CN101064470A - 直流电压/直流电压转换器的输出电压控制设备 - Google Patents

Abstract

一种直流电压/直流电压(DC/DC)转换器的输出电压控制设备，就是涉及到从负荷直流电源中输入适当电压的DC/DC转换器的输出电压控制设备，包括：对负荷电流进行测定的电流感知部；感知从电流感知部输出的电压感知部；调节电流感知部输出的电压补偿部；将电压增益到输出电压值以上的增益部；输出锥形波电压的振动部；对输入到振动部和增益部的输出值进行比较的比较部；调节有无电流流动的开关；对开关操作进行控制的开关控制部。本发明对开关元件的开－关周期进行控制，对随负荷电流的增加或减少发生变化的输出电压进行调整，将输出电压设置为最低电压，保证向芯片组输入最低电压，从而减少芯片组中消耗的电力，提高系统电源的工作效率。

Description

直流电压/直流电压转换器的输出电压控制设备

技术领域

本发明涉及直流电压/直流电压(以下简称DC/DC)转换器的输出电压控制设备，更为详细地对说就是涉及到从负荷直流电源中输入适当电压的一种DC/DC转换器的输出电压控制设备。

背景技术

下面对依据现有技术的DC/DC转换器的输出电压控制设备进行详细的说明。

图1是依据现有技术的电源回路的电源流程结构图，图2是随着电源回路的负荷电流的变化而发生的电压变化示意图。

接通回路内电源，通过DC/DC转换器10输出DC电源。输出的DC电压无负荷时为3.3V。上述3.3V的电压通过安装在电源轨90上的电阻进行减压，将输出电压降低到3.1V。然后将3.1V电压加到芯片组80上。

如图2所示，接通回路内电源后，电压状态随着负荷电流的变化而发生变化。即，DC/DC转换器的输入端的电压如图所示总以3.3V输出。但是实际上，加到芯片组上的电压是逐渐从3.3V减弱到3.1V的。这是因为从DC/DC转换器中输出的电压加到芯片组之前，在负荷上存在着电阻成份的缘固。由于负荷上存在电阻成份，随着负荷电流(A)的加大电压逐渐降低。如图2所示，负荷电流(A)越来越大，DC/DC转换器上的输出电压(3.3V)逐渐减弱到3.1V。

下面在对依据现有技术的DC/DC转换器进行详细的说明。

图3是依据现有技术的电源回路上安装的DC/DC转换器示意图。如图3所示，电源加到DC/DC转换器10上后，通过开关20加到线圈(L1)上，加上的电源在电容(C2)中充电。如果超过上述电容的充电容量，则将通过第1电阻(R1)的电流加到增益器50的负极(-)。另一方面在增益器的正极(+)加上第1基准电压60。然后增益器50对第1基准电压60和加上的电压进行比较，将得到的值输入到第1比较器30的比较端子(-)。第1比较器30的非反相端子(+)与振动器40相连接，通过振动器40输出的值加到非反相端子(+)上。然后，第1比较器30对加在反相端子的电压值和加在非反相端子上的值进行比较，将输出值传递到开关元件20上。即，如果加在第1比较器30的反相端子的电压超过加在非反相端子的电压时，向开关元件20传递高信号。然后，开关元件20执行打开操作，电流流入。

但是，在依据现有技术的DC/DC转换器内与负荷增加或减少无关，输出的电压总保持在3.3V。即，DC/DC转换器内与电流的增加和减少无关，总是输出固定的电压。例如：DC/DC转换器的设置输出电压为3.3V，则虽然DC/DC转换器内部的负荷变低，可以输出3.1V的电压，但是仍然输出3.3V的电压。

因此虽然DC/DC转换器可以输出3.1V的电压，但输出的电压是3.3V，所以即使通过电源降低了电压，加到芯片级上的电压也是高电压(3.1V以上)。

设置DC/DC转换器的输出电压为3.1V后，将3.1V的输出电压通过电源轨进行减压，输入到芯片组上。如果芯片组输入的电压比3.1V低，则由于低于输入电压的范围，操作会出现问题。

而且，上述DC/DC转换器存在着如下问题。

依据现有技术的DC/DC转换器，无论直流电源转换器输出的电压负荷是多少，都输出固定的电压，所以如果负荷(load)小的时候，电源的芯片组(负荷)上实际输入的电压会超过需要的高电压，造成电量消耗过多。

即，大负荷(load)状态下输入电压小，小负荷(light load)状态下，输入电压高，所以芯片组(负荷)的电量消耗变多。

发明内容

本发明正是为解决上述问题而提出的，本发明的目的是提供一种根据负荷量对电源回路的DC/DC转换器的输出电压进行可变控制的DC/DC转换器的输出电压控制设备。

为了实现上述目的，依据本发明的DC/DC转换器输出电压控制设备由以下几个部分构成：如果接上电源，对负荷电流进行测定的电流感知部；感知从电流感知部输出的电压感知部；调节从电流感知部输出的电压补偿部；对电压感知部和电压补偿部输出的电压值进行比较，将电压增益到输出电压值以上的增益部；将比较电压以锥形波的形式输出的振动部；对输入到振动部和增益部的输出值进行比较的比较部；调节有无电流流动的开关；以比较部传递的信号为基础和对开关操作进行控制的开关控制部等。

本发明的特征在于，如果对输入的值进行比较后，再提高通过非反相端子输入的值的话，电压补偿部的输出值也将增加。

为了实现上述目的，依据本发明的DC/DC转换器输出电压控制设备由以下几个部分构成：对电流进行开-关控制的开关元件；与开关元件相连接，随着负荷的增加或减小使负荷电流变化的负荷电阻；从负荷电阻输出输入端接收电压值，对电压进行调整的输出电压控制部；与负荷输出端相连接，将第4电阻及第5电阻的分配电阻值输入到反相端子，将输出电压控制部输入的电压输入到非反相端子时对输入的值进行增益的增益器；将增益器输出的信号输入到反相端子，将振动机输出的锥形波输入到非反相端子时对两个信号进行比较后，输出开关控制信号的比较器等。

本发明的效果：

本发明的DC/DC转换器的输出电压控制设备对于直流电压变换器电源来说，将输出电压设置为最低电压，通过输出电压对负荷的增加时，由于电阻的存在而造成的电压的降低进行补偿，保证向芯片组输入最低电压，从而减少芯片组中消耗的电力，提高系统电源的工作效率。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是依据现有技术的电源回路的电源流程结构图；

图2是随着电源回路的负荷电流的变化而发生的电压变化示意图；

图3是依据现有技术的电源回路上安装的DC/DC转换器示意图；

图4是依据本发明的电源回路上安装的DC/DC转换器示意图；

图5是本发明的随着电源回路的负荷电流的变化而发生的电压变化示意图；

图6是本发明的电源回路的实施例的流程图。

附图中主要部分的符号说明：

100：DC/DC转换器                110：开关元件

120：基准电压值                 130：比较器

140：振动器                     150：增益器

160：输出电压控制部             200：DC/DC转换器        210：开关部

220：开关控制部            230：比较器部

240：电流感知部            250：电压补偿部

260：电压感知部            270：比较部

280：振动器

具体实施方式

下面参照附图对本发明的DC/DC转换器的输出电压控制设备进行说明。

本发明的DC/DC转换器的输出可以随着负荷的变化而变化，只输入负荷(芯片)需要的最低电压，从而使本发明的芯片组的电量消耗达到最低。

芯片组输入的电压是通过直流电压转换器的输出端和芯片之间的负荷电阻(Io)降低(drop)了电压水平的电压，所以需要将降低(drop)了的电压补偿回来，向芯片组输入固定的最低电压。

例如，如果使用3.3V电源的芯片组的最低电压是3.1V，则在初始阶段将输出电压设置为3.1V，当负荷增加，电压降低时，对电压进行补偿，增加输出电压，保证总是向芯片组提供最低电压。

图4是依据本发明的电源回路上安装的DC/DC转换器示意图。首先对图4的控制元件的连接情况进行说明，在DC/DC转换器上安装有开关元件110，开关元件110与线圈串联连接。线圈11与第3电阻(R3)串联连接，线圈(L1)的另一侧与输出端子相连接。这是第3电阻(R3)感知负荷电流(Io)。而且在开关元件110与线圈(L1)之间连接有二极管(D1)的阴极，二极管(D1)的阳极接地。而且线圈(L1)和第3电阻(负荷电阻)(R3)之间与第1电容(C1)的一侧相连接，第1电容(C1)的另一侧接地。

而且，开关元件110的基座端与比较器130的输出端相连接，比较器130的反相端子(-)与增益器150的输出端相连接。比较器130的非反相端子(+)与振动器140相连接。振动器140输出锥形波。

另一方面，在输出基准电压的另一个电源上串联连接有第1电阻(R1)和第2电阻(R2)，第1电阻(R1)和第2电阻(R2)的分配电阻与增益器150的非反相端(-)和输出电压控制部160的输出端相连接。第2电阻(R2)的另一侧接地。

增益器150的反相端子(-)与第3电阻(R3)之间形成第4电阻(R4)和第5电阻(R5)，第5电阻(R5)电阻的另一侧接地。第4电阻(R4)和第5电阻(R5)之间的分配电阻输入到增益器150的反相端子(+)上。

增益器150的非反相端子(+)与输出电压控制部160的输出端相连接。输出电压控制部160内的反相端子(-)输入到负荷电阻的输入端，非反相端子(+)输入到负荷电阻的输出端。

如果在DC/DC转换器100上加上交流电，电流加到DC/DC转换器100内的开关元件110上，通过与开关元件110连接的线圈(L1)传递到第3电阻(R3)。第3电阻(R3)执行感知负荷电流的功能。

下面对控制回路的电压及电流的流动进行说明。

本发明的DC/DC转换器100在无负荷时，将初始时第1电阻(R1)和第2电阻(R2)的电压设置为最低电压，随着负荷的增加，电压降低，为了对降低的电压进行补偿，通过第3电阻(R3)对负荷电流进行检测。

检测出的负荷电流输入到输出电压控制部160的非反相端子(+)，然后对通过非反相端子(+)将输入的值通过输出电压控制部160的反相端子(-)输入的值进行比较，输出数据。例如，加上负荷电流后，感知负荷电流的第3电阻(R3)两端的电压上升，如果在第3电阻(R3)中感知的电压值上升，输出电压控制部160的输出也上升。

输出电压控制部160输出的值通过第1电阻(R1)和第2电阻(R2)的分配电阻，输入到增益器150的非反相端子(+)。另一方面，增益器150的反相端子(-)输入通过第4电阻(R4)和第5电阻(R5)感知的分配电阻。然后增益器150对输入的值进行比较，对输出值进行调整。这时增益器150非反相端子(+)上输入的电压值通过输出电压控制部160进行变更。所以，增益器150输出端输出的电压值是可以变更的。例如输出电压控制部160的输出上升，则通过增益器150输出的值的水平也上升。

通过增益器150输出的值输入到比较器130的反相端子(-)。比较器130的非反相端子(+)输入从振动器140输出的锥形波。比较器130对通过反相端子(-)输入的值和通过振动机140非反相端子(+)输入的锥形波进行比较，然后定下开关元件110的开关时间。

图5是本发明的随着电源回路的负荷电流的变化而发生的电压变化示意图。

本发明中随着负荷的变化输出电压增加的情况如下。如图所示随着负荷的变化输出的电压为

最大负荷时输出电压(V2)-无负荷是输出电压(V1)

Io

(Io为负荷电流(A))

本发明中将输出电压控制部160和第1电阻(R1)及第2电阻(R2)设定为公式中的值。

即，随着负荷的增加，由于存在电阻引起的电压下降，为了补偿上降低的电压的值(负荷电流(Io)×电阻值)提高输出电压。这样DC/DC转换器100的实际输出电压，例如在3.1V-3.2V之间变化，芯片实际输入电压固定在3.1V上，向负荷提供固定的最低电压。

DC/DC转换器100输出端的电压随着负荷进行变化。例如负荷输入的电压由于DC/DC转换器100电阻的负荷电流(Io)会下降。所以为了补偿回由于负荷电流(Io)引起的电压的下降，提高输出，保证向芯片组提供恒定的最低电压。例如，使用3.3V电源的芯片组的最低电压为3.1V，则在初始阶段将输出电压设置为3.1V，当负荷增加电压下降时，提高输出电压，补偿下降的部分，上升到3.1V。为此，DC/DC转换器100通过回路内的开关设备110随着负荷的变化变更电压，并输出出来。这样，如果负荷增加，则负荷电流(Io)增加，并提高输出电压；如果负荷减小，则负荷电流(Io)减小，并降低输出电压。然后向芯片组提供恒定的设置好的最低电压(3.1V以上)。

图6是本发明的电源回路的实施例的流程图。

为了保证芯片中输入的电压值，对DC/DC转换器进行如下操作。

在电源输入端将电源与DC/DC转换器200连接，将DC/DC转换器200中输出的电压值传递给负荷400。在DC/DC转换器200内有与电源输入端相连接的开关部210，开关部210向电流感知部240传送电流。电流感知部240的输出端与负荷400相连接。

另一方面，电流感知部240与电压补偿部250相连接，电流感知部240的输出端与电压感知部260相连接。电压感知部260将电压补偿部250输出的值传送到增益部270。

增益部270与比较部230相连接。产生锥形波的振动部280与比较部230相连接。比较部230的输出端与开关控制部220相连接。开关控制部220的输出端与开关210相连接。

下面对DC/DC转换器内部的操作控制过程进行说明。

如DC/DC转换器200内部操作流程图所示，电流输入到DC/DC转换器200内部后，通过开关210传送到电流感知部240。

电流感知部240对加上的电流进行测定，将测定值传送到电压补偿部250。另一方面，电压感知部260与电流感知部240的输出端相连接，通过电流感知部240感知输出的电压值。

然后，将从电流感知部240和电压感知部260输出的值输入到增益部270。增益部270对输入的值进行增益，输出到比较器230上。另一方面，产生锥形波的振动部280与比较部230相连接。比较部230对增益部270输入的值和振动部280输入的锥形波进行比较，将输出信号传送到开关控制部220。

另一方面，开关210延长开关的关闭时间，降低DC/DC转换器200输出的输出电压。

如上所述，本发明的基本思想是随着负荷的增加或减少对DC/DC转换器内的开关的开闭进行控制，从而对输出电压进行调节。

通过上述的说明，本领域熟练的技术人员可以进行多样的变更、修改、替换或附加。但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (3)

1、一种直流电压/直流电压转换器的输出电压控制设备，其特征在于，由以下几个部分构成：

接上电源，对负荷电流进行测定的电流感知部；

感知从所述电流感知部输出的电压感知部；

调节从所述电流感知部输出的电压补偿部；

对所述电压感知部和电压补偿部输出的电压值进行比较，将电压增益到输出电压值以上的增益部；

将所述比较电压以锥形波的形式输出的振动部；

对输入到所述振动部和增益部的输出值进行比较的比较部；

调节有无电流流动的开关；

以所述比较部传递的信号为基础和对所述开关操作进行控制的开关控制部。

2、如权利要求1所述的直流电压/直流电压转换器输出电压控制设备，其特征在于：

如果对输入的值进行比较后，再提高通过非反相端子输入的值的话，所述电压补偿部的输出值也将增加。

3、一种直流电压/直流电压转换器的输出电压控制设备，其特征在于，由以下几个部分构成：

对电流进行开-关控制的开关元件；

与开关元件相连接，随着负荷的增加或减小使负荷电流变化的负荷电阻(R3)；

从负荷电阻(R3)输出输入端接收电压值，对电压进行调整的输出电压控制部；

与负荷输出端相连接，将第4电阻(R4)及第5电阻(R5)的分配电阻值输入到反相端子，将所述输出电压控制部输入的电压输入到非反相端子时对输入的值进行增益的增益器；

将所述增益器输出的信号输入到反相端子，将振动机输出的锥形波输入到非反相端子时对两个信号进行比较后，输出开关控制信号的比较器。

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