CN109036301A - 一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电压补偿技术领域，具体公开了一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，将从远端负载引回来的电压反馈信号和GND反馈信号通过硬件电路进行差模计算获得这两个信号的差值，并自动根据这个差值调节实际输出的电压，由此来自动补偿传输线路上的压降损耗，使得远端负载上实际接收到的电压为设定的电压；本发明提供的这种方法，完全由硬件电路根据自身的负反馈特性自动实现，不需要人为操作和软件控制，避免了人为操作、软件控制带来的延时和精度误差，而且硬件电路简单，寄生参数小，带来的延时和误差极小，可实现实时精确的远端电压补偿。
Description
技术领域
本发明属于电压补偿技术领域，更具体地，涉及一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法。
背景技术
随着显示面板技术的发展，液晶模组对工作电压的精度要求越来越高，需要的电流也越来越大，但是液晶模组信号发生器在输出电压和电流时，由于线路上的阻抗，包括连接器和连接线材上的阻抗，总会在输出链路上产生一定的压降损耗；这些压降会降低输出电压的精度，使模组实际接收到的电压与设定的电压之间有压差，将影响点屏效果。
现有技术通常通过ADC采样和FPGA计算的软件补偿电压的方法，不仅增加了电路的复杂程度、电路功耗和设备成本，而且实现补偿的延时很大，实时性不强，补偿电压的精度不够高，在对电压补偿的实时性和精度要求较高的场合，这种方法能达到的补偿效果很难满足客户的要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，其目的在于实现基于硬件电路自动补偿的实时精确的远端电压补偿。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，将从远端负载引回来的电压反馈信号和GND反馈信号通过运放进行差模计算获得这两个信号的差值，根据该差值调节实际输出的电压，来补偿传输线路上的压降损耗，确保远端负载上实际接收到的电压为设定的电压。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路包括电压生成模块、场效应晶体管、数模转换器、高压运算放大器、精密仪表放大器以及分压器；
电压生成模块用于提供负载所需电压；
场效应晶体管的源极与电压生成模块输出端相连，用于对电压生成模块提供的电压进行稳压处理，以对负载提供稳定的电压；
数模转换器用于输出可控的模拟电压信号Vdac；
高压运算放大器的反相输入端与数模转换器相连，同相输入端与分压器相连，输出端与场效应晶体管的栅极相连；高压运算放大器用于控制场效应晶体管的工作状态，使其工作在可变电阻区，以根据负载电流的变化来实时调整输出电压的大小；
精密仪表放大器用于对从远端负载反馈回来的电压反馈信号与GND反馈信号进行求差处理，得到远端负载实际接收到的电压差值，来调整场效应晶体管的输出电压；
分压器串联在精密仪表放大器的输出端与地之间，分压器的输出端与高压运算放大器的同相输入端相连；分压器用于对精密仪表放大器的输出电压进行分压处理。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路包括用于调节环路参数防止环路发生震荡的第一、第二、第三电容器；
其中，第一电容器串联在高压运算放大器的同相输入端与场效应晶体管的输出端之间；第二电容器串联在精密仪表放大器的同相输入端与场效应晶体管的输出端之间；第三电容器串联在精密仪表放大器的反相输入端与地之间。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路的高压运算放大器根据数模转换器输出的电压信号Vdac与精密仪表放大器输出的电压进行负反馈运算得到输出电压，通过高压运算放大器的输出电压与电压生成模块的输出电压之间的压差来控制场效应晶体管的工作状态，使其工作在可变电阻区。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路还包括输出连接器，用于连接远端负载与场效应晶体管、精密仪表放大器。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路所采用的场效应晶体管采用P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路所采用的精密仪表放大器的固定增益配置为1，以精确获得远端负载实际接收到的电压差值。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路所采用的分压器包括串联的第一精密电阻、第二精密电阻，两者的串联端作为分压器的输出端。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路所采用的电压生成模块的输出电压与场效应晶体管的输出电压之间具有电压差，该电压差的范围为0.1V～0.5V，并根据负载电流的变化进行实时调整。
优选地，上述的远端电压补偿方法，其硬件电路上，精密仪表放大器的同相输入端与电压输出路径之间串联有第三电阻R3，用于在没有电压反馈信号的情况下给精密仪表放大器的同相输入端提供一个稳定的状态；精密仪表放大器的反相输入端与地之间串联有第四电阻R4，用于在没有GND反馈信号的情况下给精密仪表放大器的反相输入端提供一个稳定的状态；这两个电阻阻值相同。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，通过硬件电路将从远端负载引回来的电压反馈信号和GND反馈信号进行差模计算，获得这两个信号的差值，根据这个差值来调节实际输出的电压，由此补偿传输线路上的压降损耗，进而克服传输线路上的压降损耗对输出电压精度的影响，提高远端负载上实际接收到的电压精度，确保远端负载上实际接收到的电压为设定的电压，由此来保证远端负载的正常工作，譬如模组检测中的点屏效果；本发明提供的这种方法是纯粹通过硬件电路实现的自动补偿，不需要ADC采样、软件处理，由此避免了采样及软件处理带来的延时以及精度误差；由于本方法所采用的硬件电路所用的器件少，电路简洁，寄生参数很小，由此带来的延时和误差可以忽略不计，可实现实时、自动的远端电压补偿。
附图说明
图1是本发明提供的远端补偿电路的实施例的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例提供的基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，是将从远端负载引回来的电压反馈信号和GND反馈信号通过运放进行差模计来补偿传输线路上的压降损耗，确保远端负载上实际接收到的电压稳定为设定的电压。
参照图1，实施例所采用的硬件电路即远端补偿电路包括电压生成模块Power、PMOS管、数模转换器DAC、高压运算放大器OP1、精密仪表放大器OP2、电阻分压器、输出连接器CON、用于调节环路参数防止环路发生震荡的第一、第二、第三电容器C1、C2和C3；
实施例中，PMOS管是P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，用于控制输出电压V2和输出电流；
数模转换器DAC输出可控的模拟电压信号Vdac；
高压运算放大器OP1用于组成负反馈环路，控制PMOS的工作状态；电容器C1串联在OP1的同相输入端与PMOS管的输出端之间；
精密仪表放大器OP2固定增益配置为1，用来转换和输出远端负载接收到的电压差；电容器C2串联在OP2的同相输入端与PMOS管的输出端之间；电容器C3串联在OP2的反相输入端与地之间；
实施例中，分压器由精密电阻R1和R2构成，用于对OP2输出的电压进行分压处理。
图1中，R5示意的是单板上电流输出路径上等效的阻抗，R6示意的是电流输出的线材上等效的阻抗，R7示意的是电流回流线材上等效的阻抗；LOAD示意的是远端负载，实施例中为液晶模组。
电压生成模块Power输出电压V1，通过工作在可变电阻区的PMOS管的控制输出负载需要的电压；其中，V1须大于V2，且保持一定的压差，这个压差根据负载电流的变化在0.1V～0.5V的范围内实时调整。
精密仪表放大器OP2的输出V_op2通过两个电阻R1、R2分压连接到高压运放OP1的同相端，数模转换器DAC的输出连接到OP1的反相端；电路稳定时高压运放OP1的同相端与反相端的电压基本相等，
Vdac＝V_op2/(R1+R2)*R2
Vdac是指数模转换器DAC的输出电压；
精密仪表放大器OP2的同相输入端接入从远端负载反馈回来的电压反馈信号Vfb，并通过一个阻值较大的电阻R3连接到Vout电压输出端，实施例中，第三电阻R3取值为100KΩ～1000KΩ；反相输入端接入从远端负载反馈回来的GND反馈信号GND_fb，并通过一个与电阻R3相同阻值的电阻R4连接到单板的GND；
V_op2＝Vfb-GND_fb
V_op2即为远端负载实际接收到的电压Vfb与GND反馈信号GND_fb之间的电压差。
当电路和远端负载在正常工作状态下，电路输出设定电压和电流，由于传输路径上存在一定的阻抗，会在R5、R6和R7上产生一个随电流变化的压降损耗，负载接收到的电压、零电位就不是电路控制输出的电压V2、GND，而是图示的Vfb、GND_fb。
将远端负载上的两个电压信号Vfb和GND_fb反馈到远端补偿电路，分别接入到OP2的同相端和反相端，通过OP2的处理，获得远端负载实际接收到的电压差V_op2，即为设定输出的电压值，也就是远端负载实际需要的电压值。
根据V_op2的值，控制数模转换器DAC输出的电压Vdac；通过OP1的负反馈运算，OP1输出电压信号V_op1，连接到PMOS-FET的栅极，与连接到PMOS-FET源极的电压V1做比较，通过这两个电压信号的压差来控制PMOS-FET的工作状态，使其工作在可变电阻区，根据负载电流的大小来控制调整PMOS-FET的输出电压V2，当负载阻抗变小，负载电流变大时，传输路径上的压降损耗增大，负载接收到的电压就变小，那么OP2的输出电压也随之变小，OP1的同相端输入电压变小，OP1的输出端电压也减小，使PMOS-FET的源极与栅极之间的压差增大，这样就会增大PMOS-FET的输出电压V2，由此实现对由电流增大导致的传输路径上的压降损耗的自动补偿。
远端负载正常工作时的电流为I，电流传输路径上压降为I*(R5+R6)，电流回流路径上的压降为I*R7，传输路径上总的压降损耗为I*(R5+R6+R7)。
其中：
Vfb＝V2-I*(R5+R6)；
GND_fb＝GND+I*R7；
V_op2＝V2-I*(R5+R6+R7)；
在液晶模组正常工作时，由于液晶模组上的画面不断切换，路径上传输的电流I不断的变化，相应的压降损耗随之变化。但是液晶模组实际接收到的电压差V_op2保持不变，DAC输出的电压Vdac也不变，由远端补偿电路根据自身的负反馈特性相应的调整输出电压V2，来补偿传输线路上总的压降损耗I*(R5+R6+R7)，从而使负载的液晶模组接收的电压差V_op2保持不变；具体地，V2＝V_op2+I*(R5+R6+R7)。
本发明提供的这种基于硬件电路的远端电压补偿的方法，完全由硬件电路根据自身的负反馈特性自动实现，不需要人为操作和软件控制，避免了人为操作、软件控制带来的延时和精度误差，而且电路简单，寄生参数小，带来的延时和误差极小，可实现实时精确的远端电压补偿。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法，其特征在于，将从远端负载引回来的电压反馈信号和GND反馈信号通过硬件电路进行差模计算获得这两个信号的差值，并自动根据所述差值调节实际输出的电压，来补偿传输线路上的压降损耗，使得远端负载上实际接收到的电压为设定的电压。
2.如权利要求1所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路包括电压生成模块、场效应晶体管、数模转换器、高压运算放大器、精密仪表放大器以及分压器；所述电压生成模块用于提供负载所需电压；
所述场效应晶体管的源极与电压生成模块输出端相连，用于对电压生成模块提供的电压进行稳压处理；
所述数模转换器用于输出可控的模拟电压信号；
所述高压运算放大器的反相输入端与数模转换器相连、同相输入端与分压器相连，输出端与场效应晶体管的栅极相连；高压运算放大器用于控制场效应晶体管的工作状态，使其工作在可变电阻区，以根据负载电流的变化来实时调整输出电压的大小；
所述精密仪表放大器用于对从远端负载反馈回来的电压反馈信号与GND反馈信号进行求差处理，得到远端负载实际接收到的电压差值，来调整场效应晶体管的输出电压；
所述分压器串联在精密仪表放大器的输出端与地之间，分压器的输出端与高压运算放大器的同相输入端相连；分压器用于对精密仪表放大器的输出电压进行分压处理。
3.如权利要求2所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路包括用于调节环路参数防止环路发生震荡的第一、第二、第三电容器；
所述第一电容器串联在所述高压运算放大器的同相输入端与场效应晶体管的输出端之间；
所述第二电容器串联在所述精密仪表放大器的同相输入端与场效应晶体管的输出端之间；所述第三电容器串联在精密仪表放大器的反相输入端与地之间。
4.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路的高压运算放大器根据数模转换器输出的电压信号与精密仪表放大器输出的电压进行负反馈运算得到输出电压，通过高压运算放大器的输出电压与电压生成模块的输出电压之间的压差来控制场效应晶体管的工作状态，使其工作在可变电阻区。
5.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路还包括输出连接器，用于连接远端负载与场效应晶体管、精密仪表放大器。
6.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路所采用的场效应晶体管采用P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路采用的精密仪表放大器的固定增益配置为1，以精确获得远端负载实际接收到的电压差值。
8.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路采用的电压生成模块的输出电压与场效应晶体管的输出电压之间具有电压差，所述电压差的范围为0.1V～0.5V，并根据负载电流的变化进行实时调整。
9.如权利要求1或2或3所述的远端电压补偿方法，其特征在于，硬件电路上，精密仪表放大器的同相输入端与电压输出路径之间串联有第三电阻，用于在没有电压反馈信号的情况下给精密仪表放大器的同相输入端提供一个稳定的状态；精密仪表放大器的反相输入端与地之间串联有第四电阻，用于在没有GND反馈信号的情况下给精密仪表放大器的反相输入端提供一个稳定的状态。
10.如权利要求9所述的远端电压补偿方法，其特征在于，所述第三电阻与第四电阻阻值相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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