本发明涉及dc/dc电路领域，尤其是涉及一种应用于dc/dc输出的脉宽线性调压电路。
背景技术：
dc/dc转换电路，是一种将高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源的转换电路，变换后的输出电压可以是固定电压值，也可以是可变电压值。对于输出可变电压值，传统的做法是使用电位器进行机械调节，这样的方式无法有效应用于输出电压实时变化的场景中。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于dc/dc输出的脉宽线性调压电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于dc/dc输出的脉宽线性调压电路，该电路包括pwm控制器、脉宽调压子电路和dc/dc转换器子电路，所述的pwm控制器输出占空比可调的方波信号作为脉宽调压子电路的输入，所述的脉宽调压子电路的反馈信号作为dc/dc转换器子电路中作为dc/dc转换器的反馈输入。
所述的脉宽调压子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一电容，所述的pwm控制器的输出端、第四电阻、第三电阻、dc/dc转换器的反馈输入端依次连接，所述的pwm控制器的输出端通过第五电阻与电源网络连接，所述的第六电阻一端连接到第四电阻和第三电阻之间，另一端接地，所述的第一电容一端连接到第四电阻和第三电阻之间，另一端接地，所述的第一电阻一端与第三电阻连接，另一端与输出电压端连接，所述的第二电阻一端与第三电阻连接，另一端接地。
所述的dc/dc转换器子电路还包括第一电感和第二电容，所述的dc/dc转换器的开关信号输出端通过第一电感与输出电压端连接，所述的第二电容一端与第一电感连接，另一端接地。
所述的第二电阻为放置电阻或电位器。
该脉宽线性调压电路用以实现线性调压功能，所述的线性调压公式为：
vout＝vmax-(vmax-vmin)*duty
其中，vmax为可输出的最大电压，vmin为可输出的最小电压，vout为实际输出电压，duty为输入信号脉宽的占空比。
所述的第二电阻的阻值小于20kω，所述的第六电阻的阻值小于10kω，所述的电源网络的电压值为1.8v或3.3v，所述的dc/dc转换器的反馈电压值为0.6v。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过pwm脉宽调节实现dc/dc输出电压在一定范围内连续可变，实际测试结果和理论计算吻合，可以根据参数的变更来实现不同范围的调压，实现电位器机械调节无法实时输出可变电压的功能。
附图说明
图1为脉宽调压子电路的拓扑示意图。
图2为dc/dc转换器子电路的电路图。
图3为dc/dc最大电压输出等效电路。
图4a为电流源虚断等效电路。
图4b为电压源虚短等效电路。
图5为pwm控制器内部上/下拉电阻等效电路。
图6为一阶rc滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供了一种简易的硬件电路拓扑，基于脉宽调节实现输出电压在一定范围内连续可变，以极低的成本和极简的结构解决了使用电位器机械调节的弊端，如图1所示，本发明所示的脉宽调压子电路的硬件电路拓扑如下，包含六个电阻和一个电容，六个电阻分别是r1，r2，r3，r4，r5，r6，一个电容是c1；此外还包括四路接口，分别是pwm所在控制器电源域的电源网络vddio，输入信号pwm，输出电压dc/dc_out，以及反馈网络dc/dc_fb；输入端信号为pwm信号(pwm：脉宽调制)，pwm信号由控制器输出，是占空比可变的方波信号；输出端信号dc/dc_out连接到dc/dc转换芯片的电压输出管脚，输出可变直流电压；反馈网络信号dc/dc_fb连接到dc/dc转换芯片的电压反馈管脚；vddio为电路提供直流电压，直流电压电平的选择根据控制器要求设定。
图2为本发明采用的dc/dc转换器子电路的芯片管脚描述以及外围应用电路。常用的dc/dc转换器(例如silergy公司的产品sy8088)的管脚4和管脚1分别为电压输入管脚和使能管脚，通常将使能管脚和电压输入管脚相连，由外部直流电压dc/dc_in供电；常用的dc/dc转换器的管脚3为开关信号输出管脚，通过连接电感l1和电容c0实现直流电压dc/dc_out输出，管脚5为反馈信号dc/dc_fb的输入管脚，在r1和r2连接处作为反馈输入连接到管脚5；其中，当r2为放置电阻时，则dc/dc_out输出为固定电压；若将r2使用电位器取代电阻，通过机械调节电位器可以输出可变电压。
本发明的电路功能如下：
如表1所示的函数关系，本发明实现基于该函数所描述的一阶线性变化电压输出；在确定了函数中最高电压和最低电压两项参数的前提下，通过调节占空比即可实现可变的输出电压值。当dc/dc脉宽调压电路工作时，默认输出电压为表1中的type值，通过调节pwm输出的方波高电平的宽度，即占空比，实现输出电压的变化；当输入方波高电平宽度为100％，即占空比为100％，此时输出电压为表1中vmin值；当输入方波高电平宽度为0，即占空比为0％，此时输出电压为表1中vmax值；当输入方波高电平占空比为0％到100％之间的某个值时，输出电压为表中的函数关系；表1中的max和min两项参数可以根据实际需求修改。本发明以vmax＝1.4v，vmin＝0.8v作为实际验证电路，将其代入方程可以得到新的函数关系：
vout＝1.4-(1.4-0.8)*duty；
表1输出电压函数关系表
表2a输入参数表
表2b输出参数表
其中，电压单位v(伏特)，电阻单位kohm(千欧姆)，时间单位us(微秒)，电容单位nf(纳法拉)；
vout：dc/dc脉宽调压电路可输出的实际电压；
vmax：dc/dc脉宽调压电路可输出的最大电压；
vtype：dc/dc脉宽调压电路可输出的复位默认电压；
vmin：dc/dc脉宽调压电路可输出的最小电压；
vddio：pwm所在控制器电源域vddio电压值；
dc/dc_fb：dc/dc内部参考电压值，常见为0.6v或者0.8v；
r2：一般为200k欧姆以下电阻；
r6：一般为10k欧姆阻值以下电阻；本发明以12kohm为例；
r5，pwm内部上/下拉:需要根据pwm输出源头芯片要求；本发明以60kohm为例；
调压时间t：是指pwm占空比变化后，输出电压达到目标电压值的99％需要的时间；
本发明设计原理如下：
为了可以实现方程vout＝vmax-(vmax-vmin)*duty所描述的线性调压电路，本发明提出了相应的硬件电路拓扑，具体电路如图1虚线框中所示；电路拓扑中各部分具体参数的确定取决于给定的输入参数值，通过输入参数值计算出输出参数值；输入参数和输出参数一起构建出最终的脉宽线性调压电路拓扑；
电路输入参数：
vddio，本发明以1.8v为例，可以是3.3v或者其他电压值；
dc/dc输出的最大电压，本发明以1.4v为例，最小电压以0.8v为例；
dc/dc_fb反馈电压值vfb，本发明以0.6v为参考(根据实际选用的dc/dc转换器要求而定)；
r2电阻阻值，本发明以200kohm为例(根据实际选用的dc/dc转换器要求而定)。
输出参数具体计算过程：
根据本发明采用的dc/dc转换器芯片要求的参数关系计算，已知r2阻值200kohm，可以计算出r1阻值，r1＝(vtype-vfb)/(vfb/r2)＝(0.9-0.6)/(0.6/200k)＝100kohm；
当dc/dc输出最大电压时，pwm输入为0v，即r4左侧等效为接地，如图3所示；由此计算出：(r3+r4//r6)//r2的等效电阻值＝100k/((1.4-0.6)/0.6)＝75k(流过r1的电流等于后面等效电路的总电流)；(r3+r4//r6)＝1/(1/75-1/200)＝120k＝r3；
当dc/dc输出最小电压时，pwm输入为vddio(本发明以vddio＝1.8v进行验证)直流电压值，此时，计算得到流过r1的电流(0.8-0.6)/100k＝2ua,流过r2的电流(0.6-0.0)/200k＝3ua；说明还有1ua是流过r3的电流，左到右流向，i3＝1ua；
因此当dc/dc输出最小电压时，r3右侧等效一个起始电压为0.6v的吸收式电流源，吸收电流1ua,电流源在戴维南定理中等效为虚断，r3右侧等效为开路；如图4a；可以得出1.8v/(r4+r6)*r6＝vr6
vddio作为理想电压源，电压源在戴维南定理中等效虚短接地，如图4b；因此等效r4左侧接地；得出vr6＝i3*r3”/1000+0.6＝0.72v
两种等效电路得出的方程通过vr6等价：
1.8v/(r4+r6)*r6＝vr6＝i3*r3”/1000+0.6＝0.72v，得到r4＝1.5*r6＝18kohm；
进一步可以求得r3＝r3”-r4//r6＝120k-7.2k＝112.8kohm；
输出pwm信号的控制器内部存在上/下拉电阻，如图5所示，以此为基础计算r5；
上拉电阻配置：r5//rpu＝(1.8v-1.5v)/(0.6v/12k)＝6k，可计算出r5＝6.7kohm；
下拉电阻配置：rpd//(r4+r6)＝60k//30k＝20k；算出r5＝(1.8v-1.5v)/(1.5v/20k)＝4kohm；
rpu为控制器内部等效上拉电阻；rpd为控制器内部等效下拉电阻；
r4，r6和c1共同组成图6中描述的rc一阶低通滤波电路，该电路实现将输入的方波信号转换成直流电压，但是滤波器存在延时特性，直接导致每次调压时到达目标电压值需要一定的时间，一阶rc滤波的电压特性如下方程：u0＝ui*(1-e^(-t/rc)),调压时间定义为充电升压到目标电压的99％，因此可以得到e^[-t/(r*c1)]＝1-0.99,推出t＝4.6*(r4//r6)*c1＝330us，计算可以得到c1＝9.96nf；公式中e为自然底数2.71828；
r4//r6表示电阻r4和电阻r6并联，//为并联符号，文中他处描述同此；
实际应用电路搭建与验证结果：
根据理论计算的结果来搭建基于dc/dc的脉宽调压电路，选择的dc/dc转换器芯片的反馈网络dc/dc_fb为0.6v；vddio采用1.8v电压供电；选择的控制器内部上/下拉电阻阻值为60kohm吧，本次验证采用控制器内部上拉电阻配置；
由于理论计算出的电阻和电容参数值和实际常用的参数值并不完全相同，实际应用中，尽可能的接近理理论计算值进行验证，因此如表3所示，实际使用参数中r3采用118kohm，r5(控制器内部上拉电阻配置)采用6.8kohm,c1采用10nf，其余器件参数选取和理论计算值一致；
从表3实验结果中看出，实际测试结果和理论计算非常接近，误差在0.5％内。
表3实际测试结果