CN1166639A - 遥感电压钳位电路 - Google Patents

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Abstract

一种设备向诸如多个集成电路的遥远负载(RLOAD)提供电能。电能的路由是通过例如装在设备设刷电路板外围的连接件(P1)的第一组插脚到负载。为了监测负载上的电压，从负载到设备配置了反馈电路(FB)。反馈路径的路由是通过连接件的第二组插脚到设备。为了便于测试设备，由电阻(R2)把设备的输出与反馈路径隔离开来。开关器件(D2)与电阻并联耦合，防止设备的输出电压超过负载能安全承受的电平。

Description

遥感电压钳位电路
概括地说，本发明涉及电源领域，具体地说，涉及利用反馈路径遥感负载上输出电压的电源。
在制造电子装置时，可能需要在独立的印刷电路板上设置不同的电路和子系统。如果电子装置需要若干块印刷电路板，将一块印刷电路板专用于装置的电源可能是颇有利的。其余的印刷电路板可以包括负载，例如可能包括多个数字集成电路。
图2中示出了一种先有技术的电源20。电能的路由是从电源20的输出端通过可以装在电源印刷电路板外围的连接件P1通往可能包括多个数字负载的负载RLOAD。
了解靠近负载RLOAD的点上实际输出电压RLOAD，以致电源20能提高输出电压VOUT，补偿输出电压VOUT和负载电压VLOAD之间的电压降可能是很有用的。如图2中所示，从靠近负载RLOAD的一点通过连接件P1到误差放大器EA的输入端设置遥感反馈路径FB就能达到上述效果。如果负载电压VLOAD不处于其分配的容限内，误差放大器EA和控制电路21就能调节开关器件Q1的导通时间，以提高输出电压VOUT，从而提高负载电压VLOAD。
在电子装置内最后组装之前，单独地测试各印刷电路板可能是有利的。例如电源20可以在模拟负载条件下测试。为了便于这种测试，电源20可以包括如图2中所示的耦合于电源输出端和遥感反馈路径FB之间的电阻R2。电阻R2为输出电压VOUT提供通往误差放大器EA的反馈路径，从而使误差放大器EA在电源20的输出端无负载的情况下感测和调节输出电压VOUT。另外，电阻R2大到足以在电源20组装在电子装置内时，不影响由遥感反馈路径FB所提供的遥感功能。
由于例如连接件P1的间歇连接、遥感反馈路径FB上的瞬变现象或尖峰信号、或短路负载条件的故障状况，可能发生中断负载电压VLOAD的情况。在任何这样的情况下，或者由于其它的机理，遥感反馈路径FB上的负载电压VLOAD可能因电阻R2把输出电压VOUT与遥感反馈路径FB隔离开来而下降至低电平。在这种情况下，通过把输出电压VOUT提高至可能不可接受的高电平，误差放大器EA使电源20补偿负载电压VLOAD的下降，从而可能损坏耦合在电源20输出端上的负载。
在本文中所教导的根据发明性方案的设备中，如上所述，在设备响应故障条件而试图增加其输出电压电位的情况下，电源的输出电压电位，保持在预定电压电位以下。
根据本发明方案的一个方面，这种设备包括：电压电位源；用以感测负载的电压电位的装置；用以使感测装置与电压电位源隔离的装置；用以调节电压电位、输入端与感测装置相耦合的装置；以及耦合于电压电位源和感测装置的钳位装置。
钳位装置可以包括阳极耦合电压电位源及阴极耦合感测装置的二极管。
隔离装置可以包括电阻。
调节装置可以包括具有同相输入端和反相输入端的放大器，同相输入端耦合放大器基准电压电位，一个开关器件则耦合放大器的输出端。
感测装置可以包括从负载耦合至放大器反相输入端的反馈路径。
根据本文中所教导的本发明方案的另一方面，这种设备包括：电压电位源，用以感测负载上的电压电位的装置；用以使感测装置与电压电位源隔离的装置；以及耦合于电压电位源和感测装置的开关器件。
开关器件可以包括阳极耦合于电压电位源及阴极耦合于感测装置的二极管。开关器件可以在电压电位源和负载之间的电压电位差超过预定值之后使电流导通。当开关器件使电流导通时，它可以使隔离装置不起作用。隔离装置可以包括电阻。
在本文中所教导的本发明方案的各实施例中，由于至少两个原因，二极管作为钳位装置或作为开关器件是特别有利的。首先，二极管为从设备流向负载的电流提供低阻路径，而不影响在设备正常工作期间由感测装置所提供的遥感功能。其次，相对于二极管所需要消耗的功率量来说，二极管占用的设备印刷电路板上的空间较小。
从结合附图阅读的下面描述。本发明的上述及其它特征和优点就会显得很清楚，其中相同的标号表示相同的元件。
图1是根据本发明方案的电源电路的示意图。
图2是先有技术补偿拓扑(buck-topology)电源电路。
图1中所示的补偿拓扑电源10从回扫电源变压器(未示出)的副绕组获得15.5V的输入电压VIN。电源10通过连接件P1向负载提供基本稳定的5V输出电压VOUT，负载包括图1中用电阻器RLOAD表示的多个数字集成电路。
电力切换调节器U1包括误差放大器EA，开关器件Q1。误差放大器EA的同相输入端的基准电压VREF、以及开关器件Q1的控制电路21。图1中电力切换调节器U1是用摩托罗拉公司(Motorola)公司制造的工业零件号为MC34167TV的集成电路所表示的。然而，电力切换调节器U1也可以包括任何功能与MC 34167TV相当的集成电路，例如由SGS汤姆逊电子公司(Thomson Electionics)所制造的工业零件号为L4960的集成电路等。
电源10的电力级11包括二极管D1、电感器L1以及电容器C11、C12和C13，这些电容器的功能相当于图2的电容器C1。电感器L1的第一端子耦合到电力切换调节器U1的插脚2。二极管D1的阴极与电感器L1的第一端子相连接，阳极则与电源10的基准电压电位相耦合。电容器C2与二极管D1并联耦合。电容器C11、C12和C13的第一端子与电感器L1的第二端子相耦合，电容器C11、C12和C13的第二端子则与电源10的基准电压电位相耦合。
电阻器R2的第一端子与电容器C11、C12和C13的第一端子相耦合，第二端子则与电阻器R3的第一端子相耦合。二极管D2的阳极与电阻器R2的第一端子相耦合，阴极则与电阻器R2的第二端子相耦合。
电阻器R3的第二端子与电阻器R4的第一端子相耦合。电阻器R4的第一端子还与电力切换调节器U1的插脚1相耦合。电阻R4的第二端子与电源10的基准电压电位相耦合。
电阻器R2的第一端子与连接件P1的第一组插脚相耦合。电阻器R2的第二端子与连接件P1的第二组插脚相耦合。数字负载RLOAD的第一端子与连接件P1的第一和第二组插相耦合。数字负载RLOAD的第二端子与电源10的基准电压电位相耦合。如图1中所示，数字负载RLOAD的有效负载电阻可能为大约5Ω。
误差放大器EA的补偿网络22是由电容器C5和电阻器R5所组成的。电容器C5的第一端子与电阻器R3的第二端子相连接，第二端子则与电阻器R5的第一端子相连接。电阻器R5的第二端子则与电力切换调节器U1的插脚5相耦合。
电力切换调节器U1和电力级11以本领域内周知的方式将输入电压VIN转换成输出电压VOUT。可以在靠近数字负载RLOAD的点上测量负载电压VLOAD，以保证负载电压VLOAD处于其所分配的容限内。负载电压VLOAD是通过连接件P1的第二组插脚沿着遥感反馈路径FB反馈的，电压VLOAD在加到电力切换调节器U1之前则由用电阻器R3和R4所组成的分压器网络进行分压。负载电流不会通过遥感反馈网络FB流回电源10。如果负载电压VLOAD不处在其所分配的容限内，误差放大器EA和控制电路21就调节开关器件Q1的导通时间，从而调节输出电压VOUT，使得负载电压回到处于其所被分配的容限内的电平上。
电源10中包含电阻R2，便于在最后组装前测试电源10。在电源10的测试过程中，电阻器R2提供从输出电压VLOAD至电力切换调节器U1的插脚1的反馈路径，从而在电源10的输出端无负载的状况下允许电力切换调节器U1感测及调节输出电压VOUT。电阻器R2大到足以在电源10组装在电子装置内时不影响由遥感反馈路径FB所提供的遥感功能。
二极管D2保护数字负载RLOAD，不致于出现输出电压VOUT上升到输入电压VIN的电平的情形。如果遥感反馈路径上FB的负载电压VLOAD下降到一个过低的值，就可能出现这种情形。例如由于连接件P1的第一组插脚间歇连接，就可能发生这种情形。不管引起负载电压VLOAD下降的特定机理怎么样，这种状况可能导致电阻器R2与数字负载RLOAD有害地形成分压器网络。在数字负载RLOAD的第一端子上的负载电压VLOAD因而变为
Figure A9610853700081
，即大约2.5mv。由于相对于电阻器R2的值，数字负载RLOAD的有效负载电阻颇小，所以负载电压VLOAD可以下降到不可接受的低电平。因此，只要数字负载RLOAD的有效负载电阻相对于电阻器R2保持颇小，数字负载RLOAD的有效负载电阻就能显著地大于5Ω。
感测到负载电压VLOAD的这种下降，电力切换调节器U1试图通过把输出电压VOUT上升到一个能变成与输入电压VIN一样高的电平而进行补偿。输出电压VOUT的这种上升可能损坏构成数字负载RLOAD的多个数字集成电路。
当输出电压VOUT开始上升时，二极管D2成为正向偏置，从而把输出电压VOUT钳位在负载电压VLOAD加二极管D2的正向压降，一旦二极管D2正向偏置，它还为流向数字负载RLOAD的输出电流IOUT提供低阻通路。
由于至少两个理由，以这种方式采用二极管D2是颇有利的。第一，在电源10的正常工作期间，二极管D2不导通，因而对由遥感反馈路径FB所提供的遥感功能无劣化作用。第二，相对于二极管所需要消耗的功率量，二极管D2在电源印刷电路板上也占用较小的空间。

Claims (14)

1.一种设备，包括：
电压电位源(VOUT)；
用以感测负载(RLOAD)上的所述电压电位的装置(FB)；
用以使所述感测装置(FB)与所述电压电位源(VOUT)隔离的装置(R2)；以及
用以调节所述电压电位、输入端与所述感测装置(FB)耦合的装置(U1)；
其特征在于：
与所述电压电位源(VOUT)和所述感测装置(FB)相耦合的钳位装置(FB)。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述电压电位(VOUT)不超过预定值。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述钳位装置(D2)为从所述设备流向负载(RLOAD)的电流提供低阻路径。
4.根据权利要求1的设备，其中所述钳位装置的特征在于，阳极与所述电压电位源(VOUT)相耦合阴极与所述感测装置(FB)相耦合的二极管(D2)。
5.根据权利要求1的设备，其中所述调节装置(U1)的特征在于：
具有与放大器基准电压电位相耦合的同相输入端及反相输入端的放大器(EA)；以及
与所述放大器(EA)的输出端相耦合的开关器件(Q1)。
6.根据权利要求5的设备，其中所述感测装置(FB)的特征在于从所述负载(RLOAD)耦合到所述放大器(EA)的所述反相输入端的反馈路径。
7.根据权利要求1的设备，其中所述隔离装置的特征在于电阻(R2)。
8.一种设备，包括：
电压电位源(VOUT)；
用以感测负载(RLOAD)上的所述电压电位的装置(FB)；以及
用以将所述感测装置(FB)与所述电压电位源(VOUT)隔离的装置(R2)；
其特征在于，
与所述电压电位源(VOUT)和所述感测装置(FB)相耦合的开关器件(D2)。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，在所述电压电位源(VOUT)和所述负载(RLOAD)之间的所述电压电位差超过预定值之后，所述开关器件(D2)使电流导通。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述开关器件(D2)使所述隔离装置(R2)不起作用。
11.根据权利要求8的设备，其中所述开关器件(D2)的特征在于阳极与所述电压电位源(VOUT)相耦合、阴极与所述感测装置(FB)相耦合的二极管(D2)。
12.根据权利要求8的设备，其中所述隔离装置(R2)的特征在于电阻(R2)。
13.一种设备，包括：
电压电位源(VOUT)；
用以感测负载电压电位(VLOAD)的反馈路径(FB)；以及
耦合在所述电压电位源和所述反馈路径之间的电阻(R2)；
其特征在于：
与所述电阻并联耦合的二极管(D2)。
14.根据权利要求13的设备，其特征在于：在所述电压电位源(VOUT)的所述电压电位超过所述负载电压电位(VLOAD)预定值之后，所述二极管(D2)使电流导通。
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