一種電源輸出電壓控制裝置的製作方法
2023-10-10 23:45:14 4
專利名稱：一種電源輸出電壓控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制電源技術，尤其涉及一種通過控制電源參考電壓來控
制電源輸出電壓的技術。
背景技術：
集成電路的性能與輸入電壓緊密相關，輸入電壓的變化影響到集成電路 的時序和噪聲容限等。為了保證集成電路的性能滿足器件手冊的規定， 一般 生產廠家都會規定集成電路輸入電壓的上下限。而為了驗證電路性能在電源 變化範圍內滿足設計要求，需要調整電源的輸出電壓，使之達到設計的上下 限。由於普通電源電路無法自動調整輸出電壓， 一般在測試時都是通過手工
調整，如圖l所示，將電源調整單元110的輸出電壓用Vout表示，電源調整單元 llO調整端的參考電壓用Vref表示，則輸出電壓可以表示為公式l:
Vout = Vref (1 + Rl/R2 ) ( 1 )
從而手工調整時，可以通過調整第一電阻120和第二電阻130的電阻值(例 如用滑動變阻器實現，圖中未顯示)，達到電壓調整的目的，但該手工調整手 段的測試效率很低，而且無法在大規j莫生產時實現自動測試。
在現有才支術中，如圖2所示，利用CPLD(Complicated Programmable Logical Device,複雜可編程邏輯器件)、EPLD ( Erasable Programmable Logic Device, 電可4察除可編程邏輯器件)或FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可 編程門陣列)來輸出控制電壓，其輸出包括三種狀態，高電'平、低電平或三態 (高阻態)，分別對應將電壓調高，調低和不調整，來改變電源的調整端的參 考電壓，從而改變電源的輸出電壓。
具體地，圖2中的電路包括電源調整單元201、第一電阻202、第二電阻203和第三電阻204以及可編程邏輯器件205。
電源調整單元201具有輸入端、輸出端和調整端，第一電阻202連接在 電源調整單元201的調整端與輸出端之間，第二電阻203連接在電源調整單 元201的調整端與地之間，而第三電阻204連接在電源調整單元201的調整 端與可編程邏輯器件205的輸出埠之間。
若定義該電路的輸出電壓為Vout，電源調整單元調整端的參考電壓為 Vref，可編程邏輯器件輸出的控制電壓為Vcon,第一電阻、第二電阻和第三 電阻的阻值分別為Rl 、 R2以及R3 。則Vout可表示為公式2:
Vout=Vref(1+R1/R2)-(Vcon-Vref) R1/R3 ( 2 )
由上式可得，通過調整、改變控制電壓Vcon，就可以達到調整輸出電壓 Vout的目的。
本發明人發現，現有利用可編程邏輯器件控制輸出電壓時，由於可編程 邏輯器件的輸出埠輸出的電壓值有限， 一般為3.3V、 2.5V、 5.0V等，所以 使得電源也只能輸出幾個相應的固定電壓值，而無法輸出這幾個電壓值中間的電壓值。
發明內容
本發明實施例提供了 一種控制電源輸出電壓的電路，實現多極調節電源 輸出電壓的目的。
一種電源輸出電壓控制裝置，包括電源調整單元、第一電阻和第二電阻， 其中所述第一電阻連接在所述電源調整單元的調整端與輸出端之間，所述 第二電阻連接在所述電源調整單元的調整端與地之間；還包括
PWM波輸出模塊，用於在其輸出埠輸出設定佔空比的PWM波；
低通濾波單元，連接在所述PWM波輸出模塊的輸出端和電源調整單元的 調整端之間，用於對所述PWM波輸出模塊輸出的PWM波進行濾波。
本發明實施例由於通過PWM波輸出模塊的輸出埠輸出PWM波，再通過低通濾波單元將PWM波濾波整流為直流波，用該直流波去調節電源的參考
電壓，從而調節電源輸出電壓，而通過程序改變PWM波的佔空比來自動改變
電源的參考電壓可以是多級調節，且實現了通過程序調節佔空比自動調節電 源的輸出電壓。
圖1為現有技術的電源輸出電壓控制裝置示意圖2為現有技術的控制電源改變輸出電壓的電路示意圖3a為本發明實施例的電源輸出電壓控制裝置的原理框圖3b為本發明實施例一的控制電源改變輸出電壓的電路示意圖4為本發明實施例一的佔空比為33%的PWM波與Vref的波形示意圖5為本發明實施例一的佔空比為67%的PWM波與Vref的波形示意圖6為本發明實施例二的控制電源改變輸出電壓的電路示意圖7為本發明實施例三的控制電源改變輸出電壓的電路示意圖。
具體實施例方式
方波的佔空比為 一個周期內方波的高電平持續時間與方波的周期的比 例，PWM波的佔空比是可以調整的，也就是說，可以調整PWM波各周期時 間內高電平的持續時間。如果PWM波的佔空比變大，則意味著波形的一個周 期時間內高電平的持續時間變長，相應的，低電平持續時間變短；如果PWM 波的佔空比變小，則意味著波形的一個周期時間內高電平的持續時間變短， 相應的，低電平持續時間變長。
基於此，如圖3a所示，本發明實施例通過PWM波輸出模塊和低通濾波 單元對電源輸出電壓進行控制，PWM波輸出模塊的輸出埠輸出PWM( Pulse Width Modulation,脈衝寬度調製)波，通過低通濾波單元將PWM波濾波整 流為直流電壓波，使用該直流電壓波去控制電源的參考電壓，通過相應程序調整PWM波輸出模塊輸出的PWM波的佔空比，可以改變直流電壓波的電壓
平均值，從而達到調節電源輸出電壓的目的，而通過程序調節PWM波的佔空
比，實現了電源輸出電壓的自動調節。
本發明實施例一、二、三分別提供了三種不同的低通濾波單元，並通過
PWM波輸出模塊和低通濾波單元調節電源輸出電壓的電路。
實施例一
如圖3b所示，實施例一提供的一種電源輸出電壓控制裝置包括電源 調整單元301、低通濾波單元308、第一電阻302、第二電阻303、以及PWM 波輸出模塊307。
電源調整單元301包括輸入端、輸出端和調整端，電源調整單元301的 輸入端與供電電源相連，給電源調整單元301供電，電源調整單元301根據 調整端的輸入電壓從輸出端輸出相應的電壓作為被供電的電路的供電電壓。
第一電阻302和第二電阻303作為電源調整單元301的外圍電路。第一 電阻302連接在電源調整單元301的調整端與輸出端之間，第二電阻303連 接在電源調整單元301的調整端與地之間。
PWM波輸出模塊307的輸出埠PWM波。PWM波輸出模塊307 可以是可編程邏輯器件也可以是處理器或者單片機，所述的可編程邏輯器件 可包括CPLD、 EPLD或FPGA等。PWM波輸出模塊307可以通過程序控制 輸出埠輸出佔空比可變的PWM波。
低通濾波單元308包括電阻Ry304、電阻Rx306和電容Cx305。低通濾 波單元308連接在電源調整單元301的調整端與PWM波輸出模塊307的輸出 埠之間，用於將PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出的PWM波濾波整流 為直流波。在該低通濾波單元308中，電阻Ry304與電阻Rx306串連於電源 調整單元301的調整端與PWM波輸出模塊307的輸出埠之間，電容Cx305 一端與地連接,另一端與電阻Ry304和電阻Rx306的共同連4妄端相連。
通過改變PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出的佔空比可調的PWM波來控制電源調整單元301的輸出端輸出的電壓變化的過程，如下所述
先分析當PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出直流波的情況，假設PWM 波輸出模塊307的輸出埠輸出直流電壓，其有效值為Vcon，改變PWM波 輸出模塊307的輸出埠輸出的直流電壓的有效值Vcon,那麼Vout就會隨之 改變，具體如公式3所示see original document page 8
其中，Rl為第一電阻302的電阻值，R2為第二電阻303的電阻值。
那麼，當PWM波輸出;^莫塊307的輸出埠輸出佔空比為50%的PWM波 時，該波經過低通濾波單元濾波後，其電壓有效值Vcon將會得到效果相當於 PWM波高電平一半的直流電壓。這時就相當於用PWM波的高電平一半的直 流 電壓Vcon來改變Vout。
具體地，當PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出PWM波時，向電容 Cx305充、放電，通過低通濾波單元308的濾波作用，將輸出的PWM波濾為 接近PWM波的有效值Vcon的直流波形。當然，該直流波形並非絕對意義上 的直流，其還會具有一定的紋波波動，但是在時間域上總體保持為相當於Vcon 的電壓值。當PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出的PWM波為高電平(即 正向脈衝)時，電容Cx305充電；當PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出 的PWM波為低電平(負向脈衝)時，電容Cx305放電。
如果調節PWM波輸出模塊307的輸出埠輸出的PWM波的佔空比，比 如調到20%的佔空比，由於PWM波中的正向脈衝比例減少，負向脈沖比例 增加了，電容Cx305的充電時間減少，放電時間增加，Vcon有效值減少，通 過低通濾波單元濾波後的電壓值會降低，電源調整單元301的調整端的參考 電壓Vref的電壓也會相應的降低，導致電源調整單元301的輸出端的輸出電 壓Vout電壓也降低。
反之，如果調高PWM波的佔空比，比如調到80%,這時，PWM波中的正向脈衝比例增加，負向脈衝比例減少，電容Cx305的充電時間增加，；改電 時間減少，Vcon有效值增加，通過j氐通濾波單元308濾波後的電壓值會升高， 電源調整單元301的調整端的參考電壓Vref的電壓也會相應的升高，導致電 源調整單元301的輸出端的輸出電壓Vout電壓也升高。
如此實現了通過改變PWM波輸出才莫塊307的輸出埠輸出的PWM波的 佔空比來調節Vout輸出電壓的目的。由於通過可編程邏輯器件、單片機或者 處理器的輸出埠輸出的PWM波，該PWM波的佔空比是通過改變可編程邏 輯器件、單片機或者處理器的PWM輸出單元中的佔空比寄存器中保存的值進 行調節的，而寄存器通常至少是8位以上的，也就是說佔空比的調節數值至 少有28 = 256個，那麼才艮據至少256個PWM波的佔空比，可以調節出至少 256個Vcon電壓，也就相應的調節出256個Vout輸出電壓。這比現有技術中 通過幾個有限的直流電壓(如5V、 3.3V、 2.8V等)進行調節，具有更多級可 變的電壓值。所以，通過調節PWM波的佔空比實現了 Vout輸出電壓的多級 可調。這時，Vout輸出電壓的電壓改變值可以遠遠多於現有技術中通過可編 程邏輯器件的輸出埠輸出直流電壓方式進行調節的Vout輸出電壓的改變 值。
如圖4所示，為佔空比為33%的PWM波與Vref的電壓波示意圖；圖5 為佔空比為67%的PWM波與Vref的電壓波示意圖。
可以看出，對於佔空比越大的PWM波，Vref的電壓則越高；反之，Vref 的電壓越低。這樣，就可以通過調節PWM波的佔空比，達到調節直流電壓 Vcon,進而改變電源調整單元301的調整端的參考電壓Vref,使得電源調整 單元301的輸出端的輸出電壓Vout發生改變的目的。
其中，低通濾波單元308和PWM波輸出模塊307組成了參考電源生成裝 置，用於改變電源調整單元301調整端的參考電壓。
本發明實施例通過改變PWM波的佔空比，從而改變了對該PWM波濾波 整流後得到的直流電壓，並用該直流電壓改變電源調整單元的參考電壓，從
而改變電源調整單元的輸出電壓的技術，使得電源調整單元的輸出電壓的變 化級數大大增加了，可以適應更多的電壓供應場合。
本發明實施例由於採用通過PWM波輸出模塊的輸出埠輸出佔空比可
調的PWM波來控制調節電源調整單元的輸出電壓，所以在需要改變電源調整
單元的輸出電壓時無需手工調整電阻值，只需通過程序的改變來自動完成對 輸出電壓的調整與改變，提高了調整輸出電壓的效率。
實施例二
本發明實施例提供了一種控制電源電壓輸出範圍的電路如圖6所示，包 括電源調整單元601、低通濾波單元607、第一電阻602、第二電阻603以 及PWM波輸出模塊606 。
電源調整單元601包括輸入端、輸出端和調整端，電源調整單元601的 輸入端與供電電源相連，給電源調整單元601供電，電源調整單元601根據 調整端的輸入電壓從輸出端輸出相應的電壓作為被供電的電路的供電電壓。
第一電阻602和第二電阻603作為電源調整單元601的外圍電路。第一 電阻602連接在電源調整單元601的調整端與輸出端之間，第二電阻603連 接在電源調整單元601的調整端與地之間。
PWM波輸出模塊606的輸出埠輸出PWM波，PWM波輸出模塊606 可以控制該^T出埠^T出的PWM波的佔空比。
電阻Rx604、電容Cx605以及電容Cy608組成低通濾波單元607,連接 在電源調整單元601的調整端與PWM波輸出才莫塊606的輸出埠之間，用於 將PWM波輸出模塊606的輸出埠輸出的PWM波濾波整流為直流波。在該 低通濾波單元607中，電阻Rx604連接在電源調整單元601的調整端與PWM 波輸出模塊606的輸出埠之間，電容Cx605連接在PWM波輸出模塊606 的輸出埠與地之間，電容Cy608連4妄在電源調整單元601的調整端與地之 間。
與實施例一同樣地，電阻Rx604和電容Cx605組成的低通濾波單元607
可以將PWM波輸出模塊606的輸出埠輸出的PWM波濾波整流為直流波 後，用以控制Vref的電壓，使得電源調整單元改變輸出端的輸出電壓。
其中，低通濾波單元607和PWM波輸出模塊606組成了參考電源生成裝 置，用於改變電源調整單元601調整端的參考電壓。
本發明實施例通過改變PWM波的佔空比，從而改變了對該PWM波濾波 整流後得到的直流電壓，並用該直流電壓改變電源調整單元的參考電壓，從 而改變電源調整單元的輸出電壓的技術，使得電源調整單元的輸出電壓的變 化級數大大增加了，可以適應更多的電壓供應場合。
本發明實施例由於採用通過PWM波輸出模塊的輸出埠輸出佔空比可 調的PWM波來控制調節電源調整單元的輸出電壓，所以在需要改變電源調整 單元的輸出電壓時無需手工調整電阻值，只需通過程序的改變來自動完成對 輸出電壓的調整與改變，提高了調整輸出電壓的效率。
實施例三
本發明實施例提供了一種控制電源電壓輸出範圍的電路如圖7所示，包 括電源調整單元701、低通濾波單元707、第一電阻702、第二電阻703以 及PWM波輸出模塊706。
電源調整單元701包括輸入端、輸出端和調整端，電源調整單元701的 輸入端與供電電源相連，給電源調整單元701供電，電源調整單元701根據
第一電阻702連接在電源調整單元701的調整端與輸出端之間，第二電 阻703連接在電源調整單元701的調整端與地之間。
PWM波輸出模塊706的輸出埠輸出PWM波，PWM波輸出模塊706 可以控制該輸出埠輸出的PWM波的佔空比。
電阻Rx704和電容Cx705組成低通濾波單元707,連接在電源調整單元 701與PWM波輸出模塊706的輸出埠之間，用於將PWM波輸出模塊706 的輸出埠輸出的PWM波濾波整流為直流波。在該低通濾波單元707中，電阻Rx704連接在電源調整單元701的調整端與PWM波輸出模塊706的輸出 埠之間，電容Cx705連接在電源調整單元701的調整端與地之間。
與實施例 一 同樣地，電阻Rx704和電容Cx705組成的低通濾波單元707 可以將PWM波輸出模塊706的輸出埠輸出的PWM波濾波整流為直流波， 用以控制Vr e f的電壓，使得電源調整單元改變輸出端的輸出電壓。
其中，低通濾波單元707和PWM波輸出模塊706組成了參考電源生成裝 置，用於改變電源調整單元701調整端的參考電壓。
本發明實施例通過改變PWM波的佔空比，從而改變了對該PWM波濾波 整流後得到的直流的電壓，並用該電壓改變電源調整單元的參考電壓，從而 改變電源調整單元的輸出電壓的技術，使得電源調整單元的輸出電壓的變化 級數大大增加了，可以適應更多的電壓供應場合。
本發明實施例由於採用通過PWM波輸出模塊的輸出埠輸出佔空比可 調的P WM波來控制調節電源調整單元的輸出電壓，所以在需要改變電源調整 單元的輸出電壓時無需手工調整電阻值，只需通過程序的改變來自動完成對 輸出電壓的調整與改變，提高了調整輸出電壓的效率。
以上實施例的PWM波輸出模塊可以在電路板中已有的邏輯器件或者處 理器中添加一個PWM波輸出功能實現，而低通濾波單元主要是由電阻、電容 構成，是一個成本十分低廉的電源調節方案，相對於其它實現多級電壓調節 的方法，如採用數模轉換器輸出可調電壓的方法而言，成本較低。
以上的實施例在不同的應用場合還可以具有如下的有益效果
當現場單板出現故障時，而該故障主要是由於供電電壓不合適引起的， 則可以通過在現場升級版本改變程序，微調PWM波的佔空比，進而微調了 電源調整單元的輸出電壓，從而給單板提供合適的電壓，這樣提高了系統的 穩定性和可靠性，並避免了返回單板進行維修，節約了返回維修的成本。
在大批量生產與測試單板的過程中，可以通過軟體自動調節PWM波的佔 空比，從而調節了電源調整單元的輸出電壓，可以使得單板的供電電壓自動調整到電壓極值範圍內的任意值，觀察與檢測單板的集成電路的性能是否滿 足要求，提高了大批量生產過程中對單板產品的測試效率。
在對單板進行調試時，可以通過軟體調節PWM波的佔空比，乂人而改變電 源調整單元的輸出電壓，也就是改變了單板的供電電壓，增加了調試手段。
本領域技術人員可以根據本發明實施例公開的技術輕易實現其它變化種
類的低通濾波單元，來實現對P WM波的濾波整流，從而調節電源的參考電壓，
達到調節電源輸出電壓的目的。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普 通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤
飾，這些改進和潤飾也應^L為本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種電源輸出電壓控制裝置，包括電源調整單元、第一電阻和第二電阻，其中所述第一電阻連接在所述電源調整單元的調整端與輸出端之間，所述第二電阻連接在所述電源調整單元的調整端與地之間；其特徵在於，還包括PWM波輸出模塊，用於在其輸出埠輸出設定佔空比的PWM波；低通濾波單元，連接在所述PWM波輸出模塊的輸出端和電源調整單元的調整端之間，用於對所述PWM波輸出模塊輸出的PWM波進行濾波。
2、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括 第三電阻和第四電阻，串連於所述電源調整單元的調整端與所述PWM波輸出模塊的輸出埠之間；第一電容，其一端與地連接，另一端與所述第三電阻和第四電阻的連接 端相連。
3、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括 第五電阻，連接於所述電源調整單元的調整端與所述PWM波輸出模塊的專lr出埠之間；第二電容，連接於所述電源調整單元的調整端與地之間。
4、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括 第六電阻，連接於所述電源調整單元的調整端與所述PWM波輸出模塊的輸出埠之間；第三電容，連接於所述PWM波輸出模塊的輸出埠與地之間； 第四電容，連接於所述電源調整單元的調整端與地之間。
5、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，所述PWM波輸出模塊為復 雜可編程邏輯器件CPLD、電可擦除可編程邏輯器件EPLD、現場可編程門陣 歹寸FPGA、處理器或者單片機。
6、 一種參考電源生成裝置，其特徵在於，包括PWM波輸出模塊，用於在其輸出埠輸出設定佔空比的PWM波； 低通濾波單元，連接所述PWM波輸出模塊的輸出端，用於對所述PWM 波輸出模塊輸出的PWM波進行濾波。
7、 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括 第三電阻和第四電阻，串連後連接所述PWM波輸出模塊的輸出埠 ； 第一電容，其一端與地連接，另一端與所述第三電阻和第四電阻的共同連接端相連。
8、 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括 第五電阻，連接於所述電源調整單元的調整端與所述PWM波輸出模塊的輸出埠之間；第二電容，連接於所述電源調整單元的調整端與地之間。
9、 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述低通濾波單元包括第六電阻，連接於所述電源調整單元的調整端與所述PWM波輸出模塊的 輸出埠之間；第三電容，連接於所述PWM波輸出模塊的輸出埠與地之間； 第四電容，連接於所述電源調整單元的調整端與地之間。
10、 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述PWM波輸出模塊為 複雜可編程邏輯器件CPLD、電可擦除可編程邏輯器件EPLD、現場可編程門 陣列FPGA、處理器或者單片機。
全文摘要
本發明涉及控制電源技術，尤其涉及一種通過控制電源參考電壓來控制電源輸出電壓的技術。一種電源輸出電壓控制裝置，包括電源調整單元、第一電阻和第二電阻，還包括PWM波輸出模塊，用於在其輸出埠輸出設定佔空比的PWM波；低通濾波單元，連接在所述PWM波輸出模塊的輸出端和電源調整單元的調整端之間，用於對所述PWM波輸出模塊輸出的PWM波進行濾波。本發明通過PWM波輸出模塊的輸出PWM波，再通過低通濾波單元將PWM波濾波整流為直流波，通過改變PWM波的佔空比來改變電源的參考電壓可以是多級調節，且實現了通過程序調節佔空比自動調節電源的輸出電壓。
文檔編號H02M3/04GK101174791SQ20071016546
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月29日 優先權日2007年10月29日
發明者徐海東 申請人:華為技術有限公司