用于直流電壓調(diào)節(jié)器的精密輸出控制的制作方法【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電源來實(shí)現(xiàn)用于直流電壓調(diào)節(jié)器的精密輸出控制。該電源包括：輸入端子；輸出端子；耦接在輸入端子與輸出端子之間以在輸出端子處提供基本上恒定的DC輸出電壓的DC電壓調(diào)節(jié)器；耦接在輸出端子與地（例如，大地或者其它合適的參考電勢(shì)）之間的分壓器，分壓器包括至少第一電阻、第二電阻以及在第一電阻與第二電阻之間的第一節(jié)點(diǎn)，第一節(jié)點(diǎn)耦接到DC電壓調(diào)節(jié)器以向DC電壓調(diào)節(jié)器提供反饋電壓來調(diào)節(jié)DC輸出電壓；以及耦接在輸出端子與第一節(jié)點(diǎn)之間的可調(diào)分路調(diào)節(jié)器?！緦＠f明】用于直流電壓調(diào)節(jié)器的精密輸出控制【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本公開涉及用于直流(DC)電壓調(diào)節(jié)器的精密輸出控制。【
背景技術(shù)：
】[0002]本章節(jié)提供與本公開相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。[0003]在許多種應(yīng)用中采用DC電壓調(diào)節(jié)器來向各種負(fù)載供應(yīng)恒定的DC電壓。如圖1所示，DC電壓調(diào)節(jié)器可以具有耦接在其輸出端子之間的用于向反饋(FB)輸入端提供反饋電壓的分壓器。DC電壓調(diào)節(jié)器使用反饋電壓來調(diào)節(jié)其DC輸出電壓Vout。例如，具體DC電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)可以當(dāng)DC輸出電壓為5V時(shí)采用具有0.8V標(biāo)稱值的反饋電壓。然而，當(dāng)DC輸出電壓為5V時(shí)，由于部件容差、線和負(fù)載調(diào)節(jié)差異等，反饋電壓的實(shí)際值可能大于或小于0.8V。由于此原因，0.8V的標(biāo)稱反饋電壓可能具有諸如±2.5%的相關(guān)聯(lián)的容差。在該情況下，使用反饋電壓調(diào)節(jié)的額定輸出電壓將具有至少±2.5%、且典型地大于±2.5%的容差?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0004]本章節(jié)提供本公開的一般概述，而不是對(duì)整個(gè)范圍或所有其特征的全面公開。[0005]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，電源包括:輸入端子；輸出端子；耦接在輸入端子與輸出端子之間以在輸出端子處提供基本上恒定的DC輸出電壓的DC電壓調(diào)節(jié)器；耦接在輸出端子與地(例如，大地或其它合適的參考電勢(shì))之間的分壓器，分壓器包括至少第一電阻、第二電阻以及在第一電阻與第二電阻之間的第一節(jié)點(diǎn)，第一節(jié)點(diǎn)耦接到DC電壓調(diào)節(jié)器以向DC電壓調(diào)節(jié)器提供反饋電壓來調(diào)節(jié)DC輸出電壓；以及耦接在輸出端子與第一節(jié)點(diǎn)之間的可調(diào)分路調(diào)節(jié)器。[0006]從本文中所提供的描述中，將容易明白更多的適用領(lǐng)域。本概述中的描述和具體例子僅意在用于說明的目的，而不意在限制本公開的范圍?！緦＠綀D】【附圖說明】[0007]本文中所描述的附圖僅用于所選擇的實(shí)施例、而不是所有可能的實(shí)施方式的說明性目的，并且不意在限制本公開的范圍。[0008]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC電壓調(diào)節(jié)器電路的框圖；[0009]圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)示例實(shí)施例的包括DC電壓調(diào)節(jié)器的電源的框圖；[0010]圖3是其中DC電壓調(diào)節(jié)器包括非隔離式降壓轉(zhuǎn)換器的圖2的電源的框圖；[0011]圖4是其中DC電壓調(diào)節(jié)器包括線性調(diào)節(jié)器的圖2的電源的框圖；[0012]圖5是示出了用于圖2的電源的一個(gè)示例電路配置的電路圖；[0013]圖6是示出了用于圖2的電源的另一個(gè)示例電路配置的電路圖；[0014]圖7是合并了圖2的電源的電源的框圖；以及[0015]圖8A至圖SC是示出了耦接到處理器的參考電壓輸入端和/或電源的圖2的電源的框圖。[0016]在附圖的全部視圖中，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部分?！揪唧w實(shí)施方式】[0017]現(xiàn)在，將參照附圖更全面地描述示例實(shí)施例。[0018]提供示例實(shí)施例，使得本公開是全面的并且完整地將其范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。提出了多個(gè)具體細(xì)節(jié)如具體的部件、裝置和方法的例子，以提供對(duì)本公開的實(shí)施例的徹底理解。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然的是，不需要采用具體的細(xì)節(jié)，示例實(shí)施例可以以很多不同的形式來實(shí)施，并且二者都不應(yīng)當(dāng)被理解為限制本公開的范圍。在一些示例實(shí)施例中，沒有詳細(xì)描述公知的過程、公知的裝置結(jié)構(gòu)和公知的技術(shù)。[0019]本文中所使用的技術(shù)僅為了描述具體的示例實(shí)施例的目的，而非意在限制。如本文中所使用的，除非上下文另外明確地指出，否則，單數(shù)也可以意在包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”和“具有”是包括性的，并且因此指出所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個(gè)或更多個(gè)其它其特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或增加。除非明確地被確定為執(zhí)行的順序，否則，本文中所描述的步驟、過程和操作不被理解為必要地要求其以所討論的或所示出的具體的順序執(zhí)行。同樣應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用另外的或替選的步驟。[0020]盡管在本文中使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、范圍、層和/或部分，然而，這些術(shù)語不應(yīng)當(dāng)限制這些元件、部件、范圍、層和/或部分。這些術(shù)語可以僅用于區(qū)分一個(gè)元件、部件、范圍、層和/或部分與另一個(gè)范圍、層和/或部分。當(dāng)在本文中使用時(shí)，除非明確地由上下文指出，否則，術(shù)語如“第一”、“第二”和其它數(shù)字術(shù)語不意味著次序或順序。因而，下面所討論的第一元件、第一部件、第一范圍、第一層和/或第一部分可以被稱為第二元件、第二部件、第二范圍、第二層和/或第二部分而不偏離示例實(shí)施例的教導(dǎo)。[0021]在本文中，可以使用空間相關(guān)的術(shù)語如“內(nèi)部的”、“外部的”、“在下方”、“在下”、“較低的”、“在上方”、“上部的”等，以便于描述附圖中示出的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)元件或特征的關(guān)系?？臻g相關(guān)的術(shù)語可以意在包含除附圖中所描繪的方向之外的處于使用或工作狀態(tài)的裝置的不同的方向。例如，如果附圖中的裝置被倒置，則描述為在其它元件或特征的“下方”的元件將在其它元件或特征的“上方”。因而，示例術(shù)語“在下”可以包括在上和在下的兩個(gè)方向。裝置可以指向另外的方向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方向)并且本文中使用的空間相關(guān)描述符相應(yīng)地被解釋。[0022]根據(jù)本公開的一個(gè)示例實(shí)施例的電源在圖2中示出并且總體上由標(biāo)號(hào)200表示。如圖2所示，電源200包括一對(duì)輸入端子102、104、一對(duì)輸出端子106、108、以及耦接在輸入端子與輸出端子之間的用于在輸出端子106、108處提供恒定的DC輸出電壓Vout的DC電壓調(diào)節(jié)器110。電源200還包括分壓器和可調(diào)分路調(diào)節(jié)器(adjustableshuntregulator)112。分壓器由耦接在輸出端子106與108之間的電阻器Rl、R2構(gòu)成。電阻器Rl、R2之間的節(jié)點(diǎn)NI耦接到DC電壓調(diào)節(jié)器110的反饋(FB)輸入端來提供指示輸出電壓Vout的反饋電壓。DC電壓調(diào)節(jié)器110使用反饋電壓來調(diào)節(jié)DC輸出電壓Vout。可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112耦接在輸出端子106、108與節(jié)點(diǎn)NI之間。[0023]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112可以通過使用電阻器、電容器和/或晶體管(圖2中未示出)以多種方式耦接在輸出端子106、108與節(jié)點(diǎn)NI之間。[0024]可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112優(yōu)選地具有緊密的電壓容差，該電壓容差能夠用來改善(即，降低)與由分壓器提供的典型反饋電壓相關(guān)聯(lián)的容差。例如，在一種具體實(shí)施中，將可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112添加到電源200將反饋電壓的容差從2.5%降低到1.0%。這又降低了額定電壓的容差，使得電源200適合于要求經(jīng)緊密調(diào)節(jié)的DC電壓的應(yīng)用。[0025]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，輸入端子104和輸出端子108可以是參考端子，也被稱為地端子，并且可以耦接到大地。[0026]DC電壓調(diào)節(jié)器110可以是線性調(diào)節(jié)器、采用任意合適的拓?fù)?例如，降壓或升壓拓?fù)?的開關(guān)調(diào)節(jié)器等。圖3示出了一個(gè)示例實(shí)施例，其中電壓調(diào)節(jié)器110包括非隔離式降壓轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，降壓轉(zhuǎn)換器可以包括電感器L、二極管D、電容器C、至少一個(gè)電力開關(guān)S和被配置成控制電力開關(guān)S的控制器。圖4示出了另一個(gè)示例實(shí)施例，其中電壓調(diào)節(jié)器110包括線性調(diào)節(jié)器。[0027]圖5示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的包括電壓調(diào)節(jié)器110和可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的電源500。在本例子中，可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112包括陽極端子AT、陰極端子CT、參考端子RT和內(nèi)部參考電壓如2.5V。陰極端子CT通過電阻器R5耦接到輸出端子106。陰極端子CT還經(jīng)由晶體管Ql耦接到節(jié)點(diǎn)NI。在圖5所示的例子中，晶體管Ql是具有柵極端子、源極端子和漏極端子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)?？商孢x地，可采用雙極晶體管。可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的陽極端子AT耦接到地。除了由電阻器R1、R2構(gòu)成的分壓器以外，圖5的示例電源還包括由電阻器R3、R4構(gòu)成的另一個(gè)分壓器。電阻器R3、R4之間的節(jié)點(diǎn)N2耦接到可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的參考端子RT。[0028]可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112被配置成在必要時(shí)通過其陰極端子CT吸收電流以將其參考端子RT維持在等于內(nèi)部參考電壓的電壓。因此，電阻器R3、R4的值被選擇為當(dāng)輸出電壓Vout等于額定輸出電壓時(shí)在節(jié)點(diǎn)N2處提供等于可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的內(nèi)部參考電壓的電壓。[0029]在一種具體實(shí)施中，圖5的電源被配置成從12VDC輸入電壓產(chǎn)生5V的額定輸出電壓，且可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的內(nèi)部參考電壓是2.5V。因此，電阻器R3、R4優(yōu)選地具有相同的電阻值，從而當(dāng)輸出電壓Vout是5V時(shí)，節(jié)點(diǎn)N2處的電壓將是2.5V。另外，由電阻器R1、R2構(gòu)成的電阻分壓器可以被配置成當(dāng)輸出電壓Vout是5V時(shí)向電壓調(diào)節(jié)器110的反饋(FB)輸入端提供0.8V的反饋電壓。然而，當(dāng)DC輸出電壓由于部件容差、線和負(fù)載調(diào)節(jié)差異等而為5V時(shí)，反饋電壓的實(shí)際值可能初始時(shí)大于或小于0.8V。[0030]如果當(dāng)輸出電壓Vout是5V時(shí)反饋電壓的實(shí)際值大于0.8V,則電源將假定輸出電壓Vout大于5V并且在必要時(shí)調(diào)整其工作以減小輸出電壓Vout。結(jié)果，輸出電壓Vout可以下降到低于5V，造成節(jié)點(diǎn)N2處的電壓下降到低于2.5V。作為響應(yīng)，可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112在必要時(shí)將通過電阻器R5及其陰極端子CT吸收電流以將參考端子RT處的電壓增大到2.5V。這又將調(diào)整晶體管Ql的控制端子(例如，柵極)處的電壓，這將調(diào)整流經(jīng)晶體管Ql的電流以減小節(jié)點(diǎn)NI處的電壓直到輸出電壓Vout返回到5V。[0031]優(yōu)選地，圖5的電源被配置成當(dāng)FB輸入端處的電壓具有其最低可能值時(shí)產(chǎn)生其額定輸出電壓(例如5V)。例如，如果預(yù)期反饋電壓是0.8V±2.5%，則電源可以被配置成當(dāng)FB輸入端處的電壓是0.78V(即0.8V—2.5%)時(shí)產(chǎn)生其額定輸出電壓。因此，當(dāng)實(shí)際反饋電壓是0.78V時(shí)，電源將產(chǎn)生其額定輸出電壓，其中可調(diào)分路調(diào)節(jié)器不吸收電流。當(dāng)實(shí)際反饋電壓從其最小值0.78V增大道其最大值0.82V時(shí)，可調(diào)分路調(diào)節(jié)器在必要時(shí)能夠吸收增大量的電流以將輸出電壓Vout維持在其額定值。[0032]圖6示出了根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例的電源600。除了圖6的電源包括耦接在可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的陰極端子CT與參考端子RT之間的電容器Cl以外，圖6的電源類似于圖5的電源500。電容器Cl控制可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的環(huán)路響應(yīng)。它可以是所示的單個(gè)電容器或者電容器和電阻器的網(wǎng)絡(luò)以根據(jù)需要修改可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112的頻率響應(yīng)。在圖6的例子中，電容器Cl被設(shè)定大小為提供慢環(huán)路響應(yīng)。電壓調(diào)節(jié)器使用電阻器Rl和R2來使快的頻率響應(yīng)被構(gòu)建在其控制器中。可調(diào)分路調(diào)節(jié)器修改電壓調(diào)節(jié)器的DC增益而不干涉電壓調(diào)節(jié)器的控制器的頻率響應(yīng)。如果電容器Cl不存在(例如，如圖5的例子中那樣)，則可調(diào)分路調(diào)節(jié)器的響應(yīng)可以非?？?。[0033]另外，圖6的電源包括耦接在晶體管Ql與地之間的電阻器R6。在其中晶體管Ql是FET的圖6的例子中，電阻器R6耦接在FET的源極端子與地之間。電阻器R6能夠限制可調(diào)分路調(diào)節(jié)器的調(diào)整范圍。兩個(gè)極值是存在于可調(diào)分路調(diào)節(jié)器的陰極端子上的最小電壓和最大電壓。在這些情形中，晶體管Ql將關(guān)斷或完全接通。當(dāng)Ql關(guān)斷時(shí)，反饋電壓由Rl和R2的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來確定。當(dāng)Ql完全接通時(shí)，反饋電壓由Rl和R2|R6的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來確定。如果R6為零Ω并且電容器Cl不存在(例如，如圖5的例子中那樣)，則可調(diào)分路調(diào)節(jié)器將擔(dān)當(dāng)高增益滯環(huán)(hysteretic)控制。[0034]雖然圖5和圖6示出了兩個(gè)特定電路配置，然而應(yīng)當(dāng)理解，可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112可以以任何合適的方式耦接在輸出端子106、108與節(jié)點(diǎn)NI之間而不偏離這些教導(dǎo)的范圍。[0035]可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112可以是例如TL431型裝置，其是具有容差為±0.5%的2.5V內(nèi)部參考電壓的低電力消耗裝置。結(jié)果，使用1%電阻器，能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)106處的5V輸出電壓控制在約±1.5%。該容差能夠通過使用具有更緊密的容差的電阻器R3、R4(例如，精密電阻器、精密電阻分壓器、經(jīng)激光微調(diào)的電阻器等)和/或可調(diào)分路調(diào)節(jié)器112來進(jìn)一步降低。所實(shí)現(xiàn)的實(shí)際容差將是R3和R4的電阻的比率的函數(shù)。[0036]本文所公開的電源可以用在許多種應(yīng)用中。例如，并且如圖7所示，圖2的電源200可以被合并到被配置成提供兩個(gè)或更多個(gè)DC輸出電壓Voutl、Vout2的更大的電源700中。DC輸出電壓Voutl、Vout2可以分別是12V和5V或者任何其它期望電壓。[0037]圖2的電源200也可以用來如圖8A所示那樣向處理器802的供應(yīng)電壓輸入端、或者如圖SB所示那樣向處理器802的電壓參考輸入端、或者如圖SC所示那樣向處理器802的供應(yīng)電壓輸入端和電壓參考輸入端提提供恒定的DC輸出電壓供恒定的DC輸出電壓。處理器802可以是微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等。此外，處理器802可以是用于電源(比如，合并了圖2的電源的電源)的數(shù)字控制器。在該情況下，數(shù)字控制器可以使用被提供給其參考電壓輸入端的電壓來控制電源的主輸出并且/或者來監(jiān)視其它監(jiān)控電路。[0038]應(yīng)當(dāng)理解，本文中所提到的特定值(例如，5V、2.5V、0.8V、加/減0.5、1%、2.5%等)僅是例子，并且可以在這些教導(dǎo)的任何所給出的實(shí)施中使用其它值。應(yīng)當(dāng)理解，在必要時(shí)能夠選擇可調(diào)分路調(diào)節(jié)器和其它部件(包括電阻器)的容差以實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施所期望的容差。[0039]應(yīng)當(dāng)明顯的是，能夠使用本公開的教導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)緊密的DC電壓容差而無需針對(duì)處理器或其它部件進(jìn)行電勢(shì)器微調(diào)、測(cè)試選擇電阻值或者實(shí)施校準(zhǔn)例程(盡管在需要時(shí)，也能夠使用這些技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè))。[0040]已經(jīng)為了說明和描述的目的提供了前面的實(shí)施例的描述。前面的實(shí)施例的描述不意在是詳盡的或限制本公開。具體實(shí)施例的單個(gè)元件或特征通常不限制該具體實(shí)施例，但是，即使沒有具體地示出或描述，具體的實(shí)施例的單個(gè)元件或特征在所選擇的實(shí)施例中在可應(yīng)用的地方也是可替換的并且也可以使用。相同的方式也可以以許多方式變化。這樣的變化不被認(rèn)為是偏離本公開，并且所有這樣的修改意在包括在本公開的范圍內(nèi)。【權(quán)利要求】1.一種電源,包括:輸入端子；輸出端子；DC電壓調(diào)節(jié)器，所述DC電壓調(diào)節(jié)器耦接在所述輸入端子與所述輸出端子之間以在所述輸出端子處提供基本上恒定的DC輸出電壓；分壓器，所述分壓器耦接在所述輸出端子與地之間，所述分壓器包括至少第一電阻、第二電阻以及在所述第一電阻與所述第二電阻之間的第一節(jié)點(diǎn)，所述第一節(jié)點(diǎn)耦接到所述DC電壓調(diào)節(jié)器以向所述DC電壓調(diào)節(jié)器提供反饋電壓來調(diào)節(jié)所述DC輸出電壓；以及可調(diào)分路調(diào)節(jié)器，所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器耦接在所述輸出端子與所述第一節(jié)點(diǎn)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，還包括具有供應(yīng)電壓輸入端的數(shù)字控制器，其中，所述輸出端子耦接到所述數(shù)字控制器的供應(yīng)電壓輸入端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源，其中，所述數(shù)字控制器包括參考電壓輸入端，并且所述輸出端子耦接到所述數(shù)字控制器的參考電壓輸入端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述輸出端子和所述DC輸出電壓分別是第一輸出端子和第一DC輸出電壓，所述電源還包括第二輸出端子以提供與所述第一DC輸出電壓不同的第二DC輸出電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述分壓器是第一分壓器，所述電源還包括耦接在所述輸出端子與地之間的第二分壓器，所述第二分壓器包括至少第三電阻、第四電阻以及在所述第三電阻與所述第四電阻之間的第二節(jié)點(diǎn)，所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器包括耦接到所述第二節(jié)點(diǎn)的參考端子。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源，其中，所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器包括陰極端子，所述電源還包括耦接在所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器的所述陰極端子與所述第一節(jié)點(diǎn)之間的晶體管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源，其中，所述晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其中，所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器的所述陰極端子通過電阻耦接到所述輸出端子。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源，其中，所述可調(diào)分路調(diào)節(jié)器包括耦接到地的陽極端子。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述DC電壓調(diào)節(jié)器包括開關(guān)調(diào)節(jié)器。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源，其中，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器包括降壓轉(zhuǎn)換器。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源，其中，所述降壓轉(zhuǎn)換器是非隔離式降壓轉(zhuǎn)換器。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述DC電壓調(diào)節(jié)器包括線性調(diào)節(jié)器。14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的電源，其中，所述DC輸出電壓具有小于或等于約1%的額定容差。【文檔編號(hào)】H02M3/10GK104038053SQ201310743728【公開日】2014年9月10日申請(qǐng)日期:2013年12月30日優(yōu)先權(quán)日:2013年3月4日【發(fā)明者】羅伯特·亨利·基普利,布魯斯·阿倫·弗雷德里克申請(qǐng)人:雅達(dá)電子國(guó)際有限公司