一种输出电压补偿电路及补偿方法与流程

1.本发明实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种输出电压补偿电路及补偿方法。


背景技术：

2.开关电源在输出电流的过程中，由于印制电路板(printed circuit board，pcb)走线存在等效电阻，电流从电源输出端传输到负载端的过程中会造成电源的压降，因此，通常会采取反馈的方式补偿压降。
3.目前开关电源反馈方式主要有三种，近端反馈、远端单端反馈和远端差分反馈。近端反馈用于对电源不敏感的单元供电，远端反馈用于给电源敏感的单元(例如，中央处理器)供电。远端反馈的作用是开关电源通过采集负载端有压降的电压作为反馈，从而补偿pcb走线引起的压降，其中单端反馈补偿了电源正极走线压降，差分反馈补偿了电源正极和地的走线压降。然而，为了使电源更精确，远端反馈线需要从负载芯片内部连出(芯片出球)，对于复杂的多电源系统(例如手机等智能终端)，则会增加走线成本和走线复杂度。


技术实现要素：

4.本发明提供一种输出电压补偿电路及补偿方法，以实现无需远端反馈和不增加反馈线就能补偿因走线阻抗产生的压降，进而降低走线复杂度和制作成本。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种输出电压补偿电路，该输出电压补偿电路包括：控制模块、pwm输出模块、功率变换模块、电流检测模块、电压补偿调节模块和反馈模块；
6.其中，所述控制模块与所述pwm输出模块电连接，所述pwm输出模块与所述功率换模块电连接，所述pwm输出模块用于输出pwm信号至所述功率变换模块，所述功率变换模块用于根据所述pwm输出模块输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；
7.所述电流检测模块分别与所述功率变换模块和所述电压补偿调节模块电连接，所述电压补偿调节模块分别与所述功率变换模块的电压输出端和所述反馈模块电连接，所述反馈模块分别与所述电流检测模块和所述控制模块电连接；其中，所述电流检测模块用于检测流过所述功率变换模块的电流，所述电压补偿调节模块用于根据所述电流检测模块检测的电流和所述功率变换模块输出的电压输出补偿电压至所述反馈模块；
8.其中，所述控制模块用于根据所述电压补偿调节模块输出的补偿电压调节所述pwm输出模块输出的pwm信号以调节所述功率变换模块的输出电压。
9.第二方面，本发明实施例还提供了一种输出电压补偿电路补偿方法，其特征在于，由输出电压补偿电路执行，所述输出电压补偿电路包括控制模块、pwm输出模块、功率变换模块、电流检测模块、电压补偿调节模块和反馈模块；其中，所述控制模块与所述pwm输出模块电连接，所述pwm输出模块与所述功率变换模块电连接，所述pwm输出模块用于输出pwm信号至所述功率变换模块，所述功率变换模块用于根据所述pwm输出模块输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；所述电流检测模块分别与所述功率变换模块和所述电压补偿调节模块电连接，所述电压补偿调节模块分别与所述功率变换模块的电压输
出端和所述反馈模块电连接，所述反馈模块分别与所述电流检测模块和所述控制模块电连接；其中，所述电流检测模块用于检测流过所述功率变换模块的电流，所述电压补偿调节模块用于根据所述电流检测模块检测的电流和所述功率变换模块输出的电压输出补偿电压至所述反馈模块；
10.所述补偿方法包括：根据所述电压补偿调节模块输出的补偿电压调节所述pwm输出模块输出的pwm信号调节所述功率变换模块的输出电压。
11.本发明通过提供一种输出电压补偿电路，该电路包括：控制模块、pwm输出模块、功率变换模块、电流检测模块、电压补偿调节模块和反馈模块；其中，控制模块与pwm输出模块电连接，pwm输出模块与功率变换模块电连接，pwm输出模块用于输出pwm信号至功率变换模块，功率变换模块用于根据pwm输出模块输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；电流检测模块分别与功率变换模块和电压补偿调节模块电连接，电压补偿调节模块分别与功率变换模块的电压输出端和反馈模块电连接，反馈模块分别与电流检测模块和控制模块电连接；其中，电流检测模块用于检测流过功率变换模块的电流，电压补偿调节模块用于根据电流检测模块检测的电流和功率变换模块输出的电压输出补偿电压至反馈模块；其中，控制模块用于根据电压补偿调节模块输出的补偿电压调节pwm输出模块输出的pwm信号以调节功率变换模块的输出电压。由此可知，通过该电路可以解决现有的补偿方法存在走线复杂度高、走线制作成本高的问题，实现无需远端反馈和不增加反馈线就能补偿因走线阻抗产生的压降，进而降低走线复杂度和制作成本。
附图说明
12.图1是本发明实施例一中的一种输出电压补偿电路的结构示意图；
13.图2是本发明实施例二中的一种输出电压补偿电路的结构示意图；
14.图3是本发明实施例三中的一种输出电压补偿电路的结构示意图；
15.图4是本发明实施例四中的一种输出电压补偿电路补偿方法的流程图。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
17.实施例一
18.图1是本发明实施例一中提供的一种输出电压补偿电路的结构示意图，参考图1，该输出电压补偿电路包括：控制模块10、pwm输出模块20、功率变换模块30、电流检测模块40、电压补偿调节模块50和反馈模块60；
19.其中，控制模块10与pwm输出模块20电连接，pwm输出模块20与功率变换模块30电连接，pwm输出模块20用于输出pwm信号至功率变换模块30，功率变换模块30用于根据pwm输出模块20输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；
20.电流检测模块40分别与功率变换模块30和电压补偿调节模块50电连接，电压补偿调节模块50分别与功率变换模块30的电压输出端和反馈模块60电连接，反馈模块60分别与电流检测模块40和控制模块10电连接；其中，电流检测模块40用于检测流过功率变换模块
30的电流，电压补偿调节模块50用于根据电流检测模块40检测的电流和功率变换模块30输出的电压输出补偿电压至反馈模块60；
21.其中，控制模块10用于根据电压补偿调节模块50输出的补偿电压调节pwm输出模块20输出的pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压。
22.其中，控制模块10可以为具有触发器作用的控制芯片。电流检测模块40可以为电流源检测芯片。
23.在本实施例的技术方案中，该输出电压补偿电路的实现过程为：参考图1，控制模块10控制pwm输出模块20输出pwm信号至功率变换模块30，通过pwm信号控制功率变换模块30的输出。由于电源走线存在一定的等效阻抗，使得功率变换模块30输出的电压经过电源走线会产生一定的压降，而导致无法保证负载端的电压需求。因此，本发明实施例通过电流检测模块40检测流过功率变换模块30的电流，并将检测的电流输出到电压补偿调节模块50，经电压补偿调节模块50调节输出补偿电压至反馈模块60，再由反馈模块60输出到控制模块10，控制模块10根据反馈模块60反馈的补偿电压控制pwm输出模块20输出pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压。由此，通过将电压补偿调节模块50输出的补偿电压反馈至控制模块10，由控制模块10根据补偿电压调节pwm输出模块20输出的pwm信号以调节功率变换模块30的电压输出，从而补偿功率变换模块30输出的电压由于电源走线阻抗产生的压降。因此，通过本发明实施例可以解决现有的补偿方法存在走线复杂度高、走线制作成本高的问题，实现无需远端反馈和不增加反馈线就能补偿因走线阻抗产生的压降，进而降低走线复杂度和制作成本。
24.本发明实施例通过提供一种输出电压补偿电路，该电路包括：控制模块、pwm输出模块、功率变换模块、电流检测模块、电压补偿调节模块和反馈模块；其中，控制模块与pwm输出模块电连接，pwm输出模块与功率变换模块电连接，pwm输出模块用于输出pwm信号至功率变换模块，功率变换模块用于根据pwm输出模块输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；电流检测模块分别与功率变换模块和电压补偿调节模块电连接，电压补偿调节模块分别与功率变换模块的电压输出端和反馈模块电连接，反馈模块分别与电流检测模块和控制模块电连接；其中，电流检测模块用于检测流过功率变换模块的电流，电压补偿调节模块用于根据电流检测模块检测的电流和功率变换模块输出的电压输出补偿电压至反馈模块；其中，控制模块用于根据电压补偿调节模块输出的补偿电压调节pwm输出模块输出的pwm信号以调节功率变换模块的输出电压。由此可知，通过该电路可以解决现有的补偿方法存在走线复杂度高、走线制作成本高的问题，实现无需远端反馈和不增加反馈线就能补偿因走线阻抗产生的压降，进而降低走线复杂度和制作成本。
25.实施例二
26.图2是本发明实施例二中提供的一种输出电压补偿电路的结构示意图，在上述实施例一的基础上，参考图2，功率变换模块30包括第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第一电感l1，第一晶体管m1的控制端和第二晶体管m2的控制端均与pwm输出模块20的第一输出端电连接，第三晶体管m3的控制端与pwm输出模块20的第二输出端电连接，第一晶体管m1的第一端和第二晶体管m2的第一端均与电压输入端vin电连接，第一晶体管m1的第二端与第三晶体管m3的第一端电连接，第三晶体管m3的第二端接地，第二晶体管m2的第二端分别与第一晶体管m1的第二端和第一电感l1的第一端电连接，第一电感l1的第二端与电
压输出端vout电连接；
27.其中，第二晶体管m2的第一端还与电流检测模块40电连接，电流检测模块40用于检测电压输入端vin流入第二晶体管m2的电流。
28.其中，参考图2，控制模块10通过控制pwm输出模块20输出pwm信号可以控制第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3的导通或者关断，进而可以控制电压输入端vin输入的电压从电压输出端vout输出。其中，第一晶体管m1和第二晶体管m2可以为pmos管，第三晶体管m3可以为nmos管。
29.其中，参考图2，功率变换模块30还包括阻抗元件r3。电压输入端vin还包括第一电容元件c1，电压输出端vout还包括第二电容元件c2。第一电容元件c1的第一端与电压输入端vin电连接，第二端接地。第二电容元件c2的第一端与电压输出端vout电连接，第二端接地。第一电容元件c1和第二电容元件c2用于滤波。
30.可选地，继续参考图2，电压补偿调节模块50包括比例控制单元51、加法器52和输出电压调节单元53，比例控制单元51分别与电流检测模块40和加法器52的第一输入端电连接，输出电压调节单元53分别与功率变换模块30的电压输出端vout和加法器52的第二输入端电连接，加法器52的输出端与反馈模块60电连接；
31.其中，比例控制单元51用于将电流检测模块40检测的电流按照预设比例放大系数放大预设比例放大系数后输出至加法器52的第一输入端，输出电压调节单元53用于将功率变换模块30的电压输出端vout输出的电压经电阻调压后输出至加法器52的第二输入端，加法器52用于将其第一输入端和第二输入端输入的电压叠加后输出到反馈模块60。
32.其中，加法器52第一输入端和第二输入端输入的电压叠加后输出的电压为补偿电压，补偿电压输出到反馈模块60的第二输入端，并与反馈模块60第一输入端输入的基准电压信号vref比较后输出到控制模块10，控制模块10根据该反馈的补偿电压控制pwm输出模块20输出pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压，从而补偿因电源走线阻抗产生的压降。
33.其中，比例控制单元51可以为比例放大器。通过调节比例放大器的预设比例放大系数可以补偿功率变换模块30输出的电压。通过调节输出电压调节单元53可以调节功率变换模块30的电压输出端vout的电压。可选地，可以通过单独的数字控制模块(例如单片机)来配置比例控制单元51的预设比例放大系数。通过数字控制模块还可以调节输出电压调节单元以调节功率变换模块30的电压输出端vout的输出电压。
34.可选地，继续参考图2，输出电压调节单元53包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1的第一端与电压输出端vout电连接，第一电阻r1的第二端分别与加法器52的第二输入端和第二电阻r2的第一端电连接，第二电阻r2的第二端接地。
35.其中，经第一电阻r1输出的电压输出到加法器52的第二输入端，比例控制单元51输出的电压输出到加法器52的第一输入端。加法器52将其第一输入端和第二输入端输入的电压叠加后输出的电压即为补偿后的反馈电压，补偿后的反馈电压经反馈模块60输出到控制模块10，控制模块10根据该反馈的补偿后电压控制pwm输出模块20输出pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压，从而补偿因电源走线阻抗产生的压降。
36.可选地，第一电阻r1为可变电阻。
37.其中，可以通过单独的数字控制模块(例如单片机)来配置第一电阻的阻值以调节
功率变换模块30电压输出端vout的电压。此外，第一电阻r1还可以为滑动变阻器。
38.可选地，继续参考图2，电压补偿调节模块50还包括滤波单元54，滤波单元54分别与电流检测模块40和比例控制单元51电连接。
39.其中，滤波单元54可以为低通滤器。
40.可选地，继续参考图2，反馈模块60包括运算放大器b1和比较器b2，运算放大器b1的第一输入端接入基准电压信号vref，运算放大器b1的第二输入端与电压补偿调节模块50电连接，运算放大器b1的输出端与比较器b2的第一输入端电连接，比较器b2的第二输入端与电流检测模块40电连接，比较器b2的输出端与控制模块10电连接。
41.其中，运算放大器b1可以为误差放大器，用于将加法器52输出端输出的补偿电压与基准电压信号vref进行误差放大。其中，基准电压信号vref带隙基准源。比较器b2用于将放大器运算放大器b1输出的补偿后反馈电压输出到控制模块10的反馈端r。此外，反馈模块60还包括斜波补偿模块vramp，斜波补偿模块vramp用于将电流检测模块40输出的电流信号与斜波补偿模块vramp输出的斜坡信号叠加后输出到运算放大器的正极，由此，通过信号的叠加补偿可以提高电流信号的稳定性。
42.在本实施例的技术方案中，电压补偿调节模块50和反馈模块60的工作原理为：参考图2，假设功率变换模块30的电压输入端vin输入的平均电流为iin，电压输出端vout输出的电压为vo，输出平均电流为io，pcb走线回路的阻抗为r0，负载芯片内部的电源走线回路的阻抗为r1，则需要补偿的电源压降为io*(r0+r1)。
43.由于电流检测模块40输出的电流正比于电压输入端vin输入的平均电流iin，设正比的系数为a，则滤波单元54输出的电压v1为：
44.v1＝a*iin
45.假设电源的效率为η，其中，效率η可以通过测试获得，在输入输出确定的情况下，η跟负载有关，通常取最大值，则可以计算出输出平均电流io为：
[0046][0047]
比例控制单元51输出的电压v2为：
[0048]
v2＝-io*(r0+r1)*vref/vo
[0049]
其中，vref为运算放大器b1第一输入端输入的基准电压。
[0050]
由此，根据上述v1和v2两个式子，可以得到比例控制单元51的比例放大系数p为：
[0051][0052]
其中，r1、η、vref、a由芯片本身决定，为芯片的固定参数。r0、vo和vin由具体产品决定，可根据实际使用情况进行调节。其中，为了保证系统的稳定性，a可以取该芯片工艺下的最小值，电源的效率η取所有负载下的最大值，pcb走线回路的阻抗为r0和负载芯片内部的电源走线回路的阻抗为r1可以通过仿真技术获得，vo可以通过调节输出电压调节单元53进行调节。
[0053]
由此，在对输出电压补偿电路进行补偿调节的过程中，可以通过单独的数字控制模块(例如单片机)来调节输出电压调节单元53的输出电压以调节功率变换模块30电压输出端vout的电压，通过仿真技术获取pcb走线回路的阻抗r0和负载芯片内部的电源走线回
路的阻抗r1，根据电压输出端vout的电压、pcb走线回路的阻抗r0和负载芯片内部的电源走线回路的阻抗r1等参数可以配置比例控制单元51的预设比例放大系数，从而使比例控制单元输出功率变换模块30需要补偿的电压值，并将需补偿的电压值经加法器52、反馈模块60反馈到控制模块10的反馈端r，由控制模块10根据反馈信号控制pwm输出模块20输出pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压。
[0054]
可选地，还包括过流保护模块70，过流保护模块70分别与电流检测模块40和控制模块10电连接。
[0055]
其中，过流保护模块70与功率变换模块30电连接，用于将检测到的功率变换模块30的电流输入到控制模块10的过流保护反馈端，以检测功率变换模块30是否发生过流。
[0056]
此外，参考图2，该输出电压补偿电路还包括过压保护模块ovp、频率配置模块pfm和信号源s。其中，过压保护模块ovp用于在该电路出现过压时保护该电路，频率配置模块pfm可以配置控制模块10的频率，提供的频率在电源轻载时使用。
[0057]
实施例三
[0058]
图3是本发明实施例三中提供的一种输出电压补偿电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，参考图3，功率变换模块30包括第四晶体管m4、第五晶体管m5和第二电感l2，第四晶体管m4的控制端与pwm输出模块20的第一输出端电连接，第四晶体管m4的第一端与电压输入端vin电连接，第四晶体管m4的第二端分别与第五晶体管m5的第一端和第二电感l2的第一端电连接，第五晶体管m5的控制端与pwm输出模块20的第二输出端电连接，第五晶体管m5的第二端接地，第二电感l2的第二端与电压输出端vout电连接；
[0059]
其中，第二电感l2的第一端和第二端分别与电流检测模块40电连接，电流检测模块40用于检测流入第二电感l2的电流。
[0060]
其中，控制模块10通过控制pwm输出模块20输出pwm信号可以控制第四晶体管m4和第五晶体管m5的导通或者关断，进而可以控制电压输入端vin输入的电压从电压输出端vout输出。其中，第四晶体管m4可以为p型mos管，第五晶体管m5可以为n型mos管。
[0061]
在本实施例的技术方案中，电压补偿调节模块50和反馈模块60的工作原理为：参考图2，假设功率变换模块30的电压输出端vout输出的电压为vo，输出平均电流为io，第一电感l1的电阻为rl，pcb走线回路的阻抗为r0，负载芯片内部的电源走线回路的阻抗为r1，则需要补偿的电源压降为io*(r0+r1)。
[0062]
由于电流检测模块40输出的电流正比于电压输出端的平均电流为io，设正比的系数为a，则滤波单元54输出的电压v1为：
[0063]
v1＝a*io*rl
[0064]
比例控制单元51输出的电压v2为：
[0065]
v2＝-io*(r0+r1)*vref/vo
[0066]
其中，vref为运算放大器b1第一输入端输入的基准电压。
[0067]
由此，根据上述v1和v2两个式子，可以得到比例控制单元51的比例放大系数p为：
[0068][0069]
其中，r1、vref、a由芯片本身决定，为芯片的固定参数。r0、vo和rl由具体产品决定，可根据实际使用情况进行调节。其中，为了保证系统的稳定性，a可以取该芯片工艺下的
最小值，rl可以取第一电感的最小值，pcb走线回路的阻抗为r0和负载芯片内部的电源走线回路的阻抗为r1可以通过仿真技术获得，vo可以通过调节输出电压调节单元53进行调节。
[0070]
由此，在对输出电压补偿电路进行补偿调节的过程中，可以通过单独的数字控制模块(例如单片机)调节输出电压调节单元53的输出电压以调节功率变换模块30电压输出端vout的电压，通过仿真技术获取pcb走线回路的阻抗r0和负载芯片内部的电源走线回路的阻抗r1，根据电压输出端vout的电压、pcb走线回路的阻抗r0和负载芯片内部的电源走线回路的阻抗r1等参数可以配置比例控制单元51的预设比例放大系数，从而使比例控制单元输出功率变换模块30需要补偿的电压值，并将需补偿的电压值经加法器52、反馈模块60反馈到控制模块10的反馈端r，由控制模块10根据反馈信号控制pwm输出模块20输出pwm信号以调节功率变换模块30的输出电压。
[0071]
实施例四
[0072]
图4是本发明实施例四中提供的一种输出电压补偿电路补偿方法的流程图，由输出电压补偿电路执行，输出电压补偿电路包括控制模块、pwm输出模块、功率变换模块、电流检测模块、电压补偿调节模块和反馈模块；其中，控制模块与pwm输出模块电连接，pwm输出模块与功率变换模块电连接，pwm输出模块用于输出pwm信号至功率变换模块，功率变换模块用于根据pwm输出模块输出的pwm信号将电压输入端的信号变换后从电压输出端输出；电流检测模块分别与功率变换模块和电压补偿调节模块电连接，电压补偿调节模块分别与功率变换模块的电压输出端和反馈模块电连接，反馈模块分别与电流检测模块和控制模块电连接；其中，电流检测模块用于检测流过功率变换模块的电流，电压补偿调节模块用于根据电流检测模块检测的电流和功率变换模块输出的电压输出补偿电压至反馈模块；
[0073]
本实施例可适用于输出电压补偿电路的实现过程，该方法可以由本发明任意实施例提供的输出电压补偿电路来执行，参考图4，具体包括如下步骤：
[0074]
步骤110、根据电压补偿调节模块输出的补偿电压调节pwm输出模块输出的pwm信号调节功率变换模块的输出电压。
[0075]
在本实施的技术方案中，通过电流检测模块检测流过功率变换模块的电流，并将检测的电流输出到电压补偿调节模块，经电压补偿调节模块调节输出补偿电压至反馈模块，再由反馈模块输出到控制模块，控制模块根据反馈模块反馈信号控制pwm输出模块输出pwm信号以调节功率变换模块的输出电压。由此，通过将电压补偿调节模块输出的补偿电压反馈至控制模块，由控制模块根据补偿电压调节pwm输出模块输出的pwm信号以调节功率变换模块的电压输出，从而补偿功率变换模块由于pcb走线、负载芯片内部电源走线等阻抗产生的压降。因此，通过本发明实施例可以解决现有的补偿方法存在走线复杂度高、走线制作成本高的问题，实现无需远端反馈和增加反馈线就能补偿因走线阻抗产生的压降，进而降低走线复杂度和制作成本。
[0076]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。