一种可改变输出电压的电源装置及方法与流程

1.本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种可改变输出电压的电源装置及方法。


背景技术：

2.电源芯片是提供输出电压的部件，且通常有大量电源芯片是输出固定电压的版本。例如图1所示的一种电源芯片，输入2.4-5.5v，固定输出1.0v。由于输出电压是固定的，因此一种电源芯片只能在对应的电压要求应用中使用，继而电源芯片的使用范围受到极大的限制。在电源芯片极度紧缺的当下，如何提高电源芯片的利用率是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种可改变输出电压的电源装置及方法，以扩大电源芯片的使用范围，提高电源芯片的利用率。
4.为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
5.一种可改变输出电压的电源装置，包括电源芯片，还包括外部电阻，所述电源芯片的反馈引脚连接所述外部电阻，改变所述外部电阻的参数来调节所述电源装置的输出电压。
6.一种实施方式下，所述外部电阻包括第一外部电阻，所述第一外部电阻的一端连接电源芯片的反馈引脚，另一端连接电源芯片的开关输出端。
7.第一外部电阻可以是一个电阻，也可以是多个电阻串联，提高第一外部电阻的值的可组合性，从而提高可调输出电压种类。
8.另一种实施方式下，所述外部电阻还包括第二外部电阻，所述第二外部电阻的一端与电源芯片的反馈引脚连接，另一端接入参考电压。
9.所述参考电压可以是由电压可调的数模转换dac提供，也可以是固定的片外参考电压，从而提高可调输出电压的灵活性和降低成本。
10.另一方面，本发明还提供了一种改变电源输出电压的方法，在电源芯片的反馈引脚连接外部电阻，通过改变所述外部电阻的参数来调节所述电源的输出电压。
11.一种实施方式下，所述外部电阻为单一的电阻或由多个电阻串联的电阻单元，通过改变电阻或电阻单元的电阻值来调节所述电源的输出电压。通过此种实施方式可以实现大于原电源芯片的输出电压的任意调节。
12.另一种实施方式下，所述外部电阻包括第一外部电阻和第二外部电阻，且第二外部电阻接入参考电压，通过调节所述参考电压和第二外部电阻的阻值来调节流经所述第一外部电阻的电流，且配合调节第一外部电阻的阻值来调节所述电源的输出电压。通过此种实施方式可以实现电源装置输出任意电压，进一步扩大电源芯片的应用范围。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明电路的设计优点是增加极少量的外部器件，即可任意调节输出电压的大小，提高电路的兼容性，在电源芯片长时间极度缺货的大背景下，可大大降低供应链的风险。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图，但都属于本发明保护的范围。
15.图1为现有技术中电源装置的电气原理图。
16.图2为本发明实施例1中电源装置的电气原理图。
17.图3为电源芯片tps6208818的内部结构图。
18.图4为本发明实施例2中电源装置的电气原理图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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。
20.本发明提供了一种可改变输出电压的电源装置，包括电源芯片，还包括外部电阻，所述电源芯片的反馈引脚连接所述外部电阻，通过改变所述外部电阻的参数来调节所述电源装置的输出电压。
21.在一种实施方式下，外部电阻为单一的电阻或由多个电阻串联的电阻单元，通过改变电阻或电阻单元的电阻值来调节所述电源的输出电压。
22.在另一种实施方式下，外部电阻包括第一外部电阻和第二外部电阻，且第二外部电阻接入参考电压，通过调节所述参考电压和第二外部电阻的阻值来调节流经所述第一外部电阻的电流，且配合调节第一外部电阻的阻值来调节所述电源的输出电压。
23.需要注意的是，第一外部电阻和第二外部电阻可以分别是一个电阻，也可以是由多个电阻串联的电阻单元。
24.下面将以两个具体的实施例来更细致的说明。
25.实施例1
26.请参阅图2所示，本实施例中提供的可改变输出电压的电源装置，包括电源芯片、电阻r3、电阻r1、电容一c1、电容二c2、电容三c3和电感l1，电阻r3的两端分别连接电源芯片的电源输入引脚vin和电源指示引脚pg，电容一c1的一端连接电源芯片的电源输入引脚vin，另一端接地。电源芯片的开关输出引脚sw连接电感l1的一端，电容二c2、电容三c3、电阻r1均连接电感l1的另一端，电容二c2和电容三c3的另一端接地。图2中的电阻r1可以是一个电阻，通过更换电阻r1的阻值可以改变电源装置的输出电压；电阻r1也可以是由多个电阻串联的电阻单元，通过改变电阻单元的组合方式(例如串联的电阻个数)来改变电源装置的输出电压。
27.下面以ti的tps6208818，固定输出1.8v的电源芯片为例进行计算说明。但是请注意的是，本发明方案并不局限于ti的tps6208818，而是对rup电阻管脚p2这个点连接到fb管
脚的这种连接类型的所有电源芯片都普遍适用。
28.图3所示为该电源芯片的内部框图，为了便于描述，在图上做了一些标注。如该电源芯片的数据手册的描述，电源芯片固定输出为1.8v的版本，内部的s1开关将fb管脚连接到p2点，与内部的电压调节电阻网络连接。内部电阻网络的电阻rup和rdown的电阻值分别为5000k欧姆和2500k欧姆，芯片内部参考电压v
ref
＝0.6v。
29.在无外部电阻r1的情况下，该电源芯片的输出电压只能为固定输出电压，根据节点电流定理，vout＝v
ref
rup*v
ref
/rdown＝0.6 5000*0.6/2500＝1.8v。
30.增加一颗外部电阻r1之后，根据节点电流定理，vout＝v
ref
(rup r1)*v
ref
/rdown＝0.6 (5000 r1)*0.6/2500＝1.8 0.6*r1/2500(方程1)。
31.根据方程1，调节电阻r1的大小即可调节输出电压，到1.8v以上，继而提高电路的灵活性和电源芯片的兼容性，缓解电源芯片供货紧缺的压力。
32.实施例2
33.请参阅图4所示，本实施例中提供的可改变输出电压的电源装置，包括电源芯片、电阻r3、电阻r2、电阻r1、电容一c1、电容二c2、电容三c3和电感l1，电阻r3的两端分别连接电源芯片的电源输入引脚vin和电源指示引脚pg，电容一c1的一端连接电源芯片的电源输入引脚vin，另一端接地。电源芯片的开关输出引脚sw连接电感l1的一端，电容二c2、电容三c3均连接电感l1的另一端，电容二c2和电容三c3的另一端接地。电阻r1和电阻r2的一端均连接电源芯片的反馈引脚fb，电阻r2的另一端接入参考电压vdac，电阻r1的另一端连接电感l1的一端。图4中的电阻r1和r2均可以是一个电阻，通过更换电阻的阻值可以改变电源装置的输出电压；电阻r1和r2也可以是由多个电阻串联的电阻单元。
34.参考电压可以是由电压可调的数模转换dac提供，也可以是固定的片外参考电压，从而提高可调输出电压的灵活性和降低成本。
35.通过调节电阻r1，r2和vdac的参数，即可实现输出电压的任意调节，定电压输出芯片即可实现可调输出电压的电源芯片的功能。
36.下面仍以ti的tps6208818，固定输出1.8v的电源芯片为例进行计算说明。
37.图3所示为该电源芯片的内部框图，为了便于描述，在图上做了一些标注，例如p1、s1、rup等。
38.如该电源芯片的数据手册的描述，电源芯片固定输出为1.8v的版本，内部的s1开关将fb管脚连接到p2点，与内部的电压调节电阻网络连接。内部电阻网络的电阻rup和rdown的电阻值分别为5000k欧姆和2500k欧姆，芯片内部参考电压v
ref
＝0.6v。
39.在无外部电阻r1的情况下，该电源芯片的输出电压只能为固定输出电压，根据节点电流定理，vout＝v
ref
rup*v
ref
/rdown＝0.6 5000*0.6/2500＝1.8v。
40.增加外部电阻r1、r2和vdac之后，根据节点电流定理，vout＝(v
ref
rup*v
ref
/rdown) r1*{(v
ref
/rdown [(v
ref
rup*v
ref
/rdown)-vdac]/r2}(方程2)。
[0041]
方程2化简并展开后，vout＝(1.8 0.6*r1/2500 1.8*r1/r2)-vdac*(r1/r2)(方程3)。
[0042]
根据方程3，选择合适的电阻r1和r2的大小，通过调节vdac的输出电压，即可调节电源芯片的输出电压。
[0043]
例如选择电阻r1＝1500k，r2＝330k，根据方程3，则可得到vout＝(1.8 0.6*1500/
2500 1.8*1500/330)-vdac*(1500/330)＝10.342-vdac*1500/330(方程4)。
[0044]
选择12位分辨率，参考电压为2.5v的vdac，则vdac＝2.5*dac/(2^12-1),带入方程4可得到vout＝10.342-2.5*dac/(2^12-1)*1500/330＝10.342-0.002775*dac(方程5dac＝0to 4095的整数)。
[0045]
由方程5可算出vout＝0v时dac＝3727，vout＝3.3v时dac＝2537，dac在3727到2537之间变化即可在0到3.3v之间调节输出电压，提高电路的灵活性和电源芯片的兼容性，缓解电源芯片的供货紧缺的压力。
[0046]
应用实例1：tps6208818给要求供电电压在1.7到1.75v之间的cdr芯片供电，如下表所示，vdac使用mcu内部的2.5v参考电源，通过调节电阻r1和r2，即可将输出电压调节到目标电压以内。
[0047]
icpnvdacvfbr1(kohm)r2(kohm)vrefrup(kohm)rdown(kohm)vouttps62088182.51.820105100.6500025001.745
[0048]
应用实例2：需要用tps6208818输出0到3.3之间连续可调的电压用于控制tec的制热或制冷的功率，选用电阻r1＝1500k，r2＝330k，选用一个12位分辨率，参考电压为2.5v的vdac，控制dac在3727到2537之间变化，即可实现输出电压在0到3.3v之间连续调节，控制精度达到2.775mv。
[0049]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。