直流稳压电源和电压调节方法与流程

本发明涉及集成电源技术领域，特别是涉及一种直流稳压电源和电压调节方法。

背景技术：

随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压的性能要求也相应提高，尤其是一些芯片内部都会整合直流稳压电源，为芯片内部提高稳定的电压支持。对于芯片内部整合的直流稳压电源，通常需要考虑对电源抑制比、瞬态响应、负载调整率、噪声、静电电流调整等。然而在某些情况下，芯片对直流稳压电源的负载调整率要求不高，但要求直流稳压电源的电压可调。

目前，通常采用集成大电容、片外电容以及多级嵌套式补偿实现对电压的调整；或者从而采用多个反馈电路来实现对电压的调整。然而，这几种方式都存在电路结构复杂，成本高的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的直流稳压电源电路结果复杂，成本高的问题，提供一种直流稳压电源和电压调节方法。

一种直流稳压电源，包括：误差放大器、调整元件、反馈电阻网络模块和电压档位调节装置，其中，所述反馈电阻网络模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻为可变电阻；

所述误差放大器的正向输入端用于接入参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述调整元件的第一端；所述误差放大器的负向输入端分别连接所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端；所述误差放大器的正向电源端和所述调整元件的第二端分别用于接入外接电源；

所述调整元件的第三端连接所述第一电阻的第二端，且所述调整元件的第三端为电压输出端；

所述第一电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第三端连接所述电压档位调节装置；所述第二电阻的第二端接地；

所述电压档位调节装置用于输出控制信号来控制调节所述第一电阻的阻值。

上述的直流稳压电源，包括误差放大器、调整元件、反馈电阻网络模块和电压档位调节装置，其中，反馈电阻网络模块包括第一电阻和第二电阻，第一电阻为可变电阻；误差放大器的正向输入端用于接参考电压，负向输入端分别连接第一电阻的第一端和第二电阻的第一端；误差放大器的正向电源端和调整元件的第二端分别用于接入外接电源；调整元件的第二端连接第一电阻的第二端，且调整元件的第三端为电压输出端；第一电阻的第一端连接第二电阻的第一端，在电路中的负载电流变化时，利用反馈电阻网络模块采集输出电压，并将输出电压反馈输入至误差放大器，经误差放大器进行放大输入至调节调整元件的第一端，如此通过调节调整元件的第一端电压，进而来调整稳压电源的输出电压(即电压输出端的电压)。上述的直流稳压电源的第一电阻的第三端连接电压档位调节装置；电压档位调节装置控制调节第一电阻的阻值，如此便可以实现对稳压电源的输出电压进行调节。该直流稳压电源的结构简单，且输出电压调节非常简单方便。

一种利用的所述直流稳压电源的电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述电压输出端的当前输出电压，根据所述当前输出电压确定当前电压档位值，并获取目标电压档位值；

将所述当前电压档位值与所述目标电压档位值进行比较；

在所述当前电压档位值与所述目标电压档位值不相等时，根据所述目标电压档位值逐次调节所述当前电压档位值，直至所述当前电压档位值等于所述目标电压档位值，并输出所述控制信号；

根据所述控制信号调节所述第一电阻的阻值，从而调节所述电压输出端的输出电压。

上述的直流稳压电压的电压调节方法由于采用了上述的直流稳压电源，因此，可以方便地对直流稳压电源的输出电压进行调整。

附图说明

图1为本发明的直流稳压电源在其中一个实施例中的结构图；

图2为本发明的直流稳压电源在其中一个实施例中的结构图；

图3为本发明的直流稳压电源在其中一个实施例中的结构图；

图4为本发明的直流稳压电源在其中一个实施例中的结构图；

图5为本发明的电压调节方法在其中一个实施例中的流程示意图；

图6为本发明的电压调节方法中的输出电压变化示意图；

图7为本发明的电压调节方法在其中一个实施例中的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。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。应当说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1为本发明的直流稳压电源在一个实施例中的流程示意图，如图1所示，误差放大器u1、调整元件10、反馈电阻网络模块20和电压档位调节装置30，其中，反馈电阻网络模块20包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1为可变电阻；误差放大器u1的正向输入端用于接入参考电压vref，误差放大器u1的输出端连接调整元件10的第一端；误差放大器u1的负向输入端分别连接第一电阻r1的第一端和第二电阻r2的第一端；误差放大器u1的正向电源端和调整元件10的第二端分别用于接入外接电源vdd；调整元件10的第三端连接第一电阻r1的第二端，且调整元件10的第三端为电压输出端vout。第一电阻r1的第一端连接第二电阻r2的第一端，第一电阻r1的第三端连接电压档位调节装置30；第二电阻r2的第二端接地；电压档位调节装置30控制调节第一电阻r1的阻值，调节电压输出端的输出电压。

上述的直流稳压电源包括误差放大器u1、调整元件10、反馈电阻网络模块20和电压档位调节装置30，其中，反馈电阻网络模块20包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1为可变电阻；误差放大器u1的正向输入端用于接参考电压vref，误差放大器u1的负向输入端分别连接第一电阻r1的第一端和第二电阻r2的第一端；误差放大器u1的正向电源端和调整元件30的第二端分别用于接入外接电源vdd；调整元件10的第二端连接第一电阻r1的第二端，且调整元件10的第三端为电压输出端vout；第一电阻r1的第一端连接第二电阻r2的第一端，在电路中的负载电流变化时，利用反馈电阻网络模块(即第一电阻r1和第二电阻r2)采集输出电压，并将输出电压vout反馈输入至误差放大器u1(即输入至误差放大器u1的负向输入端)，经误差放大器u1进行放大输入至调整元件10的第一端，如此通过调节调整元件10的第一端电压，进而来调整稳压电源的输出电压vout(即电压输出端的电压)。且第一电阻r1为可变电阻，第一电阻r1的第三端(即电阻阻值调节端)连接电压档位调节装置30；电压档位调节装置30控制调节第一电阻r1的阻值，如此便可以实现对稳压电源的输出电压vout进行调节。该直流稳压电源的结构简单，且输出电压调节非常简单方便。

在其中一个实施例中，如图2所示，电压档位调节装置30包括依次连接的当前电压档位存储装置31、电压档位比较电路32和电压档位调节电路33，电压档位调节电路33连接第一电阻的第三端。其中当前电压档位存储装置31用于存储当前电压档位值的，当前电压档位值是根据电压输出端的当前输出电压确定的；电压档位比较电路32用于将当前电压档位值与目标电压档位值相比较；电压档位调节电路33用于根据目标电压档位值调节当前电压档位值输出控制信号。电压档位调节电路33输出控制信号来调节第一电阻的阻值。

具体地，电压档位调节装置30包括当前电压档位存储装置31、电压档位比较电路32和电压档位调节电路33，其中，当前电压档位存储装置31、电压档位比较电路32和电压档位调节电路33依次连接，且电压档位调节电路33连接第一电阻的第三端。当前电压档位存储装置31用于存储当前电压档位值(例如当前电压档位值为n)，其中当前电压档位值与稳压电源的当前输出电压vout相关，即当前电压档位值与当前输出电压vout一一对应。电压档位比较电压32主要是用于将当前电压档位值(例如当前电压档位值为n)与目标电压档位值(例如目标电压档位值为m)进行比较，将比较结果输出至电压档位的调节电路33。电压档位调节电路33主要用于根据比较结果，来调节当前电压档位值，即在当前电压档位值与目标电压档位值不相等时，根据目标电压档位值来调节当前电压档位值，直至当前电压档位值等于目标档位值，在调节当前电压档位的过程中输出控制信号，该控制信号能调节第一电阻r1的阻值。利用上述的电压档位调节装置可以方便地进行电压档位的调节，进而通过调节电压档位来调节输出电压vout。

在其中一个实施例中，如图3所示，电压档位调节装置30还包括延时电路34，当前电压档位存储装置31、电压档位比较电路32、电压档位调节电路33和延时电路34依次连接，延时电路34连接第一电阻r1的第三端，延时电路34输出控制信号调节第一电阻r1的阻值。

具体地，电压档位调节电路33在对电压档位值进行调节时，即将当前电压档位值(例如当前电压档位值为n)调节至目标档位值(例如目标电压档位值为m)时，通常是按照一定的调节方式逐次进行的(例如每次调节一个档位值、2个档位值或者t个档位值)，并不是一次完成(即直接将电压档位值从n直接一次调节至m)，且在任意两次电压档位值调节时，应该有时间间隔，即两个电压档位值调节时有时间延时(例如先将n调节至n+1，延时td时间后再将n+1调节至n+2)。由于在电压档位值调节过程中，快速调节电压档位值容易造成输出电压vout的波动(即可能会导致下冲电压过低或上冲电压过高)，不利于输出电压vout的稳定输出，为了避免产生过大的下冲电压造成电源的不稳定，采用逐步调节电压档位值的方法。如此，延时电路34主要用于在当前电压档位调节时的延时。

在其中一个实施例中，如图3所示，直流稳压电源还包括：带隙基准模块40，其中带隙基准模块40的输入端用于接入外接电源vdd，带隙基准模块40的输出端连接误差放大器u1的正向输入端，带隙基准模块40用于产生参考电压。

具体地，在模拟电路中经常采用基准电压和基准电流，这些基准量与电源和工艺参数的关系很小，因此通常这些基准量通过适当的电路为各个电路模块提供准确的工作电压和偏置电流等。而在本实施例中，带隙基准模块40的输入端与外接电源vdd连接，输出端与误差放大器u1的正向输入端连接。其中，带隙基准模块40用于产生参考电压，有效确误差放大器u1的输出电压的稳定且准确工作。

在其中一个实施例中，直流稳压电源还包括：第三电阻r3和第一电容c1，第三电阻r3的第一端连接调整元件10的第三端，第三电阻r3的第二端通过第一电容c1接地。

具体地，第一电容c1为直流稳压电源的输出电容，第三电阻r3为输出电容c1的等效串联电阻。其中第三电阻r3的一端与调整元件10的第三端连接，且连接于电压输出端vout，第三电阻r3的另一端通过第一电容c1接地。由于直流稳压电源由误差放大器u1、调整电源10以及反馈电阻网络模块20等构成，在直流稳压电源工作时，误差放大器u1、调整电源10以及反馈电阻网络模块20等可能会影响直流稳压电源的稳定性，利用输出电容c1及其等效串联电阻r3可以对直流稳压电源进行补偿，从而增强了直流稳压电源的稳定性。

在其中一个实施例中，如图3所示，直流稳压电源，还包括：第四电阻r4，第四电阻r4的第一端连接调整元件10的第三端，第四电阻r4的第二端接地。

具体地，第四电阻r4为直流稳压电源的负载电阻，其中第四电阻r4的第一端与调整元件10的第三端连接，且连接于电压输出端vout，第四电阻r4的第二端接地。由于直流稳压电源由误差放大器u1、调整电源10以及反馈电阻网络模块20等构成，在直流稳压电源工作时，误差放大器u1、调整电源10以及反馈电阻网络模块20等可能会影响直流稳压电源的稳定性，利用负载电阻(即第四电阻r4)可以对直流稳压电源进行补偿，从而增强了直流稳压电源的稳定性。

在其中一个实施例中，如图4所示，调整元件10为mos管，其中mos的栅极为调整元件10的第一端，mos管的漏极为调整元件10的第二端，mos管的源极为调整元件10的第三端。mos管的栅极连接误差放大器u1的输出端，mos管的漏极用于连接外接电源vdd，mos管的源极分别连接第一电阻r1的第一端、第三电阻r3的第一端和第四电阻r4的第一端，且用于连接电压输出端vout。

mos管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effecttransistor)。mos依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“n型”与“p型”的两种类型，通常又称为nmosfet与pmos。nmos管和pmos管都是常用的晶体管，使用非常方便。

由图4所示，本实施例中直流稳压电源的工作原理为：通过改变调整元件10(即mos管)两端的压降调整输出电压vout大小，带隙基准模块40用来产生不随电源电压和温度变化的参考电压，误差放大器u1用来比较输出电压vout和基准电压vref，将差值输出控制mos管。第一电阻r1为可变电阻，电压档位调节装置30与第一电阻r1连接，可以调整第一电阻r1的阻值，当第一电阻r1阻值变化时，输出电压vout也会发生变化，因此可以通过调整第一电阻r1的阻值，来调整输出电压vout。

作为一种优选的实施方式，调整元件10一般采用pmos管，由于pmos的漏极与负载并联可以使得输出端是一个高阻抗节点，直流稳压电源的输出阻抗大且受负载的影响，输出端一般会给系统引入一个位于低频段的极点，增强了系统的稳定性。

图5为本发明的直流稳压电源电压调节方法在其中一个实施例中的结构示意图。如图5所示，其中针对本实施例中的电压调节方法包括以下步骤：

步骤s110，检测电压输出端的当前输出电压，根据当前输出电压确定当前电压档位值，并获取目标电压档位值。

步骤s120，将当前电压档位值与目标电压档位值进行比较。

步骤s130，在当前电压档位值与目标电压档位值不相等时，根据目标电压档位值逐次调节当前电压档位值，直至当前电压档位值等于目标电压档位值，并输出控制信号。

步骤s140，根据控制信号调节第一电阻的阻值，从而调节电压输出端的输出电压。

具体地，由直流稳压电源可知，主要是利用电压档位调节装置30调整第一电阻r1的阻值，从而来调整输出电压vout，可见第一电阻r1的阻值与输出电压vout有对应关系。先根据当前输出电压vout值确定当前电压档位值(例如当前电压档位值为n)，将目标输出电压vout值对用的电压档位值记为目标电压档位值(例如目标电压档位值为m)，其中当前电压档位值与当前输出电压vout一一对应，目标电压档位值与目标输出电压vout一一对应。

在本实施例中，是从电压档位调节装置角度进行描述对直流稳压电源电压调节方法进行描述。检测电压输出端vout的当前输出电压，根据当前输出电压确定当前电压档位值，并获取目标电压档位值。例如获得当前电压档位值为n和目标电压档位值为m，即确定电压档位值需要从n调节至m。可以分别将当前电压档位值n存储至当前电压档位存储装置o，并为o赋值为n中，然后将o传输至电压档位比较电路与目标电压档位值m比较，得到比较结果。然后将比较结果发送值电压档位调节电路，当o不等于m时，电压档位调节电路会根据目标电压档位值m逐次调节当前电压档位值o，直至当前电压档位值o等于目标电压档位值m，其中在每次调节当前电压档位值时具有间隔时间，且在将当前电压档位值o调节至目标电压档位值m的过程中，延时电路输出控制信号；如此可以利用控制信号来调节第一电阻r1的阻值。

上述的直流稳压电压的电压调节方法由于采用了上述的直流稳压电源，如此，只要调节第一电阻r1的阻值，就可以方便地对直流稳压电源的输出电压vout进行调整。

其中一个实施例中，在当前电压档位值与目标电压档位值不相等时，根据目标电压档位值调节当前电压档位值的步骤中，包括：

在所述当前电压档位值小于所述目标电压档位值时，将所述当前电压档位值按照每次加1递增方式进行调节，且在每次调节所述当前电压档位值时间隔预设时间，直至所述当前电压档位值等于所述目标电压档位值。

具体地，当o值小于m值时，利用递增方式来调节当前电压档位值，即通常是按照一定的调节方式逐次进行的(例如每次调节1个档位值、2个档位值或者t个档位值)，并不是一次完成(即直接将电压档位值从o直接一次调节至m)，且在任意两次电压档位值调节时，应该有时间间隔，即两个电压档位值调节时有时间延时(例如先将n调节至o+1，延时td时间后再将o+1调节至o+2)。另外，在输出电压vout发生变化时，会产生下冲电压(如图6所示)，设va为当前输出电压，vb为目标输出电压，vc为产生的下冲电压，那么其中，tr为产生下冲电压vc到恢复至输出电压vb的时间，与直流稳压电源系统建立时间、mos管栅极转换速率、直流稳压电源系统的增益带宽积以及直流稳压电源系统的相位裕度有关；c1为输出电容、r3为输出电容等效串联电阻、r4为负载电阻。当tr、c1、r3、r4为常数时，下冲电压vc只与va和vb的差值有关。当产生下冲电压时，容易造成电源系统的不稳定，因此，在电压档位值调节过程中，快速调节电压档位值容易造成输出电压vout的波动(即可能会导致下冲电压过低或上冲电压过高)，不利于输出电压vout的稳定输出，为了避免产生过大的下冲电压造成电源的不稳定，采用逐步调节电压档位值的方法。此外，所述预设时间是根据产生下冲电压vc到恢复至输出电压vb的时间tr确定的，通常情况下，预设时间为大于或等于2tr。

作为一种优选的实施方式，按照每次电压档位值增加1的递增方式调节当前电压档位值，可以最大程度地减少电源的不稳定性。

其中一个实施例中，在当前电压档位值与目标电压档位值不相等时，根据目标电压档位值调节当前电压档位值的步骤中，还包括：

在所述当前电压档位值大于所述目标电压档位值时，将所述当前电压档位值按照每次减1递减方式进行调节，且在每次调节所述当前电压档位值时间隔预设时间，直至所述当前电压档位值等于所述目标电压档位值。

具体地，当o值小于m值时，利用递增方式来调节当前电压档位值，即通常是按照一定的调节方式逐次进行的(例如每次调节1个档位值、2个档位值或者t个档位值)，并不是一次完成(即直接将电压档位值从o直接一次调节至m)，且在任意两次电压档位值调节时，应该有时间间隔，即两个电压档位值调节时有时间延时(例如先将n调节至o-1，延时td时间后再将o-1调节至o-2)。在电压档位值调节过程中，快速调节电压档位值容易造成输出电压vout的波动(即可能会导致下冲电压过低或上冲电压过高)，不利于输出电压vout的稳定输出，为了避免产生过大的下冲电压造成电源的不稳定，采用逐步调节电压档位值的方法。

作为一种优选的实施方式，按照每次电压档位值的减少1的递减方式调节当前电压档位值，可以最大程度地减少电源的不稳定性。

为了进一步理解本方法，给出一个详细实施例。如图7所示，直流稳压电源的电压调节方法，具体步骤如下：

步骤s71，输出电压vout需要从当前档位值n调整值目标档位值m。

步骤s72，将n存入寄存器o，并令o等于n。

步骤s73，判断o是否大于m。

步骤s74，若是，将o减1，并将电压档位值o写入ldo_vsel；并延时td后，执行步骤s73；若是，执行步骤s74，若否，执行步骤s75。

步骤s75，若是，将o加1，并将电压档位值o写入ldo_vsel；并延时td后，执行步骤s73；若是，执行步骤s74，若否，执行步骤s75。

步骤s76，在o等于m时，结束。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。