CN104122924A - 一种开关型稳压电路以及包含该电路的恒压恒流产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关型稳压电路，该稳压电路包括直流恒压输入端和输出端，耦合在恒定电压输入端和输出端之间的稳压芯片，该稳压电路进一步包括：给定电压输入端；电压跟随电路，其输入端之一与给定电压输入端连接，其输出端与所述稳压芯片的反馈端耦合；以及将所述稳压电路的输出端接地的串联连接的第一电阻器和第二电阻器，该第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述电压跟随电路的输出端连接。本发明可以单独调节电压或电流，各个通道互不影响，电压和电流的精度较高，调节范围较大；本发明可在任一通道上实现电压电流的任意切换；本发明恒压与恒流同时可调，在恒流状态下，本身和背光源都处于最佳工作状态，发热最小，效率最高。

Description

一种开关型稳压电路以及包含该电路的恒压恒流产生电路

技术领域

本发明涉及一种稳压电路，特别是一种开关型稳压电路和包含该电路的恒压恒流产生电路及其应用。 

背景技术

液晶模组生产商需要对每个产品做一个点灯检测，来查看液晶面板上是否有杂质、亮点、暗点或者是坏点，从而评估这个液晶面板的品质。但是液晶面板本身的亮度非常小，所以无论是人检或是自动化设备检都需要一个光源来达到足够的亮度，上千甚至万级的亮度达到检测要求。 

目前国内部分规模较大的模组生产厂商都是用的自动化设备来检测液晶面板的品质，包括亮点、暗点或者是灰尘、异物等，对于检测镜头(高清相机)来说，不同液晶产品对亮度要求不同，否则常常会出现漏检、误检、错检等错误判断。这样就直接影响了产品的品质。现有技术中存在很多提供光源电压、电流的设备，但是对于电流、电压的调节以及电流、电压的要求都存在局限性。而且在模组厂商在每次切换不同产品时调节光源亮度比较麻烦，甚至要改软件程序或更换电源，致使成本进一步增高。 

现有技术中存在以下一些问题： 

1、现有电压、电流电源无法满足连续不间断稳定工作及精度要求； 

2、背光电源一般都采用线性稳压芯片实现电压大小的调节，发热量大，效率低。功耗大，易损坏； 

3、部分背光电源输出电压、电流设定范围小或仅几档可调，且无法实现线性大范围调节，无法适应大部分背光源的要求，且更换背光源时，电源也需要更换。 

4、仅能提供电压驱动或电流驱动方式中的一种，在不改变接线的情况下，无法实现任意切换。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开关型稳压电路，以解决现有技术中存在的问题。 

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案： 

一种开关型稳压电路，该稳压电路包括 

直流恒压输入端和输出端， 

耦合在恒定电压输入端和输出端之间的稳压芯片， 

其特征在于，该稳压电路进一步包括： 

给定电压输入端； 

电压跟随电路，其输入端之一与给定电压输入端连接，其输出端与所述稳压芯片的反馈端耦合；以及 

将所述稳压电路的输出端接地的串联连接的第一电阻器和第二电阻器，该第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述电压跟随电路的输出端连接。 

优选的，该稳压电路进一步包括： 

所述电压跟随电路包括第一运算放大器、第一三极管和第三电阻器，其中第一运算放大器的一个输入端与给定电压输入端连接，第一三极管的集电极与所述稳压芯片的反馈端耦合，第一三极管的发射极通过第三电阻器接地；且 

第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述三极管的集电极连接。 

一种恒压恒流产生电路，包括上述的开关型稳压电路，该恒压恒流产生电路进一步包括： 

给定电流输入端； 

第二运算放大器、第二三极管和MOS晶体管，以及 

第一、第二、第三和第四开关， 

其中，第二运算放大器的输入端之一与给定电流输入端连接，其另一输入端通过串联连接的第二和第四开关接地，其输出端通过所述第三开关与所述第二三极管的基极耦合， 

第二三极管的集电极与所述MOS晶体管的漏极连接，该连接点与所述开关型稳压电路的电压输出端耦合且通过第一开关接地，第二三极管的发射极接地， 

MOS晶体管的源极与稳压电路输出端连接。 

优选的，该恒压恒流产生电路进一步包括： 

连接在所述MOS晶体管的栅极和所述稳压电路输出端之间的第四电阻器；和 

与所述第一开关串联连接的第五电阻器。 

一种可编程大功率恒压恒流电源设备，包括： 

直流恒压源； 

ARM处理器； 

多个电压给定单元，分别根据来自ARM处理器的设定电压值输出电压； 

多个电流给定单元，分别根据来自ARM处理器的设定电流值输出电流； 

多个开关型稳压电路； 

多个恒压恒流切换电路，以及 

多个电压电流输出端口，其特征在于 

每个开关型稳压电路包括电压跟随电路，稳压电路的输入端与所述直流恒压源连接，电压跟随电路的给定电压输入端与所述电压给定单元连接， 

每个恒压恒流切换电路包括恒流电路和多个开关，该恒流电路的给定电流输入端与所述电流给定单元连接，该恒流电路的电压输入端与所述稳压电路的输出端连接，所述多个开关根据来自ARM处理器的控制信号通断使与该恒压恒流切换电路对应连接的电压电流输出端口输出恒定电压或恒定电流。 

优选的，每个开关型稳压电路还包括将所述稳压电路的输出端接地的串联连接的第一电阻器和第二电阻器，所述电压跟随电路包括第一运算放大器、第一三极管和第三电阻器，其中第一运算放大器的一个输入端与电压给定单元连接，第一三极管的集电极与所述稳压芯片的反馈端耦合，第一三极管的发射极通过第三电阻器接地；且 

第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述三极管的集电极连接。 

优选的，该恒压恒流产生电路进一步包括： 

第二运算放大器、第二三极管和MOS晶体管，以及 

第一、第二、第三和第四开关， 

其中，第二运算放大器的输入端之一与电流给定单元连接，其另一输入端通过串联连接的第二和第四开关接地，其输出端通过所述第三开关与所述第二三极管的基极耦合， 

第二三极管的集电极与所述MOS晶体管的漏极连接，该连接点与所述开关型稳压电路的电压输出端耦合且通过第一开关接地，第二三极管的发射极接地， 

MOS晶体管的源极与稳压电路输出端连接。 

优选的，该恒压恒流产生电路进一步包括： 

连接在所述MOS晶体管的栅极和所述稳压电路输出端之间的第四电阻 器；和 

与所述第一开关串联连接的第五电阻器。 

优选的，该电源设备进一步包括检测所述多个负载端电流的多个电流检测电路和检测所述多个负载端电压的多个电压检测电路。 

优选的，该电源设备进一步包括串行通信接口，用于将所述ARM处理器与上位机通信。 

本发明的有益效果如下： 

本发明与现有技术相比： 

1、本发明可以单独调节电压或电流，各个通道互不影响； 

2、本发明电压、电流精度较高，电流调节精度±2mA，电压调节精度±0.1V； 

3、本发明电流、电压调节范围较大，电流范围(0mA-2000mA)；电压范围(10.0V-33.0V)能适应大部分背光源对电压，电流的要求； 

4、本发明电流、电压稳定性良好，设置好电流或者电压参数，在断电或者重启开机参数值为最后一次设置值； 

5、本发明可在任一通道上实现电压电流的任意切换。从电压模式到电模式的相互切换，无需更改接线； 

6、本发明采用开关型稳压芯片实现电压连续可调，发热量小，效率高，同样功率的电源可以做的很小； 

7本发明恒压与恒流同时可调，在恒流状态下，电压可以调整到刚好可以满足电路正常工作的状态，这样本设备本身和背光源都处于最佳工作状态。发热最小，效率最高。 

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明； 

图1示出本发明所述开关型稳压电路的示意图； 

图2示出本发明所述恒压恒流切换电路的示意图； 

图3示出本发明所述恒压恒流产生电路的示意图； 

图4示出本发明所述一种可编程大功率恒压恒流电源设备的示意图。 

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种开关型稳压电路，该电路包括耦合在电压输入端和输出端之间的稳压芯片U2；稳压芯片U2与电压输出端之间连有电感L1；稳压电路U2的输出端通过串联连接的第一电阻器R1和第二电阻器R2接地；该稳压电路还包括给定电压输入端Vi和电压跟随电路，电压跟随电路的输入端之一与给定电压输入端Vi连接，其输出端与稳压芯片U2的反馈端耦合，电压跟随电路的输出端同时与第一电阻器R1和第二电阻器R2的连接点连接。该电压跟随电路包括第一运算放大器U1A、第一三极管Q1和第三电阻器R3，第一运算放大器U1A的正输入端与规定电压输入端Vi连接，第一运算放大器U1A的输出端与第一三极管Q1的基极连接，第一运算放大器U1A的负输入端与第一三极管Q1的发射极连接，第一三极管Q1的集电极与稳压芯片U2的反馈端连接，第一三极管Q1的发射极通过第三电阻器R3接地。该开关型稳压电压还包括连接在稳压芯片U2和电感L1连接点和地极之间的第一二极管D1。 

如图2所示，本实施例中恒压恒流切换电路由MOS晶体管Q2、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8、第二三极管Q2和第二运放U1B以及第一、第二、第三、第四模拟开关和背光源LED，这些元件通过电性联接构成恒压恒流切换电路，并且可以通过四个模拟开关将该电路切换成工作在恒流状态或开关状态，由开关型稳压电路输出的恒定电压，通过恒压恒流切换电路的给定电压端VBL1，且通过MOS晶体管Q2给背光源LED供电，使其工作在恒压状态。 

如图3所示，一种恒压恒流切换电路，该电路包括开关型稳压电路，该电路还包括给定电流输入端、第二运算放大器U1B、第二三极管Q3和MOS晶体管Q2，以及第一、第二、第三和第四模拟开关；第二运算放大器U1B的正输入端与给定电流输入端连接，其负输入端通过穿连接的第二和第四模拟开关接地，其输出端通过第三模拟开关与第二三极管Q2的基极耦合；第二三极管Q2的集电极与MOS晶体管Q2的栅极连接，并与开关型稳压电路的输出端耦合，同时通过第一模拟开关与地极连接，第二三极管Q3的发射极接地；MOS晶体管的源极与稳压电路输出端连接。该恒压恒流产生电路还包括连接在MOS晶体管Q2的源极和稳压电路输出端之间的第六电阻器R6；与第一模拟开关串联连接的第五电阻器R5；连接在第三三极管Q3的基极和第三模拟开关之间的第四电阻器R4；与所述第一开关串联连接的第五电阻器；连 接在MOS晶体管漏极和地极之间的负载端；和连接在负载端和地极之间的第八电阻器R8。 

如图4所示，本发明进一步公开了一种可编程大功率恒压恒流电源设备，该电源设备包括直流恒压源、ARM处理器、电压给定电路、电流给定电路、开关型稳压电路、恒压恒流切换电路，和多个电压电流输出端口。该电源还包括检测所述多个负载端电流的多个电流检测电路和检测所述多个负载端电压的多个电压检测电路和用于将所述ARM处理器与上位机通信的串行通信接口。实施例中仅以4通道为例对本发明所述一种可编程大功率恒压恒流电源设备进行描述，但本发明不仅限于四通道使用，可支持多通道。该电源设备由ARM处理器1、电压给定电路2、电流给定电路3、电流检测电路4、电压检测电路5、开关型稳压电路6、恒压恒流切换电路7、硬件电压保护电路8、开关电路9、电压/电流输出端口10、串口通信电路11、36V电源接口13组成。本实施例中以4通道为例，其中，ARM处理器1接受外部指令后，经解析计算通过电压给定电路2和电流给定电路3输出相应的电压，电流值，可通过该方法实时变换工作电压和电流。电流检测电路4和电压检测电路5负责检测本设备4个通道的输出电压，电流的实时值，并与预期值进行比较，实现过压或过流的保护功能。开关型稳压电路6的每一路都连接到36V电源接口13上，获得36V直流电压，通过电压给定电路2控制开关型稳压电路6的反馈端，实现电压的调整。通过电流给定电路实现电流大小的调节。输出的电压或电流经开关电路9输出到电压/电流输出端口10上。其中开关电路9可以实现输出电压或电流的打开与关闭功能。实现闪光灯模式。同时在不用的时候关闭，也可以节能，减少电源的发热量。恒压恒流切换电路7用于控制恒压恒流输出的切换。硬件电压保护电路8在外部供给的36V直流电源过压时实现快速切断36V直流电压，保护内部电路不受损坏。 

本发明通过恒压电路进行电压调节的工作原理：ARM处理器接受外部控制指令，将工作模式切换到电压模式，并写入ROM中，下次开机时仍然是最后一次设定的工作模式，然后外部给定需要调节的电压大小，其可调范围为10.0-33.0V可调，步进量0.1V，ARM处理器解析后计算出合适的数值输入到电压给定模块中，电压给定模块通过调节恒压电路中的电流大小，实现电压大小的调节。这样可以实现连续线性的电压调节，进而实现背光源亮度调节。对于只能采用脉冲宽度调制PWM调节来实现亮度调节的背光源，因为其原理就是通过调节背光源开通与关闭的电压占空比来实现亮度调节，所以同样也需要 设定成电压工作模式。如图1所示的恒压电路： 

电压输出Uo与电压设定Vi之间关系如下： 

I0＝(Uo-1.25)/R1                                          (1) 

I1＝1.25/R2                                               (2) 

I2＝Vi/R3                                                 (3) 

I0＝I1+I2                                                 (4) 

由(1)(2)(3)(4)式联立求解得： 

Vi＝Uo(R3/R1)-1.25*R3(1/R1+1/R2)                          (5) 

式(5)中，R1,R2,R3,均为已知所以式(5)可进一步简化为： 

设A＝R3/R1.B＝1.25*R3(1/R1+1/R2). 

则Vi＝A*Uo-B                                              (6) 

Uo:需要输出的电压大小，由上位机给定。 

Vi:给定电压的大小，由Uo大小决定。 

由以上可以得出：利用开关型稳压芯片反馈端电压恒定不变的思路，由稳压芯片U2、二极管D1、第一电感L1、第一电阻R1和第二电阻R2通过电性连接组成电压不可调整的恒压电源，在稳压芯片反馈端接入由第一运算放大器U1A、第一三极管Q1和第三电阻R3通过电性连接构成的电压跟随电路设计的一个可调恒流源电路，通过恒流源电路调节流过稳压芯片U2反馈端的电流I2来控制开关型稳压芯片U2输出电压的大小。只要外部设备设定好输出电压的大小，Vi就可以输出相应大小的电压来改变电流I2大小，类似于改变电阻R2//R3阻值大小来改变输出电压的大小。达到线性调节输出电压大小的目的。如果电压给定电路中的数模转换器精度足够高，则步进量可以做的小于0.1V或更小，进一步提高电压输出精度。与现有技术中采用数字电位器方案相比，具有以下很多优点：电压连续可调。精度取决于A/D的精度；硬件电路简单，可靠。 

本发明所述恒压恒流切换电路工作原理：在已设定的工作电压，并切换到电流工作模式条件下，且设定的电压一般比背光源电压高1V左右，由外部设备发出控制指令给ARM处理器，给定需要调节的电流大小，其调节范围为0-2000mA，步进量2mA，ARM处理器解析后计算出合适的数值输入到电流给定电路中，电流给定电路通过调节串流在负载上的电阻电压的大小，实现电流大小的调节。这样可以实现连续线性的电流调节，进而实现背光源亮度调节。如图2所示，电压、电流工作模式的切换过程如下： 

由图2可以看出，当第三模拟开关和第四模拟开关闭合，第一模拟开关和第二模拟开关打开时，由第二运算放大器U1B、第三模拟开关、第四模拟开关、第四电阻器R4、第七电阻器R7、第六电阻器R6、第八电阻器R8、第一三极管Q1、MOS管Q2、背光源LED构成的恒流源电路，该电阻只要从电流设定端，设置一定的电压，就可以在LED背光源回路中获得恒定不变的电流。达到恒流的目的。当第三模拟开关和第四模拟开关打开，第一模拟开关和第二模拟开关闭合时，由MOS晶体管Q2、第五电阻器R5、第五电阻器R6、第八电阻器R8、第一模拟开关、第二模拟开关、背光源LED构成。该电路就工作在饱和导通状态，MOS晶体管Q2相当于开关，给定电压值VBL1通过MOS晶体管Q2给背光源LED供电并通过第二模拟开关接入地极端。此时LED背光源工作于恒压模式；通过电压给定电路可以在10.0-33.0V之间以0.1V的步进量任意调整电压值。当工作在恒压模式时，给定电压值VBL1就通过Q2加到负载LED背光源上，另外因为第二模拟开关也处于闭合状态，虽然第二模拟开关的导通，但电阻只有几毫欧，相当于第八电阻器R8被短路了，所以第八电阻器R8上几乎没有消耗，降低了电源功耗，减少发热量。第八电阻器R8只有在恒流状态下起作用。 

综上所述，通过本发明所述方案可以单独调节电压或电流，各个通道互不影响；本发明精度较高，电流调节精度±2mA，电压调节精度±0.1V；本发明电流、电压调节范围较大，电流调整范围在0mA-2000mA之间，由于本设备电压，电流同时可调，所以可以控制本设备的功耗，使其处于最佳工作状态，从而实现大范围的电压，电流调节。现有技术无法实现电压电流同时调节，功耗大，如果大范围调节，会导致芯片过热而损坏；电压调整范围在10.0V-33.0V之间能适应大部分背光源对电压，电流的要求；本发明电流、电压稳定性良好，设置好电流或者电压参数，在断电或者重启开机参数值为最后一次设置值；本发明可在任一通道上实现电压电流的任意切换。从电压模式到电模式的相互切换，无需更改接线；本发明采用开关型稳压芯片实现电压连续可调，发热量小，效率高，同样功率的电源可以做的很小；本发明恒压与恒流同时可调，在恒流状态下，电压可以调整到刚好可以满足电路正常工作的状态，这样本设备本身和背光源都处于最佳工作状态。发热最小，效率最高。 

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施 方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。 

Claims (10)

1.一种开关型稳压电路，该稳压电路包括

直流恒压输入端和输出端，

耦合在恒定电压输入端和输出端之间的稳压芯片，

其特征在于，该稳压电路进一步包括：

给定电压输入端；

电压跟随电路，其输入端之一与给定电压输入端连接，其输出端与所述稳压芯片的反馈端耦合；以及

将所述稳压电路的输出端接地的串联连接的第一电阻器和第二电阻器，该第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述电压跟随电路的输出端连接。

2.如权利要求1所述的开关型稳压电路，其特征在于，该稳压电路进一步包括：

所述电压跟随电路包括第一运算放大器、第一三极管和第三电阻器，其中第一运算放大器的一个输入端与给定电压输入端连接，第一三极管的集电极与所述稳压芯片的反馈端耦合，第一三极管的发射极通过第三电阻器接地；且

第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述三极管的集电极连接。

3.一种恒压恒流产生电路，包括如权利要求1所述的开关型稳压电路，其特征在于，该恒压恒流产生电路进一步包括：

给定电流输入端；

第二运算放大器、第二三极管和MOS晶体管，以及

第一、第二、第三和第四开关，

其中，第二运算放大器的输入端之一与给定电流输入端连接，其另一输入端通过串联连接的第二和第四开关接地，其输出端通过所述第三开关与所述第二三极管的基极耦合，

第二三极管的集电极与所述MOS晶体管的栅极连接，该连接点与所述开关型稳压电路的电压输出端耦合且通过第一开关接地，第二三极管的发射极接地，

MOS晶体管的源极与稳压电路输出端连接。

4.如权利要求3所述的恒压恒流产生电路，其特征在于，该恒压恒流产生电路进一步包括：

连接在所述MOS晶体管的源极和所述稳压电路输出端之间的第六电阻器；

与所述第一开关串联连接的第五电阻器；

连接在MOS晶体管漏极和地极之间的负载端；和

连接在负载端和地极之间的第八电阻器。

5.一种可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，包括：

直流恒压源；

ARM处理器；

电压给定单元，分别根据来自ARM处理器的设定电压值输出多路电压；

电流给定单元，分别根据来自ARM处理器的设定电流值输出多路电流；

开关型稳压电路；

恒压恒流切换电路，以及

多个电压电流输出端口，其特征在于

开关型稳压电路包括电压跟随电路，稳压电路的输入端与所述直流恒压源连接，电压跟随电路的给定电压输入端的数量与所述电压给定单元输出端的数量相同，并匹配连接，

恒压恒流切换电路包括恒流电路和多个开关，该恒流电路的给定电流输入端与所述电流给定单元连接，该恒流电路的电压输入端与所述稳压电路的输出端连接，所述多个开关根据来自ARM处理器的控制信号通断使与该恒压恒流切换电路对应连接的电压电流输出端口输出恒定电压或恒定电流。

6.如权利要求5所述的可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，每个开关型稳压电路还包括将所述稳压电路的输出端接地的串联连接的第一电阻器和第二电阻器，所述电压跟随电路包括第一运算放大器、第一三极管和第三电阻器，其中第一运算放大器的一个输入端与电压给定单元连接，第一三极管的集电极与所述稳压芯片的反馈端耦合，第一三极管的发射极通过第三电阻器接地；且

第一电阻器和第二电阻器的连接点与所述三极管的集电极连接。

7.如权利要求6所述的可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，该恒压恒流产生电路进一步包括：

第二运算放大器、第二三极管和MOS晶体管，以及

第二、第三和第四开关，

其中，第二运算放大器的输入端之一与电流给定单元连接，其另一输入端通过串联连接的第二和第四开关接地，其输出端通过所述第三开关与所述第二三极管的基极耦合，

第二三极管的集电极与所述MOS晶体管的漏极连接，该连接点与所述开关型稳压电路的电压输出端耦合且通过第一开关接地，第二三极管的发射极接地，

MOS晶体管的源极与稳压电路输出端连接。

8.如权利要求7所述的可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，该恒压恒流产生电路进一步包括：

连接在所述MOS晶体管的栅极和所述稳压电路输出端之间的第四电阻器；和

与所述第一开关串联连接的第五电阻器。

9.如权利要求5所述的可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，该电源设备进一步包括检测所述多个负载端电流的多个电流检测电路和检测所述多个负载端电压的多个电压检测电路。

10.如权利要求5所述的可编程大功率恒压恒流电源设备，其特征在于，该电源设备进一步包括串行通信接口，用于将所述ARM处理器与上位机通信。