基于数字控制的可实时线性调节输出的DC‑DC变换电路的制作方法

本发明涉及电路设计技术，尤其涉及一种基于数字控制的可实时线性调节输出的dc-dc变换电路。

背景技术：

dc-dc变换电路是将一输入直流电压转化为另一输出直流电压的电路。在大多数应用中，dc-dc变换电路采取闭环控制从而实现良好的输出性能。现有dc-dc变换电路的典型结构如图1所示，包括dc-dc变换器1、串联电阻分压网络2以及反馈闭环控制电路3三部分。dc-dc变换器1为主功率部分，完成能量的传输。反馈闭环控制电路3可由误差放大器301、隔离光耦302(非隔离电路中不需要)和pwm控制电路303组成。由于误差放大器301中的参考电压vf(即节点a处的电压)一般比输出电压要小，所以需采用串联电阻分压网络2将输出电压分压后再输入到反馈闭环控制电路3中。这种典型的dc-dc变换电路的输出电压并不可调，其只能满足供电电压不变的应用场合。

通过改变串联电阻分压网络2中的分压电阻r1或分压电阻r2可以实现输出电压调节，这种输出电压的调节方式不能做到实时快速在线动态调节，而且只能实现输出电压在几个输出电压档位之间变化。

用开环直接控制pwm控制电路303也可实现输出电压调节，当输出负载变化时，这种输出电压的调节方式会导致输出电压变化范围较大，无法做到准确控制输出电压。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于数字控制的可实时线性调节输出的dc-dc变换电路，以解决现有dc-dc变换器无法实时准确调节输出的问题。本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于数字控制的可实时线性调节输出的dc-dc变换电路，包括：

dc-dc变换器，用于将直流输入电压转换为一固定的直流输出电压；

串联电阻分压网络，与所述dc-dc变换器的输出端连接，用于将所述直流输出电压分压；

反馈闭环控制电路，与所述串联电阻分压网络连接，同时还与所述dc-dc变换器的受控端连接，用于接收所述直流输出电压经分压后的电压，并根据所述直流输出电压经分压后的电压控制所述dc-dc变换器始终输出所述固定的直流输出电压；所述dc-dc变换电路还包括输出调节电路；所述输出调节电路包括：

pwm控制器，用于输出pwm控制信号；

数模转换电路，与所述pwm控制器连接，用于将所述pwm控制信号转换为模拟电压信号；

分压电路，用于将所述模拟电压信号分压后输出至所述串联电阻分压网络，以调节所述反馈闭环控制电路接收到的所述直流输出电压经分压后的电压的大小。

进一步地，所述数模转换电路包括：

pwm放大电路，与所述pwm控制器连接，用于放大所述pwm控制信号；

rc滤波电路，与所述pwm放大电路连接，用于对放大后的pwm控制信号进行rc滤波，生成模拟电平信号；

电压跟随器，与所述rc滤波电路连接，用于接入所述模拟电平信号并对所述模拟电平信号进行缓冲后输出所述模拟电压信号。

进一步地，所述串联电阻分压网络包括分压电阻r1和分压电阻r2；

所述分压电阻r1的一端与所述dc-dc变换器的输出端连接，另一端与所述分压电阻r2的一端连接，所述分压电阻r2的另一端接地；

所述分压电阻r1与所述分压电阻r2的公共连接端分别与所述反馈闭环控制电路的输入端和所述分压电路的输出端连接。

进一步地，所述分压电路为分压电阻r3。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明提供的dc-dc变换电路包括dc-dc变换器、串联电阻分压网络、反馈闭环控制电路和输出调节电路。通过在常规dc-dc变换电路中的串联电阻分压网络中接入输出调节电路，由输出调节电路的pwm控制器发出pwm控制信号，pwm控制信号经过数模转换电路转变成模拟电压信号，模拟电压信号通过分压电阻分压后输入串联电阻分压网络，从而改变dc-dc变换器的输出电压。该dc-dc变换电路保留了传统dc-dc变换电路的模拟反馈闭环控制电路，从而保留了传统dc-dc变换电路的输出性能，同时，还可实现对dc-dc控制器输出电压的实时宽范围线性调节。

附图说明

图1是现有dc-dc变换电路的典型结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于数字控制的可实时线性调节输出的dc-dc变换电路的结构示意图；

图3是分压电阻r1、r2、r3之间的第一种电流流向示意图；

图4是分压电阻r1、r2、r3之间的第二种电流流向示意图；

图5是分压电阻r1、r2、r3之间的第三种电流流向示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图2所示，本发明实施例提供的基于数字控制的可实时线性调节输出的dc-dc变换电路，包括：

dc-dc变换器1，用于将直流输入电压转换为一固定的直流输出电压；

串联电阻分压网络2，与所述dc-dc变换器1的输出端连接，用于将所述直流输出电压分压；

反馈闭环控制电路3，与所述串联电阻分压网络2连接，同时还与所述dc-dc变换器1的受控端连接，用于接收所述直流输出电压经分压后的电压，并根据所述直流输出电压经分压后的电压控制所述dc-dc变换器1始终输出所述固定的直流输出电压。其中，反馈闭环控制电路3可由误差放大器301、隔离光耦302和pwm控制电路303组成。

所述dc-dc变换电路还包括输出调节电路4；所述输出调节电路4包括：

pwm控制器41，用于输出pwm控制信号；

数模转换电路42，与所述pwm控制器41连接，用于将所述pwm控制信号转换为模拟电压信号；

分压电路，用于将所述模拟电压信号分压后输出至所述串联电阻分压网络2，以调节所述反馈闭环控制电路3接收到的所述直流输出电压经分压后的电压的大小。

本实施例中，所述数模转换电路42包括：

pwm放大电路421，与所述pwm控制器41连接，用于放大所述pwm控制信号；

rc滤波电路422，与所述pwm放大电路421连接，用于对放大后的pwm控制信号进行rc滤波，生成模拟电平信号；

电压跟随器423，与所述rc滤波电路422连接，用于接入所述模拟电平信号并对所述模拟电平信号进行缓冲后输出所述模拟电压信号。

所述串联电阻分压网络2包括分压电阻r1和分压电阻r2，具体电路如图2所示。

所述分压电阻r1的一端与所述dc-dc变换器1的输出端连接，另一端与所述分压电阻r2的一端连接，所述分压电阻r2的另一端接地。

所述分压电阻r1与所述分压电阻r2的公共连接端分别与所述反馈闭环控制电路3的输入端和所述分压电路的输出端连接。

所述分压电路为分压电阻r3。

如上描述的dc-dc变换电路的工作过程为：

pwm控制器41发出占空比可调的pwm控制信号，并根据需要实时调整pwm控制信号的占空比。设pwm控制器41输出的pwm控制信号的占空比为d。pwm控制器41发出的pwm控制信号的最高电压较小，pwm控制信号通过pwm放大电路421转换为最高电压较大的pwm控制信号后在节点d处输出pwm控制信号的最高电压为vcc。pwm放大电路421包括电阻r5和场效应管q1，具体电路如图2所示。rc滤波电路422将放大后的pwm控制信号进行rc滤波，生成模拟电平信号，在节点c处将得到的模拟电压的大小为vcc*(1-d)。rc滤波电路422包括电阻r4和电容c1，具体电路如图2所示。电容c1可选用较小容量的电容。电压跟随器423具有高输入阻抗、低输出阻抗特性，高输入阻抗特性保证了c处电压不会因为电压跟随器423的接入而偏移变化，低输出阻抗特性减小了对分压电阻的影响，电压跟随器423输出的电压(即节点b处的电压)vs也为vcc*(1-d)。由于串联分压电阻网络中节点a输入到反馈闭环控制电路3中的误差放大器301的负端，根据误差放大器原理，节点a电压vf不变，而且节点a到反馈闭环控制电路3的电流极小，可以忽略不计。流过节点a中的电流有通过分压电阻r1的电流ia，通过分压电阻r2的电流ib，通过分压电阻r3的电流ic。由于ib电流方向恒定，所以根据ia、ic电流方向可以分为3种情况：

第一种情况如图3所示：

ic＝ia+ib,而ia＝(vf-vo)/r1，ib＝vf/r2，ic＝(vs-vf)/r3，其中r1为分压电阻r1阻值，r2为分压电阻r2阻值，r3为分压电阻r3阻值。不难推算出vo＝(vcc*r1/r3)*d+r1*vf*(1/r1+r/r2+1/r3)-vcc*r1/r3。

第二种情况如图4所示：

ib＝ia+ic,而ia＝(vo-vf)/r1，ib＝vf/r2，ic＝(vs-vf)/r3，其中r1为分压电阻r1阻值，r2为分压电阻r2阻值，r3为分压电阻r3阻值。不难推算出vo＝(vcc*r1/r3)*d+r1*vf*(1/r1+r/r2+1/r3)-vcc*r1/r3。

第三种情况如图5所示：

ia＝ib+ic,而ia＝(vo-vf)/r1，ib＝vf/r2，ic＝(vf-vs)/r3，其中r1为分压电阻r1阻值，r2为分压电阻r2阻值，r3为分压电阻r3阻值。不难推算出vo＝(vcc*r1/r3)*d+r1*vf*(1/r1+r/r2+1/r3)-vcc*r1/r3。

从依据图3、图4、图5的上述计算分析可以得出，从不同电流关系推算出的输出电压vo与pwm控制器41输出的pwm控制信号的占空比表达式完全一致，而且表现出线性关系。因此通过上述电路，结合pwm控制器41可实现对dc-dc控制器输出电压vo的实时宽范围线性调节。

本发明通过在常规的dc-dc变换电路中的串联电阻分压网络2的a节点处接入输出调节电路4，由输出调节电路4的pwm控制器41发出pwm控制信号，pwm控制信号经过数模转换电路42转变成模拟电压信号，模拟电压信号通过分压电阻从而改变dc-dc变换器的输出电压vo。

本发明提供的dc-dc变换电路保留了传统dc-dc变换电路的模拟反馈闭环控制电路3，从而保留了传统dc-dc变换电路的输出性能。加入包含pwm控制器41的数字控制电路，通过改变pwm控制信号可以实时动态调节dc-dc变换器1的输出电压。在数字控制部分，pwm控制信号的占空比大小与dc-dc变换器1的输出电压成线性关系，通过改变pwm控制信号可以实现dc-dc变换器1输出电压在宽范围内的线性调节。采用pwm控制信号可以实现dc-dc变换器1输出电压的无极调节，而且可以通过pwm控制器41关闭dc-dc变换器1的电压输出。

上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。