CN116015021A - 一种电压控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压控制电路，应用于充电系统，包括调节反馈电路、输出反馈电路、比较电路和数字控制电路，所述调节反馈电路连接于充电系统中DC‑DC电路的输出端，且与数字控制电路连接，以根据来自数字控制电路的控制信号调节DC‑DC电路的输出电压；所述输出反馈电路连接于DC‑DC电路和调节反馈电路的输出端，用于检测DC‑DC电路的输出电压；所述比较电路的输入端与数字控制电路及调节反馈电路/输出反馈电路连接，其输出端连接所述数字控制电路，以根据来自调节反馈电路/输出反馈电路和数字控制电路的电压输出调节信号；所述数字控制电路和比较电路及调节反馈电路连接，以根据调节信号输出控制信号，以实现电压闭环控制。

Description

一种电压控制电路

技术领域

本发明涉及一种电压控制电路。

背景技术

随着微电子技术和可再生能源技术的发展，快速充电技术取得了飞跃式的发展，市场需求不断的增加，高电压大电流得到了广泛的应用。在充电系统中，为了实现精确的功率输出与速度控制，需要对输出电压进行精准的调节，且需要将负载信息给充电控制器，实现高精度的闭环控制。

目前，充电调控一般采用软件控制闭环系统，充电头输出的设定电压给被充电系统，由被充电系统控制输出功率，同时通知充电头调整输出电压达到调整输出功率。在闭环系统控制中，一般采用电流型的DAC对DC电源的电压进行精确调节，且因充电器和被充电设备需要有比较复杂的通讯协议以保证实时通讯的正确性和及时性，这都提高了快充领域的设计复杂程度和成本预算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种输出电压可调且结构简单、成本较低的电压控制电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电压控制电路，应用于充电系统，其包括调节反馈电路、输出反馈电路、比较电路和数字控制电路，其中，

所述调节反馈电路连接于充电系统中DC-DC电路的输出端，且与数字控制电路连接，以根据来自数字控制电路的控制信号调节DC-DC电路的输出电压；

所述输出反馈电路连接于DC-DC电路和调节反馈电路的输出端，用于检测DC-DC电路的输出电压；

所述比较电路的输入端与数字控制电路以及调节反馈电路/输出反馈电路连接，其输出端连接所述数字控制电路，以根据来自调节反馈电路/输出反馈电路和数字控制电路的电压输出调节信号；

所述数字控制电路和比较电路以及调节反馈电路连接，以根据调节信号输出两路相应的PWM控制信号，以实现电压闭环控制。

其进一步技术方案为：所述调节反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第五电阻和第三开关，所述第五电阻的一端连接DC-DC电路的输出端，其另一端连接第一电阻和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接比较电路和第三开关，所述第三开关的另一端连接数字控制电路，所述第一电阻的另一端接地。

其进一步技术方案为：所述输出反馈电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端连接DC-DC电路和调节反馈电路的输出端，其另一端连接第四电阻和比较电路，所述第四电阻的另一端接地。

其进一步技术方案为：所述比较电路包括比较器、第一开关和第二开关，所述比较器的同相输入端和反相输入端分别连接第一开关和第二开关的公共端，其输出端连接数字控制电路，所述第一开关的常闭端和常开端分别连接调节反馈电路和输出反馈电路，所述第二开关的常闭端和常开端分别连接数字控制电路的两路PWM控制信号。

其进一步技术方案为：所述电压控制电路还包括有两RC滤波电路，每一所述RC滤波电路的输入端连接于数字控制电路的一输出引脚，且其中的一RC滤波电路的输出端连接第二开关的常闭端和调节反馈电路，另一RC滤波电路的输出端连接第二开关的常开端。

其进一步技术方案为：所述RC滤波电路包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电阻的一端作为RC滤波电路的输入端，其另一端连接第一滤波电容和第二滤波电阻，该第二滤波电阻的另一端连接第二滤波电容，并作为RC滤波电路的输出端，所述第一滤波电容和第二滤波电容的另一端均接地。

其进一步技术方案为：所述数字控制电路包括两PWM产生器和DSP主控电路，两PWM产生器中的一PWM产生器连接所述第二开关的常闭端和调节反馈电路，另一PWM产生器与第二开关的常开端连接，所述DSP主控电路连接比较器的输出端，以根据来自比较电路的调节信号促使两PWM产生器工作，产生相应的PWM控制信号。

其进一步技术方案为：所述电压控制电路还包括采样电阻，所述采样电阻连接于所述DC-DC电路的输出端和输出反馈电路之间。

与现有技术相比，本发明电压控制电路通过调节反馈电路可调节充电系统中DC-DC电路的输出电压，输出反馈电路可检测输出电压，通过比较电路进行输出电压和设定的控制信号电压进行比对，从而输出调节信号至数字控制电路，以通过调节反馈电路对DC/DC电路的输出电压进行闭环校正，可知，本发明电压控制电路采用数字和模拟电路混合方式对输出电压进行精准控制，通过数字PWM控制电压的方式进行电压设定，取代了成本比较高的电流型DAC，能够完成输出电压变大或者变小的精准控制，结构较为简单，成本较低，且能自适应负载变化，快速锁定输出，即当负载变化时通过比较电路可快速获知，从而精准实时补偿，不用通过被充电设备负载测量后反馈进行调节，减少了环路的响应时间，也降低了对被充电设备的要求，确保了充电系统的稳定性和准确性。

附图说明

图1是本发明电压控制电路一具体实施例的电路结构示意图。

图2是本发明电压控制电路中RC滤波电路的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

参照图1，图1为本发明电压控制电路一具体实施例的电路结构示意图。本发明电压控制电路应用于充电系统，在附图所示的实施例中，该电压控制电路包括调节反馈电路11、输出反馈电路12、比较电路13和数字控制电路14，其中，所述调节反馈电路11连接于充电系统中DC-DC电路20的输出端，且与数字控制电路14连接，以根据来自数字控制电路14的控制信号调节DC-DC电路20的输出电压；所述输出反馈电路12连接于DC-DC电路20和调节反馈电路11的输出端，用于检测DC-DC电路20的输出电压；所述比较电路13的输入端与数字控制电路14以及调节反馈电路11/输出反馈电路12连接，其输出端连接所述数字控制电路14，以根据来自调节反馈电路11/输出反馈电路12和数字控制电路14的电压输出调节信号；所述数字控制电路14和比较电路13以及调节反馈电路11连接，以根据调节信号输出两路相应的PWM控制信号，以实现电压闭环控制。

在某些实施例中，所述调节反馈电路11包括第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R0和第三开关SW3，所述第五电阻R0的一端连接DC-DC电路20的输出端，其另一端连接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接比较电路13和第三开关SW3，所述第三开关SW3的另一端连接数字控制电路14和比较电路13，所述第一电阻R1的另一端接地。

在某些实施例中，所述输出反馈电路12包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的一端连接DC-DC电路20和调节反馈电路11的输出端，其另一端连接第四电阻R4和比较电路13，所述第四电阻R4的另一端接地。优选地，所述电压控制电路还包括有一电阻RL，所述电阻RL的一端连接第三电阻R3与DC-DC电路20的输出端连接的一端，另一端接地。

在本实施例中，所述比较电路13包括比较器U1、第一开关SW1和第二开关SW2，所述比较器U1的同相输入端和反相输入端分别连接第一开关SW1和第二开关SW2的公共端，其输出端连接数字控制电路，所述第一开关SW1的常闭端连接调节反馈电路11中的第二电阻R2和第三开关SW3，该第一开关SW1的常开端连接输出反馈电路12，所述第二开关SW2的常闭端和常开端分别连接数字控制电路14的两路PWM控制信号。

在某些实施例中，所述数字控制电路14包括两PWM产生器和DSP主控电路143，具体地，包括PWM1141和PWM2142两个PWM产生器，PWM1141连接所述第二开关SW2的常闭端和第三开关SW3，所述PWM2142连接第二开关SW2的常开端，所述DSP主控电路143连接比较电路13的输出端，以根据来自比较电路13的调节信号促使两PWM产生器工作，产生相应的PWM控制信号，以在电压控制电路处于工作状态时使得比较器U1的同相输入端通过第一开关SW1连接输出反馈电路12，其反相输入端通过第二开关SW2连接PWM2142，通过比对输出电压和设定的控制信号电压而输出调节信号至DSP主控电路143，从而通过PWM1141和调节反馈电路11对DC/DC电路20的输出电压进行闭环校正。优选地，本实施例中，还可包括设定寄存器组、数字主芯144以及通讯模块(PD/I2C/UART)145。

进一步地，所述电压控制电路还包括有两RC滤波电路，每一所述RC滤波电路的输入端连接于数字控制电路14的一输出引脚，且其中的一RC滤波电路RC1的输出端连接第二开关SW2的常闭端和调节反馈电路11，另一RC滤波电路RC2的输出端连接第二开关SW2的常开端。

具体地，如图2所示，所述RC滤波电路包括第一滤波电阻R11、第二滤波电阻R12、第一滤波电容C11和第二滤波电容C12，所述第一滤波电阻R11的一端作为RC滤波电路的输入端INPUT，其另一端连接第一滤波电容C11和第二滤波电阻R12，该第二滤波电阻R12的另一端连接第二滤波电容C12，并作为RC滤波电路的输出端OUTPUT，所述第一滤波电容C11和第二滤波电容C12的另一端均接地。

在某些实施例中，所述电压控制电路还包括采样电阻Rc，所述采样电阻Rc连接于所述DC-DC电路20的输出端和输出反馈电路12之间。基于上述设计，通过采样电阻Rc可实时监控负载电流，当负载电流为零时候，采样电阻Rc两端电压为零。

可理解地，本发明电压控制电路在初始阶段时，为自动校准阶段，第一开关SW1和第二开关SW2的公共端均连接其常闭端，第三开关SW3处于断开状态，PWM1141和RC1两个网络进行扫描，比较电路13比较调节反馈电路11和PWM1141输出的初始设定电压，以探测第二电阻R2两端的电压的平衡点，然后将平衡点送入DSP主控电路143，校准结束；在工作阶段，第一开关SW1和第二开关SW2的公共端均连接其常开端，第三开关SW3处于闭合状态，PWM1141初始设定Duty0(初始时PWM1141对应的占宽比)根据平衡点设定，PWM2142初始设定由输出反馈电路12决定，比较电路13比较输出反馈电路12反馈的电压和PWM2142设定的电压，从而输出调节信号至DSP主控电路143。

因DC-DC电路20的输出电压VDD1＝V0+Verf*(Duty0-Dutyset)*R0/R2，其中，V0为初始时DC-DC电路20的输出电压，Verf为驱动电压，Duty0为初始时PWM1141对应的占宽比，Dutyset为输出VDD1所对应的PWM1141设定的占宽比值，可知，当Dutyset>Duty0时，VDD1相对初始电压V0减小，当Dutyset<Duty0时，VDD1相对初始电压V0增加，则在负载变化时候，通过用PWM2142所产生的电压和输出反馈电路12反馈的电压进行比较，比较结果输入DSP主控电路143进行滤波和算法处理，改变PWM1141的输出，从而调节VDD1，达到精准的设定负载电压VDD2。例如，当输出反馈电路12反馈的电压小于PWM2142所设定的电压时，此时负载比较重，可以通过减少PWM1141的设定值Dutyset，从而提高VDD1的输出电压，达到维持VDD2不变的目的；同理，当输出反馈电路12反馈的电压大于PWM2142所设定的电压时，此时负载比较轻，可以通过增加PWM1141的设定值Dutyset，从而减少VDD1的输出电压，达到维持VDD2不变的目的，即PWM1141的Dutyset会根据负载的变化进行自我调节，确保负载电压VDD2为设定电压，即本发明电压控制电路前期可自动校正DC/DC电路的输出电压，后期进行负载动荡自动调节，以确保充电系统的稳定性和准确性。

综上所述，本发明电压控制电路通过调节反馈电路可调节充电系统中DC-DC电路的输出电压，输出反馈电路可检测输出电压，通过比较电路进行输出电压和设定的控制信号电压进行比对，从而输出调节信号至数字控制电路，以通过调节反馈电路对DC/DC电路的输出电压进行闭环校正，可知，本发明电压控制电路采用数字和模拟电路混合方式对输出电压进行精准控制，通过数字PWM控制电压的方式进行电压设定，取代了成本比较高的电流型DAC，能够完成输出电压变大或者变小的精准控制，结构较为简单，成本较低，只需要一个比较器、两个RC滤波电路和一些电阻，结合数字控制电路，就可解决环路负载响应慢，输出精确度差的问题，提高了设定电压的精准度的可靠性，同时也可以提高控制响应速度，而且还能自适应负载变化，快速锁定输出，即当负载变化时通过比较电路可快速获知，从而精准实时补偿，不用通过被充电设备负载测量后反馈进行调节，减少了环路的响应时间，也降低了对被充电设备的要求，确保了充电系统的稳定性和准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压控制电路，应用于充电系统，其特征在于：包括调节反馈电路、输出反馈电路、比较电路和数字控制电路，其中，

所述调节反馈电路连接于充电系统中DC-DC电路的输出端，且与数字控制电路连接，以根据来自数字控制电路的控制信号调节DC-DC电路的输出电压；

所述输出反馈电路连接于DC-DC电路和调节反馈电路的输出端，用于检测DC-DC电路的输出电压；

所述比较电路的输入端与数字控制电路以及调节反馈电路/输出反馈电路连接，其输出端连接所述数字控制电路，以根据来自调节反馈电路/输出反馈电路和数字控制电路的电压输出调节信号；

所述数字控制电路和比较电路以及调节反馈电路连接，以根据调节信号输出两路相应的PWM控制信号，以实现电压闭环控制。

2.如权利要求1所述的电压控制电路，其特征在于：所述调节反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第五电阻和第三开关，所述第五电阻的一端连接DC-DC电路的输出端，其另一端连接第一电阻和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接比较电路和第三开关，所述第三开关的另一端连接数字控制电路，所述第一电阻的另一端接地。

3.如权利要求1所述的电压控制电路，其特征在于：所述输出反馈电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端连接DC-DC电路和调节反馈电路的输出端，其另一端连接第四电阻和比较电路，所述第四电阻的另一端接地。

4.如权利要求1所述的电压控制电路，其特征在于：所述比较电路包括比较器、第一开关和第二开关，所述比较器的同相输入端和反相输入端分别连接第一开关和第二开关的公共端，其输出端连接数字控制电路，所述第一开关的常闭端和常开端分别连接调节反馈电路和输出反馈电路，所述第二开关的常闭端和常开端分别连接数字控制电路的两路PWM控制信号。

5.如权利要求4所述的电压控制电路，其特征在于：所述电压控制电路还包括有两RC滤波电路，每一所述RC滤波电路的输入端连接于数字控制电路的一输出引脚，且其中的一RC滤波电路的输出端连接第二开关的常闭端和调节反馈电路，另一RC滤波电路的输出端连接第二开关的常开端。

6.如权利要求5所述的电压控制电路，其特征在于：所述RC滤波电路包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电阻的一端作为RC滤波电路的输入端，其另一端连接第一滤波电容和第二滤波电阻，该第二滤波电阻的另一端连接第二滤波电容，并作为RC滤波电路的输出端，所述第一滤波电容和第二滤波电容的另一端均接地。

7.如权利要求4所述的电压控制电路，其特征在于：所述数字控制电路包括两PWM产生器和DSP主控电路，两PWM产生器中的一PWM产生器连接所述第二开关的常闭端和调节反馈电路，另一PWM产生器与第二开关的常开端连接，所述DSP主控电路连接比较器的输出端，以根据来自比较电路的调节信号促使两PWM产生器工作，产生相应的PWM控制信号。

8.如权利要求1所述的电压控制电路，其特征在于：所述电压控制电路还包括采样电阻，所述采样电阻连接于所述DC-DC电路的输出端和输出反馈电路之间。

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