电压控制装置及用电设备的制作方法

1.本技术涉及电路控制技术领域，特别是涉及一种电压控制装置及用电设备。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，各种用电设备层出不穷，电路的设计也越来越丰富、使用。电压转换电路可以完成交流电压或直流电压的转换，还能起到升压或降压的作用。比较常见的电压转换电路包括buck电路和boost电路等，buck电路是降压型的dc-dc，而boost电路是升压式的dc-dc,基本原理为：电源通过一个电感给负载供电，同时电感储存一部分能量，然后将电源断开，只由电感给负载供电，使用广泛。
3.传统的电压转换电路中，采用的转换芯片工作在固定的输出电压模式，电路设计完毕输出电压就随之固定，无法在不同时刻给同一负载提供不同的电压，从而影响负载的工作性能，导致传统的电压转换电路使用不可靠。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统的电压转换电路使用不可靠的问题，提供一种电压控制装置及用电设备，该电压控制装置及用电设备可以达到满足更多负载的工作需求，提高电压控制装置的工作可靠性的技术效果。
5.一种电压控制装置，包括电压转换芯片、控制电路、反馈电路和偏置电路，所述控制电路一端用于接入控制信号，另一端连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚，所述偏置电路一端用于接入偏置电压，另一端连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚，所述电压转换芯片的输出引脚和所述反馈电路分别用于连接负载的两端，所述反馈电路连接电压转换芯片的反馈接收引脚。
6.一种用电设备，包括负载和如上述的电压控制装置。
7.上述电压控制装置及用电设备，包括电压转换芯片、控制电路、反馈电路和偏置电路，控制电路一端用于接入控制信号，另一端连接电压转换芯片的反馈接收引脚，偏置电路一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片的反馈接收引脚，电压转换芯片的输出引脚和反馈电路分别用于连接负载的两端，反馈电路连接电压转换芯片的反馈接收引脚。偏置电路可以接入使电压转换芯片正常工作的偏置电压，控制电路可以接入控制电压转换芯片工作的控制信号，控制电路、反馈电路和偏置电路均连接电压转换芯片的反馈接收引脚，反馈接收引脚的电压同时受控制电路、反馈电路和偏置电路三者控制，通过改变控制信号可以改变控制电路上的电压，从而改变反馈电路上的电压，使负载上的电压和电流可调整，可满足更多负载的工作需求，提高了电压控制装置的工作可靠性。
8.在其中一个实施例中，所述控制电路包括限流电路、滤波电路和控制回路电阻，所述限流电路一端用于接入控制信号，另一端通过所述控制回路电阻连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚，所述滤波电路一端连接所述限流电路和所述控制回路电阻的公共连接端，另一端接地。
9.在其中一个实施例中，所述限流电路为控制限流电阻，所述滤波电路为滤波电容。
10.在其中一个实施例中，所述偏置电路包括偏置电阻，所述偏置电路一端用于接入偏置电压，另一端连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚。
11.在其中一个实施例中，所述反馈电路包括反馈检测电阻，所述反馈检测电阻用于连接负载，并连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚。
12.在其中一个实施例中，所述反馈检测电阻包括第一反馈检测电阻和第二反馈检测电阻，所述第一反馈检测电阻的一端用于连接负载，另一端接地，所述第二反馈检测电阻的一端用于连接负载，另一端连接所述电压转换芯片的反馈接收引脚。
13.在其中一个实施例中，电压控制装置还包括主控芯片，所述主控芯片连接所述控制电路，用于发送控制信号至所述控制电路。
14.在其中一个实施例中，电压控制装置还包括芯片外围电路，所述芯片外围电路连接所述电压转换芯片。
15.在其中一个实施例中，所述芯片外围电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和电感，所述第一电阻连接所述电压转换芯片的时钟引脚，所述第二电阻连接所述电压转换芯片的comp引脚，所述第一电容连接所述电压转换芯片的pvin4引脚，所述第二电容连接所述电压转换芯片的vin6引脚，所述第二电阻通过所述第三电容接地，所述第四电容连接所述电压转换芯片的boot引脚，所述电感连接所述电压转换芯片的ph引脚。
16.在其中一个实施例中，所述电压转换芯片为buck芯片。
附图说明
17.图1为一个实施例中电压控制装置的结构框图；
18.图2为一个实施例中电压控制装置的结构示意图。
具体实施方式
19.在一个实施例中，提供一种电压控制装置，该装置可连接负载j2，用于将转换后的电压传输至负载j2，使负载j2正常工作。电压控制装置可搭配使用的负载j2的类型并不是唯一的，可根据实际需求选择，例如可以为线性负载，例如可以为光源等。可以理解，在其他实施例中，负载j2也可以为其他类型，只要本领域技术人员认为可以实现即可。请参见图1，电压控制装置包括电压转换芯片100、控制电路200、反馈电路300和偏置电路400，控制电路200一端用于接入控制信号，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，偏置电路400一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，电压转换芯片100的输出引脚和反馈电路300分别用于连接负载j2的两端，反馈电路300连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。偏置电路400可以接入使电压转换芯片100正常工作的偏置电压，控制电路200可以接入控制电压转换芯片100工作的控制信号，控制电路200、反馈电路300和偏置电路400均连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，反馈接收引脚的电压同时受控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者控制，通过改变控制信号可以改变控制电路200上的电压，从而改变反馈电路300上的电压，使负载j2上的电压和电流可调整，可满足更多负载j2的工作需求，提高了电压控制装置的工作可靠性。
20.具体地，电压转换芯片100的类型并不是唯一的，例如可以为buck芯片u1。buck芯片u1用于直流到直流的降压变换，功能是降低电压，将输入电压推落(buck down)转换成为较低的输出电压，因此也称为降压型转换器。控制电路200、反馈电路300和偏置电路400均连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，电压转换芯片100的反馈接收引脚的电压同时受控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者控制，反馈接收引脚电压信号为控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者作用的最终结果。电压转换芯片100的输出引脚用于连接负载j2，将转换后的电压输出供负载j2使用。
21.控制电路200一端用于接入控制信号，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。控制电路200接入的控制信号为控制电压转换芯片100工作的信号，控制电路200将接入的控制信号转换为相应的电压信号/电流信号后，供电压转换芯片100工作。控制信号的类型并不是唯一的，在本实施例中，控制信号可以为pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，通过调整pwm信号的占空比，可以调整控制电路200传输至电压转换芯片100的电压大小，从而控制电压转换芯片100的工作。控制信号的频率也可以根据电压转换芯片100接入的负载j2类型进行选择，以负载j2为pt54光源，控制信号为pwm信号为例，pwm信号频率可为10khz，可以使光源能较好地发挥工作性能，也能使人眼的视觉暂留效果较好。可扩展地，控制电路200接入控制信号的器件并不是唯一的，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
22.偏置电路400一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，可以将偏置电压传输至电压转换芯片100的反馈接收引脚，起到偏置作用，和控制电路200接入的控制信号同时作用于电压转换芯片100。偏置电压的大小并不是唯一的，可根据电压转换芯片100的类型选择，在本实施例中，偏置电压可以为3.3v。可适用于大部分的电压转换芯片100。偏置电路400的结构也不是唯一的，可根据实际需求选择，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
23.电压转换芯片100的输出引脚和反馈电路300分别用于连接负载j2的两端，电压转换芯片100输出的电流流经负载j2后，可以被反馈电路300检测到。反馈电路300连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，可以将接收到的电流信号或电压信号等返回至电压转换芯片100，对电压转换芯片100的工作形成一个反馈，便于电压转换芯片100根据反馈信号调整自身工作状态，例如调整输出频率和输出电压电流的大小等，使电压转换芯片100输出的电压和电流等更加稳定，使用可靠。反馈电路300的结构并不是唯一的，只要本领域技术人员认为可以实现相应的检测功能即可。
24.基于上述电路结构，令控制电路200与反馈接收引脚之间的支路上流经的电流为第一电流，令偏置电路400与反馈接收引脚之间的支路上流经的电流为第二电流，令反馈接收引脚与反馈电路300之间的支路上流经的电流为第三电流，第一电流与第二电流的和与第三电流相等，而控制电路200接入的控制信号不同，则在控制电流上产生的电压不同，从而第一电流的大小也会随之改变。当第一电流的值发生变化时，第三电流的值也会发生变化，从而反馈电路300与负载j2所在支路上的电流值会发生变化，导致负载j2可以接入不同大小的电流，满足负载j2在工作时需要改变接入的电流大小的需求，也可以满足更多类型的负载j2的工作需求。
25.在一个实施例中，请参见图2，控制电路200包括限流电路、滤波电路和控制回路电
阻r1，限流电路一端用于接入控制信号，另一端通过控制回路电阻r1连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，滤波电路一端连接限流电路和控制回路电阻r1的公共连接端，另一端接地。
26.具体地，限流电路可以限制控制信号对滤波电路的充电电流，避免电流过大损坏滤波电路。滤波电路可以将控制信号(如pwm信号)整流成脉动的直流，然后将脉动直流信号通过控制回路电阻r1反馈至电压转换芯片100的反馈接收引脚。限流电路和滤波电路的结构并不是唯一的，只要本领域技术人员认为可以实现相应的功能即可。
27.在一个实施例中，请参见图2，限流电路为控制限流电阻r4，滤波电路为滤波电容c7。限流电阻r4可以减小传输至滤波电路的电流，避免电流过大造成滤波电路工作负荷过大，甚至损坏滤波电路。滤波电容c7可以将控制信号(如pwm信号)整流成脉动的直流，还能用以降低交流脉动波纹系数、平滑直流输出。滤波电容c7不仅使直流输出平滑稳定，降低了交变脉动电流对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定。在限流电路为控制限流电阻r4，滤波电路为滤波电容c7时，由于限流电阻r4和滤波电容c7成本低，也可以降低电压控制装置的使用成本。
28.在一个实施例中，请参见图2，偏置电路400包括偏置电阻r3，偏置电路400一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。偏置电阻r3可以将偏置电压接入电压转换芯片100中，为电压转换芯片100提供合适的偏置电流。偏置电阻r3的阻值可以根据偏置电压的大小和电压转换芯片100的工作需求设置。可以理解，在其他实施例中，偏置电路400也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
29.在一个实施例中，反馈电路300包括反馈检测电阻，反馈检测电阻用于连接负载j2，并连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。当流经负载j2的电流不同时，在反馈检测电阻上产生的压降也不一样，从而可以检测到负载j2电流的大小。通过反馈检测电阻检测负载j2的工作参数结构简单，易实现。可以理解，在其他实施例中，反馈电路300也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。
30.在一个实施例中，请参见图1-2，反馈检测电阻包括第一反馈检测电阻r11和第二反馈检测电阻r2，第一反馈检测电阻r11的一端用于连接负载j2，另一端接地，第二反馈检测电阻r2的一端用于连接负载j2，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。第一反馈检测电阻r11可检测负载j2所在回路的电流值，第二反馈检测电阻r2可将反馈电压传输至电压转换芯片100的反馈接收引脚。通过第一反馈检测电阻r11和第二反馈检测电阻r2分别实现不同的功能，组成一个完成的反馈电路300，结构简单，检测便捷。
31.在一个实施例中，请参见图1，电压控制装置还包括主控芯片500，主控芯片500连接控制电路200，用于发送控制信号至控制电路200。主控芯片500可作为电路中其他器件的控制芯片，电压转换芯片100是受主控芯片500控制的其中一个芯片。在负载j2瞬时需要大功率或小功率的驱动电流时，主控芯片500可输出对应的控制信号，例如输出相应占空比的pwm信号，然后作用于电压转换芯片100的反馈引脚，进而控制电压转换芯片100的输出电压及电流。
32.在一个实施例中，电压控制装置还包括芯片外围电路，芯片外围电路连接电压转换芯片100。芯片外围电路作为帮助电压转换芯片100正常工作的电路，可以提高电压转换
芯片100的工作性能。
33.芯片外围电路的结构并不是唯一的，在一个实施例中，请参见图2，芯片外围电路包括第一电阻r10、第二电阻r12、第一电容c3、第二电容c2、第三电容c5、第四电容c8和电感l，第一电阻r10连接电压转换芯片100的时钟引脚，第二电阻r12连接电压转换芯片100的comp引脚，第一电容c3连接电压转换芯片100的pvin4引脚，第二电容c2连接电压转换芯片100的vin6引脚，第二电阻r12通过第三电容c5接地，第四电容c8连接电压转换芯片100的boot引脚，电感l连接电压转换芯片100的ph引脚。第一电阻r10、第二电阻r12、第一电容c3、第二电容c2、第三电容c5、第四电容c8和电感l共同作用，保障电压转换芯片100正常运行。
34.在一个实施例中，电压转换芯片100为buck芯片u1。buck芯片u1用于直流到直流的降压变换，功能是降低电压，将输入电压推落转换成为较低的输出电压，因此也称为降压型转换器。控制电路200、反馈电路300和偏置电路400均连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，电压转换芯片100的反馈接收引脚的电压同时受控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者控制，反馈接收引脚电压信号为控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者作用的最终结果。电压转换芯片100的输出引脚用于连接负载j2，将转换后的电压输出供负载j2使用。
35.为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，电压控制装置包括电压转换芯片100、控制电路200、反馈电路300、偏置电路400、主控芯片500和芯片外围电路，电压转换芯片100为buck芯片u1，控制电路200包括限流电路、滤波电路和控制回路电阻r1，限流电路为控制限流电阻r4，滤波电路为滤波电容c7，偏置电路400包括偏置电阻r3，反馈电路300包括反馈检测电阻，反馈检测电阻包括第一反馈检测电阻r11和第二反馈检测电阻r2，芯片外围电路包括第一电阻r10、第二电阻r12、第一电容c3、第二电容c2、第三电容c5、第四电容c8和电感l，控制信号为pwm信号。
36.具体地，请参见图1-2，电压控制装置包括驱动大电流回路、反馈回路、控制回路和偏置回路，其中，buck芯片u1、负载j2和第一反馈检测电阻r11所在的回路为驱动大电流回路，负载j2、第二反馈检测电阻r2和buck芯片u1所在的回路为反馈回路，主控芯片500、控制限流电阻r4、滤波电容c7、控制回路电阻r1和buck芯片u1所在的回路为控制回路，偏置电阻r3和buck芯片u1所在的回路为偏置回路。
37.buck芯片u1为任意满足设计要求，支持输出电压电流的芯片均可。buck芯片u1只是一个电源芯片，主控芯片500就是整个电路系统的控制芯片，buck只是受主控芯片500控制的其中一个芯片。负载j2可为线性负载，第一反馈检测电阻r11可用于检测驱动大电流回路的电流值，第二反馈检测电阻r2可将反馈电压传至buck芯片u1的反馈接收引脚。控制限流电阻r4用于限制主控芯片500pwm信号的对滤波电容c7的充电电流，滤波电容c7的目的是将pwm信号整流成脉动的直流，然后将脉动直流信号通过控制回路电阻r1反馈至buck芯片u1的反馈接收引脚。偏置电压通过偏置电阻r3同样作用于反馈接收引脚。最终buck芯片u1的反馈接收引脚电压信号为控制回路、反馈回路、偏置回路三者作用的最终结果，所以buck芯片u1的反馈接收引脚的电压同时受控制回路、反馈回路、偏置回路三者控制。
38.具体地，举例说明如下：电压控制装置的供电电压为12v，buck芯片u1u1为tps54620，负载j2j2为luminus公司的pt54光源，反馈检测电阻r11为0.02欧姆，反馈检测电阻r2为1k欧姆，偏置电压为3.3v，偏置电阻r3r3为3.48k欧姆。r10、c3、c2、r12、c5、c8、l1为
芯片u1的芯片外围电路，作为u1正常启动的电路使用。pwm信号频率为10khz,控制限流电阻r4为1k欧姆，控制回路电阻r1r1为28.7k欧姆，滤波电容c7为0.33uf。
39.具体的工作方式为：假设滤波电容c7上的节点电压为x，x为滤波电容c7两端电位差。主控芯片500pwm信号的高电平为3.3v，则主控芯片500pwm输出的占空比为x/3.3。主控芯片500输出的pwm信号控制x大小，例如pwm占空比为1，则x为3.3v，pwm占空比为0.5，则x为1.65v。反馈检测电阻上端节点的电压为y，buck芯片u1的反馈稳定电压为0.8v。
[0040][0041]
则可得知，
[0042]
x＝3.1376
–
28.7y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0043]
由此，可以通过调整pwm信号的占空比，改变x的大小，从而改变y的大小，实现负载j2所在回路电流可调。
[0044]
例如：
[0045]
当输入的电压为3.1376v时，即占空比为95％时，反馈检测电阻上的电压值为0，则驱动大电流回路电流为0，即驱动电路关闭。
[0046]
当输入的电压为3v时，即占空比为91％时，反馈检测电阻上的电压值为0.0048，则驱动大电流回路电流为0.24a。
[0047]
当输入的电压为1.5v时，即占空比为45％时，反馈检测电阻上的电压值为0.057，则驱动大电流回路电流为2.35a。
[0048]
当输入的电压为0v时，即占空比为0时，反馈检测电阻上的电压值为0.1093，则驱动大电流回路电流为5.5a。
[0049]
电压控制装置一定程度上实现了在线性负载功率需要增加或降低时，通过驱动端控制buck芯片u1的的输出电压值，即buck电路的输出电流值，然后通过连接负载j2的反馈回路再反过来作用于控制信号，最终达到输出电流可控且稳定的效果。对于负载j2通过此装置可以达到输出电流可控，输出电流稳定的效果，例如可实现光机中led需要根据每一帧图片的色彩及亮暗调节驱动电流大小的目的，从而控制投射出不同亮度的图片。在负载j2瞬时需要大功率的驱动电流时，通过主控芯片500输出相应占空比的pwm然后作用于驱动buck芯片u1的反馈引脚，进而控制输出电压及电流。通过连接输出端的反馈回路，将实际的输出电流(电压)反馈至buck芯片u1的反馈引脚，与主控芯片500输出的pwm信号共同作用，减小buck驱动芯片的输出功率误差。
[0050]
上述电压控制装置，包括电压转换芯片100、控制电路200、反馈电路300和偏置电路400，控制电路200一端用于接入控制信号，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，偏置电路400一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，电压转换芯片100的输出引脚和反馈电路300分别用于连接负载j2的两端，反馈电路300连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。偏置电路400可以接入使电压转换芯片100正常工作的偏置电压，控制电路200可以接入控制电压转换芯片100工作的控制信号，控制电路200、反馈电路300和偏置电路400均连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，反馈接收引脚的电压同时受控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者控制，通过改变控制信号可以改变控制电路200上的电压，从而改变反馈电路300上的电压，使负载j2上的电压和电流可调整，可
满足更多负载j2的工作需求，提高了电压控制装置的工作可靠性。
[0051]
在一个实施例中，提供一种用电设备，包括负载j2和如上述的电压控制装置。
[0052]
上述用电设备，包括电压转换芯片100、控制电路200、反馈电路300和偏置电路400，控制电路200一端用于接入控制信号，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，偏置电路400一端用于接入偏置电压，另一端连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，电压转换芯片100的输出引脚和反馈电路300分别用于连接负载j2的两端，反馈电路300连接电压转换芯片100的反馈接收引脚。偏置电路400可以接入使电压转换芯片100正常工作的偏置电压，控制电路200可以接入控制电压转换芯片100工作的控制信号，控制电路200、反馈电路300和偏置电路400均连接电压转换芯片100的反馈接收引脚，反馈接收引脚的电压同时受控制电路200、反馈电路300和偏置电路400三者控制，通过改变控制信号可以改变控制电路200上的电压，从而改变反馈电路300上的电压，使负载j2上的电压和电流可调整，可满足更多负载j2的工作需求，提高了电压控制装置的工作可靠性。
[0053]
本技术提供的电压控制装置和用电设备不限制buck芯片u1的具体型号，也不限制具体的驱动大电流回路、反馈回路、控制回路、偏置回路中的电阻阻值，本技术旨在提供一种思想，即通过控制芯片产生的pwm信号进而作用于buck芯片u1的反馈引脚，通过反馈采样电阻将采样电压值同时传送到buck芯片u1的反馈引脚，从而达到控制buck输出电流可调的目的。电压控制装置电流可调方案，且电路结构较为简单，使用成本也没有增加，工作性能佳。
[0054]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0055]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。