.2和第一负载2的之间的线路损耗设定为第一损耗电阻9.1，电压转换模块的电压输出端1.2和第二负载3的之间的线路损耗设定为第二损耗电阻9.2，电压转换模块的电压输出端1.2和第三负载4的之间的线路损耗设定为第三损耗电阻9.3；

电压加权模块5包括第一加权电阻5.1、第二加权电阻5.2、第三加权电阻5.3、基准电阻5.4和第一运算放大器5.5；

第一加权电阻5.1的一端连接第一电压侦测点8.1，第二加权电阻5.2的一端连接第二电压侦测点8.2，第三加权电阻5.3的一端连接第三电压侦测点8.3，第一加权电阻5.1的另一端、第二加权电阻5.2的另一端以及第三加权电阻5.3的另一端均连接第一运算放大器5.5的反向输入端，基准电阻5.4的一端连接第一运算放大器5.5的反向输入端，基准电阻5.4的另一端连接第一运算放大器5.5的输出端，第一运算放大器5.5的输出端还与误差放大模块6连接；第一电压侦测点8.1的电压、第二电压侦测点8.2的电压以及第三电压侦测点8.3的电压分别设为U1、U2和U3，U1、U2和U3分别经过第一加权电阻5.1(阻值为R1)、第二加权电阻5.2(阻值为R2)、第三加权电阻5.3(阻值为R3)输入到第一运算放大器5.5的反相输入端，第一运算放大器5.5的正相输入端连接到地平面，根据运算放大器反相输入端的虚地特点，第一运算放大器5.5的输出电压为：

当电阻R1、R2、R3、R4选择不同的阻值时，就可以将U1、U2、U3按照不同的反馈系数进行反馈，通过设置反馈系数的大小，从而确定U1、U2、U3在反馈电压中的权重；

误差放大模块6包括第二运算放大器6.1，第二运算放大器6.1的同向输入端与电压加权模块5连接，第二运算放大器6的反向输入端连接有基准电压源6.2，第二运算放大器6.1的输出端与锯齿波比较模块7连接；

锯齿波比较模块7包括第三运算放大器7.1，第三运算放大器7.1的同向输入端与误差放大模块6连接，第三运算放大器7.1的反向输入端连接有锯齿波电压源7.2，第三运算放大器7.1的输出端与PWM控制单元1.3连接。

如图4所示，本发明还提供一种多反馈点的电压加权反馈系统，包括电压转换模块1、第一负载模块2.1、第二负载模块2.2、第三负载模块2.3和电压加权模块5，第一负载模块2.1上设有第一电压侦测点8.1，第二负载模块2.2上设有第二电压侦测点8.2，第三负载模块2.3上设有第三电压侦测点8.3；

电压转换模块1包括电压输入端1.1、电压输出端1.2和PWM控制单元1.3；

第一负载模块2.1、第二负载模块2.2以及第三负载模块2.3均连接电压转换模块1的电压输出端1.2，第一电压侦测点8.1、第二电压侦测点8.2以及第三电压侦测点8.3连接电压加权模块5，电压加权模块5连接有误差放大模块6，误差放大模块6连接有锯齿波比较模块7，锯齿波比较模块7与PWM控制单元1.3连接；

如图5所示，电压转换模块还包括第一开关管1.4、第二开关管1.5、电容1.7和电感1.6；第一开关管1.4和第二开关管1.5均包括输入端、输出端和开关端；

电压输入端1.1连接第一开关管1.4的输入端，第一开关管1.4的开关端连接PWM控制单元1.3，第一开关管1.4的输出端连接第二开关管1.5的漏极和电感，第二开关管1.5的开关端连接PWM控制单元1.3，第二开关管1.5的输出端接地，电感1.6的另一端连接电容1.7和电压输出端1.2，电容1.7的另一端接地；电压输出端1.2连接第一负载模块2.1、第二负载模块2.2以及第三负载模块2.3；第一开关管1.4和第二开关管1.5均采用N沟道MOS管；第一开关管1.4和第二开关管1.5的输入端均为N沟道MOS管的漏极，第一开关管1.4和第二开关管1.5的开关端均为N沟道MOS开关管的栅极，第一开关管1.4和第二开关管1.5的输出端均为N沟道MOS开关管的源级；

如图7所示，电压加权模块5包括第一加权电阻5.1、第二加权电阻5.2、第三加权电阻5.3、基准电阻5.4和第一运算放大器5.5；

第一加权电阻5.1的一端连接第一电压侦测点8.1，第二加权电阻5.2的一端连接第二电压侦测点8.2，第三加权电阻5.3的一端连接第三电压侦测点8.3，第一加权电阻5.1的另一端、第二加权电阻5.2的另一端以及第三加权电阻5.3的另一端均连接第一运算放大器5.5的反向输入端，基准电阻5.4的一端连接第一运算放大器5.5的反向输入端，基准电阻5.4的另一端连接第一运算放大器的5.5输出端，第一运算放大器5.5的输出端还与误差放大模块6连接；

误差放大模块6包括第二运算放大器6.1，第二运算放大器6.1的同向输入端与电压加权模块5连接，第二运算放大器6.1的反向输入端连接有基准电压源6.2，第二运算放大器6.1的输出端与锯齿波比较模块7连接。

锯齿波比较模块7包括第三运算放大器7.1，第三运算放大器7.1的同向输入端与误差放大模块6连接，第三运算放大器7.1的反向输入端连接有锯齿波电压源7.2，第三运算放大器7.1的输出端与PWM控制单元1.3连接。

本发明的实施例是说明性的，而非限定性的，上述实施例只是帮助理解本发明，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他的具体实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种多反馈点的电压加权反馈系统，其特征在于，包括电压转换模块、负载和电压加权模块；

所述负载的数量为若干个，或者，所述负载包括若干负载模块；每个负载或者每个负载模块上设有电压侦测点；

电压转换模块包括电压输入端、电压输出端和PWM控制单元；

每个负载或者每个负载模块均连接电压转换模块的电压输出端，每个电压侦测点连接电压加权模块，电压加权模块连接有误差放大模块，误差放大模块连接有锯齿波比较模块，锯齿波比较模块与PWM控制单元连接；

电压转换模块还包括第一开关管、第二开关管、电容和电感；第一开关管和第二开关管均包括输入端、输出端和开关端；

电压输入端连接第一开关管的输入端，第一开关管的开关端连接PWM控制单元，第一开关管的输出端连接第二开关管的漏极和电感，第二开关管的开关端连接PWM控制单元，第二开关管的输出端接地，电感的另一端连接电容和电压输出端，电容的另一端接地；电压输出端连接每个负载或每个负载模块；

电压加权模块包括加权电阻、基准电阻和第一运算放大器，加权电阻的数目与负载数目或者与负载模块的数目相等；

加权电阻的一端连接电压侦测点，加权电阻的另一端连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的一端连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端还与误差放大模块连接；

负载模块包括第一负载、第二负载和第三负载，第一负载上设有第一电压侦测点，第二负载上设有第二电压侦测点，第三负载上设有第三电压侦测点；

加权电阻包括第一加权电阻、第二加权电阻和第三加权电阻；

第一加权电阻的一端连接第一电压侦测点，第二加权电阻的一端连接第二电压侦测点，第三加权电阻的一端连接第三电压侦测点，第一加权电阻的另一端、第二加权电阻的另一端以及第三加权电阻的另一端均连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的一端连接第一运算放大器的反向输入端，基准电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端还与误差放大模块连接；第一电压侦测点的电压、第二电压侦测点的电压以及第三电压侦测点的电压分别设为U1、 U2和 U3，U1、U2和U3分别经过第一加权电阻、第二加权电阻、第三加权电阻输入到第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的正相输入端连接到地平面，根据运算放大器反相输入端的虚地特点，第一运算放大器的输出电压为：

其中，R1为第一加权电阻阻值，R2为第二加权电阻阻值，R3为第三加权电阻阻值，R4为基准电阻阻值，U_A1为第一运算放大器的输出电压；

当电阻R1、R2、R3、R4选择不同的阻值时，就可以将 U1、 U2、 U3按照不同的反馈系数进行反馈，通过设置反馈系数的大小，从而确定 U1、 U2、 U3在反馈电压中的权重；

误差放大模块包括第二运算放大器，第二运算放大器的同向输入端与电压加权模块连接，第二运算放大器的反向输入端连接有基准电压源，第二运算放大器的输出端与锯齿波比较模块连接；

锯齿波比较模块包括第三运算放大器，第三运算放大器的同向输入端与误差放大模块连接，第三运算放大器的反向输入端连接有锯齿波电压源，第三运算放大器的输出端与PWM控制单元连接。

2.如权利要求1所述的一种多反馈点的电压加权反馈系统，其特征在于，电压转换模块的电压输出端和每个负载的之间的线路损耗设定为损耗电阻。

3.如权利要求1所述的一种多反馈点的电压加权反馈系统，其特征在于，第一开关管和第二开关管均采用N沟道MOS管；第一开关管和第二开关管的输入端均为N沟道MOS管的漏极，第一开关管和第二开关管的开关端均为N沟道MOS开关管的栅极，第一开关管和第二开关管的输出端均为N沟道MOS开关管的源级。