CN108874021A - 一种线路压降的动态补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线路压降的动态补偿电路，包括：线路压降的动态补偿电路包括电源单元、负载单元以及采样单元，其中，采样单元采集负载单元中的线路压降信息，并根据线路压降信息运算生成补偿电压，以及向电源单元输出补偿电压；电源单元根据补偿电压和电源电压运算生成总电压，并向负载单元输出总电压。实施本发明实施例，能够通过线路压降的动态补偿电路中的采集单元采集到负载单元中的线路压降信息，如果负载电流发生变化，采集单元也可以及时地获取到负载单元当前的线路压降信息，并运算生成与当前的线路压降信息对应的补偿电压，从而实现动态补偿负载端的压降，此外，采集单元可以通过二线连接方式与负载单元连接，降低电路布线难度。

Description

一种线路压降的动态补偿电路

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，具体涉及一种线路压降的动态补偿电路。

背景技术

当电源向负载端供电时，由于供电线路可能存在阻抗较大的情况，因此会导致负载端的电压损失，即负载端会出现线路压降的问题。目前，本行业内通常使用开尔文接法(Kelvin connections)来解决负载端出现的线路压降的问题。然而，在实践中发现，当供电线路电阻或负载电流发生变化时，普通的二线固定式压降补偿不能实现动态补偿负载端的压降；而开尔文接法虽然能实现动态补偿，但是缺点是需要四根线，会给电路布线增加难度。

发明内容

本发明实施例公开一种线路压降的动态补偿电路，能够在实现动态补偿负载端的压降的同时降低电路布线难度。

本发明实施例公开一种线路压降的动态补偿电路，所述线路压降的动态补偿电路包括电源单元、负载单元以及采样单元，所述采样单元通过二线连接方式与所述负载单元连接，其中：

所述采样单元，用于采集所述负载单元中的线路压降信息，并根据所述线路压降信息运算生成补偿电压，以及向所述电源单元输出所述补偿电压；

所述电源单元，用于根据所述补偿电压和所述电源单元的电源电压运算生成总电压，并向所述负载单元输出所述总电压。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述电源单元包括直流电源和电压运算子单元，其中：

所述直流电源，用于向所述电压运算子单元输出所述电源电压；

所述电压运算子单元，用于对所述补偿电压和所述电源电压进行运算，生成所述总电压，并向所述负载单元输出所述总电压。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述负载单元包括阻抗子单元和负载子单元，其中，所述阻抗单元的输入端与所述电压运算子单元的输出端连接，所述阻抗单元的输出端与所述负载子单元的输入端连接，所述负载子单元的输出端接地。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述采样单元包括采样子单元和补偿电压运算子单元，其中：

所述采样子单元，用于采集所述阻抗子单元中的所述线路压降信息，并向所述补偿电压运算子单元输出所述目标线路压降信息；

所述补偿电压运算子单元，用于根据所述目标线路压降信息运算生成所述补偿电压，并向所述电压运算子单元输出所述补偿电压。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述负载子单元包括负载元器件和去耦电容，其中，所述去耦电容的一端与所述负载元器件的输入端连接，所述去耦电容的另一端接地。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述补偿电压运算子单元包括积分模块和运算放大模块，其中：

所述积分模块，用于对所述线路压降信息进行积分运算，确定与所述积分模块对应的电位；

所述运算放大模块，用于对所述电位进行放大运算，确定所述补偿电压。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述补偿电压运算子单元还包括开关电容模块，其中：

所述开关电容模块，用于生成交流电信号，并向所述积分模块输出所述交流电信号；

所述积分模块，具体用于对所述线路压降信息和所述交流电信号进行积分运算，确定与所述积分模块对应的电位。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述补偿电压运算子单元还包括低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述采样子单元的输出端连接，所述低通滤波器的输出端与所述积分模块的输入端连接。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中，线路压降的动态补偿电路包括电源单元、负载单元以及采样单元，其中，采样单元采集负载单元中的线路压降信息，并根据线路压降信息运算生成补偿电压，以及向电源单元输出补偿电压；电源单元根据补偿电压和电源电压运算生成总电压，并向负载单元输出总电压。可见，实施本发明实施例，能够通过线路压降的动态补偿电路中的采集单元采集到负载单元中的线路压降信息，如果负载电流发生变化，采集单元也可以及时地获取到负载单元当前的线路压降信息，并运算生成与当前的线路压降信息对应的补偿电压，从而实现动态补偿负载端的压降，此外，采集单元可以通过二线连接方式与负载单元连接，简化电路结构，从而降低电路布线难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例公开的一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开一种线路压降的动态补偿电路，能够在实现动态补偿负载端的压降的同时降低电路布线难度。以下将结合附图进行详细说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。该线路压降的动态补偿电路可以包括：电源单元100、负载单元200以及采样单元300，采样单元300通过二线连接方式与负载单元200连接，由于二线连接方式中使用2根供电线，因此二线连接方式也可以称为无反馈连接或者无独立采样线，其中：

电源单元100的输出端可以与负载单元200的输入端连接，以向负载单元200输出电压。

采样单元300，用于采集负载单元200中的线路压降信息，并根据线路压降信息运算生成补偿电压，以及向电源单元100输出补偿电压。采样单元300的输入端可以与负载单元200连接，采样单元300的输出端可以与电源单元100的输入端连接。

电源单元100，用于根据补偿电压和电源单元100的电源电压运算生成总电压，并向负载单元200输出总电压。

在图1所示的线路压降的动态补偿电路中，电源单元100可以包括直流电源VB、电源整流器VC以及电压运算子单元P1，其中：

直流电源VB的输入端接地，直流电源VB的输出端与电源整流器VC的输入端连接，向电源整流器VC输出电压；电源整流器VC的输出端可以与电压运算子单元P1的第一输入端连接，以向电压运算子单元P1输入电压，电源整流器VC可以根据电路需求调整电源整流器VC输出端输出的电压大小，在本发明实施例中，电源整流器VC可以根据该动态补偿电路中负载单元200中出现的线路压降来计算调整的电压的大小。电压运算子单元P1的第二输入端可以与采样单元300的输出端连接，电压运算子单元P1的输出端可以与负载单元200的输入端连接，电压运算子单元P1可以将第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压相加生成总电压，以通过输出端向负载所有输出总电压。

在图1所示的线路压降的动态补偿电路中，负载单元200可以包括阻抗子单元201和负载子单元202，其中：

阻抗子单元201的输入端可以与电压运算子单元P1的输出端连接，阻抗子单元201的输出端可以与负载子单元202的输入端连接，阻抗子单元201中可以包含两个电阻(电阻R0和电阻RS)，电阻R0的输入端可以与电压运算子单元P1的输出端连接，电阻R0的输出端可以与电阻RS的输入端连接，电阻RS的输出端可以与负载子单元202的输入端连接，由于阻抗子单元201的电阻R0和电阻RS存在一定的阻值，因此线路压降就是由电阻R0和电阻RS造成的。

负载子单元202的输出端可以接地，负载子单元202中可以包括负载元器件RL和去耦电容CL，图1中的负载元器件RL可以为负载电阻RL，负载电阻RL的输入端可以与电阻RS的输出端连接，负载电阻RL的输出端可以接地；去耦电容CL的一端可以与负载电阻RL的输入端连接，去耦电容CL的另一端可以与负载电阻RL的输出端连接，从而实现去耦电容CL与负载电阻RL并联，由于去耦电容CL与负载电阻RL并联时负载端的交流阻抗接近零，因此采样单元300才能计算出线路压降。

在图1所示的线路压降的动态补偿电路中，采样单元300可以包括采样子单元P2和补偿电压运算子单元(在图1中未示出)，其中：

采样子单元P2可以包含两个输入端和一个输出端，采样子单元P2的第一输入端可以与电压运算子单元P1的输出端连接，采样子单元P2的第二输入端可以与电阻R0的输出端连接，采样子单元P2的输出端可以与补偿电压运算子单元的输入端连接；采样子单元P2可以用于采集阻抗子单元201中的线路压降信息，并向补偿电压运算子单元输出目标线路压降信息；采样子单元P2通过计算第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压的差值，计算电阻R0上的线路压降，并将该差值确定为目标线路压降信息，采样子单元P2可以通过输出端向补偿电压运算子单元输出目标线路压降信息。

补偿电压运算子单元的输出端可以与电压运算子单元P1的第二输入端连接，用于根据目标线路压降信息运算生成补偿电压，并向电压运算子单元P1输出补偿电压。

在图1所示的线路压降的动态补偿电路中，补偿电压运算子单元可以包括低通滤波器LP、开关电容模块303、积分模块301以及运算放大模块302，其中，开关电容模块303中可以包括一个单刀双掷开关S1、两个电容(电容C1和电容C2)以及一个时钟电路CLK；积分模块301中可以包括两个电阻(电阻RA和电阻RB)、两个电压运算器(第一电压运算器P3和第二电压运算器P4)以及一个积分电路JF；运算放大模块302可以包括单刀双掷开关S2和一个反向放大器FX。

低通滤波器LP的输入端可以与采样子单元P2的输出端连接，低通滤波器LP的输出端可以与积分模块301的输入端连接，低通滤波器LP可以允许电路中的低于截止频率的信号通过，得到直流电压以进行后续运算。

开关电容模块303中的单刀双掷开关S1的第一输入端与采样子单元P2的输出端连接，单刀双掷开关S1的第二输入端与时钟电路CLK的输出端连接，单刀双掷开关S1的第一输出端与电容C1的一端连接，单刀双掷开关S1的第二输出端与电容C2的一端连接，时钟电路CLK的输入端、电容C1的另一端以及电容C2的另一端都接地。此外，时钟电路CLK的输出端还与单刀双掷开关S2的第三输入端连接，单刀双掷开关S1的第一输出端还与第一电压运算器P3的第一输入端连接，单刀双掷开关S1的第二输出端还与第一电压运算器P3的第二输入端连接。开关电容模块303用于生成交流电信号，并向所述积分模块301输出所述交流电信号；还可以根据生成的交流电信号控制单刀双掷开关S1和单刀双掷开关S2的切换，以使采样单元300正常运行。

积分模块301中的电阻RA的输入端与低通滤波器LP的输出端连接，电阻RA的输出端与电阻RB的输入端以及第二电压运算器P4的第一输入端连接，电阻RB的输出端接地，第二电压运算器P4的第二输入端与第一电压运算器P3的输出端连接，第一电压运算器P3计算第一输入端的电压与第二输入端的电压的差值，并向第二电压运算器P4输出该差值；第二电压运算器P4的输出端与积分电路JF的输入端连接，第二电压运算器P4计算第一输入端的电压与第二输入端的电压的差值，并向积分电路JF输出该差值；积分电路JF的输出端与单刀双掷开关S2的第一输入端以及反向放大器FX的输入端连接。积分模块301用于对线路压降信息和交流电信号进行积分运算，确定与积分模块301对应的电位，即点F处的电位。

运算放大模块302中的反向放大器FX的输出端可以与单刀双掷开关S2的第二输入端连接，单刀双掷开关S2的输出端可以与电压运算子单元P1的第二输入端连接。运算放大模块302用于对电位进行放大运算，确定补偿电压。运算放大模块302可以根据点F处的电位进行运算，因为采样单元300电路中的电流为交流电，因此点F处的电位随时钟电路CLK呈方波变化，运算放大模块302通过单刀双掷开关S2和反向放大器FX的共同作用，使得单刀双掷开关S2的输出端输出的交流电电压V_d，保持稳定。

在图1所示的电路中，可以对采样单元300进行调整，以使交流电的电流的变化量Δi与直流电流I的比值k，并且对电阻RA的阻值R_A和电阻RB的阻值R_B进行设置，以使R_A/(R_A+R_B)＝k，根据图1所示的电路计算可得点E处的电位为V_E＝(kI+Δi)R₀，通过对点E处的电位进行积分、反向以及开关后形成点F处的电位(在高电平时为V_F，在低电平时为-V_F)，电源整流器VC用于向电路补偿压降的电压值可以通过计算得到：因此通过电压运算子单元P1向负载单元200输出的电压可以为：

其中，通过图1公开的一种线路压降的动态补偿电路，能够通过线路压降的动态补偿电路中的采集单元采集到负载单元中的线路压降信息，如果负载电流发生变化，采集单元也可以及时地获取到负载单元当前的线路压降信息，并运算生成与当前的线路压降信息对应的补偿电压，从而实现在动态补偿负载端的压降的同时降低电路布线难度。

请参阅图2，图2是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。其中，图2中的电路是在图1中的电路的基础改进得到的。由图1可知，V_C+V_d可以通过V_F计算得到，因此图2中对电源单元100、采样单元300、积分模块301以及运算放大模块302进行了改进。

与图1相比，图2中的电源单元100减少了电源整流器VC，直流电源VB的输出端与电压运算子单元P1的输入端连接，向电压运算子单元P1输出电源电压，电压运算子单元P1可以将第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压相加生成总电压，以通过输出端向负载所有输出总电压；图2中的采样单元300减少了低通滤波器LP，以使采样子单元P2的输出端与电阻RA的输入端连接；图2中的积分模块301减少了第二电压运算器P4，并根据k值对积分电路JF进行调整，且积分电路JF的输入端与电阻RA的输出端以及第一电压运算器P3的输出端连接；图2中的运算放大模块302减少了反向放大器FX，添加了两个电阻(电阻R1和电阻R2)和一个运算放大器YF1，且积分电路JF的输出端与电阻R1的输入端以及单刀双掷开关S2的第一输入端连接，电阻R1的输出端与电阻R2的输入端以及单刀双掷开关S2的第二输入端连接，电阻R2的输出端以及运算放大器YF1的第二输入端都接地，单刀双掷开关S2的输出端与运算放大器YF1的第一输入端连接，运算放大器YF1的输出端与运算放大器YF1的第一输入端和电压运算子单元P1的第二输入端连接。可以设置图2中电阻R1的阻值R₁和电阻R2的阻值R₂的关系可以为：调整后的图2中的电路可以实现与图1中的电路相同的效果。除了上述改进，图2中的其余电路结构与图1中对应的电路结构相同。

请参阅图3，图3是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。其中，图3中的电路是在图2中的电路的基础改进得到的。可以设置k＝0.5，此时，由图2可以计算得到：点K和点H处的电压差值可以为：

V_K-V_H＝[(2+k)V_A+2V_Bu]-[(2+k)V_B+2V_Au]

其中，V_A为点A的平均电压，V_B为点B的平均电压，V_Bu为点B在高电位时的电压，V_Au为点A在高电位时的电压。因此可以对图2进行改进得到图3，图3中电源单元100和负载单元200的电路结构与图2相同，以下不载赘述。

图3对采样单元300进行了改进，与图2相比，图3中减少了采样子单元P2、单刀双掷开关S1、单刀双掷开关S2、电阻RA、电阻RB、积分电路JF、第一电压运算器P3以及时钟电路CLK，并在采样单元300中新增了单刀单掷开关S3、单刀单掷开关S4、单刀单掷开关S5、四个电阻(电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6)、运算放大器YF2以及两个电容(电容CL1和电容CL2)，其中，单刀单掷开关S4的一端可以与电压运算子单元P1的输出端以及电阻R3的输入端连接，单刀单掷开关S4的另一端可以与电容C1的一端以及电阻R6的输入端连接，电容C1的另一端可以接地，单刀单掷开关S3的一端可以与电阻R0的输出端以及电阻R5的输入端连接，单刀单掷开关S3的另一端可以与电容C2的一端连接，电容C2的另一端可以与电阻R4的输入端连接并接地，电阻R3的输出端可以与电容CL1的一端以及运算放大器YF2的第一输入端连接，电容CL1的另一端可以接地，电阻R4的输出端可以与运算放大器YF2的第一输入端连接，电阻R5的输出端可以与运算放大器YF2的第二输入端连接，电阻R6的输出端可以与运算放大器YF2的第二输入端以及电容CL2的一端连接，运算放大器YF2的输出端可以与电阻R1的输入端、电容CL2的另一端以及单刀单掷开关S5的一端连接，电阻R1的输出端可以与电阻R2的输入端以及运算放大器YF1的第一输入端连接，电阻R2的输出端可以与运算放大器YF1的第二输入端连接并接地，单刀单掷开关S5的另一端可以与运算放大器YF1的第一输入端连接，运算放大器YF1的输出端和第一输入端可以与电压运算子单元P1的第二输入端连接。图3中的电阻R3的阻值R₃、电阻R4的阻值R₄、电阻R5的阻值R₅以及电阻R6的阻值R₆之间的关系可以为：R₃＝R₅，R₄＝R₆，且调整后的图3中的电路可以实现与图2中的电路相同的效果。除了上述改进，图3中的其余电路结构与图2中对应的电路结构相同。

请参阅图4，图4是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。其中，图4中的电路是在图3中的电路的基础改进得到的。图4中的电路可以将图3中的电路中的电容C1和电容C2删除，此时，可以计算得到图4中的可以计算得到电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6之间的关系可以为：R₃＝R₅，R₄＝R₆，且

图4对采样单元300进行了改进，与图3相比，图4中减少了电容C1和电容C2，其中，单刀单掷开关S4的另一端只与电阻R6的输入端连接，单刀单掷开关S3的另一端可以与电阻R4的输入端连接。可以设置R₃＝2R，可得到：根据图4可以得到点C处的直流分量点C处的电压变化量且根据线路压降V_S＝I(R_S+R₀)，可以得出点L处的电压V_L与直流电源VB输出的电压V_B相等。

调整后的图4中的电路可以实现与图3中的电路相同的效果。除了上述改进，图4中的其余电路结构与图3中对应的电路结构相同。

请参阅图5，图5是本发明实施例公开的另一种线路压降的动态补偿电路的结构示意图。其中，图5公开的一种线路压降的动态补偿电路只是将图4公开的一种线路压降的动态补偿电路中的电子元器件的位置进行了调整，并没有改变各个电子元器件之间的连接关系，且调整后的图5中的电路可以实现与图4中的电路相同的效果，因此，对图5公开的一种线路压降的动态补偿电路中的各个电子元器件之间的连接关系不做赘述。

以上对本发明实施例公开的一种线路压降的动态补偿电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述线路压降的动态补偿电路包括电源单元、负载单元以及采样单元，所述采样单元通过二线连接方式与所述负载单元连接，其中：

所述采样单元，用于采集所述负载单元中的线路压降信息，并根据所述线路压降信息运算生成补偿电压，以及向所述电源单元输出所述补偿电压；

所述电源单元，用于根据所述补偿电压和所述电源单元的电源电压运算生成总电压，并向所述负载单元输出所述总电压。

2.根据权利要求1所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述电源单元包括直流电源和电压运算子单元，其中：

所述直流电源，用于向所述电压运算子单元输出所述电源电压；

所述电压运算子单元，用于对所述补偿电压和所述电源电压进行运算，生成所述总电压，并向所述负载单元输出所述总电压。

3.根据权利要求2所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述负载单元包括阻抗子单元和负载子单元，其中，所述阻抗单元的输入端与所述电压运算子单元的输出端连接，所述阻抗单元的输出端与所述负载子单元的输入端连接，所述负载子单元的输出端接地。

4.根据权利要求3所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述采样单元包括采样子单元和补偿电压运算子单元，其中：

所述采样子单元，用于采集所述阻抗子单元中的所述线路压降信息，并向所述补偿电压运算子单元输出所述目标线路压降信息；

所述补偿电压运算子单元，用于根据所述目标线路压降信息运算生成所述补偿电压，并向所述电压运算子单元输出所述补偿电压。

5.根据权利要求3或4所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述负载子单元包括负载元器件和去耦电容，其中，所述去耦电容的一端与所述负载元器件的输入端连接，所述去耦电容的另一端接地。

6.根据权利要求4或5所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述补偿电压运算子单元包括积分模块和运算放大模块，其中：

所述积分模块，用于对所述线路压降信息进行积分运算，确定与所述积分模块对应的电位；

所述运算放大模块，用于对所述电位进行放大运算，确定所述补偿电压。

7.根据权利要求6所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述补偿电压运算子单元还包括开关电容模块，其中：

所述开关电容模块，用于生成交流电信号，并向所述积分模块输出所述交流电信号；

所述积分模块，具体用于对所述线路压降信息和所述交流电信号进行积分运算，确定与所述积分模块对应的电位。

8.根据权利要求7所述的线路压降的动态补偿电路，其特征在于，所述补偿电压运算子单元还包括低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述采样子单元的输出端连接，所述低通滤波器的输出端与所述积分模块的输入端连接。