CN105391315A - 一种可调式电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明主要是关于可调式电源电路，包括工频变压器，其初级侧绕组接收交流电并在其第一次级绕组上产生第一交流电压，第一桥式整流器对第一交流电压进行整流，稳压二极管钳制一个耦合到第一桥式整流器输出端的第一节点处的电压以形成第一稳定电压，并利用该第一稳定电压作为一个运算放大器的电源电压。还包括连接在运算放大器反相输入端和接地端之间的第一电阻和连接在运算放大器输出端和其反相输入端之间的第二电阻，以及包括连接在运算放大器输出端和一个输出节点之间的感测电阻。

Description

一种可调式电源电路

技术领域

本发明主要是关于信号源进行放大的电源电路，更确切地说，是提出了一种可调式的电源电路，使输出的电压能够按照预期的放大水准进行调节。

背景技术

在常规的集成电路设计和封装测试领域中，每个晶圆商家或者封装测试商家因为设备采购时间的前后性，以及测试设备供应商各自测试机台型号配备源的侧重不一样，大多数设备厂商的测试设备输出的电压源只能提供0-50V或0-40V或0-20V这样的电压源。随着电子产品的多样化，例如现在市面上的LED驱动集成电路，如果试图测试这种驱动集成电路的工作电压值或过压保护电压值OVP等类似的电压测试项目，则它们要求的电压完全可能在40-100V之间，也就是说，当前设备厂商的测试设备输出的电压源不能完全覆盖实际所需的所有电压范围。在现有技术面临的这种情况下,为使测试设备利用得到扩展,而且测试装置具备通用性和具有性能稳定可靠的特点,以及对工程技术人员而言能够实现维护简便和易于操作的目的,本发明在后文中将介绍所开发的一个在较大电压范围内实现输出电压值可调的外挂式电源供应装置或电子设备。

发明内容

在本发明的一个可选实施例中，提出了一种可调式电源电路，包括：工频变压器，其初级侧绕组接收交流电并在第一次级绕组上产生第一交流电压；第一桥式整流器，对第一交流电压进行整流；稳压二极管，钳制一个耦合到第一桥式整流器输出端的第一节点处的电压以形成第一稳定电压，并利用该第一稳定电压作为一个运算放大器的电源电压；连接在运算放大器反相输入端和接地端之间的第一电阻和连接在运算放大器输出端和其反相输入端之间的第二电阻；连接在运算放大器输出端和一个输出节点之间的感测电阻，以及连接在感测电阻的第一端和接地端之间的第一分压器和连接在感测电阻第二端和接地端之间的第二分压器；由第一和/或第二分压器撷取输出节点的输出电压，并由第一和第二分压器分别在感测电阻第一和二端所对应采样的电压计算出流经感测电阻的电流。

上述的可调式电源电路，一个第一电容器连接在第一桥式整流器的输出端和接地端之间，降低第一桥式整流器输出的电压的纹波。

上述的可调式电源电路，在工频变压器的第二次级绕组上产生第二交流电压，一个第二桥式整流器对第二交流电压进行整流，以及一个第二电容器用以降低第二桥式整流器输出的电压的纹波；并且一个线性稳压器的输入端耦合到第二桥式整流器输出端以转换产生一个第二稳定电压，并利用该第二稳定电压作为一个处理器的电源电压。

上述的可调式电源电路，该处理器撷取第一和第二分压器分别在感测电阻第一和二端所对应采样的电压，藉由处理器计算出流经感测电阻的电流来表征负载电流。

上述的可调式电源电路，一个第三电容器连接在用线性稳压器的输出端和接地端之间，以降低线性稳压器的输出的第二稳定电压的纹波。

上述的可调式电源电路，在第一桥式整流器的输出端和第一节点之间连接有一个第三电阻，以将流经第三电阻的电流限定在预设的电流值范围以内。

上述的可调式电源电路，在第一节点和运算放大器的电源电压输入端之间串联连接有一个或多个二极管。

上述的可调式电源电路，在第一节点和运算放大器的电源电压输入端之间串联的一系列二极管中，末尾的一个二极管的阴极和接地端之间连接有一个电容。

上述的可调式电源电路，需放大的电压信号源VIN输入到运算放大器的正相输入端；使运算放大器输出的电压VO满足VO＝VIN(R2/R1+1)，其中设定R2是第二电阻的电阻值以及R1是第一电阻的电阻值，通过改变R2/R1的比值来调节电压VO。

在一些可选实施例中，由本文介绍的原理可知，市电AC220V经变压器初级线圈输入可降压变成AC交流电压(例如65V)从第一组次级线圈输出，然后经第一桥式整流器整流后通过一个电阻限流后再经稳压二极管稳压后提供给运算放大器的电源端。而运放放大器电路是正反馈连接方式，使得VO＝VIN(R2/R1+1)，若放大倍数要更改，可适当放大或缩小电阻R2/R1的值。以及市电AC220V经变压器初级线圈输入，降压变成AC交流电压(例如8V)从第二组次级线圈输出，然后经第二桥式整流器整流再经譬如三端稳压管式(例如采用U1L7805)的线性稳压器LDO后提供给处理器MCU的电源端。运算放大器的输出电压经感测电阻(如2W100欧)及其两端的采样和分压电阻后送给处理器的A/D输入口，经处理器处理计算后让显示模块(如三位数码管显示器)来显示具体的电压值，若要知道实际供给负载多少电流，按切换开关指示处理是输出电压来显示还是输出电流来显示即可。本发明的目的之一是提供较大范围幅度电压值(例如0-100V)的可调外挂式电源装置，它能满足目前市场上大部份测试机对电压源扩展升压的需求，同时这种电压源因端口统一简单明了，便于生产管理识别和维护，电压源采用不锈钢外壳屏蔽,在抗震抗压上有显著作用。由显示板、电源板、上盖和下盖来组成的箱体，还包括安装在印制电路板上的测试电路。

本发明提供的可调外挂式电源装置由于采用了上述方案，使之与现有技术相比较，具有优点：1、本发明提供较大范围幅度电压值的(如0-100V)可调外挂式电源装置由于采用了限流降压保护电路，能保护核心集成运算放在电路,延长使用寿命。2、本发明提供较大范围幅度电压值的(例如0-100V)由于采用了工频变压器转换电压，相比其他电源供电方式，输出电压纹波小，保证电压源放大精度的准确性。3、本发明提供较大范围幅度电压值的(例如0-100V)由于采用了三位数码管和电压电流转换按键，能直观地显示实际输出电压和电流的大小，易于做出核正比对。4、本发明提供较大范围幅度电压值的(如0-100V)由于采用了处理器MCU作电压电流采样并且作内部数据处理，运算速度和瞬态响应速度快而且抗干扰性能好。5、本发明0-100V可调外挂式电源装置外观简洁美观、成本较低、体积小，制作工艺复杂精准，易操作，易于和其他测试设备配合且应用面广泛。在一个可选的实施例中，我们设定连接到运算放大器的正相输入端(+IN)的输入电压VIN的范围为不低于3伏。

附图说明

阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：

图1是本发明提供的可调式电源电路的基本架构。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的阐述，但所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。

参见图1，是本发明揭示的一种可调式电源电路，包括进行电压转换的一个工频变压器T，交流市电从母线12和母线14接入到工频变压器T的初级侧绕组L_P的两端(例如接入到它的同相端和异名端)，工频变压器T还包括一个第一次级绕组(L_S1)和一个第二次级绕组(L_S2)，以将市电交流电压转换成有效值不同的交流电，例如我们打算在第一次级绕组L_S1上产生第一交流电压(例如65V的AC交流电压)和在第二次级绕组L_S2上产生第二交流电压(例如8V的AC交流电压)。而一个用于整流的第一桥式整流器(BRIDGERECTIFIERS)101则与第一次级绕组L_S1连接，第一桥式整流器101由四个整流二极管构成，第一次级绕组L_S1的两端(例如同相端和异名端)对应分别连接到该第一桥式整流器101的两个输入端，该两个输入端中的一个是二极管D₁的阴极和二极管D₂的阳极互连的节点，输入端中的另一个是二极管D₃的阴极和二极管D₄的阳极互连的节点。此外该第一桥式整流器101中的二极管D₁的阳极和二极管D₃的阳极互连的节点设置为连接到接地端GND，而第一桥式整流器101在它的输出端也即二极管D₂的阴极和二极管D₄的阴极互连的节点处提供第一交流电压经过整流的直流电压，但是该直流电压仍然带有交流脉动电压成分。为了得到较为平滑的电压，还在第一桥式整流器101的输出端和接地端GND之间连接有一个第一电容器C_AUX1，以降低第一桥式整流器101输出的电压中的纹波。进一步而言，将一个稳压二极管ZD的阴极连接到一个第一节点N₁处，该稳压二极管ZD典型的采用例如齐纳二极管，另外也可以在第一节点N₁和接地端GND之间串联一个或者多个稳压二极管ZD来确定和/或改变在第一节点N₁处产生的一个第一稳定电压值。所以稳压二极管ZD的主要功效就是钳制该耦合到第一桥式整流器101输出端的第一节点N₁处的电压以形成预期的第一稳定电压，并利用该第一稳定电压作为一个运算放大器A的电源电压，从而作为运算放大器A正常运行的工作电压，其中第一稳定电压输送到运算放大器A的电源输入端。

在一些可选实施例中，在第一节点N₁和运算放大器A的电源电压VCC输入端之间串联连接有一个或多个二极管，例如图中串联了四个二极管D_A和D_B以及D_C和D_D，它们串联的方式为上一个二极管的阴极连接到相邻下一个二极管的阳极，例如该串联的一系列二极管中首个二极管D_A的阳极连接到第一节点N₁，而第二个二极管D_B的阳极则连接到首个二极管D_A的阴极，而同时第二个二极管D_B的阴极则又连接到相邻的下一个二极管D_C的阳极，依次类推，最末位的一个二极管D_D的阴极连接到运算放大器A的电源电压VCC输入端。为了进一步抑制噪声干扰，还在运算放大器A的电源电压VCC输入端也即电源供应端和接地端GND之间连接有一个电容C₁。如果我们选择启用一系列串联的二极管D_A和D_B以及D_C和D_D，则在第一节点N₁处的电压值实质上比前后依次串联连接的二极管D_A～D_D之中末尾的一个二极管D_D的阴极处的电压值要略大，前者和后者的电压差值大约等于二极管的数量N乘以二极管的正向导通压降或阈值电压VTH。不同的二极管类型其正向导通电压也略有不同，常规硅二极管的正向压降在约0.6～0.8V，锗二极管约为0.2～0.3V，肖特基二极管约为0.15～0.45V。

参见图1所示，我们设置一个连接在运算放大器A的反相输入端和接地端GND之间的第一电阻R1，以及我们还设置一个连接在运算放大器A的输出端和其反相输入端之间的第二电阻R2，而且需放大的电压信号源VIN输入到运算放大器A的正相输入端。在图中我们可以发现连接在运算放大器A的反相输入端的传输线16与接地端GND间连接该第一电阻R1，传输线16和运算放大器A的输出端之间连接该第二点组R2。在图中可以获悉连接在运算放大器A的反相输入端的传输线18接收需放大的电压信号源VIN。

参见图1所示，我们将一个检测电阻或感测电阻R_C连接在运算放大器A的输出端和一个输出节点N₂之间，我们最终期望的输出电压就在该输出节点N₂处产生。可调式电源电路包括连接在感测电阻R_C的第一端和接地端GND之间的第一分压器，感测电阻R_C的第一端也连接到的运算放大器A的输出端，而该第一分压器具有串接在感测电阻R_C的第一端和接地端之间的电阻R_D1和R_D2。可调式电源电路还包括连接在感测电阻R_C的第二端和接地端GND之间的第二分压器，感测电阻R_C的第二端也连接到输出节点N₂，而该第二分压器具有串接在感测电阻R_C的第二端和接地端之间的电阻R_D3和R_D4。由于第一分压器可以在电阻R_D1和R_D2两者互连的公共节点处撷取感测电阻R_C的第一端的电压的采样值，第二分压器可以在电阻R_D3和R_D4两者互连的公共节点处撷取感测电阻R_C的第二端的电压(也即最终的输出电压)的采样值，感测电阻R_C的第二端的电压和感测电阻R_C的第一端的电压两者的差值其实就是横跨在感测电阻R_C两端的压降。因为我们在电阻R_D1和R_D2两者互连的公共节点处撷取的采样值和感测电阻R_C的第一端的电压成正比例，而在电阻R_D3和R_D4两者互连的公共节点处撷取的采样值和感测电阻R_C的第二端的电压成正比例，所以有两个采样值可以分别计算出感测电阻R_C的第二端的电压和感测电阻R_C的第一端的电压。最终横跨在感测电阻R_C两端的压降也被计算出来，而且感测电阻R_C的第二端的电压和感测电阻R_C的第一端的电压两者的差值除以感测电阻R_C的阻值就是流过感测电阻R_C的实际电流，如果负载接在输出节点N₂处，则流过感测电阻R_C的实际电流相当于也表征了流经负载的负载电流。

参见图1所示，一个处理器(MCU)104从电阻R_D1和电阻R_D2两者互连的公共节点处撷取感测电阻R_C的第一端的电压的采样值，处理器104还从电阻R_D3和电阻R_D4两者互连的公共节点处撷取感测电阻R_C的第二端的电压的采样值，从而处理器104完成横跨在感测电阻R_C两端的压降的计算，以及完成流过感测电阻R_C的实际电流的计算。另外一个显示器105与处理器104相连，则处理器104计算的在输出节点N₂处产生的输出电压或者是其采样值就可以被显示器105显示出来，以及流过感测电阻R_C的实际电流也可以被显示器105显示出来，作为较佳的实施例，我们可以人为的控制显示器105择一地显示输出电压还是显示负载电流。

参见图1所示，在一个可选的实施例中，可以在第一桥式整流器101的输出端和第一节点N₁之间连接有一个限流电阻也即第三电阻R3，从而将流经第三电阻R3的电流限定在预设的电流值范围I_LIMIT以内，避免产生过大的电流从而保障元器件的安全。

参见图1所示，一个用于整流的第二桥式整流器(BRIDGERECTIFIERS)102则与第二次级绕组L_S2连接，第二桥式整流器102由四个整流二极管构成，其中第二次级绕组L_S2的两端(例如同相端和异名端)对应分别连接到该第二桥式整流器102的两个输入端，该两个输入端中的一个是二极管D₅的阴极和二极管D₆的阳极互连的节点，输入端中的另一个是二极管D₇的阴极和二极管D₈的阳极互连的节点。该第二桥式整流器102中的二极管D₅的阳极和二极管D₇的阳极互连的节点设置为连接到接地端GND，而第一桥式整流器102在它的输出端也即二极管D₆的阴极和二极管D₈的阴极互连的节点处提供第二交流电压经过整流的直流电压，但是该直流电压仍然带有交流脉动电压成分。为了得到较为平滑的电压，还在第二桥式整流器102的输出端和接地端GND之间连接有一个第二电容器C_AUX2，以降低第二桥式整流器102输出的电压中的纹波。进一步而言，我们还将将第二桥式整流器102输出的电压输送到三端口型的线性稳压器(LDO)103的输入端(IN)和将三端口型的线性稳压器103的接地端连接到系统的接地电位GND，而在该线性稳压器103的输出端(OUT)进行电压转换产生预期的一个第二稳定电压，并利用该第二稳定电压作为上文提及的一个处理器104的电源电压，以作为处理器正常运行的工作电压，其中第二稳定电压输送到处理器104的电源电压VDD输入端。

本发明的一个工作机制在于，使得运算放大器A输出的电压VO和信号源VIN之间满足函数关系：VO＝VIN(R2/R1+1)，其中设定R2是第二电阻的电阻值以及R1是第一电阻的电阻值，我们通过改变R2/R1的比值来调节电压VO。在可选实施例中，由介绍的原理可知，市电220V经变压器初级线圈输入后降压变成AC交流电压(如65V)从第一组次级线圈输出，然后经第一桥式整流器整流后通过一个电阻限流后再经稳压二极管稳压后提供给运算放大器的电源端。而运放放大器电路是正反馈连接方式，从而可以使得电压VO＝VIN(R2/R1+1)，若放大倍数要更改，可适当放大或缩小电阻R2/R1的值。以及市电AC220V经变压器初级线圈输入，降压变成AC交流电压(例如8V)从第二组次级线圈输出，然后经第二桥式整流器整流再经譬如三端稳压管式(如采用U1L7805)的线性稳压器LDO后提供给处理器MCU的电源端。运算放大器的输出电压经感测电阻(如2W100欧)及其两端的采样和分压电阻后送给处理器的A/D输入口，经处理器处理计算后让三位数码管显示器来显示具体的电压值，若要知道实际供给负载多少电流，按切换开关即可。本发明的目的之一是提供一种较大范围幅度电压值的(例如0-100V)可调外挂式电源装置，它能满足目前市场上大部份测试机对电压源扩展升压的需求，同时这种电压源因端口统一简单明了，便于生产管理识别和维护，由上文介绍的方案来看，业界的技术人员对于本发明取得的优势无疑是乐见其成的。

以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种可调式电源电路，其特征在于，包括：

工频变压器，其初级侧绕组接收交流电并在其第一次级绕组上产生第一交流电压；

第一桥式整流器，对第一交流电压进行整流；

稳压二极管，钳制一个耦合到第一桥式整流器输出端的第一节点处的电压以形成第一稳定电压，并利用该第一稳定电压作为一个运算放大器的电源电压；

连接在运算放大器反相输入端和接地端之间的第一电阻和连接在运算放大器输出端和其反相输入端之间的第二电阻；

连接在运算放大器输出端和一个输出节点之间的感测电阻，以及连接在感测电阻的第一端和接地端之间的第一分压器和连接在感测电阻第二端和接地端之间的第二分压器；

由第二分压器撷取输出节点的输出电压的采样值，以及由第一和第二分压器分别在感测电阻第一和二端所对应采样的电压计算出流经感测电阻的电流。

2.根据权利要求1所述的可调式电源电路，其特征在于，一个第一电容器连接在第一桥式整流器的输出端和接地端之间，降低第一桥式整流器输出的电压的纹波。

3.根据权利要求1所述的可调式电源电路，其特征在于，在工频变压器的第二次级绕组上产生第二交流电压，一个第二桥式整流器对第二交流电压进行整流，以及一个第二电容器用以降低第二桥式整流器输出的电压的纹波；并且

一个线性稳压器的输入端耦合到第二桥式整流器输出端以转换产生一个第二稳定电压，并利用该第二稳定电压作为一个处理器的电源电压。

4.根据权利要求3所述的可调式电源电路，其特征在于，该处理器撷取第一和第二分压器分别在感测电阻第一和二端所对应采样的电压，藉由处理器计算出流经感测电阻的电流来表征负载电流。

5.根据权利要求3所述的可调式电源电路，其特征在于，一个第三电容器连接在用线性稳压器的输出端和接地端之间，以降低线性稳压器的输出的第二稳定电压的纹波。

6.根据权利要求1所述的可调式电源电路，其特征在于，在第一桥式整流器的输出端和第一节点之间连接有一个第三电阻，以将流经第三电阻的电流限定在预设的电流值范围以内。

7.根据权利要求1所述的可调式电源电路，其特征在于，需放大的电压信号源VIN输入到运算放大器的正相输入端；

使运算放大器输出的电压VO满足VO＝VIN(R2/R1+1)，其中设定R2是第二电阻的电阻值以及R1是第一电阻的电阻值，通过改变R2/R1的比值来调节电压VO。

8.根据权利要求1所述的可调式电源电路，其特征在于，在第一节点和运算放大器的电源电压输入端之间串联连接有一个或多个二极管。

9.根据权利要求8所述的可调式电源电路，其特征在于，在第一节点和运算放大器的电源电压输入端之间串联的一系列二极管中，末尾的一个二极管的阴极和接地端之间连接有一个电容。