CN109710012A - 一种模拟电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟电池，本发明通过设置功率放大电路对输入的基准电压进行放大，并设置第一输出电压反馈电路和校正电路调整输入功率放大电路的电压以校正功率放大电路的输出电压，保证输出电压的精度，克服现有技术中存在模拟电池的电压精度低下的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及模拟电池领域，尤其是一种模拟电池。
背景技术
便携电子设备，比如手机，移动电源，以及各类配置有充电电池的设备，其生产厂家在批量生产测试中，需要测试整机包含电池和PCBA的性能，比如过压保护，欠压保护，短路保护功能等，如果用真实的电池，测试时间就往往很长，为了提高生产效率，就产生了用电子电路来对电池进行模拟这一需求，也就是模拟电池。其电性能要求一般为快速设置各种电压点，提供满足设备工作时的放电(对外输出)电流和充电(外部电流灌入)电流。原则上只要能提供输出电流和灌入电流的电源就可以称之为模拟电池。现有的模拟电池精度低下，因此，有必要对模拟电池进行改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种模拟电池，提高模拟电池的输出电压的精度。
本发明所采用的技术方案是：一种模拟电池，包括基准电压输入端、校正电路、功率放大电路、第一输出电压反馈电路和电压输出端，所述基准电压输入端与所述校正电路的第一输入端连接，所述基准电压输入端与所述功率放大电路的输入端连接，所述校正电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电压输出端连接，所述电压输出端与所述第一输出电压反馈电路的输入端连接，所述第一输出电压反馈电路的输出端与所述校正电路的第二输入端连接。
进一步地，所述校正电路包括运算放大器，所述基准电压输入端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述第一输出电压反馈电路的输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述功率放大电路的输入端连接。
进一步地，所述第一输出电压反馈电路包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述电压输出端与所述第三分压电阻的一端连接，所述第三分压电阻的另一端与所述第四分压电阻的一端、所述运算放大器的反相输入端均连接，所述第四分压电阻的另一端接地。
进一步地，所述功率放大电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管和第二输出电压反馈电路，所述第五开关管的控制端与所述校正电路的输出端连接，所述第五开关管的控制端与所述基准电压输入端连接，所述第五开关管的负输出端与第四开关管的负输出端连接，所述第五开关管的负输出端与第一电源的负连接端连接，所述第五开关管的正输出端与所述第一电源的正连接端连接，所述第五开关管的正输出端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第四开关管的正输出端与所述第一电源的正连接端连接，所述第四开关管的正输出端与所述第三开关管的控制端连接，所述第三开关管的负输出端、所述第二开关管的负输出端均与所述第一电源的正连接端连接，所述第二开关管的控制端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第四开关管的控制端与所述第二输出电压反馈电路的输出端连接，所述第二输出电压反馈电路的输入端与所述第一开关管的负输出端连接，所述第一开关管的负输出端与所述第六开关管的正输出端连接，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第三开关管的正输出端与所述第六开关管的控制端连接，所述第六开关管的负输出端接地，所述第一开关管的正输出端与第二电源连接，所述第一开关管的负输出端与所述电压输出端的正连接端连接，所述第六开关管的负连接端与所述电压输出端的负连接端连接。
进一步地，所述第二输出电压反馈电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第四开关管的控制端与所述第一分压电阻的一端、所述第二分压电阻的一端均连接，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第一分压电阻的另一端与所述第一开关管的负输出端连接。
进一步地，所述第一开关管、所述第六开关管均为NMOS管，所述NMOS管的栅极为开关管的控制端，所述NMOS管的源极为开关管的负输出端，所述NMOS管的漏极为开关管的正输出端。
进一步地，所述第二开关管、所述第三开关管均为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为开关管的控制端，所述PNP三极管的发射极为开关管的负输出端，所述PNP三极管的集电极为开关管的正输出端。
进一步地，所述第四开关管、所述第五开关管均为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为开关管的正输出端。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置功率放大电路对输入的基准电压进行放大，并设置第一输出电压反馈电路和校正电路调整输入功率放大电路的电压以校正功率放大电路的输出电压，保证输出电压的精度，克服现有技术中存在模拟电池的电压精度低下的技术问题。
另外，本发明还通过采用运算放大器作为校正电路，运算放大器计算输入的基准电压和输出电压的差异，实现校正输出电压。
附图说明
图1是本发明一种模拟电池的一具体实施例结构框图；
图2是本发明一种模拟电池的一具体实施例电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1，图1是本发明一种模拟电池的一具体实施例结构框图，模拟电池包括基准电压输入端、校正电路、功率放大电路、第一输出电压反馈电路和电压输出端，基准电压输入端与校正电路的第一输入端连接，基准电压输入端与功率放大电路的输入端连接，校正电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与电压输出端连接，电压输出端与第一输出电压反馈电路的输入端连接，第一输出电压反馈电路的输出端与校正电路的第二输入端连接。本发明通过设置功率放大电路对输入的基准电压进行放大，并设置第一输出电压反馈电路和校正电路调整输入功率放大电路的电压以校正功率放大电路的输出电压，保证输出电压的精度，克服现有技术中存在模拟电池的电压精度低下的技术问题。
参考图2，图2是本发明一种模拟电池的一具体实施例电路图，校正电路包括运算放大器U1，运算放大器U1的具体型号为OP07，基准电压输入端Vref与运算放大器U1的同相输入端(即校正电路的第一输入端)连接，第一输出电压反馈电路的输出端与运算放大器U1的反相输入端(即校正电路的第二输入端)连接，运算放大器U1的输出端与功率放大电路的输入端连接。具体地，功率放大电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6和第二输出电压反馈电路，第二输出电压反馈电路包括第一分压电阻R5和第二分压电阻R7，第五开关管Q5的控制端与运算放大器U1的输出端连接，第五开关管Q5的控制端与基准电压输入端Vref连接，第五开关管Q5的负输出端与第四开关管Q4的负输出端连接，第五开关管Q5的负输出端与第一电源的负连接端-VS连接，第五开关管Q5的正输出端与第一电源的正连接端+VS连接，第五开关管Q5的正输出端与第二开关管Q2的正输出端连接，第四开关管Q4的正输出端与第一电源的正连接端+VS连接，第四开关管Q4的正输出端与第三开关管Q3的控制端连接，第三开关管Q3的负输出端、第二开关管Q2的负输出端均与第一电源的正连接端+VS连接，第二开关管Q2的控制端与第二开关管Q2的正输出端连接，第四开关管Q4的控制端与第一分压电阻R5的一端、第二分压电阻R7的一端均连接，第二分压电阻R7的另一端接地，第一分压电阻R5的另一端与第一开关管Q1的负输出端连接，第一开关管Q1的负输出端与第六开关管Q6的正输出端连接，第一开关管Q1的控制端与第二开关管Q2的正输出端连接，第三开关管Q3的正输出端与第六开关管Q6的控制端连接，第六开关管Q6的负输出端接地，第一开关管Q1的正输出端与第二电源的正连接端+VP连接，第一开关管Q1的负输出端与电压输出端的正连接端VO+连接，第六开关管Q6的负连接端与电压输出端的负连接端VO-连接。其中，第一开关管Q1、第六开关管Q6均为NMOS管，NMOS管的栅极为开关管的控制端，NMOS管的源极为开关管的负输出端，NMOS管的漏极为开关管的正输出端。第二开关管Q2、第三开关管Q3均为PNP三极管，PNP三极管的基极为开关管的控制端，PNP三极管的发射极为开关管的负输出端，PNP三极管的集电极为开关管的正输出端。第四开关管Q4、第五开关管Q5均为NPN三极管，NPN三极管的基极为开关管的控制端，NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，NPN三极管的集电极为开关管的正输出端。另外，第一输出电压反馈电路包括第三分压电阻R12和第四分压电阻R13，电压输出端的正连接端VO+与第三分压电阻R12的一端(即第一输出电压反馈电路的输入端)连接，第三分压电阻R12的另一端(即第一输出电压反馈电路的输出端)与第四分压电阻R13的一端、运算放大器U1的反相输入端均连接，第四分压电阻R13的另一端接地。
参考图2，以输出小于5V为例对模拟电池的工作过程进行说明，设置供电电压+VP＝6V，+VS＝15V，-VS＝-15V，模拟电池通电后，外部基准电压Vref＝2.5V在连接到运算放大器U1的同相输入端3脚的同时，也通过电阻R9连接到功率放大电路的输入级第五开关管Q5的基极，经第五开关管Q5放大后再经第二开关管Q2倒相驱动第一开关管Q1，此时电压输出端的正连接端VO+输出电压，并经过第一分压电阻R5、第二分压电阻R7以1：1比例的负反馈网络返回第四开关管Q4的基极，实现稳压反馈，目标电压为Vref*2。因为功率放大电路受分立元件精度和一致性影响，精度不高，但因为增益小，稳定，为保证电压输出端的正连接端VO+的输出电压能接近目标电压值，增加由运算放大器U1构成的校正电路；电压输出端的正连接端VO+的输出电压经过第三分压电阻R12和第四分压电阻R13构成的1：1的负反馈网络连接至运算放大器U1的反相输入端，与基准电压Vref进行比较，运算放大器U1的输出端6脚输出误差电压，并通过电阻R6和电阻R9做100：1的衰减，微调整基准电压Vref到第五开关管Q5的基极的输入电压值，以校正电压输出端的正连接端VO+的输出电压接近目标电压，校正精度取决于第三分压电阻R12、第四分压电阻R13的阻值精度及运算放大器U1的失调电压值，高性价比的应用可以是0.1％的阻值精度和运放不高于50uV的失调值，所以模拟电池的输出电压的精度可以保证在1mV以内。另外，功率放大电路的输出级全部使用N沟道的MOSFET，因而模拟电池在输出接近0V的低电压的时候，仍能提供很大的灌电流能力(取决于MOSFET的导通内阻，低压器件一般可以做到不低于2毫欧姆)；而采用运算放大器作为校正电路，运算放大器计算输入的基准电压和输出电压的差异，能实现校正输出电压；因为精密运算放大器的校正，输出电压的设置，可以快速达到目标值，且不易振荡，性能稳定。
本发明中，输入的基准电压通过功率放大电路的放大，实现电压幅度和负载能力的增加，并能快速响应基准电压的变化，运算放大器构成的校正电路跟踪实际输出电压与目标电压的差异，输出误差电压以微调基准电压输入端提供给功率放大电路的实际输入电压，保证输出电压的精度。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种模拟电池，其特征在于，包括基准电压输入端、校正电路、功率放大电路、第一输出电压反馈电路和电压输出端，所述基准电压输入端与所述校正电路的第一输入端连接，所述基准电压输入端与所述功率放大电路的输入端连接，所述校正电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述电压输出端连接，所述电压输出端与所述第一输出电压反馈电路的输入端连接，所述第一输出电压反馈电路的输出端与所述校正电路的第二输入端连接。
2.根据权利要求1所述的模拟电池，其特征在于，所述校正电路包括运算放大器，所述基准电压输入端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述第一输出电压反馈电路的输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述功率放大电路的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的模拟电池，其特征在于，所述第一输出电压反馈电路包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述电压输出端与所述第三分压电阻的一端连接，所述第三分压电阻的另一端与所述第四分压电阻的一端、所述运算放大器的反相输入端均连接，所述第四分压电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1至3任一项所述的模拟电池，其特征在于，所述功率放大电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管和第二输出电压反馈电路，所述第五开关管的控制端与所述校正电路的输出端连接，所述第五开关管的控制端与所述基准电压输入端连接，所述第五开关管的负输出端与第四开关管的负输出端连接，所述第五开关管的负输出端与第一电源的负连接端连接，所述第五开关管的正输出端与所述第一电源的正连接端连接，所述第五开关管的正输出端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第四开关管的正输出端与所述第一电源的正连接端连接，所述第四开关管的正输出端与所述第三开关管的控制端连接，所述第三开关管的负输出端、所述第二开关管的负输出端均与所述第一电源的正连接端连接，所述第二开关管的控制端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第四开关管的控制端与所述第二输出电压反馈电路的输出端连接，所述第二输出电压反馈电路的输入端与所述第一开关管的负输出端连接，所述第一开关管的负输出端与所述第六开关管的正输出端连接，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第三开关管的正输出端与所述第六开关管的控制端连接，所述第六开关管的负输出端接地，所述第一开关管的正输出端与第二电源连接，所述第一开关管的负输出端与所述电压输出端的正连接端连接，所述第六开关管的负连接端与所述电压输出端的负连接端连接。
5.根据权利要求4所述的模拟电池，其特征在于，所述第二输出电压反馈电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第四开关管的控制端与所述第一分压电阻的一端、所述第二分压电阻的一端均连接，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第一分压电阻的另一端与所述第一开关管的负输出端连接。
6.根据权利要求4所述的模拟电池，其特征在于，所述第一开关管、所述第六开关管均为NMOS管，所述NMOS管的栅极为开关管的控制端，所述NMOS管的源极为开关管的负输出端，所述NMOS管的漏极为开关管的正输出端。
7.根据权利要求4所述的模拟电池，其特征在于，所述第二开关管、所述第三开关管均为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为开关管的控制端，所述PNP三极管的发射极为开关管的负输出端，所述PNP三极管的集电极为开关管的正输出端。
8.根据权利要求4所述的模拟电池，其特征在于，所述第四开关管、所述第五开关管均为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为开关管的正输出端。
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