CN113224948B - 开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统，应用于开关电源技术领域。由于在本发明提供的开关电源电路中，其是先将起到电压跟随作用的电压跟随器和分压模块的输出电压，通过差分放大模块做相减运算之后作为误差放大器的同相输入端的输入电压（第四电压），而后再利用正常工作时，误差放大器的同相输入端与其反相输入端的电压相同的原理，将所述误差放大器的反相输入端连接开关电源芯片的输出电压反馈引脚，之后，便可利用与外接电位器的分压相对位置参数呈正相关的第四电压，来实现线性调整开关电源芯片的输出电压或输出电流的目的。

Description

开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统

技术领域

本发明涉及开关电路技术领域，尤其是涉及一种开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统。

背景技术

随着科学的进步和电子商务的发展，人们对消费类和便捷式应用的电源管理芯片的要求也越来越高。得益于微电子技术的发展，开关电源已经进入了高度集成化的时代，便捷式电子产品在日常生活中扮演着至关重要的角色，不管是平板、手机、掌上电脑或者是以电池供电的其他便捷式电子产品，都在越发追求小型化、低功耗、稳定性。

在现实生活中，我们常常需要对开关电源的输出电压或输出电流进行调整，以满足用户的不同需求。目前，常用的对开关电源的输出电压或输出电流进行调整的方式大致可以分为PWM脉冲调整、模拟电压调整以及电位器调整。其中，支持PWM脉冲调整和模拟电压调节的开关电源芯片的种类较多，而直接支持电位器调整电源输出电压的开关电源芯片非常少，且多数还需要工程师通过一定额外电路才能实现。虽然，在对开关电源的输出电压或输出电流进行调整时常常采用的是PWM脉冲调整方式和模拟电压调整方式，但电位器调整方式在一些情况下，也是必不可少的。例如，一方面，有些人喜欢追求经典，需要手动旋转电位器来调节一些电器的输出电压（如有些台灯调光，音箱的音量等）；另一方面，目前仍然存在一些电子仪器保留电位器调整方式。换言之，目前还有很多的电子设备（开关电源）需要电位器进行电压调整或电流调整。

然而，在现有技术通过在电源芯片的反馈引脚处外接电位器以及其他外围器件的方式，来实现通过电位器调整开关电源的输出电压或输出电流的方式中通常存在下面的问题：

1、由于要增加外围电路，因此，增加了电源芯片系统的设计成本和由于添加的外围电路而导致的增加了电源芯片系统出错的概率。

2、如果增加的外围电路简单，则开关电源系统往往无法实现较好的线性度（即输出电压、电流与电位器分压不成比例），将会影响用户体验。

3、如果要使开关电源系统具有较好的线性度，则需要在电源芯片的反馈引脚处外接复杂的外接电路，从而增加了材料成本和设计难度。

4、由于开关电源系统中外接在开关电源芯片的反馈引脚处的电位器以及其他外围电路的基准电压存在偏差，以及电位器的自身阻值的影响，从而造成在开关电源芯片的输出电压或输出电流相对较小时，即使其他条件一致，不同开关电源芯片之间会出现输出电压或输出电流偏差大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统，以解决现有技术中需要通过借助在开关电源芯片的反馈引脚处添加复杂的外围电路，来实现外接电位器对开关电源芯片的输出电压或输出电流的调整，导致的设计难度大，制造成本高以及输出电压或输出电流的一致性问题。

第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提出一种开关电源电路，具体设置在一开关电源芯片的内部，且所述开关电源电路芯片的外部电性连接一电位器，所述开关电源芯片具有用于反馈输出电压变化的输出电压反馈引脚，所述开关电源电路包括：电压跟随器，用于接入一基准电压并输出与所述基准电压的电压值相同的第一电压。

分压模块，用于接入所述第一电压和连接所述电位器，并将所述第一电压送至所述电位器进行分压处理得到第二电压，且输出与所述第二电压的电压值相同的第三电压。

差分放大模块，连接所述电压跟随器和所述分压模块，并输出将所述第一电压和所述第三电压进行差分运算后的第四电压，且所述第四电压是关于所述电位器的分压相对位置系数与所述第一电压的线性函数，并用于使所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流的一致性与所述电位器的阻值无关。

误差放大器，连接所述差分放大模块和所述开关电源芯片的输出电压反馈引脚，并用于对所述第四电压和所述输出电压反馈引脚的电压之差进行放大处理，且利用放大处理后的电压差值调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

进一步的，所述电压跟随器可以包括第一电阻和第一运算放大器，所述第一运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第一运算放大器的同相输入端与所述基准电压连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电阻的一端连接，且所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述电位器的第一端连接，并作为所述电压跟随器的输出端，连接所述差分放大模块。

进一步的，所述分压模块可以包括第二运算放大器，所述第二运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述电位器的第二端连接，所述电位器的第三端与参考地端连接，且所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，并作为所述分压模块的输出端，连接所述差分放大模块。

进一步的，所述差分放大模块包括第二电阻至第五电阻以及第三运算放大器，所述第三运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，另一端与所述第四电阻的一端以及所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第四电阻的另一端与所述参考地端连接，所述第三电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，另一端与所述第五电阻以及所述第三运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，并作为所述差分放大模块的输出端，连接所述误差放大器。

进一步的，所述误差放大器可以包括第四运算放大器，所述第四运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第四运算放大器的同相输入端与所述差分放大模块的输出端连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述输出电压反馈引脚连接，且所述第四运算放大器的输出端作为所述误差放大器的输出端。

进一步的，所述第一至第四运算放大器还包括供电端和接地端，所述第一至第四运算放大器通过所述供电端获取电能，且所述第一至第四运算放大器通过所述接地端与所述参考地端连接。

第二方面，基于同一发明构思，本发明还提出一种开关电源芯片，具体的，本发明提供的开关电源芯片可以包括如上所述的开关电源电路、用于连接所述电位器的第一调压输入端和第二调压输入端以及用于控制输入电压是否输出的开关信号输出端，其中，所述电压跟随器的输出端被配置为所述第一调压输入端，所述第二运算放大器的同相输入端被配置为所述第二调压输入端。

进一步的，所述开关电源芯片还包括电压模块、驱动模块、频率补偿模块和功率管，其中，所述电压模块用于为所述开关电源芯片中的各功能模块提供工作电压和所需的基准电压。

所述频率补偿模块用于对所述误差放大器的输出信号进行频率补偿。

所述驱动模块用于根据频率补偿后的所述误差放大器的输出信号，形成脉冲调制信号。

所述功率管用于在所述脉冲调制信号的控制下开关，以调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

第三方面，基于同一发明构思，本发明还提出一种开关电源系统，具体的，所述开关电源系统可以包括：如上所述的开关电源芯片、以及、设置在所述开关电源芯片外部的输入滤波电容、电位器、二极管、电感、第六电阻、第七电阻和输出滤波电容，其中，所述输入滤波电容的正极与所述开关电源芯片的输入端连接，所述输入滤波电容的负极以及所述开关电源芯片的接地端均与所述参考地端连接。

所述电位器的第一端与所述开关电源芯片的第一调压输入端连接，所述电位器的第二端与所述开关电源芯片的第二调压输入端连接，所述电位器的第三端与所述参考地端连接。

所述二极管的阴极与所述电感的一端以及所述开关电源芯片的开关信号输出端连接，所述二极管的阳极与所述参考地端连接。

所述输出滤波电容的正极与所述电感的另一端以及所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端以及所述开关电源芯片的输出电压反馈引脚连接，所述第七电阻的另一端与所述输出滤波电容的负极均与所述参考地端连接。

进一步的，所述电位器可以为具有可移动触点的可变电阻或者可以为由电容和电阻组成的软启动器。

当所述电位器为具有可移动触点的可变电阻时，所述电位器的可移动触点与所述开关电源芯片的第二调压输入端连接，当所述电位器为软启动器时，所述电容的一端与所述开关电源芯片的第一调压输入端连接，另一端与所述开关电源芯片的第二调压输入端以及所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与所述参考地端连接，以通过控制所述电容的充电时间，调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流实现逐渐上升。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种新的开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统。由于在本发明提供的开关电源电路中，其是先将起到电压跟随作用的电压跟随器和分压模块的输出电压，通过差分放大模块做相减运算之后作为误差放大器的同相输入端的输入电压（第四电压），而后再利用正常工作时，误差放大器的同相输入端与其反相输入端的电压相同的原理，将所述误差放大器的反相输入端连接开关电源芯片的输出电压反馈引脚，之后，便可利用与外接电位器的分压相对位置参数呈正相关的第四电压，来实现线性调整开关电源芯片的输出电压或输出电流的目的。

同时，由于本发明提供的开关电源电路的第四电压与外接电位器的分压相对位置参数呈线性关系，而与电位器本身的阻值无关，即，只需要在本发明提供的开关电源电路的外部直接连接电位器，就可以通过调整第四电压来调节开关电源芯片的输出电压和/或输出电流，而无需添加额外的外围电路，从而简化了电路设计，降低了制造成本，并且使开关电源芯片的输出电压与电位器分压之间的线性度非常好。此外，由于本发明提供的开关电源电路中的内部电压（第一至第四电压）均是由同一基准电压获得，而无需外围电路分开提供，因此，避免了现有技术中由于多功能模块之间存在引入的基准电压存在偏差，而导致开关电源芯片的输出小电压或小电流时的一致性问题。

进一步的，在本发明提出的开关电源系统中，可以通过对开关电源芯片外接的外围电路进行一定扩展，从而调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流实现逐渐上升的软启动功能。

附图说明

图1为本发明一实施例中提供的一种开关电源电路的电路示意图。

图2为本发明一实施例中提供的开关电源芯片的电路示意图。

图3为本发明一实施例中提供的开关电源系统的电路示意图。

图4为本发明一实施例中提供的开关电源系统的另一电路示意图。

其中，附图中：

10-电压跟随器； 20-分压模块；

30-差分放大模块； 40-误差放大器；

50-电压模块； 60-频率补偿模块；

70-驱动模块； 80-功率管；

VIN-输入电压； V1-第一电压；

V2-第二电压； V3-第三电压；

V4-第四电压； RV-电位器；

OP1-第一运算放大器； OP2-第二运算放大器；

OP3-第三运算放大器； OTA1-第四运算放大器；

VREF-基准电压； R1~R8-第一至第八电阻；

VRT-第一调压输入端； VRB-第二调压输入端；

FB-输出电压反馈引脚； SW-开关信号输出端；

GND-参考地端； VO+-开关电源系统的输出电压；

CIN-输入滤波电容； COUT-输出滤波电容；

D1-二极管； L1-电感；

C1/C2/C3-电容。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

诚如背景技术所述，在现实生活中，我们常常需要对开关电源的输出电压或输出电流进行调整，以满足用户的不同需求。目前，常用的对开关电源的输出电压或输出电流进行调整的方式大致可以分为PWM脉冲调整、模拟电压调整以及电位器调整。其中，支持PWM脉冲调整和模拟电压调节的开关电源芯片的种类较多，而直接支持电位器调整电源输出电压的开关电源芯片非常少，且多数还需要工程师通过一定额外电路才能实现。虽然，在对开关电源的输出电压或输出电流进行调整时常常采用的是PWM脉冲调整方式和模拟电压调整方式，但电位器调整方式在一些情况下，也是必不可少的。例如，一方面，有些人喜欢追求经典，需要手动旋转电位器来调节一些电器的输出电压（如有些台灯调光，音箱的音量等）；另一方面，目前仍然存在一些电子仪器保留电位器调整方式。换言之，目前还有很多的电子设备（开关电源）需要电位器进行电压调整或电流调整。

然而，在现有技术通过在电源芯片的反馈引脚处外接电位器以及其他外围器件的方式，来实现通过电位器调整开关电源的输出电压或输出电流的方式中通常存在下面的问题：1、由于要增加外围电路，因此，增加了电源芯片系统的设计成本和由于添加的外围电路而导致的增加了电源芯片系统出错的概率。2、如果增加的外围电路简单，则开关电源系统往往无法实现较好的线性度（即输出电压、电流与电位器分压不成比例），将会影响用户体验。3、如果要使开关电源系统具有较好的线性度，则需要在电源芯片的反馈引脚处外接复杂的外接电路，从而增加了材料成本和设计难度。4、由于开关电源系统中外接在开关电源芯片的反馈引脚处的电位器以及其他外围电路的基准电压存在偏差，以及电位器的自身阻值的影响，从而造成在开关电源芯片的输出电压或输出电流相对较小时，即使其他条件一致，不同开关电源芯片之间会出现输出电压或输出电流偏差大的问题。

为此，本发明的核心思想在于提供一种开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统，以解决现有技术中需要通过借助在开关电源芯片的反馈引脚处添加复杂的外围电路，来实现外接电位器对开关电源芯片的输出电压或输出电流的调整，导致的设计难度大，制造成本高以及输出电压或输出电流的一致性问题。

以下将对本发明的一种开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统作进一步的详细描述。下面将参照附图1至附图4对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

请参考图1，图1本发明本发明一实施例的开关电源电路的电路示意图。如图1所示，在本发明提供的实施例中，所述开关电源电路可以包括：电压跟随器10、分压模块20、差分放大模块30和误差放大器40。

其中，所述电压跟随器10，用于接入一基准电压VREF并输出与所述基准电压VREF的电压值相同的第一电压V1。

具体的，所述电压跟随器10可以包括第一电阻R1和第一运算放大器OP1，所述第一运算放大器OP1具体可以包括同相输入端（+）、反相输入端（-）和输出端。

其中，所述第一运算放大器OP1的同相输入端（+）与所述基准电压VREF连接，所述第一运算放大器OP1的输出端与所述第一电阻R1的一端连接，且所述第一电阻R1的另一端与所述第一运算放大器OP1的反相输入端（-）以及外接在包含该开关电源电路的开关电源芯片的外部的电位器RV的第一端连接，作为所述电压跟随器10的输出端，连接所述差分放大模块20。

进一步的，所述第一运算放大器OP1还可以包括供电端VCC和接地端，所述第一运算放大器OP1可以通过所述供电端VCC获取电能，且所述第一运算放大器OP1通过所述接地端与所述参考地端GND连接。

在本实施例中，由于所述电压跟随器10中的所述第一运算放大器OP1的反相输入端（-）与其输出端电压V1短接，从而使短接后的所述第一运算放大器OP1起到电压跟随的作用，即，VREF=V1。并且，由于在所述电压跟随器10中还添加了所述第一电阻R1，从而增大了所述电压跟随器10的输出阻抗，进而实现了可以防止用户在使用过程中的错误操作对系统造成影响，如短路到GND等。

需要说明的是，为了便于理解，本发明实施例中的附图1将电性连接在包含该开关电源电路的开关电源芯片外部的电位器RV也对应的体现在图1中，并且，在本发明实施例中，所述电位器RV可以是具有可移动触点的可变电阻，或者可以为由电容C3和电阻R8组成的软启动器，如图4所示。示例性的，在图1中，我们将所述电位器RV假设为可移动触点的可变电阻。

继续参考图1所示，所述分压模块20，用于接入所述第一电压V1和连接所述电位器RV，并将所述第一电压V1送至所述电位器RV进行分压处理得到第二电压V2，且输出与所述第二电压V2的电压值相同的第三电压V3。

具体的，所述分压模块20具体可以包括第二运算放大器OP2，所述第二运算放大器OP2包括同相输入端（+）、反相输入端（-）和输出端，其中，所述第二运算放大器OP2的同相输入端（+）与所述电位器RV的第二端连接，所述电位器RV的第三端与参考地端GND连接，且所述第二运算放大器OP2的反相输入端（-）与其输出端连接，并作为所述分压模块20的输出端，连接所述差分放大模块30。

进一步的，所述第二运算放大器OP2还可以包括供电端VCC和接地端，所述第二运算放大器OP2可以通过所述供电端VCC获取电能，且所述第二运算放大器OP2通过所述接地端与所述参考地端GND连接。

在本实施例中，由于所述电压跟随器10的输入阻抗极高，故不会对所述电位器RV的分压产生影响。因此，为了便于理解，可以假设所述电位器RV的阻值由触点处为分两部分：RB和RT，其中RB接参考地端GND与所述第二电压V2之间，而RT接所述第一电压V1与所述第二电压V2之间，同时RB+RT=RV。则由于所述第二运算放大器OP2的反相输入端（-）和输出端短接，从而使短接后的所述第二运算放大器OP2起到电压跟随的作用，即，V3=V2，因此，结合RB+RT=RV，可以得到如下关系：

其中，RB和RT是由电位器RV的触点的相对位置决定，即，由上述公式可知，调整电位器RV的触点位置即可实现对电压V3的控制。

继续参考图1所示，所述差分放大模块30，连接所述电压跟随器10和所述分压模块20，并输出将所述第一电压V1和所述第三电压V3进行差分运算后的第四电压V4，且所述第四电压V4是关于所述电位器的分压相对位置系数与所述第一电压V1的线性函数，并用于使所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流的一致性与所述电位器RV的阻值无关。

具体的，所述差分放大模块30可以包括第二电阻R2至第五电阻R5以及第三运算放大器OP3，所述第三运算放大器OP3包括同相输入端（+）、反相输入端（-）和输出端。

其中，所述第二电阻R2的一端与所述第一电阻R1的另一端连接，另一端与所述第四电阻R4的一端以及所述第三运算放大器OP3的同相输入端（+）连接，所述第四电阻R4的另一端与参考地端GND连接，所述第三电阻R3的一端与所述第二运算放大器OP3的输出端连接，另一端与所述第五电阻R5以及所述第三运算放大器OP3的反相输入端（-），所述第五电阻R5的另一端与所述第三运算放大器OP3的输出端连接，并作为所述差分放大模块30的输出端，连接所述误差放大器40。

进一步的，所述第三运算放大器OP3还可以包括供电端VCC和接地端，所述第三运算放大器OP3可以通过所述供电端VCC获取电能，且所述第三运算放大器OP3通过所述接地端与所述参考地端GND连接。

在本实施例中，所述差分放大模块30为由所述第二电阻R2至第五电阻R5和所述第三运算放大器OP3组成的减法器，所述差分放大模块30的两个输入端分别连接的是所述电压跟随器10的输出电压V1（第一电压）和所述分压模块20的输出电压V3（第三电压），因此，所述差分放大模块30的作用为将所述第一电压V1和所述第三电压V3进行相减运算，从而得到一个与电位器RV分压相关的第四电压V4。并且，由于所述电压跟随器10和所述分压模块20均起到电压跟随的作用，因此，可以忽略所述两个模块的输出阻抗对差分放大模块30的影响，从而可以有效的提高精度及调整的线性度。如果R2=R3=R4=R5，则所述第四电压的公式具体可以为：

从上述公式可知，所述第四电压V4与RT/RV呈正比，而RT/RV则相当于电位器触点的相对位置。由此可知，所述第四电压V4与电位器RV的阻值无关，而当所述第一电阻R1合理设置，则电位器RV可以在千欧到兆欧的范围内任意选择，即，不会因为电位器RV的一致性原因而导致电源芯片的输出电压或输出电流的一致性问题。

可以理解的是，通过如上公式可知，RB和RT是由电位器RV的触点的相对位置决定的，因此，为了便于描述，在本发明实施例中可以将RT/RV称为所述电位器RV的分压相对位置系数。

继续参考图1所示，所述误差放大器40，连接所述差分放大模块30和所述开关电源芯片的输出电压反馈引脚FB，并用于对所述第四电压V4和所述输出电压反馈引脚FB的电压之差进行放大处理，且利用放大处理后的电压差值调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

具体的，所述误差放大器40包括第四运算放大器OTA1，所述第四运算放大器OTA1包括同相输入端（+）、反相输入端（-）和输出端。其中，所述第四运算放大器OTA1的同相输入端（+）与所述差分放大模块30的输出端连接，所述第四运算放大器OTA1的反相输入端（-）与所述输出电压反馈引脚FB连接，且所述第四运算放大器OTA1的输出端作为所述误差放大器40的输出端。

在本实施例中，所述第四运算放大器OTA1将所述第四电压与所述输出电压反馈引脚FB（外部输出电压的分压或输出电流的采样）的电压进行误差放大，并将放大后的信号再送至开关电源芯片内部的其他模块处理，最终用于驱动功率管，即，实现电位器RV线性调整输出电压或输出电流的目的。

本发明提供了一种新的开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统。由于在本发明提供的开关电源电路中，其是先将起到电压跟随作用的电压跟随器和分压模块的输出电压，通过差分放大模块做相减运算之后作为误差放大器的同相输入端的输入电压（第四电压），而后再利用正常工作时，误差放大器的同相输入端与其反相输入端的电压相同的原理，将所述误差放大器的反相输入端连接开关电源芯片的输出电压反馈引脚，之后，便可利用与外接电位器的分压相对位置参数呈正相关的第四电压，来实现线性调整开关电源芯片的输出电压或输出电流的目的。

此外，参见图2，基于同一发明构思，本发明还提供了一种开关电源芯片，图2为本发明实施例中提供的开关电源芯片的电路示意图。如图2所示，本发明提供的开关电源芯片可以包括如上所述的开关电源电路（如图1所示）、用于连接所述电位器RV的第一调压输入端VRT和第二调压输入端VRB、用于控制输入电压是否输出的开关信号输出端SW以及用于反馈输出电压变化的输出电压反馈引脚FB。

其中，所述电压跟随器10的输出端被配置为所述第一调压输入端VRT，所述第二运算放大器OP2的同相输入端（+）被配置为所述第二调压输入端VRB。

进一步的，所述开关电源芯片还可以包括电压模块50、驱动模块70、频率补偿模块60和功率管80。其中，所述电压模块50用于为所述开关电源芯片中的各功能模块提供工作电压和所需的基准电压。

所述频率补偿模块60用于对所述误差放大器40的输出信号进行频率补偿。

所述驱动模块70用于根据频率补偿后的所述误差放大器40的输出信号，形成脉冲调制信号。

所述功率管80用于在所述脉冲调制信号的控制下开关，以调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

由于本发明提供的开关电源电路的第四电压与外接电位器的分压相对位置参数呈线性关系，而与电位器本身的阻值无关，即，可以通过调整第四电压来调节开关电源芯片的输出电压和/或输出电流，从而使开关电源芯片的输出电压与电位器分压之间的线性度非常好。此外，由于本发明提供的开关电源电路中的内部电压（第一至第四电压）均是由同一基准电压获得，而无需外围电路分开提供，因此，避免了现有技术中由于多功能模块之间存在引入的基准电压存在偏差，而导致开关电源芯片的输出小电压或小电流时的一致性问题。

并且，参见图3，基于同一发明构思，本发明还提供了开关电源系统，图3为本发明一实施例中开关电源系统的电路示意图。如图3所示，本发明提供的开关电源系统可以包括：如上所述的开关电源芯片100、以及、设置在所述开关电源芯片100外部的输入滤波电容CIN、电位器RV、二极管D1、电感L1、第六电阻R6、第七电阻R7和输出滤波电容COUT。

其中，所述输入滤波电容CIN的正极与所述开关电源芯片100的输入端VIN连接，所述输入滤波电容CIN的负极以及所述开关电源芯片100的接地端gnd均与所述参考地端GND连接。

所述电位器RV的第一端与所述开关电源芯片100的第一调压输入端VRT连接，所述电位器RV的第二端与所述开关电源芯片100的第二调压输入端VRB连接，所述电位器RV的第三端与所述参考地端GND连接。

所述二极管D1的阴极与所述电感L1的一端以及所述开关电源芯片100的开关信号输出端SW连接，所述二极管D1的阳极与所述参考地端GND连接。

所述输出滤波电容COUT的正极与所述电感L1的另一端以及所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第七电阻R7的一端以及所述开关电源芯片100的输出电压反馈引脚FB连接，所述第七电阻R7的另一端与所述输出滤波电容COUT的负极均与所述参考地端GND连接。

可选的，所述电位器RV可以为如图1和图2所示的具有可移动触点的可变电阻，当所述电位器RV为具有可移动触点的可变电阻时，所述电位器RV的可移动触点与所述开关电源芯片100的第二调压输入端VRB连接，且其具体连接关系具体详见图1和图2，在此不对再次累述。

可选的方案，所述电位器RV还可以为由电容C3和电阻R8组成的软启动器。示例性的，如图4所示，当所述电位器RV为软启动器时，所述电容C3的一端与所述开关电源芯片100的第一调压输入端VRT连接，另一端与所述开关电源芯片100的第二调压输入端VRB以及所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端与所述参考地端GND连接，以通过控制所述电容C3的充电时间，调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流实现逐渐上升。

在本实施例中，在所述软启动器的电容C3刚上电时，其两端的电压为0V，即相当于电位器调压时的RT/RV=0，此时，第四电压V4=0；之后，随着时间的增加，第一电压V1处的电压通过电阻R8为电容C3充电，因此，电容C3的电压逐渐上近，即相当电位器调压时的RT/RV上升，进而第四电压V4由0V开始上升，此时，功率管80开始导通；经过若干个时间常数后，最终电容C3充满电，即相当于电位器调压时的RT/RV=1，第四电压V4达到最大值，即V4=VREF，此时，开关电源系统的输出电压VO+或输出电流也逐渐达到最大值。

由于第四电压V4是从0V逐渐上升到VREF值，故输出电压也会逐渐上升，相当于起到软启动的作用因此，如果用户想要调整软启动时间，则只需要调整电阻R8和电容C3，并改变其时间常数即可改变软启动时间。示例性的，本发明提供的通过改变外围电路的以起到软启动作用的效果是：若所述开关电源系统的输出端连接是LED负载，则给该系统上电时，LED负载的亮度是缓慢增加的，即，起到一个渐变的效果，同时也可以降低对供电电源的瞬态功率的要求。

需要说明的是，在本发明提供的开关电源系统中，所述输入滤波电容CIN、和所述输出滤波电容COUT均即可以为一个电容器件，也可以是多个并联的电容器件。示例性的，如图3和图4所示，所述电容C1也为输入滤波电容以及电容C2也为输出滤波电容。

综上所述，本发明提供了一种新的开关电源电路、开关电源芯片及开关电源系统。由于在本发明提供的开关电源电路中，其是先将起到电压跟随作用的电压跟随器和分压模块的输出电压，通过差分放大模块做相减运算之后作为误差放大器的同相输入端的输入电压（第四电压），而后在利用正常工作时，误差放大器的同相输入端与其反相输入端的电压相同的原理，将所述误差放大器的反相输入端连接开关电源芯片的输出电压反馈引脚，之后，便可利用与外接电位器的分压相对位置参数呈正相关的第四电压，来实现线性调整开关电源芯片的输出电压或输出电流的目的。

同时，由于本发明提供的开关电源电路的第四电压与外接电位器的分压相对位置参数呈线性关系，而与电位器本身的阻值无关，即，只需要在本发明提供的开关电源电路的外部直接连接电位器，就可以通过调整第四电压来调节开关电源芯片的输出电压和/或输出电流，而无需添加额外的外围电路，从而简化了电路设计，降低了制造成本，并且使开关电源芯片的输出电压与电位器分压之间的线性度非常好。此外，由于本发明提供的开关电源电路中的内部电压（第一至第四电压）均是由同一基准电压获得，而无需外围电路分开提供，因此，避免了现有技术中由于多功能模块之间存在引入的基准电压存在偏差，而导致开关电源芯片的输出小电压或小电流时的一致性问题。

并且，在本发明提出的开关电源系统中，可以通过对开关电源芯片外接的外围电路进行一定扩展，从而调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流实现逐渐上升的软启动功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关电源电路，其特征在于，设置在一开关电源芯片的内部，所述开关电源电路芯片的外部电性连接一电位器，所述开关电源芯片具有用于反馈输出电压变化的输出电压反馈引脚，所述开关电源电路包括：

电压跟随器，用于接入一基准电压并输出与所述基准电压的电压值相同的第一电压；

分压模块，用于接入所述第一电压和连接所述电位器，并将所述第一电压送至所述电位器进行分压处理得到第二电压，且输出与所述第二电压的电压值相同的第三电压；

差分放大模块，连接所述电压跟随器和所述分压模块，并输出将所述第一电压和所述第三电压进行差分运算后的第四电压，且所述第四电压是关于所述电位器的分压相对位置系数与所述第一电压的线性函数，并用于使所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流的一致性与所述电位器的阻值无关；

误差放大器，连接所述差分放大模块和所述开关电源芯片的输出电压反馈引脚，并用于对所述第四电压和所述输出电压反馈引脚的电压之差进行放大处理，且利用放大处理后的电压差值调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述电压跟随器包括第一电阻和第一运算放大器，所述第一运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第一运算放大器的同相输入端与所述基准电压连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电阻的一端连接，且所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述电位器的第一端连接，并作为所述电压跟随器的输出端，连接所述差分放大模块。

3.如权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述分压模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述电位器的第二端连接，所述电位器的第三端与参考地端连接，且所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，并作为所述分压模块的输出端，连接所述差分放大模块。

4.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述差分放大模块包括第二电阻至第五电阻以及第三运算放大器，所述第三运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，另一端与所述第四电阻的一端以及所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第四电阻的另一端与所述参考地端连接，所述第三电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，另一端与所述第五电阻以及所述第三运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，并作为所述差分放大模块的输出端，连接所述误差放大器。

5.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述误差放大器包括第四运算放大器，所述第四运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述第四运算放大器的同相输入端与所述差分放大模块的输出端连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述输出电压反馈引脚连接，且所述第四运算放大器的输出端作为所述误差放大器的输出端。

6.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一至第四运算放大器还包括供电端和接地端，所述第一至第四运算放大器通过所述供电端获取电能，且所述第一至第四运算放大器通过所述接地端与所述参考地端连接。

7.一种开关电源芯片，其特征在于，包括如权利要求6所述的开关电源电路、用于连接所述电位器的第一调压输入端和第二调压输入端以及用于控制输入电压是否输出的开关信号输出端，其中，所述电压跟随器的输出端被配置为所述第一调压输入端，所述第二运算放大器的同相输入端被配置为所述第二调压输入端。

8.如权利要求7所述的开关电源芯片，其特征在于，所述开关电源芯片还包括电压模块、驱动模块、频率补偿模块和功率管，其中，

所述电压模块用于为所述开关电源芯片中的各功能模块提供工作电压和所需的基准电压；

所述频率补偿模块用于对所述误差放大器的输出信号进行频率补偿；

所述驱动模块用于根据频率补偿后的所述误差放大器的输出信号，形成脉冲调制信号；

所述功率管用于在所述脉冲调制信号的控制下开关，以调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流至设定值。

9.一种开关电源系统，其特征在于，包括：如权利要求8所述的开关电源芯片、以及、设置在所述开关电源芯片外部的输入滤波电容、电位器、二极管、电感、第六电阻、第七电阻和输出滤波电容，其中，

所述输入滤波电容的正极与所述开关电源芯片的输入端连接，所述输入滤波电容的负极以及所述开关电源芯片的接地端均与所述参考地端连接；

所述电位器的第一端与所述开关电源芯片的第一调压输入端连接，所述电位器的第二端与所述开关电源芯片的第二调压输入端连接，所述电位器的第三端与所述参考地端连接；

所述二极管的阴极与所述电感的一端以及所述开关电源芯片的开关信号输出端连接，所述二极管的阳极与所述参考地端连接；

所述输出滤波电容的正极与所述电感的另一端以及所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端以及所述开关电源芯片的输出电压反馈引脚连接，所述第七电阻的另一端与所述输出滤波电容的负极均与所述参考地端连接。

10.如权利要求9所述的开关电源系统，其特征在于，所述电位器为具有可移动触点的可变电阻或者为由电容和电阻组成的软启动器；

当所述电位器为具有可移动触点的可变电阻时，所述电位器的可移动触点与所述开关电源芯片的第二调压输入端连接，当所述电位器为软启动器时，所述电容的一端与所述开关电源芯片的第一调压输入端连接，另一端与所述开关电源芯片的第二调压输入端以及所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与所述参考地端连接，以通过控制所述电容的充电时间，调节所述开关电源芯片的输出电压和/或输出电流实现逐渐上升。

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