WO2009059527A1

WO2009059527A1 - Générateur de source électrique de référence et dispositif de commande de sortie de tension de la source électrique

Info

Publication number: WO2009059527A1
Application number: PCT/CN2008/072852
Authority: WO
Inventors: Haidong Xu
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd.
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2009-05-14
Also published as: CN100578902C; CN101174791A

Description

KTLPHW081110 参考电源生成装置和电源输出电压控制装置本发明要求于 2007年 10月 29日提交中国专利局、申请号为 200710165464. 8、发明名称为 "一种电源输出电压控制装置"的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。技术领域

本发明涉及控制电源技术，尤其涉及一种通过控制电源参考电压来控制电源输出电压的技术。发明背景

集成电路的性能与输入电压紧密相关，输入电压的变化影响到集成电路的时序和噪声容限等。为了保证集成电路的性能满足器件手册的规定，一般生产厂家都会规定集成电路输入电压的上下限。而为了验证电路性能在电源变化范围内满足设计要求，需要调整电源的输出电压，使之达到设计的上下限。由于普通电源电路无法自动调整输出电压，一般在测试时都是通过手工调整，如图 1所示，将电源调整单元 110的输出电压用 Vout表示，电源调整单元 110调整端的参考电压用 Vref表示，则输出电压可以表示为公式 1 :

Vout =Vref ( 1 + R1/R2) ( 1 )

从而手工调整时，可以通过调整第一电阻 120和第二电阻 130的电阻值（例如用滑动变阻器实现，图中未显示），达到电压调整的目的，但该手工调整手段的测试效率很低，而且无法在大规模生产时实现自动测试。

在现有技术中，如图 2所示，利用复杂可编程逻辑器件 (Complicated Programmable Logical Device, CPLD)、电可擦除可编程逻辑器件 (Erasable Programmable Logic Device, EPLD) 或现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA)来输出控制电压，其输出包括三种状态，高电平、低电平或三态（高阻态），分别对应将电压调高，调低和不调整，来改变电源的调整端的参考电压，从而改变电源的输出电压。

具体地，图 2中的电路包括：电源调整单元 201、第一电阻 202、第二电阻 203和第三电阻 204 以及可编程逻辑器件 205。

电源调整单元 201具有输入端、输出端和调整端，第一电阻 202连接在电源调整单元 201的调整端与输出端之间，第二电阻 203连接在电源调整单元 201的调整端与地之间，而第三电阻 204连接在电源调整单元 201的调整端与可编程逻辑器件 205的输出端口之间。

若定义该电路的输出电压为 Vout，电源调整单元调整端的参考电压为 Vref，可编程逻辑器件输出的控制电压为 Vcon，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值分别为 Rl、 R2以及 R3。则 Vout可表示为公式 2:

Vout=Vref ( 1 + R1/ 2) - (Vcon-Vref) R1/R3 (2)

由上式 (2)可得，通过调整、改变控制电压 Vcon, 就可以达到调整输出电压 Vout的目的。本发明人发现，现有利用可编程逻辑器件控制输出电压时，由于可编程逻辑器件的输出端口输出的电压值有限，一般为 3. 3V、 2. 5V、 5. 0V等，所以使得电源也只能输出几个相应的固定电压值， KTLPHW081110 而无法输出这几个电压值中间的电压值。

发明内容

本发明实施例提供了一种控制电源输出电压的电路，实现多极调节电源输出电压的目的。本发明具体实施方式提供一种电源输出电压控制装置，包括电源调整单元、第一电阻和第二电阻，其中：所述第一电阻连接在所述电源调整单元的调整端与输出端之间，所述第二电阻连接在所述电源调整单元的调整端与地之间；其特征在于，所述电源输出电压控制装置还包括：

P丽波输出模块，用于在其输出端口输出可变占空比的 P丽波;

低通滤波单元，连接在所述 PWM波输出模块的输出端和电源调整单元的调整端之间，用于对所述 PWM 波输出模块输出的 P丽波进行滤波，所述滤波后所得的直流波用于控制所述电源调整单元的调整端电压。

本发明具体实施方式还提供一种参考电源生成装置，包括：

P丽波输出模块，用于在其输出端口输出可变占空比的 P丽波；

低通滤波单元，连接所述 PWM波输出模块的输出端，用于对所述 P丽波输出模块输出的 P丽波进行滤波。

本发明实施例由于通过 P丽波输出模块的输出端口输出 P霊波，再通过低通滤波单元将 PWM波滤波整流为直流波，用该直流波去调节电源的参考电压，从而调节电源输出电压，而通过程序改变 PWM波的占空比来自动改变电源的参考电压可以是多级调节，且实现了通过程序调节占空比自动调节电源的输出电压。

附图简要说明

图 1为现有技术的电源输出电压控制装置示意图；

图 2为现有技术的控制电源改变输出电压的电路示意图；

图 3a为本发明实施例的电源输出电压控制装置的原理框图；

图 3b为本发明实施例一的控制电源改变输出电压的电路示意图；

图 4为本发明实施例一的占空比为 33%的 P¾m波与 Vref 的波形示意图；

图 5为本发明实施例一的占空比为 67%的 P丽波与 Vref 的波形示意图；

图 6为本发明实施例二的控制电源改变输出电压的电路示意图；

图 7为本发明实施例三的控制电源改变输出电压的电路示意图。

具体实施方式

方波的占空比为一个周期内方波的高电平持续时间与方波的周期的比例，脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM)波的占空比是可以调整的，也就是说，可以调整 PWM波各周期时间内高电平的持续时间。如果 P丽波的占空比变大，则意味着波形的一个周期时间内高电平的持续时间变长，相应的，低电平持续时间变短；如果 P丽波的占空比变小，则意味着波形的一个周期时间内高电平的持续时间变短，相应的，低电平持续时间变长。

基于此，如图 3a所示，本发明实施例通过 PWM波输出模块和低通滤波单元对电源输出电压进行控制， P丽波输出模块的输出端口输出 P丽波，通过低通滤波单元将 P丽波滤波整流为直流电压波， KTLPHW081110 使用该直流电压波去控制电源的参考电压，通过相应程序调整 PWM波输出模块输出的 PWM波的占空比，可以改变直流电压波的电压平均值，从而达到调节电源输出电压的目的，而通过程序调节 PWM 波的占空比，实现了电源输出电压的自动调节。

本发明实施例一、二、三分别提供了三种不同的低通滤波单元，并通过 PWM波输出模块和低通滤波单元调节电源输出电压的电路。

实施例一

如图 3b所示，实施例一提供的一种电源输出电压控制装置包括：电源调整单元 301、低通滤波单元 308、第一电阻 302、第二电阻 303、以及 PWM波输出模块 307。

电源调整单元 301包括输入端、输出端和调整端，电源调整单元 301的输入端与供电电源相连，给电源调整单元 301供电，电源调整单元 301根据调整端的输入电压从输出端输出相应的电压作为被供电的电路的供电电压。

第一电阻 302和第二电阻 303作为电源调整单元 301的外围电路。第一电阻 302连接在电源调整单元 301的调整端与输出端之间，第二电阻 303连接在电源调整单元 301的调整端与地之间。

P丽波输出模块 307的输出端口输出 P丽波。 PWM波输出模块 307可以是可编程逻辑器件，也可以是处理器或者单片机，所述的可编程逻辑器件可包括 CPLD、 EPLD或 FPGA等。 P丽波输出模块 307 可以通过程序控制输出端口输出占空比可变的 P丽波。

低通滤波单元 308包括电阻 Ry304、电阻 Rx306和电容 Cx305。低通滤波单元 308连接在电源调整单元 301的调整端与 P丽波输出模块 307的输出端口之间，用于将 P丽波输出模块 307的输出端口输出的 PWM波滤波整流为直流波。在该低通滤波单元 308中，电阻 Ry304与电阻 Rx306串连于电源调整单元 301的调整端与 P丽波输出模块 307的输出端口之间，电容 Cx305—端与地连接，另一端与电阻 Ry304和电阻 Rx306的共同连接端相连。

通过改变 PWM波输出模块 307的输出端口输出的占空比可调的 PWM波来控制电源调整单元 301 的输出端输出的电压变化的过程，如下所述：

先分析当 PWM波输出模块 307的输出端口输出直流波的情况，假设 PWM波输出模块 307的输出端口输出直流电压，其有效值为 Vcon, 改变 P丽波输出模块 307的输出端口输出的直流电压的有效值 Vcon，那么 Vout就会随之改变，具体如公式 3所示：

, _{Μ Λ}, R1 Vcon - Vref _n .

Vout = Vref · (—— + 1) · Rl

R2 Rx + Ry _{( 3 )} 其中， Rl为第一电阻 302的电阻值， R2为第二电阻 303的电阻值。

那么，当 P丽波输出模块 307的输出端口输出占空比为 50%的 P丽波时，该 P丽波经过低通滤波单元滤波后，其电压有效值 Vcon将会得到效果相当于 P丽波高电平一半的直流电压。这时就相当于用 P丽波的高电平一半的直流电压 Vcon来改变 Vout。

具体地，当 PWM波输出模块 307的输出端口输出 P丽波时，向电容 Cx305充、放电，通过低通滤波单元 308的滤波作用，将输出的 PWM波滤为接近 PWM波的有效值 Vcon的直流波形。当然，该直流波形并非绝对意义上的直流，其还会具有一定的紋波波动，但是在时间域上总体保持为相当于 Vcon KTLPHW081110 的电压值。当 PWM波输出模块 307的输出端口输出的 Ρ¾1波为高电平（即正向脉冲）时，电容 Cx305 充电；当 P丽波输出模块 307的输出端口输出的 P丽波为低电平（负向脉冲）时，电容 Cx305放电。

如果调节 P丽波输出模块 307的输出端口输出的 P丽波的占空比，比如调到 20%的占空比，由于 PM1波中的正向脉冲比例减少，负向脉冲比例增加了，电容 Cx305的充电时间减少，放电时间增加， Vcon有效值减少，通过低通滤波单元滤波后的电压值会降低，电源调整单元 301的调整端的参考电压 Vref 的电压也会相应的降低，导致电源调整单元 301的输出端的输出电压 Vout电压也降低。

反之，如果调高 P丽波的占空比，比如调到 80%，这时， P丽波中的正向脉冲比例增加，负向脉冲比例减少，电容 Cx305的充电时间增加，放电时间减少， Vcon有效值增加，通过低通滤波单元 308 滤波后的电压值会升高，电源调整单元 301的调整端的参考电压 Vref 的电压也会相应的升高，导致电源调整单元 301的输出端的输出电压 Vout电压也升高。

如此实现了通过改变 P丽波输出模块 307的输出端口输出的 P丽波的占空比来调节 Vout输出电压的目的。由于该 P丽波的占空比是通过改变可编程逻辑器件、单片机或者处理器的 PWM输出单元中的占空比寄存器中保存的值进行调节的，而寄存器通常至少是 8位以上的，也就是说占空比的调节数值至少有 28 = 256个，那么根据至少 256个 PWM波的占空比，可以调节出至少 256个 Vcon电压，也就相应的调节出 256个 Vout输出电压。这比现有技术中通过几个有限的直流电压（如 5V、 3. 3V、 2. 8V等）进行调节，具有更多级可变的电压值。所以，通过调节 PWM波的占空比实现了 Vout 输出电压的多级可调。这时， Vout输出电压的电压改变值可以远远多于现有技术中通过可编程逻辑器件的输出端口输出直流电压方式进行调节的 Vout输出电压的改变值。

如图 4所示，为占空比为 33%的 P丽波与 Vref 的电压波示意图；图 5为占空比为 67%的 P丽波与 Vref 的电压波示意图。

可以看出，对于占空比越大的 P丽波， Vref 的电压则越高；反之， Vref 的电压越低。这样，就可以通过调节 Ρΐ«波的占空比，达到调节直流电压 Vcon, 进而改变电源调整单元 301的调整端的参考电压 Vref, 使得电源调整单元 301的输出端的输出电压 Vout发生改变的目的。

其中，低通滤波单元 308和 PWM波输出模块 307组成了参考电源生成装置，用于改变电源调整单元 301调整端的参考电压。

本发明实施例通过改变 P丽波的占空比，从而改变了对该 P丽波滤波整流后得到的直流电压，并用该直流电压改变电源调整单元的参考电压，从而改变电源调整单元的输出电压的技术，使得电源调整单元的输出电压的变化级数大大增加了，可以适应更多的电压供应场合。

本发明实施例由于采用通过 P丽波输出模块的输出端口输出占空比可调的 P丽波来控制调节电源调整单元的输出电压，所以在需要改变电源调整单元的输出电压时无需手工调整电阻值，只需通过程序的改变来自动完成对输出电压的调整与改变，提高了调整输出电压的效率。

实施例二

本发明实施例提供了一种控制电源电压输出范围的电路如图 6所示，包括：电源调整单元 601、低通滤波单元 607、第一电阻 602、第二电阻 603以及波输出模块 606。

电源调整单元 601包括输入端、输出端和调整端，电源调整单元 601的输入端与供电电源相连， KTLPHW081110 给电源调整单元 601供电，电源调整单元 601根据调整端的输入电压从输出端输出相应的电压作为被供电的电路的供电电压。

第一电阻 602和第二电阻 603作为电源调整单元 601的外围电路。第一电阻 602连接在电源调整单元 601的调整端与输出端之间，第二电阻 603连接在电源调整单元 601的调整端与地之间。 P丽波输出模块 606的输出端口输出 PWM波， P丽波输出模块 606可以控制该输出端口输出的

PWM波的占空比。

电阻 Rx604、电容 Cx605以及电容 Cy608组成低通滤波单元 607，连接在电源调整单元 601的调整端与 P丽波输出模块 606的输出端口之间，用于将 P丽波输出模块 606的输出端口输出的 P丽波滤波整流为直流波。在该低通滤波单元 607中，电阻 Rx604连接在电源调整单元 601的调整端与 PWM 波输出模块 606的输出端口之间，电容 Cx605连接在 PWM波输出模块 606的输出端口与地之间，电容 Cy608连接在电源调整单元 601的调整端与地之间。

与实施例一同样地，电阻 Rx604和电容 Cx605组成的低通滤波单元 607可以将 PWM波输出模块 606的输出端口输出的 PWM波滤波整流为直流波后，用以控制 Vref 的电压，使得电源调整单元改变输出端的输出电压。

其中，低通滤波单元 607和 PWM波输出模块 606组成了参考电源生成装置，用于改变电源调整单元 601调整端的参考电压。

实施例三

本发明实施例提供了一种控制电源电压输出范围的电路如图 7所示，包括：电源调整单元 701、低通滤波单元 707、第一电阻 702、第二电阻 703以及波输出模块 706。

电源调整单元 701包括输入端、输出端和调整端，电源调整单元 701的输入端与供电电源相连，给电源调整单元 701供电，电源调整单元 701根据调整端的输入电压从输出端输出相应的电压作为被供电的电路的供电电压。

第一电阻 702连接在电源调整单元 701的调整端与输出端之间，第二电阻 703连接在电源调整单元 701的调整端与地之间。

P丽波输出模块 06的输出端口输出 P丽波， P丽波输出模块 706可以控制该输出端口输出的 P丽波的占空比。

电阻 Rx704和电容 Cx705组成低通滤波单元 707，连接在电源调整单元 701与 P丽波输出模块 706的输出端口之间，用于将 PWM波输出模块 706的输出端口输出的 P丽波滤波整流为直流波。在该低通滤波单元 707中，电阻 Rx704连接在电源调整单元 701的调整端与 P丽波输出模块 706的输 KTLPHW081110 出端口之间，电容 Cx705连接在电源调整单元 701的调整端与地之间。

与实施例一同样地，电阻 Rx704和电容 Cx705组成的低通滤波单元 707可以将 PWM波输出模块 706的输出端口输出的 PWM波滤波整流为直流波，用以控制 Vref 的电压，使得电源调整单元改变输出端的输出电压。

其中，低通滤波单元 707和 PWM波输出模块 706组成了参考电源生成装置，用于改变电源调整单元 701调整端的参考电压。

本发明实施例通过改变 PWM波的占空比，从而改变了对该 PWM波滤波整流后得到的直流的电压，并用该电压改变电源调整单元的参考电压，从而改变电源调整单元的输出电压的技术，使得电源调整单元的输出电压的变化级数大大增加了，可以适应更多的电压供应场合。

以上实施例的 PWM波输出模块可以在电路板中已有的逻辑器件或者处理器中添加一个 PWM波输出功能实现，而低通滤波单元主要是由电阻、电容构成，是一个成本十分低廉的电源调节方案，相对于其它实现多级电压调节的方法，如釆用数模转换器输出可调电压的方法而言，成本较低。

以上的实施例在不同的应用场合还可以具有如下的有益效果：

当现场单板出现故障时，而该故障主要是由于供电电压不合适引起的，则可以通过在现场升级版本改变程序，微调 PWM波的占空比，进而微调了电源调整单元的输出电压，从而给单板提供合适的电压，这样提高了系统的稳定性和可靠性，并避免了返回单板进行维修，节约了返回维修的成本。

在大批量生产与测试单板的过程中，可以通过软件自动调节 P丽波的占空比，从而调节了电源调整单元的输出电压，可以使得单板的供电电压自动调整到电压极值范围内的任意值，观察与检测单板的集成电路的性能是否满足要求，提高了大批量生产过程中对单板产品的测试效率。

在对单板进行调试时，可以通过软件调节 P丽波的占空比，从而改变电源调整单元的输出电压，也就是改变了单板的供电电压，增加了调试手段。

本领域技术人员可以根据本发明实施例公开的技术轻易实现其它变化种类的低通滤波单元，来实现对 P丽波的滤波整流，从而调节电源的参考电压，达到调节电源输出电压的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

KTLPHW081110 权利要求

1、一种电源输出电压控制装置，包括电源调整单元、第一电阻和第二电阻，其中：所述第一电阻连接在所述电源调整单元的调整端与输出端之间，所述第二电阻连接在所述电源调整单元的调整端与地之间；其特征在于，所述电源输出电压控制装置还包括：

低通滤波单元，连接在所述 PWM波输出模块的输出端和电源调整单元的调整端之间，用于对所述 PWM波输出模块输出的 P丽波进行滤波，所述滤波后所得的直流波用于控制所述电源调整单元的调整端电压。

2、如权利要求 1所述的电源输出电压控制装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括：第三电阻和第四电阻，串连于所述电源调整单元的调整端与所述 P丽波输出模块的输出端口之间；

第一电容，其一端与地连接，另一端与所述第三电阻和第四电阻的共同连接端相连。

3、如权利要求 2所述的电源输出电压控制装置，其特征在于，所述电源调整单元的输出端电压

Rl ₁ Vcon - Vref _{π 1}

Vout = Vref · (— + l) · Rl

与调整端电压的关系为： ^R2 x + Ky

其中， Vout为所述电源调整单元的输出端电压； Vref 为所述电源调整单元的调整端电压； R1 为所述第一电阻的阻值； R2为所述第二电阻的阻值； Rx和 Ry分别为所述第三电阻和所述第四电阻的阻值； Vcon为所述 PWM波输出模块输出端口输出 PWM波的直流电压有效值。

4、如权利要求 1所述的电源输出电压控制装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括：第五电阻，连接于所述电源调整单元的调整端与所述 PWM波输出模块的输出端口之间；第二电容，连接于所述电源调整单元的调整端与地之间。

5、如权利要求 1所述的电源输出电压控制装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括：第六电阻，连接于所述电源调整单元的调整端与所述 PWM波输出模块的输出端口之间；第三电容，连接于所述 P丽波输出模块的输出端口与地之间；

第四电容，连接于所述电源调整单元的调整端与地之间。

6、如权利要求 1所述的电源输出电压控制装置，其特征在于，所述 PWM波输出模块为复杂可编程逻辑器件 CPLD、电可擦除可编程逻辑器件 EPLD、现场可编程门阵列 FPGA、处理器或者单片机。

7、一种参考电源生成装置，其特征在于，包括：

8、如权利要求 7所述的参考电源生成装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括：第三电阻和第四电阻，串连后连接所述 PWM波输出模块的输出端口；

9、如权利要求 7所述的参考电源生成装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括： KTLPHW081110 第五电阻，连接于所述电源调整单元的调整端与所述 PWM波输出模块的输出端口之间；第二电容，连接于所述电源调整单元的调整端与地之间。

10、如权利要求 7所述的参考电源生成装置，其特征在于，所述低通滤波单元包括：第六电阻，连接于所述电源调整单元的调整端与所述 PWM波输出模块的输出端口之间；第三电容，连接于所述 PW1波输出模块的输出端口与地之间；

第四电容，连接于所述电源调整单元的调整端与地之间。

11、如权利要求 7所述的参考电源生成装置，其特征在于，所述 PWM波输出模块为复杂可编程逻辑器件 CPLD、电可擦除可编程逻辑器件 EPLD、现场可编程门阵列 FPGA、处理器或者单片机。