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CN103326568A - 电源控制电路及使用该电源控制电路的环路测试装置 - Google Patents

电源控制电路及使用该电源控制电路的环路测试装置 Download PDF

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CN103326568A CN2012100720465A CN201210072046A CN103326568A CN 103326568 A CN103326568 A CN 103326568A CN 2012100720465 A CN2012100720465 A CN 2012100720465A CN 201210072046 A CN201210072046 A CN 201210072046A CN 103326568 A CN103326568 A CN 103326568A
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杨富森
陈鹏
童松林
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种电源控制电路，用于控制一电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，所述电源控制电路包括主控制器、电流检测单元以及电性连接至所述主控制器的模式切换单元，所述电流检测单元用于配合所述主控制器检测所述电源电路的输出电流，所述主控制器用于判断所述输出电流的值是否低于一限定电流值，并根据比较结果相应判断出电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，当电源电路工作于电流断续模式时，所述主控制器还用于通过所述模式切换单元控制所述电源电路切换至电流连续模式。本发明还涉及一种具有所述电源控制电路的环路测试仪。

Description

电源控制电路及使用该电源控制电路的环路测试装置
技术领域
本发明涉及一种电源控制电路，尤其涉及一种用于对电源进行环路测试的电源控制电路及使用该电源控制电路的环路测试装置。
背景技术
在对电源电路进行设计时，一般需要通过环路分析仪测试电源电路的波特图，以测试电源电路的稳定性。现有的电源电路一般会根据不同的负载进入不同的工作模式，例如，当电源电路的负载为轻载时，其工作于电流断续模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM），即电源电路的电感电流在其开关周期的最后部分期间为零，在DCM模式中，整个电源电路的输出电流较小；当电源电路的负载为重载时，其工作于电流连续模式（Continuous Conduction Mode, CCM），此时电源电路的输出电流相对于DCM模式较大。
现有的环路分析仪经常出现以下问题：当电源电路带轻载时，环路分析仪可能因输出电流过小而无法从电源电路接收到完整的反馈信号，因此无法准确测的所述电源电路在轻载下的波特图。
对于上述问题，现有的解决方法一般是更改电源电路的周边电路，通过调节周边电路使所述电源电路始终工作在CCM模式。然而，上述方法在测试完成之后需要将更改过的周边电路还原，不仅造成工作时间的浪费，还容易使电源电路所在的主板损坏。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种能方便地控制所述电源电路的工作模式的电源控制电路。
另，还有必要提供一种具有上述电源控制电路的环路测试装置。
一种电源控制电路，用于控制一电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，所述电源控制电路包括主控制器、电流检测单元以及电性连接至所述主控制器的模式切换单元，所述电流检测单元用于配合所述主控制器检测所述电源电路的输出电流，所述主控制器用于判断所述输出电流的值是否低于一限定电流值，并根据比较结果相应判断出电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，当电源电路工作于电流断续模式时，所述主控制器还用于通过所述模式切换单元控制所述电源电路切换至电流连续模式。
一种环路测试装置，包括电源电路、用于所述电源电路进行环路测试的环路测试仪以及用于控制所述电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式的电源控制电路，所述电源控制电路包括主控制器、电流检测单元以及电性连接至所述主控制器的模式切换单元，所述电流检测单元用于配合所述主控制器检测所述电源电路的输出电流，所述主控制器用于判断所述输出电流的值是否低于一限定电流值，并根据比较结果相应判断出电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，当电源电路工作于电流断续模式时，所述主控制器还用于通过所述模式切换单元控制所述电源电路切换至电流连续模式。
所述的电源控制电路以及对应的环路测试装置通过主控制器以及电流检测单元的配合检测出电源电路的输出电流以判断电源电路的工作模式。若电源电路负载为轻载并工作于电流断续模式，主控制器则通过模式切换单元控制电源电路切换至电流连续模式，如此，可在不改变电源电路周边线路的情况下对带动轻载的电源电路进行较为精确的环路测试。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的环路测试装置的系统框图。
图2是图1所示环路测试装置的电源电路及电流检测单元的电路图。
图3是图1所示环路测试装置的部分电路图。
主要元件符号说明
环路测试装置 100
环路测试仪 10
电源电路 20
电源控制电路 30
PWM控制器 21
驱动器 22
输入电源 23
电流检测单元 31
主控制器 32
连接切换单元 33
模式切换单元 34
显示器 35
输入单元 36
电压监控芯片 311
滤波单元 312
高侧 MOSFET Q1
低侧 MOSFET Q2
MOSFET Q3
栅极 g1、g2、g3
漏极 d1、d2、d3
源极 s1、s2、s3
电感 L1
充放电电容 C1
滤波电容 C2
感测电阻 R1
滤波电阻 R2、R3
限流电阻 R4、R5
切换芯片 U1
控制信号输出引脚 PWM
模式切换引脚 CCM
数据引脚 SDA1、SDA2、SDA3
时钟引脚 SCL1、SCL2、SCL3
选择引脚 P1、P2
模式控制引脚 P3
第一电压输入引脚 Vin+
第二电压输入引脚 Vin-
第一连接引脚 AN
第二连接引脚 BN
第三连接引脚 A0
第四连接引脚 B0
第五连接引脚 A1
第六连接引脚 B1
选择引脚 S0、S1
输出电流 Iout
输出电压 Vout
输入电压 Vi
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
请参阅图1，本发明较佳实施方式的环路测试装置100包括环路测试仪10、电源电路20以及电源控制电路30。环路测试仪10用于对电源电路20进行环路测试。电源控制电路30用于控制电源电路20始终工作在CCM模式。
请一并参阅图2，在本实施方式中，电源电路20为一降压转换电路，其包括脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制器21、驱动器22、输入电源23、高侧金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、低侧MOSFET Q2、电感L1以及充放电电容C1。
PWM控制器21包括控制信号输出引脚PWM以及模式切换引脚CCM。PWM控制器通过控制信号输出引脚PWM输出一PWM信号至驱动器22，通过改变该PWM信号的占空比，可以改变电源电路20的输出电流的大小。模式切换引脚CCM用于切换所述电源电路20的工作模式。当模式切换引脚CCM为高电平时，PWM控制器21相应改变PWM信号的占空比使得电源电路20工作于CCM模式；当模式切换引脚CCM为低电平时，PWM控制器21相应改变PWM信号的占空比使得电源电路20工作于DCM模式。
驱动器22电性连接至PWM控制器21的控制信号输出引脚PWM，驱动器22用于为高侧MOSFET Q1及低侧MOSFET Q2提供栅极驱动电压，以控制高侧MOSFET Q1及低侧MOSFET Q2的导通与截止。
高侧MOSFET Q1的栅极g1电性连接至驱动器22，漏极d1电性连接至输入电源23，以接收输入电源23输出的输入电压Vi。当高侧MOSFET Q1导通时，输入电源23通过高侧MOSFET Q1对电感L1及充放电电容C1充电。低侧MOSFET Q2的栅极g2电性连接至驱动器22，源极s2接地，漏极d2电性连接至高侧MOSFET Q1的源极s1。驱动器22根据所述PWM控制信号来驱动所述高侧MOSFET Q1及低侧MOSFET Q2依次导通与截止，从而对电感L1及充放电电容C1充电与放电，实现将输入电源23转换为一输出电压Vout。
电感L1与充放电电容C1串联，电感L1的另一端电性连接至漏极d2与源极s1之间，充放电电容C1的另一端接地，且电感L1与充放电电容C1之间输出所述输出电压Vout及一输出电流Iout至一负载（图未示）。
电源控制电路30包括电流检测单元31、主控制器32、连接切换单元33、模式切换单元34、显示器35以及输入单元36。连接切换单元33及模式切换单元34均电性连接至主控制器32；电流检测单元31及显示器35均连接至连接切换单元33，连接切换单元33在主控制器32的控制下选择性地将电流检测单元31或显示器35电性连接至主控制器32。
电流检测单元31用于配合主控制器32检测电源电路20的输出电流Iout。电流检测单元31包括电压监控芯片311、感测电阻R1以及滤波单元312。感测电阻R1串联至电感L1与充放电电容C1之间。电压监控芯片311包括第一电压输入引脚Vin+、第二电压输入引脚Vin-、数据引脚SDA1以及时钟引脚SCL1。数据引脚SDA1以及时钟引脚SCL1用于实现电流检测单元31与主控制器32之间的通信。第一电压输入引脚Vin+电性连接至电感L1与感测电阻R1之间的节点；第二电压输入引脚Vin-电性连接至感测电阻R1与充放电电容C1之间的节点。
电压监控芯片311用于通过第一电压输入引脚Vin+及第二电压输入引脚Vin-检测感测电阻R1上的电压，并将检测到的感测电阻R1上的模拟电压转换为数字电压值输出至所述主控制器32。主控制器32根据感测电阻R1的阻值以及感测电阻R1上的电压，计算出感测电阻R1上的电流，即电源电路20的输出电流Iout。主控制器32再根据接收到的输出电流Iout的值判断该输出电流Iout是否低于一限定电流值，从而相应判断出电源电路20工作于CCM模式或是DCM模式，并且将所述限定电流值、计算出的输出电流Iout以及电源电路20的工作模式的判断结果通过显示器35进行显示。
具体地，当输出电流Iout的值低于所述限定电流值时，则主控制器32判断出电源电路20工作于DCM模式；反之，则判断出电源电路20工作于CCM模式。
在本实施方式中，电压监控芯片311为德州仪器（Texas Instrument, TI）公司的型号为INA219的电流监控芯片。
滤波单元312用于对第一电压输入引脚Vin+、第二电压输入引脚Vin-以及感测电阻R1进行滤波，以提高电压检测的精确度。滤波单元312包括滤波电容C2以及滤波电阻R2、R3。滤波电阻R2、滤波电容C2以及滤波电阻R3依次串联后并联至感测电阻R1两端；滤波电容C2电性连接至第一电压输入引脚Vin+及第二电压输入引脚Vin-之间。
请一并参阅图3，主控制器32包括数据引脚SDA2、时钟引脚SCL2、选择引脚P1、P2以及模式控制引脚P3。数据引脚SDA2及时钟引脚SCL2可选择地连接至电流检测单元31或者显示器35；主控制器32通过选择引脚P1、P2来控制连接切换单元33连接至电流检测单元31或者显示器35；通过模式控制引脚P3控制模式切换单元34切换电源电路20的工作模式。
连接切换单元33用于选择性地将电流检测单元31或显示器35电性连接至主控制器32。连接切换单元33包括切换芯片U1。切换芯片U1包括第一连接引脚AN、第二连接引脚BN、第三连接引脚A0、第四连接引脚B0、第五连接引脚A1、第六连接引脚B1以及选择引脚S0、S1。第一连接引脚AN及第二连接引脚BN分别电性连接至主控制器32的数据引脚SDA2以及时钟引脚SCL2；第三连接引脚A0及第四连接引脚B0分别连接至电压监控芯片311的数据引脚SDA1以及时钟引脚SCL1；第五连接引脚A1及第六连接引脚B1分别电性连接至显示器35的数据引脚SDA3及时钟引脚SCK3；选择引脚S0、S1分别对应电性连接至主控制器32的选择引脚P1、P2。
主控制器32通过控制选择引脚S0、S1上的电平高低的组合来相应控制切换芯片U1将第一连接引脚AN及第二连接引脚BN分别连接至第三连接引脚A0及第四连接引脚B0或者分别连接至第五连接引脚A1及第六连接引脚B1。从而使得主控制器32电性连接至电压监控芯片311或者显示器35。例如，当主控制器32需要与电压监控芯片311通信以检测输出电流Iout的值时，主控制器32可通过选择引脚P1、P2分别使得选择引脚S0、S1的电平为低电平、低电平，即逻辑00，切换芯片U1将第一连接引脚AN及第二连接引脚BN分别连接至第三连接引脚A0及第四连接引脚B0，主控制器32即可与电压监控芯片311进行通信。而当主控制器32需要与显示器35进行通信以显示电源电路20的输出电流Iout的值时，主控制器32可通过选择引脚P1、P2分别使得选择引脚S0、S1的电平为低电平、高电平，即逻辑01时，切换芯片U1将第一连接引脚AN及第二连接引脚BN分别连接至第五连接引脚A1及第六连接引脚B1，主控制器32可与显示器35进行通信，从而控制显示器35显示相应的信息。
模式切换单元34包括电子开关以及限流电阻R4、R5。在本实施方式中，电子开关为MOSFET Q3，其栅极g3通过限流电阻R4电性连接至主控制器32的模式控制引脚P3，源极s3接地，漏极d3通过所述限流电阻R5电性连接至一供电电源，如图3所示的+5V电源。漏极d3与限流电阻R5之间的节点电性连接至PWM控制器21的模式切换引脚CCM。
当对电源电路20进行环路测试时，若电源电路20所带负载为轻载或者不带负载时，电源电路20工作于DCM模式。主控制器32检测到电源电路20工作于DCM模式后，则通过模式控制引脚P3发送一低电平信号（逻辑0）至MOSFET Q3，使得MOSFET Q3截止，此时PWM控制器21的模式切换引脚CCM呈高电平（逻辑1），控制电源电路20工作于CCM模式。而当环路测试完成后，主控制器32则发送一高电平信号（逻辑1）MOSFET Q3，使得MOSFET Q3导通，此时PWM控制器21的模式切换引脚CCM呈低电平（逻辑0），控制电源电路20恢复DCM模式。
输入单元36用于供操作者输入所述限定电流值。在本实施方式中，输入单元36为一键盘，其与主控制器32的电路连接为现有技术，故在此不再赘述。
下面简述环路测试装置100的工作过程。
电源控制电路30的主控制器32首先控制切换芯片U1切换，以连接至电流检测单元31。主控制器32通过电流检测单元31检测电源电路20的输出电流Iout，再根据所述输出电流Iout的值判断电源电路20的工作模式。主控制器32再控制切换芯片U1切换至显示器35，以将输出电流Iout的值以及检测到的电源电路20的工作模式通过显示器35进行显示。若主控制器32判断出电源电路工作于DCM模式，主控制器32则通过模式切换单元34将电源电路20的工作模式切换至CCM模式。随后环路测试仪10对电源电路20进行环路测试并获取电源电路20的波特图。而当环路测试完成后，主控制器32再通过模式切换单元34控制电源电路20恢复至DCM模式。
所述的电源控制电路30通过主控制器32以及电流检测单元31的配合检测出电源电路20的输出电流Iout以判断电源电路20的工作模式。若电源电路20负载为轻载并工作于DCM模式，主控制器32则通过模式切换单元34控制电源电路20切换至CCM模式，如此，可在不改变电源电路20线路的情况下准确地对带动轻载的电源电路20进行环路测试。

Claims (10)

1.一种电源控制电路，用于控制一电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，其特征在于：所述电源控制电路包括主控制器、电流检测单元以及电性连接至所述主控制器的模式切换单元，所述电流检测单元用于配合所述主控制器检测所述电源电路的输出电流，所述主控制器用于判断所述输出电流的值是否低于一限定电流值，并根据比较结果相应判断出电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，当电源电路工作于电流断续模式时，所述主控制器还用于通过所述模式切换单元控制所述电源电路切换至电流连续模式。
2.如权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于：所述电流检测单元包括电性连接至电源电路输出端的检测电阻以及电性连接至所述检测电阻两端的电压监控芯片，所述电压监控芯片用于检测所述检测电阻两端的电压并将该电压的值输出至所述主控制器，所述主控制器还用于根据该电压的值除以所述检测电阻的阻值以得到所述输出电流的值。
3.如权利要求1或2所述的电源控制电路，其特征在于：所述电源控制电路还包括电性连接至所述主控制器的输入单元，所述输入单元用于向所述主控制器输入所述限定电流值。
4.如权利要求1或2所述的电源控制电路，其特征在于：所述模式切换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管及供电电源，所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接至主控制器，源极接地，漏极电性连接至所述供电电源，所述供电电源与所述漏极之间的节点电性连接至所述电源电路，所述主控制器通过改变所述栅极的电平状态以使所述金属氧化物半导体场效应晶体管导通或截止，从而相应控制所述电源电路工作于电流断续模式或者电流连续模式。
5.如权利要求1或2所述的电源控制电路，其特征在于：所述电源控制电路还包括电性连接至所述主控制器的显示器，所述显示器用于显示所述电流限定值、输出电流的值以及所述电源电路的工作模式。
6.如权利要求5所述的电源控制电路，其特征在于：所述电源控制电路还包括连接切换单元，所述连接切换单元包括电性连接至所述主控制器、显示器以及电流检测单元的切换芯片，所述切换芯片在所述主控制器的控制下，选择性地将所述显示器或者电流检测单元电性连接至所述主控制器。
7.一种环路测试装置，包括电源电路、用于所述电源电路进行环路测试的环路测试仪以及用于控制所述电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式的电源控制电路，所述电源控制电路包括主控制器、电流检测单元以及电性连接至所述主控制器的模式切换单元，所述电流检测单元用于配合所述主控制器检测所述电源电路的输出电流，所述主控制器用于判断所述输出电流的值是否低于一限定电流值，并根据比较结果相应判断出电源电路工作于电流断续模式或电流连续模式，当电源电路工作于电流断续模式时，所述主控制器还用于通过所述模式切换单元控制所述电源电路切换至电流连续模式。
8.如权利要求7所述的环路测试装置，其特征在于：所述电流检测单元包括电性连接至电源电路输出端的检测电阻以及电性连接至所述检测电阻两端的电压监控芯片，所述电压监控芯片用于检测所述检测电阻两端的电压并将该电压的值输出至所述主控制器，所述主控制器还用于根据该电压的值除以所述检测电阻的阻值以得到所述输出电流的值。
9.如权利要求7或8所述的环路测试装置，其特征在于：所述电源控制电路还包括电性连接至所述主控制器的输入单元，所述输入单元为用于向所述主控制器输入所述限定电流值。
10.如权利要求7或8所述的环路测试装置，其特征在于：所述模式切换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管及供电电源，所述电源电路包括脉冲宽度调制控制器，所述脉冲宽度调制控制器包括模式切换引脚，当所述模式切换引脚为高电平时，所述脉冲宽度调制控制器控制所述电源电路工作于电流连续模式，当模式切换引脚为低电平时，所述脉冲宽度调制控制器控制所述电源电路工作于电流连续模式；所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接至主控制器，源极接地，漏极电性连接至所述供电电源，所述供电电源与所述漏极之间的节点电性连接至所述模式切换引脚，所述主控制器通过改变所述栅极的电平状态以使所述金属氧化物半导体场效应晶体管导通或截止，从而相应改变所述模式切换引脚的电平状态以控制所述电源电路工作于电流断续模式或者电流连续模式。
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