本實(shí)用新型屬于電源控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電源電壓控制裝置，用于電池供電的便攜式通信設(shè)備中對(duì)電源電壓進(jìn)行限制。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，對(duì)電源電路系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅要求多種輸出電壓，而且要求具有更小的尺寸，更高的效率。特別是在一些便攜式通信設(shè)備中，對(duì)電源功耗和小型化提出了更高的要求。
目前，采用電池供電的電路設(shè)計(jì)中絕大多數(shù)采用電源模塊設(shè)計(jì)，而對(duì)于部分短時(shí)間大電流工作的設(shè)備采用電源模塊設(shè)計(jì)存在以下問題：由于短時(shí)間大電流工作的設(shè)備瞬時(shí)功率大，工作時(shí)間短，按照最大功率所選擇的電源模塊體積大，價(jià)格昂貴；采用電源模塊將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)需采用降壓型DC-DC變換器，當(dāng)輸入電壓與輸出電壓接近時(shí)采用電源模塊會(huì)降低效率，同時(shí)會(huì)降低輸出電壓，但在輸入電壓小于額定輸出電壓時(shí)再進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換則無端的消耗電量，所以采用電源模塊設(shè)計(jì)存在能耗高的問題。
在實(shí)際工作中存在這樣的現(xiàn)象：電池供電范圍為9～14V，而電路中的發(fā)射模塊工作電壓范圍為9～13V，直接采用電池供電有可能會(huì)因高電壓而損壞發(fā)射模塊，假如采用電源模塊將電池電壓轉(zhuǎn)換為12V，當(dāng)電池電壓在9～13V時(shí)電源模塊所起的作用不大，同時(shí)還要消耗能量，但是又必須采用電源模塊防止電池電壓達(dá)到14V而損壞發(fā)射模塊。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種電源電壓控制裝置，能夠在電源輸入電壓過高時(shí)通過控制MOS管的導(dǎo)通狀態(tài)改變MOS管漏極與源極之間的電阻，從而穩(wěn)定電源輸出電壓，當(dāng)電源輸入電壓不高時(shí)控制MOS管全導(dǎo)通(導(dǎo)通電阻幾十毫歐)，從而將電源輸入電壓輸出。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種電源電壓控制裝置，所述電源電壓控制裝置設(shè)置有電源輸入端和電源輸出端，所述裝置包括：電壓基準(zhǔn)單元，差值比較與控制運(yùn)算單元，電壓調(diào)整單元；其中，所述電源輸入端分別與所述電壓基準(zhǔn)單元的輸入端、所述差值比較與控制運(yùn)算單元的電源供電端和所述電壓調(diào)整單元的電壓輸入端并聯(lián)連接，所述電壓基準(zhǔn)單元的輸出端與所述差值比較與控制運(yùn)算單元的信號(hào)輸入端串聯(lián)連接，所述差值比較與控制單元的輸出端與所述電壓調(diào)整單元的控制輸入端串聯(lián)連接，所述電壓調(diào)整單元的輸出端連接電源輸出端。
本實(shí)用新型技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：
(1)所述差值比較與控制運(yùn)算單元采用級(jí)聯(lián)的第一級(jí)集成運(yùn)算放大器和第二級(jí)集成運(yùn)算放大器組成；
所述電源輸出端通過輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)與所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接；所述電源輸入端通過輸入電壓采樣網(wǎng)絡(luò)與所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端連接；
所述輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)包含第一電阻、第二電阻和第三電阻；所述第一電阻的一端與所述電源輸出端連接，所述第一電阻的另一端分別與所述第二電阻的一端、所述第三電阻的一端并聯(lián)連接，所述第二電阻的另一端接地，所述第三電阻的另一端與所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接；
所述輸入電壓采樣網(wǎng)絡(luò)包含第六電阻和第七電阻；所述第六電阻的一端與所述電源輸入端連接，所述第六電阻的另一端分別與所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端和所述第七電阻的一端連接，所述第七電阻的另一端接地。
(2)所述裝置還包括第五電阻，所述電壓調(diào)整單元采用MOS管；
所述電源輸入端還分別與所述電壓基準(zhǔn)單元的信號(hào)輸入端、所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的電源供電端、所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的電源供電端以及所述MOS管的源極連接，所述電壓基準(zhǔn)單元的信號(hào)輸出端連接第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端，所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端通過第五電阻連接第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端，所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接MOS管的柵極，所述MOS管的漏極連接電源輸出端。
(3)所述裝置還包括第四電阻和第八電阻；
所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的輸出端和其負(fù)極輸入端之間還連接有第四電阻，所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的接地端接地；所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的輸出端和其負(fù)極輸入端之間還連接有第八電阻，所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的接地端接地。
(4)所述裝置還包括第一電容，所述第一電容的一端與所述MOS管的柵極連接，所述第一電容的另一端接地。
(5)所述MOS管為P溝道增強(qiáng)型MOS管，所述MOS管的源極連接電源輸入端，MOS管的漏極連接電源輸出端，當(dāng)MOS管的柵極電壓等于源極電壓時(shí)MOS管不導(dǎo)通，則漏極電壓為零；當(dāng)MOS管的柵極電壓低于源極電壓且其差值達(dá)到MOS管的開啟電壓后，MOS管開始導(dǎo)通，MOS管內(nèi)的電流從MOS管的源極流向漏極。
本實(shí)用新型技術(shù)方案的有益效果為：(1)由于采用MOS管進(jìn)行阻值變化設(shè)計(jì)，同時(shí)電路在應(yīng)用過程中僅僅進(jìn)行脈沖應(yīng)用，且脈沖間隔較長(zhǎng)，所以MOS管的散熱條件完全滿足應(yīng)用要求，與大功率電源模塊相比體積??；(2)整個(gè)電路設(shè)計(jì)中僅在電源輸入電壓超出要求時(shí)才會(huì)存在電阻消耗，與電源模塊相比消耗的時(shí)間短，總體消耗低；(3)本實(shí)用新型技術(shù)方案能夠在電源輸入電壓過高時(shí)確保電源輸出電壓不超標(biāo)的同時(shí)具有額定電流的帶載能力，在電源輸入電壓不高時(shí)直接將輸入電壓輸出。
附圖說明
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電源電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖：
其中，R1表示第一電阻，R2表示第二電阻，R3表示第三電阻，R4表示第四電阻，R5表示第五電阻，R6表示第六電阻，R7表示第七電阻，R8表示第八電阻，C1表示第一電容。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種電源電壓控制裝置，如圖1所示，所述電源電壓控制裝置設(shè)置有電源輸入端和電源輸出端，所述裝置包括：電壓基準(zhǔn)單元，差值比較與控制運(yùn)算單元，電壓調(diào)整單元；其中，所述電源輸入端分別與所述電壓基準(zhǔn)單元的輸入端、所述差值比較與控制運(yùn)算單元的電源供電端和所述電壓調(diào)整單元的電壓輸入端并聯(lián)連接，所述電壓基準(zhǔn)單元的輸出端與所述差值比較與控制運(yùn)算單元的信號(hào)輸入端串聯(lián)連接，所述差值比較與控制單元的輸出端與所述電壓調(diào)整單元的控制輸入端串聯(lián)連接，所述電壓調(diào)整單元的輸出端連接電源輸出端。
進(jìn)一步的，所述差值比較與控制運(yùn)算單元采用級(jí)聯(lián)的第一級(jí)集成運(yùn)算放大器和第二級(jí)集成運(yùn)算放大器組成；
所述電源輸出端通過輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)與所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接；所述電源輸入端通過輸入電壓采樣網(wǎng)絡(luò)與所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端連接；
所述輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò)包含第一電阻、第二電阻和第三電阻；所述第一電阻的一端與所述電源輸出端連接，所述第一電阻的另一端分別與所述第二電阻的一端、所述第三電阻的一端并聯(lián)連接，所述第二電阻的另一端接地，所述第三電阻的另一端與所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接；
所述輸入電壓采樣網(wǎng)絡(luò)包含第六電阻和第七電阻；所述第六電阻的一端與所述電源輸入端連接，所述第六電阻的另一端分別與所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端和所述第七電阻的一端連接，所述第七電阻的另一端接地。
具體的，當(dāng)電壓調(diào)整單元采用MOS管實(shí)現(xiàn)時(shí)，由所述電壓基準(zhǔn)單元、所述差值比較與控制運(yùn)算單元以及所述電壓調(diào)整單元組成的電源電壓控制電路，如圖1所示，具體為：
所述裝置還包括第五電阻，所述電壓調(diào)整單元采用MOS管；
所述電源輸入端還分別與所述電壓基準(zhǔn)單元的信號(hào)輸入端、所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的電源供電端、所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的電源供電端以及所述MOS管的源極連接，所述電壓基準(zhǔn)單元的信號(hào)輸出端連接第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的正極輸入端，所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端通過第五電阻連接第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端，所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接MOS管的柵極，所述MOS管的漏極連接電源輸出端。
所述裝置還包括第四電阻和第八電阻；
所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的輸出端和其負(fù)極輸入端之間還連接有第四電阻，所述第一級(jí)集成運(yùn)算放大器的接地端接地；所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的輸出端和其負(fù)極輸入端之間還連接有第八電阻，所述第二級(jí)集成運(yùn)算放大器的接地端接地。
更進(jìn)一步的，所述裝置還包括第一電容，所述第一電容的一端與所述MOS管的柵極連接，所述第一電容的另一端接地。
需要說明的是，所述第一電容C1用來防止電路發(fā)生自激。
對(duì)于如圖1所示的電路，其中：
A點(diǎn)電壓：(忽略同相端在該點(diǎn)的電壓)
第一級(jí)運(yùn)算放大器正極輸入端電壓：V+(即電壓基準(zhǔn)電路輸出端電壓)
B點(diǎn)電壓VB：
C點(diǎn)電壓VC：
D點(diǎn)電壓VD：
假設(shè)電源負(fù)載電阻為R，MOS管的跨導(dǎo)為gfs，則電源輸出電壓Vout＝(Vin-VD)×gfs×R
即：
則
即
對(duì)于固定功耗的電源負(fù)載電阻為R和固定的MOS管跨導(dǎo)gfs，等式(1)當(dāng)中為常數(shù)，也為常數(shù)，通過減小來減少電源輸入電壓對(duì)電源輸出電壓的影響，當(dāng)電源輸入電壓超過一定閾值后，電源輸入電壓Vin的增長(zhǎng)大于電源輸出電壓Vout的增長(zhǎng)，通過該種方式完成電源輸出電壓的限制。
該設(shè)計(jì)當(dāng)中采用P溝道增強(qiáng)型MOS管進(jìn)行設(shè)計(jì)，源極作為電源輸入，漏極作為電源輸出，當(dāng)柵極電壓等于源極電壓時(shí)MOS管不導(dǎo)通，漏極無輸出；當(dāng)柵極電壓低于源極電壓且差值達(dá)到MOS管的開啟電壓后MOS管開始導(dǎo)通，電流從MOS管的源極流向漏極，電流大小由MOS管的跨導(dǎo)和柵極與源極之間的電壓差值而定。
假設(shè)柵極電壓為VG，源級(jí)電壓為VS，負(fù)載電阻為R，MOS管的跨導(dǎo)為gfs，則漏極電壓VD＝(Vs-VG)×gfs×R。
當(dāng)輸入電壓高時(shí)柵極電壓增高，導(dǎo)致柵極與源極的差值減小，MOS管的導(dǎo)通電流變小，負(fù)載阻值不變，則漏極電壓(即輸出電壓)變小；當(dāng)輸入電壓較低時(shí)柵極電壓降低，導(dǎo)致柵極與源極的差值增大，MOS管的導(dǎo)通電流變大，負(fù)載阻值不變，則漏極電壓(即輸出電壓)變大。
假設(shè)R1＝10k，R2＝10k，R3＝20k，R4＝400k，R5＝10k，R6＝10k，R7＝1k，R8＝10k，gfs＝21，R＝3，V+＝4V；
則
當(dāng)電源輸入電壓低于8.4伏時(shí)MOS管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，MOS管漏極輸出電壓等于電源輸入電壓，假設(shè)電源輸入電壓輸入范圍為8V～20V，則輸出電壓為8V～10.4，通過設(shè)置阻值及電壓基準(zhǔn)可改變輸出電壓幅度和變化范圍。
假設(shè)阻值變化單元選擇三極管進(jìn)行設(shè)計(jì)則有：
輸出電壓Vout＝VD-0.7
即
則有：
從而采用三極管進(jìn)行設(shè)計(jì)的電源輸出電壓更容易看出電源輸入電壓Vin與電源輸出電壓Vout之間的關(guān)系，但采用三極管進(jìn)行設(shè)計(jì)存在0.7V的壓差。
本實(shí)用新型技術(shù)方案的有益效果為：(1)由于采用MOS管進(jìn)行阻值變化設(shè)計(jì)，同時(shí)電路在應(yīng)用過程中僅僅進(jìn)行脈沖應(yīng)用，且脈沖間隔較長(zhǎng)，所以MOS管的散熱條件完全滿足應(yīng)用要求，與大功率電源模塊相比體積?。?2)整個(gè)電路設(shè)計(jì)中僅在電源輸入電壓超出要求時(shí)才會(huì)存在電阻消耗，與電源模塊相比消耗的時(shí)間短，總體消耗低；(3)本實(shí)用新型技術(shù)方案能夠在電源輸入電壓過高時(shí)確保電源輸出電壓不超標(biāo)的同時(shí)具有額定電流的帶載能力，在電源輸入電壓不高時(shí)直接將輸入電壓輸出。
以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。