CN104615186B - 高精度可调电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度可调电源电路，其包括一电压基准电路、与电压基准电路连接的至少一放大电路、连接于所述电压基准电路与所述高精度可调电源电路的至少一输出端之间的一反馈电路、以及至少一假负载，每一假负载分别与所述高精度可调电源电路的每一输出端对应相连。本发明的高精度可调电源电路解决了现有技术中步进精度有限、电压调节范围有限及可靠性差的问题，具有自动化程度高、通用性好、步进精度高、可靠性好以及扩展性强等特点。

Description

高精度可调电源电路
技术领域
本发明涉及程控电源电路领域，特别涉及一种高精度可调电源电路。
背景技术
在工业测试设备中，一款测试设备可能要兼容测试多种待测产品，每种待测产品的电源电压可能不同，所以测试设备需要提供多路不同的电源电压。例如，摄像头模组的测试，需要AFVCC(调焦电压)、DOVDD(数字IO口电压)、DVDD(核电压)、AVDD(模拟电压)、VPP(OTP电压)五路不同的电源电压，从DVDD的1.5V到VPP的9V，电压调节范围很大。而且绝大部分的摄像头模组，对于DVDD的1.5V要求±5％精度，即步进值需要达到±75mV，步进精度很高。因此，一款多路高精度的程控电源尤为重要。
在专利号为CN 202331253U，专利名称为“基于运算放大器的高精度可调电源”的专利文件中，虽然公开了一种利用元器件R1实现的高精度可调电源，R1尤其可以是可调阻值的电位器。但是其并未具体说明该电源的高精度是如何体现的？而且电位器虽然可以调节电源的输出电压，由于电位器自身的缺点，例如寿命有限、阻值范围不够宽、调节不快捷等，使得该可调电源仍存在步进精度有限、电压调节范围有限以及可靠性较差等不足之处。
此外，该可调电源所包括的电阻分压网络也存在部分缺陷，例如输入电压会受电阻精度的影响，使得输入存在误差，又例如一旦电阻分压网络的阻值确定，将无法对运算放大器的输出进行调节，而且输出电压会随负载的变化而变化，其精度不可能很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度可调电源电路，用于解决现有技术中程控电源电路的步进精度有限、电压调节范围有限以及可靠性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种高精度可调电源电路，其包括包括一电压基准电路、与电压基准电路连接的至少一放大电路、连接于所述电压基准电路与所述高精度可调电源电路的至少一输出端之间的一反馈电路、以及至少一假负载，每一假负载分别与所述高精度可调电源电路的每一输出端对应相连；其中，每一放大电路均包括与所述电压基准电路连接的第一运算放大器、与所述第一运算放大器的输出端连接的第二运算放大器、与所述第二运算放大器的输出端连接的功率管、及与所述第一运算放大器的反相输入端连接的电阻反馈网络；所述反馈电路包括反馈输出端、电流监测端及电压监测端，所述电流监测端的正负监测点分别连接于所述假负载的两端，以将检测到的所述高精度可调电源电路的输出电流通过所述反馈输出端输出至所述电压基准电路，所述电压监测端用于检测所述高精度可调电源电路的输出电压，并通过所述反馈输出端输出至所述电压基准电路。
优选地，所述电压基准电路包括一数模转换器(DAC)及与所述数模转换器连接的一控制器，其中，所述控制器用于输入可调的预设参数至所述数模转换器，所述预设参数是否调整与所述电压监测端所检测到的所述输出电压相关；所述数模转换器根据一参考电压及所述预设参数输出基准电压至对应放大电路中的第一运算放大器；输出至对应放大电路中的第一运算放大器的基准电压的计算公式为：Vox为第x路放大电路对应的基准电压，DAC_Datax为第x路放大电路对应的预设参数，Vref为所述参考电压，N为所述数模转换器的分辨率，x为不小于1的整数。
优选地，所述反馈电路为一模数转换器(ADC)。
优选地，所述功率管为三极管。
优选地，所述假负载为电阻负载。
优选地，所述高精度可调电源电路的步进精度为其中，N为所述数模转换器的分辨率，Vref为所述参考电压。
优选地，所述放大电路的路数为两路，所述高精度可调电源电路的输出端个数为两个，所述假负载的个数为两个；两路放大电路分别与所述高精度可调电源电路的两个输出端一一对应相连，所述高精度可调电源电路的两个输出端分别与两个假负载一一对应相连。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比，本发明的高精度可调电源电路，具有以下有益效果：
通过设置数模转换器与控制器，解决了现有技术中步进精度有限、电压调节范围有限及可靠性差的问题，具有自动化程度高、通用性好、步进精度高、可靠性好以及扩展性强等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明各实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明各实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的高精度可调电源电路的结构框图。
图2为本发明一实施例的高精度可调电源电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员更好地理解本发明中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本本发明的各实施例中的技术方案予以进一步地详尽说明。
请参阅图1，本发明提供的一种高精度可调电源电路，其包括：一电压基准电路1、与电压基准电路1连接的至少一放大电路、以及连接于电压基准电路1与至少一放大电路之间的一反馈电路6。
放大电路的路数与高精度可调电源电路的输出端个数对应，每一放大电路分别与高精度可调电源电路的每一输出端一一对应相连，亦即反馈电路6连接在电压基准电路1与高精度可调电源电路的至少一输出端之间。
每一放大电路均包括与电压基准电路1连接的第一运算放大器3、与第一运算放大器3的输出端连接的第二运算放大器4、与第二运算放大器4的输出端连接的功率管5、及与第一运算放大器3的反相输入端连接的电阻反馈网络2。
电压基准电路1包括一DAC 11及与DAC 11连接的一控制器12。
其中，控制器12用于输入可调的预设参数至DAC 11。DAC 11根据一参考电压及预设参数输出基准电压至对应放大电路中的第一运算放大器3。DAC 11的分辨率及参考电压的数值可根据实际应用场景进行选择，本发明并不以此为限。
其中，反馈电路6用于对高精度电源电路的输出电压、输出电流进行监测。第二运算放大器4用于减少第一运算放大器的输出阻抗，以提高高精度可调电源电路的带负载能力。功率管5用于对第二运算放大器4的输出电流进行放大，从而进一步提高了高精度可调电源电路的带负载能力。功率管可以为二极管、三极管、晶体管等，本发明并不以此为限。
高精度可调电源电路还包括：至少一假负载，每一假负载分别与高精度可调电源电路的每一输出端对应相连。
其中，假负载用于在高精度可调电源电路的输出端未接外部设备时，保持其输出电压的稳定。假负载的形式可以是电阻负载、电感负载或容性负载，本发明并不以此为限。
图2为本发明一实施例的高精度可调电源电路的电路原理图。请参阅图2，在该实施例中，放大电路的路数为两路，高精度可调电源电路的输出端个数为两个，假负载的个数为两个，并且，两路放大电路分别与高精度可调电源电路的两个输出端一一对应相连，高精度可调电源电路的两个输出端分别与两个假负载一一对应相连。
即，高精度可调电源电路包括一电压基准电路、与电压基准电路分别连接的两第一运算放大器、与每一第一运算放大器的反相输入端分别连接的两电阻反馈网络、与每一第一运算放大器的输出端分别连接的两第二运算放大器、与每一第二运算放大器的输出端分别连接的两功率管、以及连接于两功率管的输出端与电压基准电路之间的一反馈电路。
其中，高精度可调电源电路所包含的放大电路是相互独立的，输出的电源电压的范围也可以相互不同，以根据实际应用场景分别适用于不同的待测产品。当然，本发明并不对高精度可调电源电路中包含放大电路的具体数目作限制。
具体地，电压基准电路包括DAC U3及与DAC U3连接的控制器U5。DAC U3可以分别输出两路基准电压Vo1、Vo2至两路放大电路。
设Vref为参考电压，N为分辨率，控制器U5输入的两预设参数分别对应两路放大电路，即DAC_Data1对应其中一路放大电路、DAC_Data2对应另一路放大电路，该两预设参数的范围均为1-2N，则基准电压 Vo1对应其中一路放大电路，Vo2对应另一路放大电路。通过DAC U3与控制器U5，不仅可以实现自动化地调整基准电压Vox,x＝1,2的范围，而且使得步进精度非常高，可以达到
其中一路放大电路中，电阻反馈网络由电阻R1-1、R1-2串联组成，电阻R1-1的一端与第一运算放大器U1A的输出端连接，电阻R1-2的一端与地端GND连接，电阻R1-1、R1-2之间的电位点与第一运算放大器U1A的输入负端连接。
另一路放大电路中，电阻反馈网络由电阻R2-1、R2-2串联组成，电阻R2-1的一端与第一运算放大器U2A的输出端连接，电阻R2-2的一端与地端GND连接，电阻R2-1、R2-2之间的电位点与第一运算放大器U2A的输入负端连接。
第一运算放大器U1A的输入正端连接于DAC U3的一输出端，其输出电压为
第一运算放大器U2A的输入正端连接于DAC U3的另一输出端，其输出电压为
通过电阻反馈网络与第一运算放大器，实现了对DAC U3输出的基准电压Vox,x＝1,2的同相放大。而同相放大倍数可以根据实际应用场景对电阻R1-1、R1-2、R2-1、R2-2的阻值进行调整，或者，对电阻反馈网络的电阻网络的串并联形式进行调整，以满足现场需求，本发明并不以此为限。
第二运算放大器U1B的输入正端连接于第一运算放大器U1A的输出端，其输入负端与输出端相互连接，以对第一运算放大器U1A的输出电压进行跟随，其输出电压为Vo1-2＝Vo1-1，并输出至功率管Q1。
第二运算放大器U2B的输入正端连接于第一运算放大器U2A的输出端，其输入负端与输出端相互连接，以对第一运算放大器U2A的输出电压进行跟随，其输出电压为Vo2-2＝Vo2-1，并输出至功率管Q2。
通过第二运算放大器对第一运算放大器的输出电压进行跟随，亦即对DAC U5的基准电压Vox,x＝1,2进行跟随，可以减少输出阻抗，提高高精度可调电源电路的带负载能力。
功率管Q1为三极管，其基极连接于第二运算放大器U1B的输出端，集电极连接于电源电压Vs1，发射极通过一电阻RL1连接于地端GND，发射极与电阻RL1之间的电位点即作为高精度可调电源电路的一输出端，其输出电压为Vout1＝Vo1-2–Vbe1，其中，Vbe1为三级管Q1的基极与集电极之间的电压。
功率管Q2为三极管，其基极连接于第二运算放大器U2B的输出端，集电极连接于电源电压Vs2，发射极通过一电阻RL2连接于地端GND，发射极与电阻RL2之间的电位点即作为高精度可调电源电路的另一输出端，其输出电压为Vout2＝Vo2-2–Vbe2，其中，Vbe2为三级管Q2的基极与集电极之间的电压。
通过三级管对第二运算放大器的输出电流进行电流放大，使得高精度可调电源电路能适用各种负载，进一步提高其带负载的能力。
高精度可调电源电路的其中一输出端与其中一路放大电路相连，且连接有作为假负载的电阻R1-3，高精度可调电源电路的另一输出端与另一路放大电路相连，且连接有作为假负载的电阻R2-3。
通过假负载，使得高精度可调电源电路在未接外部设备(或待测产品)时，仍可以保持其输出电压的稳定。
反馈电路为一ADC U4，其包括电流监测端B1、B2、电压监测端A1、A2、以及连接于控制器U5的反馈输出端C。
其中，电压监测端A1连接于高精度可调电源电路的其中一输出端，监测其输出电压Vout1，并通过反馈输出端C将该输出电压Vout1反馈至控制器U5。电压监测端A2连接于高精度可调电源电路的另一输出端，监测其输出电压Vout2，并通过反馈输出端C将该输出电压Vout2反馈至控制器U5。控制器U5根据ADC U4的电压监测端反馈的上述电压数值，与输入DAC U3的预设参数进行相关的数学运算，确定是否需要调整预设参数的范围，进而精准地调整高精度可调电源电路的输出电压，从而实现了高精度可调电源电路的自动的闭环控制效果。
电流监测端B1的正负监测点B1+、B1-分别连接于假负载R1-3的两端。电流监测端B2的正负监测点B2+、B2-分别连接于假负载R2-3的两端。当假负载R1-3/R2-3的电流增大时，电流检测端B1/B2监测到的电压值也增大，控制器会根据ADC U4的电流监测端反馈的上述电压数值与假负载阻值，计算出高精度可调电源电路不同输出端的输出电流，以确定是否需要对高精度可调电源电路进行过流保护，从而提高高精度可调电源电路的可靠性。
综上所述，本发明的一种高精度可调电源电路通过电阻反馈网络，减少了第一级运算放大器的输入误差；通过设置DAC与控制器，解决了现有技术中步进精度有限、电压调节范围有限及可靠性差的问题；通过假负载的设置，可以保持高精度可调电源电路的输出电压的稳定；通过反馈电路的设置，还使得高精度可调电源电路得以方便的进行过流保护，提高了可靠性。
本发明的高精度可调电源电路具有以下优点：(1)通用性好，可调范围广，不同量程的电源电压输出，不仅可以调整第一运算放大器的放大倍数，还可以调整DAC的参考电压；(2)步进精度高，步进精度主要由DAC的分辨率和参考电压决定，当参考电压为5V时，使用普通的10位DAC即可达到将近4.9mV的步进值；(3)可靠性好，不必使用电位器，且各路电源电压的功率管都是相互独立的，其可以根据实际情况选用不同的芯片，例如二极管、三极管、晶体管等，以确保其在连续高负荷的工作状态下能够可靠地工作；且通过电阻反馈网络提高了第一级运算放大器的输出精度，降低了误差；(4)扩展性强，通过反馈电路可以非常方便地对输出电压与输出电流进行监测，且可以方便地通过控制器进行输出电压、输出电流保护值的设定。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精度可调电源电路，其特征在于，包括一电压基准电路、与电压基准电路连接的至少一放大电路、连接于所述电压基准电路与所述高精度可调电源电路的至少一输出端之间的一反馈电路、以及至少一假负载，每一假负载分别与所述高精度可调电源电路的每一输出端对应相连；其中，
每一放大电路均包括与所述电压基准电路连接的第一运算放大器、与所述第一运算放大器的输出端连接的第二运算放大器、与所述第二运算放大器的输出端连接的功率管、及与所述第一运算放大器的反相输入端连接的电阻反馈网络；
所述反馈电路包括反馈输出端、电流监测端及电压监测端，所述电流监测端的正负监测点分别连接于所述假负载的两端，以将检测到的所述高精度可调电源电路的输出电流通过所述反馈输出端输出至所述电压基准电路，所述电压监测端用于检测所述高精度可调电源电路的输出电压，并通过所述反馈输出端输出至所述电压基准电路；
所述电压基准电路包括一数模转换器及与所述数模转换器连接的一控制器，其中，所述控制器用于输入可调的预设参数至所述数模转换器，所述预设参数是否调整与所述电压监测端所检测到的所述输出电压相关；所述数模转换器根据一参考电压及所述预设参数输出基准电压至对应放大电路中的第一运算放大器；
输出至对应放大电路中的第一运算放大器的基准电压的计算公式为：Vox为第x路放大电路对应的基准电压，DAC_Datax为第x路放大电路对应的预设参数，Vref为所述参考电压，N为所述数模转换器的分辨率，x为不小于1的整数。
2.如权利要求1所述的高精度可调电源电路，其特征在于，所述反馈电路为一模数转换器。
3.如权利要求1所述的高精度可调电源电路，其特征在于，所述功率管为三极管。
4.如权利要求1所述的高精度可调电源电路，其特征在于，所述高精度可调电源电路的步进精度为其中，N为所述数模转换器的分辨率，Vref为所述参考电压。
5.如权利要求1至4任一项所述的高精度可调电源电路，其特征在于，所述放大电路的路数为两路，所述高精度可调电源电路的输出端个数为两个，所述假负载的个数为两个；
两路放大电路分别与所述高精度可调电源电路的两个输出端一一对应相连，所述高精度可调电源电路的两个输出端分别与两个假负载一一对应相连。
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