一种自适应电压电源电路

宽带自组网产品,根据不同客户的不同需求,通常有多种不同的工作频率。为了使用方便,很多自组网产品设计成为基带板+可插拔射频板的架构,在实现不同的工作频率时,直接更换射频板即可,如下图。

然而,不同的射频板往往需要不同的工作电压,如果为每种工作频率的射频板都配置单独的基带板,则基带板种类会变得非常多,大大增加了产品管理的复杂度。本方案针对这种情况,提出了一种自适应电压的电源电路设计,基带板会根据不同的射频板,自动提供匹配的供电电压。

在上图中,DCDC降压芯片即U1使用了TI的TPS54360,VIN是基带板输入端,VCC_RF是DCDC的输出端,也就是射频板的工作电源。TPS54360是一种输出可调节的DCDC芯片,可以采用不同的分压反馈电路,获得不同的输出电压。本方案改造了TPS54360分压反馈电路,如下:

当VSET_0、VSET_1悬空或者接地时,由于R10、R11的存在,Q1、Q2的基极为低电平,Q1、Q2处于截止状态,R7、R9处于开路状态,分压反馈电路仅由R1、R3、R8组成,经过计算得知,此时VCC_RF电压为0.8*(R1+R3+R8)/R8=7.1V;

当VSET_0为高电平(3.3V)、VSET_1悬空或者接地时,Q1导通、Q2截止,分压反馈电路由R1、R3、R7、R8组成,经过计算得知,此时VCC_RF电压为0.8*(R1+R3+R8//R7)/(R8//R7)=9V;

当VSET_0、VSET_1均为高电平(3.3V)时,Q1、Q2都导通,分压反馈电路由R1、R3、R7、R8、R9组成,经过计算得知,此时VCC_RF电压为0.8*(R1+R3+R8//R7//R9)/(R8//R7//R9)=12V。

综上所述,VCC_RF与VSET_0、VSET_1的关系如下

VCC_RFVSET_0VSET_1
7.1V(默认值)00
9V10
12V11

7.1V、9V、12V就是自组网产品射频板的3种典型供电电压,经过改造后的DCDC电路既简单又方便。另外,当不插射频板时,VCC_RF的输出电压默认为7V,是很安全的电压,可以保证插上任何一种频率的射频板都不会损坏。同时,7V的电压又可以作为其他电源模块的输入电压,保证基带板的其他部分正常运行。 改造后的系统架构如下图所示,射频板在设计之初就按照上述电压对应关系将VSET_0,VSET_1上拉至高电平(3.3V)或者下拉至低电平(0V),这样基带板就可以提供匹配的供电电压。

例如,要求12V供电的射频板的VSET_0、VSET_1原理图如下图所示,VSET_0、VSET_1均已上拉至高电平(3.3V)。

完整系统的电源电路工作过程如下图所示。