电压调控电路及电子装置的制作方法

文档序号:32167214发布日期:2022-11-12 05:15阅读:47来源:国知局
电压调控电路及电子装置的制作方法

1.本发明涉及供电转换技术领域,特别是涉及一种dc/dc的电压调控电路及电子装置。


背景技术:

2.dc/dc转换器实现直流电压转换并将转换后的电压提供给负载。dc/dc转换器内通常设置有电压稳定电路。电压稳定电路包括至少一个反馈电阻以及误差放大器。误差放大器比较由反馈电阻反馈的输出电压和所要求的基准电压值,控制输出晶体管的控制端子的电压以使两个电压接近。由此,在输入电压或负载变动的情况下,电压稳定电路根据该变动使输出晶体管的控制端子的控制信号的占空比变化。为了使负载稳定地工作,有时还需要控制dc/dc转换器的输入电流稳定为一定的值。


技术实现要素:

3.本发明的主要目的是提供一种电压调控电路及电子装置,旨在解决现有技术中无法同时稳定输出电压和输入电流的问题。
4.一种电压调控电路,接收电源模块提供的电压并提供稳定的电压以及电流给负载;所述电压调控电路包括:控制模块,用于对所述电源模块提供的所述电压进行调整并控制所述电压的输出;输出模块,与所述控制模块电性连接,用于将调整后的所述电压提供给所述负载;电流检测模块,与所述输出模块电性连接,用于对所述输出模块的电流进行采样以得到采样电流,根据所述采样电流识别所述电源模块提供的输入电流是否超过预设电流并输出电流检测信号;电压检测模块,与所述输出模块电性连接,用于对所述输出模块的电压进行采样以得到采样电压并根据所述采样电压输出电压检测信号;反馈检测模块,与所述电流检测模块、所述电压检测模块以及所述控制模块电性连接,用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号输出反馈信号给所述控制模块;其中,在所述电流检测信号处于第一电平时,识别所述电源模块提供的输入电流大于所述预设电流,所述反馈检测模块根据所述电流检测信号降低所述反馈信号的占空比,所述控制模块根据调整后的所述反馈信号调整所述电源模块提供的输入电流至所述预设电流,以稳定所述电源模块提供的输入电流;在所述电流检测信号处于第二电平时,所述反馈检测模块根据所述电压检测信号调整所述反馈信号的占空比,所述控制模块根据调整后的所述反馈信号调整所述输出模块的输出电压至预设电压,以稳定所述输出模块的输出电压。
5.此外,为了实现上述目的,本发明还提出一种电子装置,用于提供稳定的电压以及电流给负载;所述电子装置包括电源模块以及电压调控电路;所述电压调控电路用于调整
所述电源模块提供的电压;所述电压调控电路包括:控制模块,用于对所述电源模块提供的所述电压进行调整并控制所述电压的输出;输出模块,与所述控制模块电性连接,用于将调整后的所述电压提供给所述负载;电流检测模块,与所述输出模块电性连接,用于对所述输出模块的电流进行采样以得到采样电流,根据所述采样电流识别所述电源模块提供的输入电流是否超过预设电流并输出电流检测信号;电压检测模块,与所述输出模块电性连接,用于对所述输出模块的电压进行采样以得到采样电压并根据所述采样电压输出电压检测信号;反馈检测模块,与所述电流检测模块、所述电压检测模块以及所述控制模块电性连接,用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号输出反馈信号给所述控制模块;其中,在所述电流检测信号处于第一电平时,识别所述电源模块提供的输入电流大于所述预设电流,所述反馈检测模块根据电流检测信号降低所述反馈信号的占空比,所述控制模块根据调整后的所述反馈信号调整电源模块提供的输入电流至预设电流;在所述电流检测信号处于第二电平时,所述反馈检测模块根据所述电压检测信号调整所述反馈信号的占空比,所述控制模块根据调整后的所述反馈信号调整所述输出模块的输出电压至预设电压,以稳定所述输出模块的输出电压。
6.上述电压调控电路及电子装置,通过设置电流检测模块以及电压检测模块同时对所述输出模块的输出电压和输出电流进行检测,在电源模块提供的输入电流大于预设电流时,通过反馈检测模块和控制模块调整稳定所述电源模块提供的输入电流至预设电流,提高了所述电子装置的稳定性,避免所述电子装置损伤所述负载。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
8.图1为本发明较佳实施方式的电子装置的模块示意图。
9.图2为图1中所述电子装置的电路示意图。
10.图3为图2中所述第一开关信号、所述第二开关信号、所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述电流感测信号以及所述电感上的电流波形示意图。
11.主要元件符号说明电子装置
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100负载
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200电压调控电路
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300电源模块
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101控制模块
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102输出模块
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103电流检测模块
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104
电压检测模块
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105反馈检测模块
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106pwm控制单元
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1021开关单元
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1023供电端
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vin第一电容
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c1电感
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l第一晶体管
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q1第二晶体管
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q2第三晶体管
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q3第二电容
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c2第三电容
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c3采样比较器
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1041恒流单元
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1043电流检测单元
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1045设置电阻
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rset恒流源
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第一开关
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sw1第二开关
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sw2转换电容
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c4第一电阻
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r1第二电阻
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r2误差放大器
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1051比较器
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1061第一二极管
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d1第二二极管
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d2如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
12.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,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的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
13.本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象,而非用于描述特定顺序。此外,术语“包括”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
14.下面结合附图对本发明电压调控电路以及电子装置的具体实施方式进行说明。
15.请参阅图1,其为电子装置100的模块示意图。所述电子装置100用于提供稳定的电
压以及电流给负载200。在本发明的至少一个实施方式中,所述负载200可收容于所述电子装置100内,且与所述电子装置100电性连接。在本发明的至少一个实施方式中,所述电子装置100可以为充电仓或充电盒;所述负载200可以为耳机、手机、可穿戴式电子设备、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant, pda),但并不局限于此。
16.所述电子装置100包括电源模块101、控制模块102、输出模块103、电流检测模块104、电压检测模块105以及反馈检测模块106。其中,所述控制模块102、所述输出模块103、所述电流检测模块104、所述电压检测模块105以及所述反馈检测模块106构成电压调控电路300。所述电压调控电路300通过所述电流检测模块104和所述电压检测模块105分别对所述输出模块103的输出电流和输出电压进行检测,在所述电源模块101提供的输入电流异常时通过所述反馈检测模块106和所述控制模块102将所述电源模块101提供的输入电流稳定在预设电流,在所述输出模块的输出电压异常时通过所述反馈检测模块106和所述控制模块102将所述输出模块103的输出电压稳定在预设电压。
17.请一并参阅图2,其为所述电子装置100的电路示意图。所述电源模块101与所述控制模块102以及所述输出模块103电性连接。所述电源模块101用于在所述控制模块102的控制下通过所述输出模块103提供所述电压给所述负载200。所述电源模块101包括供电端vin、电感l以及第一电容c1。所述供电端vin用于提供所述电压。所述第一电容c1的一端与所述供电端vin电性连接,另一端接地。所述第一电容c1用于对所述供电端vin提供的所述充电电压进行滤波。所述电感l用于将所述供电端vin提供的电压进行存储并提供给所述输出模块103。
18.请一并参阅图1及图2,所述控制模块102电性连接在所述电源模块101和所述输出模块103之间,且与所述反馈检测模块106电性连接。所述控制模块102用于将所述电源模块101提供的输入电流和输入电压通过所述输出模块103输出给所述负载200,并根据所述反馈检测模块106的反馈信号调整所述电源模块101提供的输入电流或所述输出模块103的输出电压电流。所述控制模块102包括pwm控制单元1021以及开关单元1023。所述pwm控制单元1021电性连接于所述反馈检测模块106和所述开关单元1023之间。所述pwm控制单元1021输出第一控制信号hson和第二控制信号lson给开关单元1023,并根据所述反馈检测模块106提供的反馈信号调整所述第一控制信号hson和所述第二控制信号lson的占空比。所述开关单元1023与所述pwm控制单元1021、所述电源模块101以及所述输出模块103电性连接。所述开关单元1023用于在第一阶段将所述电源模块101的所述输入电流和输入电压提供给所述输出模块103,且在第二阶段控制所述电源模块101进行放电。所述开关单元1023包括第一晶体管q1和第二晶体管q2。所述第一晶体管q1用于建立或切断所述电源模块101与所述输出模块103之间的电性连接。所述第一晶体管q1的控制端接收所述第一控制信号hson,所述第一晶体管q1的第一连接端与所述电感l电性连接,所述第一晶体管q1的第二连接端与所述输出模块103电性连接。所述第二晶体管q2用于建立或切断所述电源模块101的放电路径。所述第二晶体管q2的控制端接收所述第二控制信号lson,所述第二晶体管q2的第一连接端接地,所述第二晶体管q2的第二连接端与所述电感l电性连接。在本发明的至少一个实施方式中,所述第一晶体管q1和所述第二晶体管q2为n型金属氧化物场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor, mosfet),所述控制端为栅极,所述第一连接端为源极,所述第二连接端为漏极。
19.请一并参阅图1及图2,所述输出模块103与所述控制模块102以及所述负载200电性连接。所述输出模块103用于提供输出电压给所述负载200。所述输出模块103包括第三晶体管q3、第二电容c2以及第三电容c3。所述第三晶体管q3用于建立或断开所述控制模块102和所述负载200之间的电性连接。所述第三晶体管q3的控制端接收控制信号on,所述第三晶体管q3的第一连接端与所述第一晶体管q1的第二连接端电性连接,所述第三晶体管q3的第二连接端通过输出端vout与所述负载200电性连接。所述第二电容c2用于对所述控制模块102输入的所述电压进行滤波。所述第二电容c2的一端与所述第三晶体管q3的第一连接端电性连接,另一端接地。所述第三电容c3用于对所述输出端vout的电压进行滤波。所述第三电容c3的一端与所述输出端vout电性连接,所述第三电容c3的另一端接地。在本发明的至少一个实施方式中,所述第三晶体管q3为n型mosfet,所述控制端为栅极,所述第一连接端为源极,所述第二连接端为漏极。
20.请一并参阅图1及图2,所述电流检测模块104与所述输出模块103以及所述反馈检测模块106电性连接。所述电流检测模块104以电流检测周期t重复工作。所述电流检测模块104用于对所述输出模块103的电流进行采样以得到采样电流i
out_sens
,并根据所述采样电流i
out_sens
与恒流电流转换得到差值电压vdiff作为电流检测信号给所述反馈检测模块106。其中,所述电流检测信号用于识别所述电源模块101提供的输入电流与所述预设电流之间的关系。在所述电流检测信号为第一电平时,识别所述电源模块101提供的输入电流大于所述预设电流;在所述电流检测信号为第二电平时,识别所述电源模块101提供的输入电流小于所述预设电流。所述电流检测模块104包括采样比较器1041、恒流单元1043以及电流检测单元1045。所述采样比较器1041用于对所述输出模块103的电流进行采样以得到采样电流i
out_sens
。所述采样比较器1041的正向输入端与所述第三晶体管q3的第一连接端电性连接,所述采样比较器1041的反向输入端与所述第三晶体管q3的第二连接端电性连接,所述采样比较器1041的输出端与所述电流检测单元1045电性连接。所述采样电流i
out_sens
与所述输出模块103的输出电流成比例关系,且通过公式一计算得到。
21.ꢀꢀꢀꢀ
公式一其中,i
out
为所述输出模块103的输出电流,i
out_sens
为所述采样电流,k
sens
为采样系数。
22.请一并参阅图1及图2,所述恒流单元1043用于输出所述恒流电流给所述电流检测单元1045。其中,所述恒流电流与所述预设电流相等。所述恒流单元1043包括设置电阻rset以及恒流源i
set
。所述设置电阻rset为可调电阻,通过调整所述设置电阻rset的阻值可调整所述恒流源i
set
输出的所述恒流电流。所述设置电阻rset的一端与所述恒流源i
set
以及所述输出端vout电性连接,所述设置电阻rset的另一端接地。所述恒流源i
set
的输出端与所述电流检测单元1045电性连接。
23.请一并参阅图1及图2,所述电流检测单元1045与所述采样比较器1041以及所述恒流单元1043电性连接。所述电流检测单元1045用于以所述电流检测周期t重复工作。所述电流检测单元1045根据接收的所述采样电流i
out_sens
以及所述恒流电流产生所述差值电压作为所述电流检测信号vdiff给所述反馈检测模块106。所述电流检测单元1045包括第一开关sw1、第二开关sw2以及转换电容c4。所述第一开关sw1用于在导通时控制所述转换电容c4根据所述采样电流i
out_sens
执行放电操作。所述第一开关sw1的一端与所述采样比较器1041的
输出端电性连接,所述第一开关sw1的另一端与所述转换电容c4的第一端电性连接。所述第一开关sw1受控于第一开关信号s1。所述第二开关sw2用于在导通时控制所述转换电容c4根据所述恒流电流执行充电操作。所述第二开关sw2的一端与所述恒流源i
set
电性连接,所述第二开关sw2的另一端与所述转换电容c4的第一端电性连接。所述第二开关sw2受控于第二开关信号s2。所述转换电容c4用于在所述电流检测周期t内依次执行所述充电操作和所述放电操作并将所述充电操作和所述放电操作之间的所述差值电压作为所述电流检测信号vdiff并提供给所述反馈检测模块106。所述转换电容c4的第一端电性连接于所述第一开关sw1和所述第二开关sw2之间,所述转换电容c4的第二端接地。在本发明的至少一个实施方式中,所述第一开关信号s1为恒定电压vd,且所述第一开关信号s1为高电平有效;所述第二开关信号s2为周期性方波信号。其中,所述第二开关信号s2的周期为t;所述第二开关信号s2的周期t包括无效阶段t
off
,在所述无效阶段t
off
,所述第二开关信号s2处于高电平。其中,所述第二开关信号s2与所述第二控制信号lson具有相同的周期,且相位相反。在所述无效阶段t
off
,所述第二开关sw2导通,所述转换电容c4根据所述恒流源i
set
的电流执行所述充电操作,在其他阶段,所述第二开关sw2截止,所述转换电容c4根据所述采样电流i
out_sens
执行所述放电操作。在所述充电操作时所述转换电容c4上存储的电量大于所述放电操作时所述转换电容c4上存储的电量时,所述转换电容c4的差值电压为正值,即所述电流检测信号vdiff处于第二电平。在所述充电操作时所述转换电容c4上存储的电量小于所述放电操作时所述转换电容c4上存储的电量时,所述转换电容c4的差值电压为负值,即所述电流检测信号vdiff处于第一电平。在本发明的至少一个实施方式中,所述第一电平为低电平;所述第二电平为高电平。
24.请一并参阅图1及图2,所述电压检测模块105与所述输出模块103以及所述反馈检测模块106电性连接。所述电压检测模块105用于对所述输出端vout的输出电压进行采样以得到采样电压。所述电压检测模块105还用于将所述采样电压与参考电压进行比较,并根据比较结果输出电压检测信号给所述反馈检测模块106。其中,所述电电压检测信号用于识别所述输出模块103的输出电压与所述预设电压之间的关系。在所述电压检测信号为所述第二电平时,识别所述输出模块103的输出电压小于所述预设电压;在所述电压检测信号为所述第一电平时,识别所述输出模块103的输出电压大于所述预设电压。所述电压检测模块105包括第一电阻r1、第二电阻r2以及误差放大器1051。所述第一电阻r1和第二电阻r2串联连接在所述输出端vout和地之间。所述误差放大器1051的反向输入端电性连接在所述第一电阻r1和所述第二电阻r2之间,所述误差放大器1051的正向输入端接收参考电压vref,所述误差放大器1051的输出端与所述反馈检测模块106电性连接。在所述采样电压小于所述参考电压vref时,所述误差放大器输出处于所述第二电平状态的所述电压检测信号。在所述采样电压大于所述参考电压vref时,所述误差放大器1051输出处于所述第一电平状态的所述电压检测信号。
25.请一并参阅图1及图2,所述反馈检测模块106与所述电流检测模块104、所述电压检测模块105以及所述控制模块102电性连接。所述反馈检测模块106用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号调整输出反馈信号给所述控制模块102。在所述电流检测信号处于第二电平时,所述反馈检测模块106根据所述电流检测信号降低所述反馈信号的占空比,以调整所述电源模块101提供的输入电流至所述预设电流;在所述电流检测信号处于第
一电平时,所述反馈检测模块106根据所述电压检测信号增加所述反馈信号的占空比。在所述电压检测信号处于第一电平时,所述反馈检测模块106根据所述电压检测信号降低所述反馈信号的占空比,以降低所述输出模块103的输出电压至所述预设电压;在所述电压检测信号处于第二电平时,所述反馈检测模块106根据所述电压检测信号增加所述反馈信号的占空比,以提高所述输出模块103的输出电压至所述预设电压。所述反馈检测模块106包括第一二极管d1、第二二极管d2以及比较器1061。所述第一二极管d1用于将处于所述第一电平状态的所述电流检测信号提供给所述比较器1061的正向输入端。所述第一二极管d1的阴极与所述转换电容c4的第一端电性连接,所述第一二极管d1的阳极与所述比较器1061的正向输入端电性连接。所述第二二极管d2用于将处于所述第一电平状态的所述电压检测信号提供给所述比较器1061的正向输入端。所述第二二极管d2的阴极与所述误差放大器1051的输出端电性连接,所述第二二极管d2的阳极与所述比较器1061的正向输入端电性连接。所述比较器1061的反向输入端接收斜波信号vram,所述比较器1061的输出端与所述pwm控制单元1021电性连接。所述比较器1061用于根据接收到的所述电流检测信号或所述电压检测信号输出所述反馈信号。在本发明的至少一个实施方式中,所述反馈信号为周期性方波信号。
26.根据上述描述,所述电源模块101提供的输入电流i
in
与所述输出模块103的输出电流i
out
满足公式二。
27.ꢀꢀꢀꢀ
公式二其中,i
in
为所述电源模块101提供的所述输入电流,i
out
为所述输出模块103的所述输出电流,v
out
为所述输出模块103的所述输出电压,v
in
为所述输出模块103的输入电压,d为所述电流检测周期t的占空比。
28.同时,所述无效阶段t
off
可通过如下公式三计算得到。
29.ꢀꢀꢀꢀ
公式三其中,t
off
为所述第二开关信号s2的无效阶段,d为所述第二开关信号s2的占空比,t为所述电流检测周期。
30.将公式一和公式三带入公式二中,可以得到所述恒流源i
set
与所述采样电流i
out_sens
之间满足一下公式四。
31.ꢀꢀꢀꢀ
公式四其中,i
set
为所述恒流源i
set
的输出电流,i
in
为所述电源模块101提供的所述输入电流,k
sens
为采样系数,i
out_sens
为所述采样电流,t
off
为所述第二开关信号s2的无效阶段,t为所述电流检测周期。
32.根据公式四的内容,i
set
*t
off
为在所述充电操作时所述转换电容c4上存储的电量,i
out_sens
*t为在所述放电操作时所述转换电容c4上存储的电量。
33.所述电压调控电路300的具体工作原理如下:请一并参阅图3,其为所述第一开关信号s1、所述第二开关信号s2、所述第一控制信号hson、所述第二控制信号lson、所述电流感测信号vdiff以及所述电感上的电流i
l
波形示意图。
34.在所述第一控制信号hson切换至所述第二电平且所述第二控制信号lson切换至所述第一电平时,所述第一晶体管q1截止,所述第二晶体管q2导通,所述电感l上的电流通过所述第二晶体管q2逐渐上升。在所述第一控制信号hson处于所述第一电平且所述第二控制信号lson处于所述第二电平时,所述第一晶体管q1导通,所述第二晶体管q2截止,所述电感l上的电流通过所述第二晶体管q2逐渐放电。同时,所述电流检测模块104处于所述电流检测阶段t的所述无效阶段t
off
,所述第二开关sw2导通,所述转换电容c4根据所述恒流源i
set
的电流执行所述充电操作。在所述无效阶段t
off
结束,所述第二开关sw2截止,所述转换电容c4根据所述采样电流i
out_sens
执行所述放电操作。
35.若在所述充电操作时所述转换电容c4上存储的电量小于所述放电操作时所述转换电容c4上存储的电量时,所述转换电容c4的差值电压为负值,所述电流检测信号vdiff处于所述第一电平,即识别所述电源模块101提供的输入电流大于所述预设电流,所述第一二极管d1导通,所述比较器1061根据所述斜波信号以及所述电流检测信号控制所述反馈信号的占空比降低,所述控制模块102根据调整后的所述反馈信号调整所述电源模块101提供的输入电流至所述预设电流,即所述恒流源i
set
的恒流电流。
36.若在所述充电操作时所述转换电容c4上存储的电量大于所述放电操作时所述转换电容c4上存储的电量时,所述转换电容c4的差值电压为正值,所述电流检测信号vdiff处于所述第二电平,即识别所述电源模块101的输入电流小于所述预设电流,使得所述第一二极管d1截止,所述比较器1061根据所述斜波信号以及所述电压检测信号控制所述反馈信号的占空比增加,所述控制模块102根据调整后的所述反馈信号调整所述电源模块101提供的输入电流至所述预设电流。
37.若在所述采样电压小于所述参考电压vref时,所述误差放大器1051输出处于第二电平状态的所述电压检测信号,即识别所述输出模块103的输出电压低于所述预设电压,所述第二二极管d2截止,所述比较器1061根据斜波信号以及所述电压检测信号控制所述反馈信号的占空比增加,所述控制模块102根据调整后的所述反馈信号调整所述输出模块103的输出电压至所述预设电压。
38.若在所述采样电压大于所述参考电压vref时,所述误差放大器输出处于第一电平状态的所述电压检测信号,即识别所述输出模块103的输出电压高于所述预设电压,所述第二二极管d2导通,所述比较器1061根据斜波信号以及所述电压检测信号控制所述反馈信号的占空比降低,所述控制模块102根据调整后的所述反馈信号调整所述输出模块103的输出电压至所述预设电压。
39.上述电压调控电路300以及电子装置100,通过设置所述电流检测模块104以及所述电压检测模块105同时对所述输出模块103的输出电压和输出电流进行检测,在所述电源模块101的输入电流大于预设电流时,通过所述反馈检测模块106和所述控制模块102稳定所述电源模块101提供输入电流至预设电流,在所述输出模块103的输出电压相对所述预设电压产生波动时,所述反馈检测模块106和所述控制模块102稳定所述输出模块103的输出电压,提高了所述电子装置100的稳定性,避免所述电子装置100损伤所述负载200。
40.以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些
修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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