一种稳压电路及方法与流程

1.本发明涉及电路电源技术领域，特别涉及一种稳压电路及方法。


背景技术：

2.目前，用电设备的芯片集成度越来越高，用电设备使用的芯片种类也越来越多，需要稳定的电源解决方案。
3.在具体应用场合中，随着用电设备电流的增加，电源输出端到用电设备的输入端之间电压压降将会显著增加，特别是供电线较长时，电压压降会更加明显。当用电设备的芯片对输入电压比较敏感时，压降会导致芯片不满足运行要求，进而将会导致一些不良的后果。为此，需要提供一种稳压电路，保证负载输入端的电压稳定。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种稳压电路及方法，以解决相关技术现有电源供电电路中，当后级负载过大或电源走线过长时，负载输入端电压压降较大，导致芯片供电不足的技术问题。
5.第一方面，提供了一种稳压电路，包括：信号处理电路和电压输出电路；
6.所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端与控制信号输出端连接，所述信号处理电路的输出端与所述电压输出电路的输入端连接，所述电压输出电路第三输入端和所述电压输出电路的输出端与负载输入端连接；
7.所述信号处理电路用于根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号；
8.所述电压输出电路用于根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。
9.一些实施例中，所述稳压电路还包括：
10.线性控制电路，所述线性控制电路的输入端与控制器的io接口连接，所述线性控制电路的控制信号输出端与所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端连接；
11.所述线性控制电路用于根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其控制信号输出端输出至所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端。
12.一些实施例中，所述线性控制电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；
13.所述第一电阻的第一端与控制器的io接口连接、第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；
14.所述第三电阻的第一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接、第二端接地，所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接、第二端与所述第一运算放大器的输出端连接；
15.所述第一电容的第一端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接、第二端与
所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电容的第一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接、第二端接地。
16.一些实施例中，所述第二电阻的电阻值为所述第一电阻的电阻值的两倍、所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值相等，所述第一电容和所述第二电容的电容值相等；
17.或者所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值相等，所述第三电阻的电阻值远大于所述第四电阻的电阻值，所述第一电容的电容值为所述第二电容的电容值的两倍。
18.一些实施例中，所述信号处理电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
19.所述第五电阻的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第七电阻的第一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接、第二端接地；
20.所述第六电阻的第一端与负载输入端连接、第二端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻的第一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接、第二端接地；
21.所述第九电阻的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第十电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接、第二端与所述第三运算放大器u3的同相输入端连接；
22.所述第十一电阻的第一端接地、第二端与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第十二电阻的第一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接、第二端与所述第三运算放大器的输出端连接。
23.一些实施例中，所述第五电阻和所述第六电阻的电阻值相等，所述第七电阻和所述第八电阻的电阻值相等。
24.一些实施例中，所述电压输出电路包括比较器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、开关器件；
25.所述比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接；
26.所述第十三电阻的第一端与所述比较器的输出端连接、第二端与所述开关器件的第一端连接，所述开关器件的第二端连接上拉电压；
27.所述第十四电阻的第一端接地、第二端与所述比较器的反相输入端和所述第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端与所述开关器件的第一端连接作为所述电压输出电路的输出端。
28.一些实施例中，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管。
29.第二方面，提供了一种稳压方法，包括以下步骤：
30.信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号；
31.电压输出电路根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。
32.一些实施例中，所述信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号的步骤之前，包括：
33.线性控制电路根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其
控制信号输出端输出至信号处理电路的第一输入端和第二输入端。
34.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
35.本发明实施例提供了一种的稳压电路及方法，其设有信号处理电路和电压输出电路，所述信号处理电路可以根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号，所述电压输出电路再根据补偿调节信号输出电压，可以对负载输入电压进行补偿调整，保证负载端供电的精度和稳定。即本发明的稳压电路带有电压补偿功能，能够对负载输入端的供电电压进行补偿调整，适用于负载供电电压多变、精度较高的应用场合。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提供的一种稳压电路的原理框图；
38.图2为本发明实施例提供的一种稳压电路的电路图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明实施例提供了一种稳压电路，其能解决现有电源供电电路中，当后级负载过大或电源走线过长时，负载输入端电压压降较大，导致芯片供电不足的技术问题。
41.参见图1所示，本发明实施例提供了一种稳压电路，包括：信号处理电路和电压输出电路。
42.所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端与控制信号输出端连接，所述信号处理电路的输出端与所述电压输出电路的输入端连接，所述电压输出电路第三输入端和所述电压输出电路的输出端与负载输入端连接。
43.所述信号处理电路用于根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号。
44.所述电压输出电路用于根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。
45.本发明实施例中的稳压电路，其设有信号处理电路和电压输出电路，所述信号处理电路可以根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号，所述电压输出电路再根据补偿调节信号输出电压，可以对负载输入电压进行补偿调整，保证负载端供电的精度和稳定。即本发明的稳压电路带有电压补偿功能，能够对负载输入端的供电电压进行补偿调整，适用于负载供电电压多变、精度较高的应用场合。
46.作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述稳压电路还包括：线性控制电路，所述线性控制电路的输入端与控制器的io接口连接，所述线性控制电路的控制信号输出端与所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端连接。
47.所述线性控制电路用于根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其控制信号输出端输出至所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端。
48.本发明的稳压电路通过线性控制电路，根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，可以对所述电压输出电路的输出电压进行线性调节。
49.具体地，参见图2所示，所述线性控制电路包括第一运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1和第二电容c2。
50.所述第一电阻r1的第一端与控制器的io接口连接、第二端与所述第二电阻r2的第一端连接，所述第二电阻r2的第二端与所述第一运算放大器u1的同相输入端连接，所述第三电阻r3的第一端与所述第一运算放大器u1的反相输入端连接、第二端接地，所述第四电阻r4的第一端与所述第一运算放大器u1的反相输入端连接、第二端与所述第一运算放大器u1的输出端连接，所述第一电容c1的第一端与所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的公共端连接、第二端与所述第一运算放大器u1的输出端连接，所述第二电容c2的第一端与所述第一运算放大器u1的同相输入端连接、第二端接地。
51.参见图2所示，所述线性控制电路可以理解为二阶rc有源滤波电路，将控制器的io接口输入的方波信号vin滤波为满足要求的线性直流控制信号vref1，通过调节控制器的io接口的方波信号的占空比，实现对输出直流信号的控制，最终达到实时线性控制输出电压的目的。由于仅使用控制器的一个io口，因此占用较少的资源且易于实现。
52.具体的参数计算，需要根据输入方波的频率、幅值以及滤波输出需求计算得出。
53.所述线性控制电路的传递函数为：
54.k0为电路直流增益，k0＝1+r4/r3。
55.电路阻尼系数：
56.为了使ζ得到最佳取值0.707，可取c1＝c2＝c，r2＝2r1＝2r，并令k0＝2，即r4＝r3；也可使c1＝2c2＝2c，r1＝r2＝r，令k0＝1，即r4＝0，r3＝∞。
57.以上取值方法所得到的截至频率皆为：实际应用中，对于r、c的取值，可根据控制器的io口输入的方波信号频率、幅值以及所需的相应需求，通过计算和仿真取得。所述电压输出电路的输出电压的幅值可由方波信号的占空比进行线性调节。
58.作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述信号处理电路包括第二运算放大器u2、第三运算放大器u3、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11和第十二电阻r12。
59.所述第五电阻r5的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第二运算放大器
u2的同相输入端连接，所述第七电阻r7的第一端与所述第二运算放大器u2的同相输入端连接、第二端接地。
60.所述第六电阻r6的第一端与负载输入端连接、第二端与所述第二运算放大器u2的反相输入端连接，所述第八电阻r8的第一端与所述第二运算放大器u2的反相输入端连接、第二端接地。
61.所述第九电阻r9的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第三运算放大器u3的同相输入端连接，所述第十电阻r10的第一端与所述第二运算放大器u2的输出端连接、第二端与所述第三运算放大器u3的同相输入端连接。
62.所述第十一电阻r11的第一端接地、第二端与所述第三运算放大器u3的反相输入端连接，所述第十二电阻r12的第一端与所述第三运算放大器u3的反相输入端连接、第二端与所述第三运算放大器u3的输出端连接。
63.参见图2所示，所述第五电阻r5的第一端和所述第六电阻r6的第一端分别输入来自控制信号输出端的线性直流控制信号vref1和来自负载输入端的负载输入电压voc，经过所述第二运算放大器u2得到差分信号vref2，然后再经过所述第三运算放大器u3，将线性直流控制信号vref1和差分信号vref2叠加得到带有补偿功能的补偿调节信号vref3，补偿调节信号vref3输出至电压输出电路，电压输出电路根据补偿调节信号vref3输出电压vout，当负载较大或电源走线过长导致负载输入端的供电电压出现压降时，补偿调节信号vref3可动态调整电压输出电路的输出电压vout，保证负载输入端的负载输入电压voc的稳定性和准确性。
64.所述信号处理电路的传递函数为：
[0065][0066]
可以令r5＝r6，r7＝r8。
[0067]
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述电压输出电路包括比较器u4、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、开关器件q1。可选地，所述开关器件q1为金属氧化物半导体场效应晶体管。
[0068]
所述比较器u4的同相输入端与所述第三运算放大器u3的输出端连接。所述第十三电阻r13的第一端与所述比较器u4的输出端连接、第二端与所述开关器件q1的第一端(栅极)连接，所述开关器件q1的第二端(漏极)连接上拉电压。
[0069]
所述第十四电阻r14的第一端接地、第二端与所述比较器u4的反相输入端和所述第十五电阻r15的第一端连接。所述第十五电阻r15的第二端与所述开关器件q1的第一端(源极)连接作为所述电压输出电路的输出端。
[0070]
具体地，所述比较器u4的同相输入端为包含补偿功能的补偿调节信号，所述比较器u4的反相输入端为输出电压vout经过第十四电阻r14、第十五电阻r15分压后得到的值v-，补偿调节信号vref3与v-经过所述比较器u4比较后输出一个驱动电压，来驱动开关器件q1的开关状态，进而控制输出电压vout，结构简单，控制方便。
[0071]
所述电源输出电压的传递函数为：
[0072]
通过调整第十四电阻r14和第十五电阻r15，也可以改变vref3与vout的线性关系，也可调节vout。
[0073]
本发明实施例提供了一种稳压方法，包括以下步骤：
[0074]
信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号。
[0075]
电压输出电路根据补偿调节信号输出电压，以对负载输入电压进行补偿调整。
[0076]
本发明实施例中的稳压方法能够对负载输入端的供电电压进行补偿调整，适用于负载供电电压多变、精度较高的应用场合。
[0077]
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号的步骤之前，包括：
[0078]
线性控制电路根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其控制信号输出端输出至信号处理电路的第一输入端和第二输入端。
[0079]
本发明的稳压方法通过线性控制电路，根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，可以对所述电压输出电路的输出电压进行线性调节。
[0080]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0081]
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0082]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种稳压电路，其特征在于，包括：信号处理电路和电压输出电路；所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端与控制信号输出端连接，所述信号处理电路的输出端与所述电压输出电路的输入端连接，所述电压输出电路第三输入端和所述电压输出电路的输出端与负载输入端连接；所述信号处理电路用于根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号；所述电压输出电路用于根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。2.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，还包括：线性控制电路，所述线性控制电路的输入端与控制器的io接口连接，所述线性控制电路的控制信号输出端与所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端连接；所述线性控制电路用于根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其控制信号输出端输出至所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端。3.根据权利要求2所述的稳压电路，其特征在于：所述线性控制电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的第一端与控制器的io接口连接、第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第三电阻的第一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接、第二端接地，所述第四电阻的第一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接、第二端与所述第一运算放大器的输出端连接；所述第一电容的第一端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接、第二端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电容的第一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接、第二端接地。4.根据权利要求3所述的稳压电路，其特征在于：所述第二电阻的电阻值为所述第一电阻的电阻值的两倍、所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值相等，所述第一电容和所述第二电容的电容值相等；或者所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值相等，所述第三电阻的电阻值远大于所述第四电阻的电阻值，所述第一电容的电容值为所述第二电容的电容值的两倍。5.根据权利要求1或2所述的稳压电路，其特征在于：所述信号处理电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；所述第五电阻的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第七电阻的第一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接、第二端接地；所述第六电阻的第一端与负载输入端连接、第二端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻的第一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接、第二端接地；所述第九电阻的第一端与控制信号输出端连接、第二端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第十电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接、第二端与所述第三运算放大器u3的同相输入端连接；
所述第十一电阻的第一端接地、第二端与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第十二电阻的第一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接、第二端与所述第三运算放大器的输出端连接。6.根据权利要求5所述的稳压电路，其特征在于：所述第五电阻和所述第六电阻的电阻值相等，所述第七电阻和所述第八电阻的电阻值相等。7.根据权利要求5所述的稳压电路，其特征在于：所述电压输出电路包括比较器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、开关器件；所述比较器的同相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接；所述第十三电阻的第一端与所述比较器的输出端连接、第二端与所述开关器件的第一端连接，所述开关器件的第二端连接上拉电压；所述第十四电阻的第一端接地、第二端与所述比较器的反相输入端和所述第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端与所述开关器件的第一端连接作为所述电压输出电路的输出端。8.根据权利要求7所述的稳压电路，其特征在于：所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管。9.一种稳压方法，使用权利要求1至8任一项所述的稳压电路，其特征在于，包括以下步骤：信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号；电压输出电路根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。10.根据权利要求9所述的稳压方法，其特征在于，所述信号处理电路根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号的步骤之前，包括：线性控制电路根据控制器的io接口的方波信号生成线性直流控制信号，并通过其控制信号输出端输出至信号处理电路的第一输入端和第二输入端。

技术总结
本发明公开了一种稳压电路及方法，涉及电路电源技术领域，包括：信号处理电路和电压输出电路；所述信号处理电路的第一输入端和第二输入端与控制信号输出端连接，所述信号处理电路的输出端与所述电压输出电路的输入端连接，所述电压输出电路第三输入端和所述电压输出电路的输出端与负载输入端连接；所述信号处理电路用于根据第一输入端的控制信号和第三输入端的负载输入电压生成差分信号，再根据第二输入端的控制信号和差分信号生成补偿调节信号；所述电压输出电路用于根据补偿调节信号输出电压，对负载输入电压进行补偿调整。本发明带有电压补偿功能，能够对负载输入端的供电电压进行补偿调整，适用于负载供电电压多变、精度较高的应用场合。度较高的应用场合。度较高的应用场合。


技术研发人员：陈健 李飞
受保护的技术使用者：烽火通信科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/9