CN1702587B - 具有高输出阻抗信号发生器的电压调节器 - Google Patents
具有高输出阻抗信号发生器的电压调节器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电子电路的电源系统。具体地，本发明提供了一种集成电路，其包括一个输出端；一个接收反馈信号的反馈端；一个电压调节器，其具有一个反馈输入以接收来自所述反馈端的所述反馈信号；所述电压调节器具有一个与所述输出端相连的功率输出，所述电压调节器响应所述反馈信号以产生所述功率输出；和一个信号发生器，其输出阻抗至少比所述反馈端的输出阻抗大10倍，所述信号发生器产生一个与所述反馈输入相连的上拉信号。所述集成电路有效地解决传统电压调节器反馈保护线路出现电退化时，已调输出发生漂移导致电压调节器关闭的问题，使电压调节器的已调输出稳定、准确、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及用于电子电路的电源系统。
背景技术
大多数的现代电子系统是通过一个或多个向系统提供已调输出功率的电压调节器来供电的。典型的电压调节器包括一个从系统的功率输入引出并返回到DC/DC变换器的反馈信号。反馈信号在电压调节器中被用于在系统输入处调节输出功率，从而可降低了已调输出的误差，该误差可由电压调节器和系统之间的传导损耗引起。
图1示出了一种典型的传统反馈系统，其与电压调节器12和电子系统14一起使用。集成电路16可包括电压调节器12，并通过引脚17连接到外部滤波器组件，例如输出电感器18和输出电容器20。来自己调输出Vout的反馈信号22可通过引脚19连接到电压调节器。典型地，从输出电感器18和输出电容器20的接合点处获得反馈信号22，所以与滤波器组件有关的增益和相位均被包括在电压调节器12的控制回路中。另外，可从更靠近电子系统14输入端的某个位置获得反馈信号，以使诸如传导损耗和漏感之类的寄生效应所产生的误差减至最小。
通过对滤波器组件的接合点进行检测来生成反馈信号，可以提高电压调节器12的已调输出的稳定性和准确性，但是如果传送反馈信号的线路出现电退化，那么已调输出就可能漂移到调节范围之外，导致电压调节器12关闭。
发明内容
在本发明的第一个方面中，提供了一种集成电路。所述集成电路包括一个输出端；一个接收反馈信号的反馈端；一个电压调节器，其具有一个反馈输入以接收来自所述反馈端的反馈信号；所述电压调节器具有一个与所述输出端相连的功率输出，所述电压调节器响应所述反馈信号以产生所述功率输出；一个产生上拉电压的电压发生器，所述上拉电压的幅度大于所述功率输出的DC电压幅度，从所述功率输出中分离地取得所述上拉电压地；和一个上拉电阻，其连接在所述上拉电压和所述电压调节器的所述反馈输入之间。
进一步地，所述上拉电压的幅度大约是所述功率输出的DC电压幅度的120％。所述集成电路进一步包括一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该分配系统包括一条反馈线路，以把所述反馈信号从所述已调输出电压传导到所述反馈端。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括连接到所述输出端的外部滤波器组件；所述外部滤波器组件包括一个输出电感器和一个输出电容器，以对所述功率输出进行滤波，从而产生一个已调输出电压。所述上拉电阻的阻抗范围是大约100欧姆到1000000欧姆。所述电压调节器是从由开关调节器和线性调节器组成的组中选择的。所述输出端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述反馈端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述集成电路，进一步包括一个反馈监视器，以检测所述反馈端和所述已调输出电压之间的电退化连接。所述功率输出具有幅度；所述电退化连接被定义成具有增加的阻抗，增加的阻抗导致所述反馈信号的质量不足以让所述电压调节器来控制所述功率输出的幅度。所述电退化连接是从由冷焊接点、与所述已调输出电压部分断开的反馈线路以及与所述已调输出电压完全断开的反馈线路组成的组中选择的。所述反馈监视器比较所述反馈端上的电压和参考电压，以检测所述电退化连接。所述集成电路进一步包括至少两个反馈端，各自接收所述反馈信号。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括：一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和冗余的反馈线路，其连接在所述已调输出电压和所述集成电路的所述至少两个反馈端之间，以传导所述反馈信号。所述集成电路进一步包括互连所述反馈端的互连电路。所述电压发生器是从交流电源和直流电源组成的组中选择的电源类型。
在本发明的另一个方面中，提供了另一种集成电路。所述集成电路包括一个输出端；至少两个各自接收反馈信号的反馈端；一个电压调节器，其具有一个与所述至少两个反馈端相连的反馈输入，以接收所述反馈信号；所述电压调节器具有一个与所述输出端相连的功率输出，所述电压调节器响应所述反馈信号以产生所述功率输出。
进一步地，所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括连接到所述输出端的外部滤波器组件；所述外部滤波器组件包括一个输出电感器和输出电容器，以对所述功率输出进行滤波来产生一个已调输出电压。所述电压调节器是从由开关调节器和线性调节器组成的组中选择的。所述输出端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述至少两个反馈端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述集成电路进一步包括一个互连电路，以把每个所述反馈端互连到所述电压调节器的所述反馈输入。所述集成电路进一步包括一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和冗余的反馈线路，其连接在所述已调输出电压和所述集成电路的至少两个端之间，以传导所述反馈信号。所述集成电路进一步包括一个产生上拉电压的电压发生器，所述上拉电压的幅度大于所述功率输出的DC电压幅度，所述上拉电压是从所述功率输出中分离地取得的；和一个上拉电阻，其连接在所述上拉电压和所述电压调节器的所述反馈输入之间。所述上拉电压的幅度大约是所述功率输出的DC电压幅度的120％。所述的上拉电阻的阻抗范围是大约100欧姆到1000000欧姆。所述电压发生器是从交流电源和直流电源组成的组中选择的电源类型。
在本发明的第三个方面中，还提供了一种集成电路。所述集成电路包括一个输出端；一个接收反馈信号的反馈端；一个电压调节器，其具有一个反馈输入以接收来自所述反馈端的所述反馈信号；所述电压调节器具有一个与所述输出端相连的功率输出，所述电压调节器响应所述反馈信号以产生所述功率输出；和一个信号发生器，其输出阻抗至少比所述反馈端的输出阻抗大10倍，所述信号发生器产生一个与所述反馈输入相连的上拉信号。
进一步地，所述信号发生器是从电流源和具有输出电阻的电压源组成的组中选择的。所述信号发生器是从直流电源和交流电源组成的组中选择的。所述集成电路，进一步包括一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括一条反馈线路，以把所述反馈信号从所述已调输出电压传导到所述反馈端。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括连接到所述输出端的外部滤波器组件；所述外部滤波器组件包括一个输出电感器和一个输出电容器，以对所述功率输出进行滤波以产生一个已调输出电压；其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。所述电压调节器是从由开关调节器和线性调节器组成的组中选择的。所述输出端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述反馈端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。所述集成电路进一步包括一个反馈监视器，以检测所述反馈端和所述已调输出电压之间的电退化连接。所述功率输出具有一个幅度；和其中所述电退化连接被定义成具有增加的阻抗，增加的阻抗导致所述反馈信号的质量不足以让所述电压调节器来控制所述功率输出的幅度。所述电退化连接是从由冷焊接点、与所述已调输出电压部分断开的反馈线路以及与所述已调输出电压完全断开的反馈线路组成的组中选择的。所述反馈监视器比较所述反馈端上的电压和参考电压，以检测所述电退化连接。所述集成电路进一步包括至少两个反馈端，以各自接收所述反馈信号。所述集成电路被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括：一个滤波器，以从所述功率输出中产生一个已调输出电压；和冗余的反馈线路，其连接在所述已调输出电压和所述集成电路的所述至少两个端之间，以传导所述反馈信号。所述集成电路，进一步包括一个互连电路以互连所述反馈端。所述信号发生器是从由直流电源和交流电源组成的组中选择的电源类型。
结合附图和以下的描述，本说明书详细阐述了本发明的一个或多个实施例。根据描述、附图以及权利要求书，本发明的其他特征、目标和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是一种传统电源反馈系统的方框图。
图2是包括一种反馈保护系统的功率分配系统的方框图。
图3是包括另一种反馈保护系统的功率分配系统的方框图。
图4是包括另一种反馈保护系统的功率分配系统的方框图。
在各个附图中，相同的参考标记表示相同的元件。
具体实施方式
图2示出了向系统35(例如一个电子系统)供应已调输出电压Vout的功率分配系统30的方框图。功率分配系统30包括一个反馈保护系统50，以保护功率分配系统30不受从正常操作电退化的反馈线路32的潜在影响，其中电退化被定义成具有增加的阻抗，增加的阻抗导致反馈线路32上的反馈信号的质量不足以用于功率分配系统30的控制回路对已调输出电压进行控制。反馈线路32的增加的阻抗可以由任何原因引起，例如冷焊接点、反馈线路32与已调输出电压部分断开、以及反馈线路32和已调输出电压完全断开。
电压调节器34可从输入电压Vin产生已调输出电压Vout，并把该已调输出电压供给系统35。电压调节器34可以是任何类型的电压调节器，例如开关调节器和线性调节器。集成电路36可包括电压调节器34，并通过一个或多个输出端38连接到外部滤波器组件，例如输出电感器40和输出电容器42。任何类型的端子可用于输出端38，例如引脚、球栅阵列(ball grid array)和连接器。电压调节器34可产生功率输出Vc，功率输出Vc被外部滤波器组件滤波以生成Vout。功率输出Vc可以是用于给系统35供电的任何类型的功率输出，例如由外部滤波器组件滤波的开关调节器的斩截输出(chopped output)，和来自开关调节器或线性调节器的DC输出。
反馈线路32可以经由一个或多个反馈端44，从已调输出Vout连接到电压调节器。任何类型的端子可用于反馈端44，例如引脚、球栅阵列和连接器。反馈线路32上所传送的反馈信号可在输出电感器40和输出电容器42的接合点处(例如在系统35的输入端37的附近)被检测到。
集成电路36可包括一个反馈保护系统以保护系统35，如果反馈线路32电退化的话。在另一方面，反馈保护系统50可监视反馈线路32并检测反馈线路32是否电退化。反馈保护系统50可包括上拉电阻46，其连接在反馈线路32和上拉电压之间。上拉电阻46通过其相对高的阻抗把上拉电压施加到反馈线路32。如果反馈线路32电退化，那么上拉电阻46有利地导致输出电压减少。
在一个方面，当反馈线路32电退化时，大于Vout的电压通过上拉电阻46被施加到电压调节器34，导致电压调节器32的控制回路减少变换器32的传导时间，使得输出电压降低。具有分离的反馈线路的传统DC/DC变换器是电退化的，典型地产生较高的输出电压，这可导致触发过压电路，致使变换器关闭。如果反馈线路32电退化导致电压调节器32的控制回路降低输出电压，那么反馈保护电路50可有利地工作而不是依靠过压保护电路。此外，反馈保护电路50可导致输出电压降低而不是首先升高。
在另一个方面，如果反馈线路32从集成电路36电退化，那么通过上拉电阻46施加的上拉电压高得足以导致电压调节器34中的过压电路触发电压调节器34的过压关闭，使得输出电压降低到大约为0伏。虽然如果反馈线路32电退化，那么过压电路就工作来关闭电压调节器34，但是输出电压初始时并不升高，而是降低。虽然关闭电路最终导致电压调节器34关闭，但是输出电压中的初始降低可以是由于控制回路或过保护电路的工作造成的，这取决于它们的相对工作速度。
上拉电阻46可以是任何合适的电阻值，以使反馈线路32上拉到大约为上拉电压，如果反馈线路32电退化的话。电阻的示例值范围可以从大约100欧姆到1兆欧，虽然电阻可以大于或小于这个范围，这取决于几个设计因素，例如上拉电压和输出电压之间的差、连接到上拉电阻46的接口电路的阻抗。虽然只示出了单个上拉电阻46，但如果使用差别反馈检测，那么另一个电阻可连接到一条反馈返回线路。
电压发生器54可产生施加到上拉电阻46的上拉电压。上拉电压可以是高于Vout的任何电压，例如大约比Vout高20％的电压。任何能源可用于产生上拉电压，例如输入电压Vin和来自电压调节器34的电压。
反馈监视器56可在集成电路50内监视反馈线路32，以检测从已调输出电压延伸通过反馈端44的部分反馈线路32是否电退化。反馈监视器56可把反馈退化信号传给电压调节器34，以指出反馈线路32具有增加的阻抗。在一个方面。反馈监视器56可比较在集成电路36内部的部分反馈线路32上的电压和参考电压，以确定反馈线路32是否电退化。
图3示出了一个功率分配系统100，其把已调输出电压Vout供给系统102，例如一个电子系统。功率分配系统100包括一个反馈保护系统104来保护功率分配系统100不受从正常操作电退化的反馈线路106的潜在影响，其中电退化被定义成具有增加的阻抗，增加的阻抗导致反馈线路106上的反馈信号的质量不足以用于功率分配系统100的控制回路来控制已调输出电压。反馈线路106的增加的阻抗可以是由任何原因引起，例如冷焊接点、反馈线路106和已调输出电压部分断开以及反馈线路106和已调输出电压完全断开。
电压调节器108可从输入电压Vin产生已调输出电压Vout，并把该已调输出电压供给系统102。电压调节器108可以是任何类型的电压调节器，例如开关调节器和线性调节器。集成电路110可包括电压调节器108，并通过一个或多个输出端112连接到外部滤波器组件，例如输出电感器114和输出电容器116。电压调节器108可产生功率输出Vc，功率输出Vc被外部滤波器组件滤波以生成Vout。功率输出Vc可以是用于给系统35供电的任何类型的功率输出，例如被外部滤波器组件滤波的开关调节器的斩截输出，和来自开关调节器或线性调节器的DC输出。
通过两个或更多个反馈端118，多条反馈线路106可从已调输出Vout连接到电压调节器。在反馈线路106上传送的反馈信号可在输出电感器114和输出电容器116的接合点处，例如在系统102的输入端120附近被检测到。反馈保护系统104可包括反馈端118和集成电路110内的反馈端118的互连。反馈保护系统104有利地提供冗余的反馈线路106和反馈端118，以防止任何一条反馈线路的电退化影响电压调节器108的工作。例如，如果在一个反馈端118上有冷焊点，导致关联的反馈线路106的阻抗增加，那么其他反馈线路106(一条或多条)和反馈引脚106(一个或多个)为反馈信号提供冗余的低阻抗路径。
图4示出了另一个功率分配系统230，其把已调输出电压Vout供给系统235，例如一个电子系统。功率分配系统230在功能上类似功率分配系统30，相应的元件被编号为230-260，但是功率分配系统230包括信号发生器254，而不是电压调节器54和上拉电阻46。
信号发生器254可以是任何类型的高阻抗信号发生器，例如电流发生器和具有串联电阻的电压发生器。可将信号发生器的输出阻抗选择为足够高，而不使反馈信号源负担过重。例如，如果反馈信号源自电感电容过滤器，例如电感器240和电容器242，那么电感电容过滤器的源阻抗非常低，大约为0欧姆，因此输出阻抗可以是大于约10欧姆的任何阻抗。
信号发生器254可以是任何类型的电源，包括交流(AC)电源和直流(DC)电源。一方面，当信号发生器254是交流电源时，检音器(tone detector)可监视电压调节器234的反馈输入，以检测来自AC电源的AC信号，AC信号指出反馈线路232和反馈端244的退化的电状态。一方面，反馈监视器256可包括检音器。
已经描述了本发明的许多实施例。然而，应理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改。因此，其他实施例在所附权利要求的范围内。
Claims (16)
1.一种集成电路，其包括：
一个输出端；
一个接收反馈信号的反馈端；
一个电压调节器，其具有一个反馈输入以接收来自所述反馈端的所述反馈信号；
所述电压调节器具有一个与所述输出端相连的功率输出，所述电压调节器响应所述反馈信号以产生所述电压调节器的功率输出并将所述电压调节器的功率输出调节至输出电压；和
一个信号发生器，其输出阻抗至少比所述反馈端的输出阻抗大10倍，所述信号发生器产生一个被施加到所述反馈输入的上拉信号。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述信号发生器是从电流源和具有输出电阻的电压源组成的组中选择的。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述信号发生器是从直流电源和交流电源组成的组中选择的。
4.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括一个滤波器，以从所述电压调节器的功率输出中产生一个已调输出电压；和
其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括一条反馈线路，以把所述反馈信号从所述已调输出电压传导到所述反馈端。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括连接到所述输出端的外部滤波器组件；
所述外部滤波器组件包括一个输出电感器和一个输出电容器，以对所述电压调节器的功率输出进行滤波以产生一个已调输出电压；
其中从所述已调输出电压中取得所述反馈信号。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述电压调节器是从由开关调节器和线性调节器组成的组中选择的。
8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述输出端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述反馈端是从由引脚、球栅阵列和连接器组成的组中选择的。
10.根据权利要求5所述的集成电路，进一步包括一个反馈监视器，以检测所述反馈端和所述已调输出电压之间的电退化连接，所述电退化连接被定义为具有增加的阻抗。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述电压调节器的功率输出具有一个幅度；和
其中所述电退化连接被定义成具有增加的阻抗，增加的阻抗导致所述反馈信号的质量不足以让所述电压调节器来控制所述电压调节器的功率输出的幅度。
12.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述电退化连接是从由冷焊接点、与所述已调输出电压部分断开的反馈线路以及与所述已调输出电压完全断开的反馈线路组成的组中选择的。
13.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述反馈监视器比较所述反馈端上的电压和参考电压，以检测所述电退化连接。
14.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述集成电路进一步包括至少另外两个反馈端，以各自接收所述反馈信号。
15.根据权利要求14所述的集成电路，其被包括在一个功率分配系统中，该功率分配系统包括：
一个滤波器，以从所述电压调节器的功率输出中产生一个已调输出电压；和
冗余的反馈线路，其连接在所述已调输出电压和所述集成电路的所述至少另外两个反馈端之间，以传导所述反馈信号。
16.根据权利要求14所述的集成电路，进一步包括一个互连电路以互连所述反馈端。
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