CN101795071B - 一种dc-dc电源装置、电压调整方法及网络设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子技术领域，公开了一种DC-DC电源装置、电压调整方法和网络设备，以提高电路的可测试性，具体为：在DC-DC电源装置内增设至少一个调整模块，以及一控制模块，通过该控制模块控制调整模块中电阻矩阵内上下开关管的导通状态，以调整输出电压的偏移量，从而达到控制输出电压大小的目的，这样，无需人工开箱断电操作即可实现一路或多路DC-DC开关电源模块的同步电压调整，以及在无需进行大量的电路硬件调整改动的情况下，实现了精确调整DC-DC开关电源模块的输出电压，从而有效提高了电路的可测试性，整体电路测试流程的操作流畅性，也为产品测试和检验工作提供了极大方便。本发明同时公开了一种供电方法和一种网络设备。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种DC-DC电源装置、电压调整方法及网络设备
背景技术
通常情况下，要使集成芯片稳定可靠地工作，需要将其供电电压控制在设定范围内，即要求供电电压值处于一个最小值和最大值之间。如果出现芯片供电电压值小于最小值或大于最大值的情况，将会造成芯片工作不稳定，甚至损坏。
在产品的电源供电***设计阶段，参照设计方案和各芯片供电需求，进行理论计算后形成各个芯片供电电压电路，但由于电路中器件参数的差异性，可能会出现理论设计值与实际获得值存在误差的问题，如，实际值超出了芯片要求的供电范围，这可能会降低芯片长期工作的稳定性。因此，在产品的可靠性测试阶段，为了验证电路***的可靠性，常常需要将各芯片供电电压同时同步调整为其供电需求范围的极限值（最小值为下限值，最大值为上限值），并且要求测试不被中断，以验证产品在电压极限压力情况下的工作稳定性。
在电路电源***设计时，常遇到需要将外部提供的电源转化成指定电路工作电源的情况，例如外部电网提供的电源电压为交流220V，而电子产品工作需要电压为直流3.3V的电源，这时需要使用特定电路将已有的电源转换成能满足电路使用要求的电源，这种完成电源转换功能的技术就是电源变换技术，能完成电源变换功能的电路称之为电源变换模块。通常我们将电网交流电转换为低压直流输出的模块称为一次电源模块，将低压直流转换为产品需要的各路直流电源输出的模块称为二次电源或者板级电源。参阅图1所示，板级电源包含线性电源和DC-DC开关电源，可以将输入的低压直流电压变换到芯片工作需要的各路输出电压，并且保持很高的转换效率。如图1所示，DC-DC开关电源包含一个DC-DC控制器、上下两个电子开关、输出电感/电容和反馈回路。DC-DC控制器周期性的打开关闭上下开关，产生一个周期性的电源方波，然后通过电感/电容对该方波进行平滑滤波得到平稳的直流电源输出。反馈回路通过监控输出电压，据此调整上开关和下开关的开关时间从而实现输出电源电压的稳定；当上开关打开时DC-DC电源将从输入电压处获取电流，输出电压上升；而当上开关关闭时则下开关打开，输入电压出不提供电流，依靠电感器件提供输出电流。因此DC-DC电源从输入电压处获取电流是周期性大小变化的。DC-DC电源将输入电压的功率通过电子开关和电感传递到输出端，一般能实现高达90%以上的电源变换效率，所以在电子***中得到的广泛的应用。
目前，由于通讯设备等电子***工作时往往需要多种电压值各不相同的电源，因而在电源设计上通常是从外部提供一个公共的直流电源，然后使用多个电源变换模块分别变换得到需要的多路不同电压值的电源输出1..N，向工作***供电。这个向工作***提供多路输出电源的电路习惯上称为多输出电源***，如图2所示。
在电源输出过程中，因为电路本身的原因，通常会出现输出偏移量，即实际输出的电压和设计典型输出电压存在一定量的差值。其具体计算公式如下：
例如，假定某一电源输出典型电压值为10V，而实际输出电压值为10.1V，则根据上述公式可以得出这个电源的输出偏移量为1％；又例如，某一电源的设计输出值为3.3V，而实际输出电压值为3.333V，那么这个电源的输出偏移量也为1％；反言之，要令原始输出为3.3V的电源的输出偏移量调整为1％，只须将其输出电压值调整为3.333V即可。
参阅图1和图3所示，为了能够根据电路的实际工作需求调整DC-DC开关电源的输出电压值，通常采用DC-DC控制器调整上开关和下开关的通断时间比例，从而实现对DC-DC电源输出电压的调整。其主要方案包括以下两种，目前主要有如下两种方案：
第一种方案为：参阅图3所示，DC-DC开关电源输出电压经过反馈回路中的电阻R1、R2分压后输入到DC-DC控制器的反馈端，DC-DC控制器根据反馈回来的电压值调整输出值，反馈的电压值偏高，则DC-DC控制器启动内部电路控制上下开关管的通断时间比例，使输出电压降低；反馈的电压值偏低，则使用相同的方式将输出电压升高。R1和R2的电阻值根据输出需求值计算设定，并且R1和R2的电阻值一旦设定，在电路正常工作情况下，DC-DC开关电源输出值即为固定。
第二种方案为：参阅图4所示，较之第一种方案，图4中记载的实现方案增加了可变电阻VR1，VR1可以是机械式可变电阻，通过机械方式控制调整其阻值，也可以是电子式可变电阻，通过电路控制调整其阻值。通过调整VR1的阻值，使R1与R2中间点的电压值变化，进而使反馈给DC-DC控制器的反馈电压值随之变化，这样，DC-DC控制器根据接收的反馈电压进行相应调整动作后，即实现了输出电压的调整。
上述图3中记载的实现方案可以起到稳定输出电压的作用，但不具备调整DC-DC开关电源输出电压的功能，图4中记载的实现方案是图3所示方案的改进，可以实现输出电压值的调整，但不具备实现多路不同DC-DC开关电源输出的同步调整的功能，因为现有技术下，在各个芯片互联时，针对输出电压同步进偏移增加或者同时步进偏移降低的情况符合实际应用中的最恶劣使用情况，从而使电路工作于各种组合的最恶劣使用状态，便于工程师及早发现设计隐患和电路问题。另一方面，若采用图4所示的实现方案，在调整输出电压偏移量时必须开箱断电才能实施，从而破坏了整体电路测试流程的连续性，而且采用手动单路调整无法后无法将电路精确恢复到之前的输出状态，也不利于后期的测试测故障重现。
发明内容
本发明实施例提供一种DC-DC电源装置、电压调整方法及网络设备，用以提高电路的可测试性。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种DC-DC电源装置，包括多个DC-DC开关电源模块，与每个DC-DC开关电源模块相对应的多组第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻一端连接DC-DC开关电源模块的电源输出端，另一端通过所述第二反馈电阻接地，第一反馈电阻和第二反馈电阻之间的连接点连接DC-DC开关电源模块的反馈电压输入端，还包括：
多个调整模块，每一个调整模块均与一个DC-DC开关电源模块相连，并且包括至少一组分压电阻，所述至少一组分压电阻包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第一开关和第二开关，所述第一分压电阻与第一开关串联后的支路与相应的第一反馈电阻并联，所述第二分压电阻与第二开关串联后的支路与相应的第二反馈电阻并联，所述第一开关和第二开关根据控制端的信号调整导通状态；
控制模块，通过控制端连接所述第一开关和第二开关，用于根据预设的配置参数从所述控制端输出信号，控制所述第一开关和第二开关的导通状态，以调整所述DC-DC开关电源模块输出电压的偏移量。
一种供电方法，采用上述DC-DC开关电源模块进行供电。
一种网络设备，包括上述的DC-DC电源装置。
本发明实施例中，在DC-DC电源装置内增设多个调整模块，以及一控制模块，通过该控制模块控制调整模块中电阻矩阵内上下开关管的导通状态，以调整输出电压的偏移量，从而达到控制输出电压大小的目的，这样，无需人工开箱断电操作即可实现多路DC-DC开关电源模块的同步电压调整，以及在无需进行大量的电路硬件调整改动的情况下，实现了精确调整DC-DC开关电源模块的输出电压，从而有效提高了电路的可测试性，整体电路测试流程的操作流畅性，以及提升了电路的稳定性，也为产品测试和检验工作提供了极大方便。
附图说明
图1为现有技术下DC-DC电源原理框架图；
图2为现有技术下多路DC-DC电源示意图；
图3为现有技术下DC-DC电源中第一种反馈回路原理框架图；
图4为现有技术下DC-DC电源中第二种反馈回路原理框架图；
图5为本发明实施例中DC-DC控制电路示意图；
图6为本发明实施例中调整模块原理框架图；
图7为本发明实施例中控制模块原理构架图。
具体实施方式
针对DC-DC电源装置，为了提高电路的可测试性，本发明实施例中，在所述DC-DC电源装置内设置多个DC-DC开关电源模块，与每个DC-DC开关电源模块相对应的多组第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻一端连接DC-DC开关电源模块的电源输出端，另一端通过所述第二反馈电阻接地，第一反馈电阻和第二反馈电阻之间的连接点连接DC-DC开关电源模块的反馈电压输入端，还包括：
多个调整模块，每一个调整模块均与一个DC-DC开关电源模块相连，并且包括至少一组分压电阻，所述至少一组分压电阻包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第一开关和第二开关，所述第一分压电阻与第一开关串联后的支路与相应的第一反馈电阻并联，所述第二分压电阻与第二开关串联后的支路与相应的第二反馈电阻并联，所述第一开关和第二开关根据控制端的信号调整导通状态；
控制模块，通过控制端连接所述第一开关和第二开关，用于根据预设的配置参数从所述控制端输出信号，控制所述第一开关和第二开关的导通状态，以调整所述DC-DC开关电源模块输出电压的偏移量。
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
参阅图5所示，电路包含一个或多个含输出电压反馈端的DC-DC电源模块（也称为DC/DC模块），分别标记为DC-DC_1～DC-DC_n，各DC-DC电源模块的电源输入端VIN与输入电源相连，各DC-DC电源模块的电源输出端VOUT与PCB板上每一路负载电路相连，每个DC-DC电源的电压反馈端（VOUT_FB）与反馈电路模块连接。
调整模块为一电阻变换矩阵，分别与DC-DC电源模块的反馈输入端、电源输出端和控制模块相连接，每一DC-DC电源模块配置有相应的调整模块，如图5所示，分别为调整模块1～调整模块n。
控制模块根据如图7所示的K1-Kn的预设配置参数输出控制信号，通过控制相应的调整模块中的电阻矩阵的组合方式，来实现分压电阻阻值的变化，从而调整对应的DC-DC电源模块的输出电压。
参阅图6所示，基于图5所示的电路，调整模块（可以是调整模块1～调整模块n中的任一一个）是由M1…MN组成的电阻变换矩阵。M1…MN分别为不同的偏移量调整电路，例如，M1对应+/-1％偏移量调整，M2对应+/-2％偏移量调整……MN对应+/-N％偏移量调整。具体实现时，可以根据调整范围的需要，设定不同的偏移量调整电路数量，例如，调整范围为+/-3％时，即只需要M1…M3的调整电路，其余调整电路可以去掉。
每个Mx模块由开关管Qx、开关管Qx+1、电阻Ra（x）、电阻Rb（x）、电阻Rc（x）、电阻Rd（x）组成；其中，x＝1、2、3……N。
如图5所示，开关管Qx可以采用普通的三极管或场效应管，开关管Qx+1也可以采用普通的三级管或场效应管，当然，开关管Qx和Qx＋1还可以采用继电器，不再赘述；Rc（x）和Rd（x）为普通电阻，在电路中起限流作用，Rc（x）与开关管Qx的基极或者栅极相连接，Rd（x）与开关管Qx+1的基极或者栅极相连接，Ra（x）与Rb（x）为高精度电阻，随着对应开关管的导通分别并接到R1和R2上，以实现分压电阻阻值变化，从而实现对应偏移量的调整。每个Mx模块通过控制信号up（x）和down（x）的输入电平来控制开关管Qx和Qx+1的关闭和导通，例如，up（x）为高时，Qx截止，up（x）为低时，Qx则导通，down（x）为高时，Qx+1导通，down（x）为低时，Qx+1则截止。
控制信号up（1）…up（N）和down（1）…down（N），由控制模块根据预设的配置参数而输出，参阅图7所示，控制模块包含一个控制器和一个开关组合，控制器可以为中央处理器芯片（Central Processing Unit，CPU）或其他具有类似功能的芯片。K1…KN为控制up（1）…up（N）和down（1）…down（N）输出的设置开关，可以根据任意设定的延迟启动时序进行断开/闭合，通过组合方式控制M1-MN的输出电压偏移量，如，先闭合K1，以控制M1，1小时后，断开K1，闭合K2，以控制M2，等等，也可以是K1和M1，KN和MN的一一对应的单独控制方式，在此不再一一列举。
参阅图7所示，K1控制up（1）和down（1）的输出，依次类推，KN控制up（N）和down（N）的输出。Kx的断开/闭合决定了是否对DC-DC电源模块的输出电压进行偏移量调整，参阅表1所示，Kx（x＝1、2、3……N）的断开/闭合与up（x）和down（x）信号状态与开关管状态之间的对应关系如下：
表1
基于上述原理，本发明实施例中，控制模块工作的流程如下：
以一个DC-DC电源模块为例，整机电路根据控制模块的K1-KN的组合设定值，确定该DC-DC电源模块输出电压偏移量和切换的时间控制。当不需要进行输出电压输出偏移量调整时，控制模块控制up（1）…up（N）输出为高电平，down（1）…down（N）输出为低电平，此时，DC-DC电源模块内的调整模块中各偏移量调整电路（即M1……MN）的上下开关管Qx和Qx＋1均为截止状态，调整模块不会对反馈回路中的R1和R2的分压产生影响，DC-DC电源模块输出的电压不变，仍为原始值。
当需要对DC-DC电源模块的输出电压进行-x％的偏移量调整时，控制模块控制up（x）输出由高电平变为低电平，其他各路控制信号输出保持不变，此时Mx的Qx由截止变为导通，其他的开关管还是处于截止状态，当Qx饱和导通后，Ra(x)即与R1并联在一起，电阻并联后阻值会变小，因此，令R2上的分压变大，这样，传送回DC-DC电源模块的FB引脚的电压也将升高，而一旦检测到VOUT_FB变化后，DC-DC控制器即启动相应的控制流程，降低此时DC-DC电源模块的输出电压VOUT到-X%，完成一次输出电压负偏移量的调整。。
而当确定需要对输出电压进行+x％的偏移量调整时，控制模块同样接通Kx，其他的开关均处在断开状态，接着，控制模块控制down（x）输出由低电平变为高电平，其他各路控制信号输出保持不变，此时Mx的Qx+1由截止变为导通，其他的开关管还是处于截止状态，当Qx+1饱和导通后，Rb(x)即与R2并联在一起，电阻并联后阻值将变小，因此，令R2上的分压变小，这样，传送回DC-DC电源模块的FB引脚的电压也将降低，而一旦检测到VOUT_FB变化后，DC-DC控制器即启动相应的控制流程，提高此时DC-DC电源模块的输出电压VOUT到+X%,完成一次输出电压正偏移量的调整。
经过上述调整后，如果要恢复原始输出，只须断开Kx即可。
上述实施例为针对一路DC-DC电源模块实施输出偏移量的调整的控制流程，如果是针对多路DC-DC电源模块进行输出偏移量调整，只需控制模块的输出同时控制每一路调整模块中的up（x）和down（x）的输出，就可以能实现多路输出电压偏移量的同时调整。针对输出电压同步进偏移增加或者同时步进偏移降低的情况符合实际应用中的最恶劣使用情况，使电路工作于各种组合的最恶劣使用状态，便于工程师及早发现设计隐患和电路问题，从而改进整个电路的稳定性，提高了电路的可靠性。
另一方面，Kx可以是以电子方式实现的开关装置，也可以是机械方式实现的开关装置，均可达到本发明所需的技术效果。
综上所述，本发明实施例中，在DC-DC电源装置内增设多个调整模块，以及一控制模块，通过该控制模块控制调整模块中电阻矩阵内上下开关管的导通状态，以调整输出电压的偏移量，从而达到控制输出电压大小的目的，这样，无需人工开箱断电操作即可实现多路DC-DC电源模块的输出电压的同步调整，以及在无需进行大量的电路硬件调整改动的情况下，实现了精确调整DC-DC开关电源模块的输出电压，从而有效提高了电路的可测试性，整体电路测试流程的操作流畅性，也为产品测试和检验工作提供了极大方便。
显然，本领域的技术人员可以对本发明中的实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明实施例中的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明中的实施例也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种DC-DC电源装置，包括多个DC-DC开关电源模块，与每个DC-DC开关电源模块相对应的多组第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻一端连接DC-DC开关电源模块的电源输出端，另一端通过所述第二反馈电阻接地，第一反馈电阻和第二反馈电阻之间的连接点连接DC-DC开关电源模块的反馈电压输入端，其特征在于，还包括：
多个调整模块，每一个调整模块均与一个DC-DC开关电源模块相连，并且包括至少一组分压电阻，所述至少一组分压电阻包括：第一分压电阻、第二分压电阻、第一开关和第二开关，所述第一分压电阻与第一开关串联后的支路与相应的第一反馈电阻并联，所述第二分压电阻与第二开关串联后的支路与相应的第二反馈电阻并联，所述第一开关和第二开关根据控制端的信号调整导通状态；
控制模块，通过控制端连接所述第一开关和第二开关，用于根据预设的配置参数从所述控制端输出信号，控制所述第一开关和第二开关的导通状态，以调整所述DC-DC开关电源模块输出电压的偏移量。
2.如权利要求1所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述第一开关为三极管或场效应管。
3.如权利要求2所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述第一开关的基极或者栅极与所述控制模块之间连接第一限流电阻。
4.如权利要求1所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述第二开关为三级管或场效应管。
5.如权利要求4所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述第二开关的基极或者栅极与所述控制模块之间连接第二限流电阻。
6.如权利要求1-5任一项所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述控制模块包括至少一个开关装置，所述控制模块根据预设的配置参数控制所述开关装置的导通状态，以从所述控制端输出信号。
7.如权利要求6所述的DC-DC电源装置，其特征在于，所述开关装置为电子式，或者机械式。
8.一种用于如权利要求1所述的DC-DC电源装置的电压调整方法，其特征在于，所述控制模块根据预设的配置参数从所述控制端输出信号，控制所述第一开关和第二开关的导通状态，包括：
向所述第一开关输出低电平，令该第一开关导通，向所述第二开关输出低电平，令该第二开关截止，以降低所述输出电压的偏移量；
或者
向所述第一开关输出高电平，令该第一开关截止，向所述第二开关输出高电平，令该第二开关导通，以升高所述输出电压的偏移量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制模块包括至少一个开关装置，所述控制模块根据预设的配置参数控制所述开关装置的导通状态，以从所述控制端输出信号。
10.一种网络设备，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的DC-DC电源装置。
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| CN2150670Y (zh) * | 1993-03-08 | 1993-12-22 | 毅威科技有限公司 | 便携式直流电源 |
| US6329727B1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-12-11 | Adc Telecommunications, Inc. | Power supply controller |
| CN1908838A (zh) * | 2005-08-05 | 2007-02-07 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 输出可调稳压电源电路 |
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2009
- 2009-12-28 CN CN 200910265413 patent/CN101795071B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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