CN106357107A - 电压调整电路及程控电源 - Google Patents

电压调整电路及程控电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压调整电路，用于调节开关电源芯片的输出电压，所述开关电源芯片包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，包括：第一电阻，连接在所述开关电源芯片的电压输出端和电压反馈端之间；电平移位模块，连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和接地端之间；用于改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而调整所述开关电源芯片的电压输出端的电压。本发明还提供一种程控电源，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。

Description

电压调整电路及程控电源
技术领域
本发明属于电源技术领域，更具体地，涉及一种电压调整电路及程控电源。
背景技术
程控直流电源是自动测试***中必不可少的设备。在国家现代化进程中，各类自动测试***应运而生,直接服务于科研生产等民用领域，对程控直流电源***的需求同样在增加。在各类自动测试***，如基站测试***、电子装备***级自动检测平台中，都需要高精度、低噪声程控电源供电，且要求电压可编程。程控直流电源是在自动测试环境中提供偏置功率和对部件或最终产品提供激励的理想设备，是测试***必备的测试仪器。
直流电源为电子设备常用电源，为了适用不同驱动电压的电子设备或电子元件，一般会使用直流电压转换器来改变输出电压的大小。
图1为现有技术第一种实施例的直流电源的电路结构示意图。如图1所示，现有的直流电源包括开关电源芯片100、第一电阻R1、第二电阻R2，其中，所述开关电源芯片100包括输入端IN、使能端EN(图中未示出)、反馈端FB、输出端OUT。具体地，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在输出端OUT和接地端GND之间，反馈端FB与第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点连接。
但如图1所示的直流电源仅仅能输出固定电压驱动负载，如果要输出不同的电压值时，需要更换第一电阻R1或第二电阻R2，操作繁琐。
图2为现有技术第二种实施例的直流电源的电路结构示意图。如图2所示，使用数字电位器200替换第二电阻R2，通过I2C控制信号改变其电阻，从而改变开关电源芯片100的输出端Vout输出的电压大小。
但如图2所示的直流电源虽然实现了电压的程控可调，但是由于数字电位器的精度只有±20％，且与程序设定的理论值相差甚远，且电压随程序设定值呈非线性不规则变化，数据处理过程较困难。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电压调整电路及程控电源。
根据本发明的一方面，提供一种电压调整电路，用于调节开关电源芯片的输出电压，所述开关电源芯片包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，包括：
第一电阻，连接在所述开关电源芯片的电压输出端和电压反馈端之间；
电平移位模块，连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和接地端之间；用于改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而调整所述开关电源芯片的电压输出端的电压。
优选地，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电压源单元，所述第二电阻连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和所述参考电压源单元之间。
优选地，所述参考电压源单元包括第三电阻、放大器、第四电阻和第五电阻，
所述第三电阻和所述放大器串联连接，且所述第三电阻和所述放大器之间的节点与所述第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与负电源连接；
所述放大器包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源连接，所述负电源端与负电源连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻接收所述基准电压；
所述第四电阻连接在所述放大器的反相输入端和输出端之间。
优选地，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电流源单元，所述第二电阻连接在所述参考电流源单元和接地端之间，且所述第二电阻和所述参考电流源单元之间的节点与所述开关电源芯片的电压反馈端连接。
优选地，所述参考电流源单元包括第一参考电阻和第一参考电压，用于产生第一参考电流。
根据本发明的另一方面，提供一种程控电源，包括：
开关电源芯片，所述开关电源芯片包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端；
第一电阻，连接在所述开关电源芯片的电压输出端和电压反馈端之间；
电平移位模块，连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和接地端之间；用于改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而调整所述开关电源芯片的电压输出端的电压。
优选地，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电压源单元，所述第二电阻连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和所述参考电压源单元之间。
优选地，所述参考电压源单元包括第三电阻、放大器、第四电阻和第五电阻，
所述第三电阻和所述放大器串联连接，且所述第三电阻和所述放大器之间的节点与所述第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与负电源连接；
所述放大器包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源连接，所述负电源端与负电源连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻接收所述基准电压；
所述第四电阻连接在所述放大器的反相输入端和输出端之间。
优选地，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电流源单元，所述第二电阻连接在所述参考电流源单元和接地端之间，且所述第二电阻和所述参考电流源单元之间的节点与所述开关电源芯片的电压反馈端连接。
优选地，所述参考电流源单元包括第一参考电阻和第一参考电压，用于产生第一参考电流。
本发明提供的电压调整电路，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了现有技术中第一种实施例的直流电源的电路结构示意图；
图2示出了现有技术中第二种实施例的直流电源的电路结构示意图；
图3示出了本发明第一实施例提供的电压调整电路的电路结构示意图；
图4示出了本发明第二实施例提供的电压调整电路的电路结构示意图；
图5示出了本发明第一实施例提供的程控电源的模块示意图；
图6示出了本发明第二实施例提供的程控电源的模块示意图
图7示出了本发明第二实施例提供的电压调整电路的等效电路图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图3示出了本发明实施例提供的电压调整电路的电路结构示意图。所述电压调整电路用于调节开关电源芯片10的输出电压Vout，所述开关电源芯片包括输入端IN(图中未示出)、输出端OUT和反馈端FB。如图3所述，所述电压调整电路20包括第一电阻R1和电平移位模块21。
其中，第一电阻R1连接在所述开关电源芯片的电压输出端OUT和电压反馈端FB之间。
电平移位模块21连接在所述开关电源芯片10的电压反馈端FB和接地端GND之间，用于改变所述开关电源芯片10的电压反馈端FB的电平，进而调整所述开关电源芯片10的电压输出端OUT的电压。
在本实施例中，电平移位模块21包括第二电阻R2和参考电压源单元210，所述第二电阻R2的第一端与所述开关电源芯片10的电压反馈端FB，第二端与所述参考电压源单元210之间。
其中，所述参考电压源单元210包括第三电阻R3、放大器211、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第三电阻R3和所述放大器211串联连接，且所述第三电阻R3和所述放大器211之间的节点b与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第三电阻R3的另一端与负电源AVEE连接；所述放大器221包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源AVDD连接，所述负电源端与负电源AVEE连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻R5接收基准电压；所述第四电阻R4连接在所述放大器221的反相输入端和输出端之间。所述基准电压由微控制器或数模转换器D/A输出。
在本实施例中，所示放大器221将基准电压进行反向放大，以适应开关电源芯片10程控可调的宽电压输出范围。节点b通过第三电阻R3与负电源AVEE关联，可以保证整个反馈网络的回路稳定。
在一个优选的实施例中，所述放大器221优选为LM358。
在一个优选的实施例中，第一电阻R1的大小与第二电阻R2的大小相同，且为第三电阻R3的大小的10倍。
在本实施例中，节点a的电压Va由开关电源芯片10的开关频率控制。节点b的电压Vb为参考电压，开关电源芯片10的输出电压Vout＝Va-Vb。参考电压模块22根据基准电压生成参考电压，通过控制基准电压进而改变Vb，从而调整Vout。
本发明提供的电压调整电路，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。
图4示出了本发明第二实施例提供的电压调整电路的电路结构示意图。所述电压调整电路用于调节开关电源芯片10的输出电压Vout，所述开关电源芯片包括输入端IN、输出端OUT和反馈端FB。如图4所述，所述电压调整电路30包括第一电阻R1和电平移位模块31。
其中，第一电阻R1连接在所述开关电源芯片的电压输出端OUT和电压反馈端FB之间。
电平移位模块21连接在所述开关电源芯片10的电压反馈端FB和接地端GND之间，用于改变所述开关电源芯片10的电压反馈端FB的电平，进而调整所述开关电源芯片10的电压输出端OUT的电压。
在本实施例中，所述电平移位模块31包括第二电阻R2和参考电流源单元310。所述第二电阻R2连接在所述参考电流源单元310和接地端GND之间，且所述第二电阻R2和所述参考电流源单元310之间的节点a与所述开关电源芯片10的电压反馈端FB连接。
其中，所述参考电流源单元310包括第一参考电阻Rref和第一参考电压Vref，用于产生第一参考电流Iref。
图7为根据本发明第二实施例提供的电压调整电路的等效电路图。如图7所示，根据基尔霍夫定律可知，对于电路中任一节点在任一时刻注入节点电流之和等于流出节点电流之和。假设经过第一电阻R1的电流为i1，经过第二电阻R2的电流为i2，参考电流源单元310产生的电流为iref。针对节点a，有i1＝i2±iref。
当Vref＞Va时，此时iref流向节点a，对于节点a，根据基尔霍夫定律，i1+iref＝i2，则i1＝i2-iref，由于iref＝(Vref-Va)/Rref，则
i1＝i2-iref＝i2-(Vref-Va)/Rref＝-Vref/Rref+i2+Va/Rref，
由于Vref为变量，i2、Va、Rref为定量，因此，i1与Vref成反比。根据欧姆定律，得第一电阻R1上的电压为：
V1＝i1R1＝-R1*Vref/Rref+R1*i2+R1*Va/Rref
则输出电压Vout＝i1R1+Va＝-R1*Vref/Rref+R1*i2+R1*Va/Rref+Va，由此可知，Vout与Vref成反比。
当Vref＜Va时，此时iref从节点a流出，对于节点a，根据基尔霍夫定律，i1＝i2+iref，由于iref＝(Vref-Va)/Rref，则
i1＝i2+iref＝i2+(Vref-Va)/Rref＝Vref/Rref+i2-Va/Rref，
由于Vref为变量，i2、Va、Rref为定量，因此，i1与Vref成正比。根据欧姆定律，得第一电阻R1上的电压为：
V1＝i1R1＝R1*Vref/Rref+R1*i2-R1*Va/Rref
则输出电压Vout＝i1R1+Va＝R1*Vref/Rref+R1*i2-R1*Va/Rref+Va，由此可知，Vout与Vref成正比。
本发明提供的电压调整电路，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。
图5示出了本发明第一实施例提供的程控电源的模块结构示意图。如图5所示，所示程控电源包括开关电源芯片10和电压调整电路20。
其中，所述开关电源芯片10包括电压输入端、输出端OUT和反馈端FB。
在本实施例中，所述开关电源芯片10包括输入端IN、使能端EN(图中未示出)、反馈端FB、输出端OUT。
电压调整电路30与所述开关电源芯片10连接，用于调节开关电源芯片10的输出电压。
在本实施例中，所述电压调整电路20包括第一电阻R1和电平移位模块21。
其中，第一电阻R1连接在所述开关电源芯片的电压输出端OUT和电压反馈端FB之间。
电平移位模块21连接在所述开关电源芯片10的电压反馈端FB和接地端GND之间，用于改变所述开关电源芯片10的电压反馈端FB的电平，进而调整所述开关电源芯片10的电压输出端OUT的电压。
在本实施例中，电平移位模块21包括第二电阻R2和参考电压源单元210，所述第二电阻R2的第一端与所述开关电源芯片10的电压反馈端FB，第二端与所述参考电压源单元210之间。
其中，所述参考电压源单元210包括第三电阻R3、放大器211、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第三电阻R3和所述放大器211串联连接，且所述第三电阻R3和所述放大器211之间的节点b与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第三电阻R3的另一端与负电源AVEE连接；所述放大器221包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源AVDD连接，所述负电源端与负电源AVEE连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻R5接收基准电压；所述第四电阻R4连接在所述放大器221的反相输入端和输出端之间。所述基准电压由微控制器或数模转换器D/A输出。
在本实施例中，所示放大器221将基准电压进行反向放大，以适应开关电源芯片10程控可调的宽电压输出范围。节点b通过第三电阻R3与负电源AVEE关联，可以保证整个反馈网络的回路稳定。
在一个优选的实施例中，所述放大器221优选为LM358。
在一个优选的实施例中，第一电阻R1的大小与第二电阻R2的大小相同，且为第三电阻R3的大小的10倍。
在本实施例中，节点a的电压Va由开关电源芯片10的开关频率控制。节点b的电压Vb为参考电压，开关电源芯片10的输出电压Vout＝Va-Vb。参考电压模块22根据基准电压生成参考电压，通过控制基准电压进而改变Vb，从而调整Vout。
本发明提供的程控电源，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。
图5示出了本发明第一实施例提供的程控电源的模块结构示意图。如图5所示，所示程控电源包括开关电源芯片10和电压调整电路30。
其中，所述开关电源芯片10包括电压输入端、输出端OUT和反馈端FB。
在本实施例中，所述开关电源芯片10包括输入端IN、使能端EN(图中未示出)、反馈端FB、输出端OUT。
电压调整电路30与所述开关电源芯片10连接，用于调节开关电源芯片10的输出电压。
在本实施例中，所述电压调整电路30包括第一电阻R1和电平移位模块31。
其中，第一电阻R1连接在所述开关电源芯片的电压输出端OUT和电压反馈端FB之间。
电平移位模块21连接在所述开关电源芯片10的电压反馈端FB和接地端GND之间，用于改变所述开关电源芯片10的电压反馈端FB的电平，进而调整所述开关电源芯片10的电压输出端OUT的电压。
在本实施例中，所述电平移位模块31包括第二电阻R2和参考电流源单元310。所述第二电阻R2连接在所述参考电流源单元310和接地端GND之间，且所述第二电阻R2和所述参考电流源单元310之间的节点a与所述开关电源芯片10的电压反馈端FB连接。
其中，所述参考电流源单元310包括第一参考电阻Rref和第一参考电压Vref，用于产生第一参考电流Iref。
本发明提供的程控电源，通过电平移位模块改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而改变第一电阻和第二电阻的电阻比值，从而实现对开关电源芯片的输出电压的调整，操作简单且控制精度高。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电压调整电路，用于调节开关电源芯片的输出电压，所述开关电源芯片包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端，包括：
第一电阻，连接在所述开关电源芯片的电压输出端和电压反馈端之间；
电平移位模块，连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和接地端之间，用于改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而调整所述开关电源芯片的电压输出端的电压。
2.根据权利要求1所述的电压调整电路，其中，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电压源单元，所述第二电阻连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和所述参考电压源单元之间。
3.根据权利要求2所述的电压调整电路，其中，所述参考电压源单元包括第三电阻、放大器、第四电阻和第五电阻，
所述第三电阻和所述放大器串联连接，且所述第三电阻和所述放大器之间的节点与所述第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与负电源连接；
所述放大器包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源连接，所述负电源端与负电源连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻接收所述基准电压；
所述第四电阻连接在所述放大器的反相输入端和输出端之间。
4.根据权利要求1所述的电压调整电路，其中，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电流源单元，所述第二电阻连接在所述参考电流源单元和接地端之间，且所述第二电阻和所述参考电流源单元之间的节点与所述开关电源芯片的电压反馈端连接。
5.根据权利要求4所述的电压调整电路，其中，所述参考电流源单元包括第一参考电阻和第一参考电压，用于产生第一参考电流。
6.一种程控电源，包括：
开关电源芯片，所述开关电源芯片包括电压输入端、电压输出端和电压反馈端；
第一电阻，连接在所述开关电源芯片的电压输出端和电压反馈端之间；
电平移位模块，连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和接地端之间；用于改变所述开关电源芯片的电压反馈端的电平，进而调整所述开关电源芯片的电压输出端的电压。
7.根据权利要求6所述的程控电源，其中，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电压源单元，所述第二电阻连接在所述开关电源芯片的电压反馈端和所述参考电压源单元之间。
8.根据权利要求7所述的程控电源，其中，所述参考电压源单元包括第三电阻、放大器、第四电阻和第五电阻，
所述第三电阻和所述放大器串联连接，且所述第三电阻和所述放大器之间的节点与所述第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与负电源连接；
所述放大器包括正相输入端、反相输入端、输出端、正电源端和负电源端，所述正电源端与正电源连接，所述负电源端与负电源连接，所述正相输入端接地，所述反相输入端通过第五电阻接收所述基准电压；
所述第四电阻连接在所述放大器的反相输入端和输出端之间。
9.根据权利要求6所述的程控电源，其中，所述电平移位模块包括第二电阻和参考电流源单元，所述第二电阻连接在所述参考电流源单元和接地端之间，且所述第二电阻和所述参考电流源单元之间的节点与所述开关电源芯片的电压反馈端连接。
10.根据权利要求9所述的程控电源，其中，所述参考电流源单元包括第一参考电阻和第一参考电压，用于产生第一参考电流。
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