CN113035123A - 一种多路同源独立补偿驱动电源装置 - Google Patents

一种多路同源独立补偿驱动电源装置 Download PDF

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CN113035123A CN202110142631.7A CN202110142631A CN113035123A CN 113035123 A CN113035123 A CN 113035123A CN 202110142631 A CN202110142631 A CN 202110142631A CN 113035123 A CN113035123 A CN 113035123A
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Abstract

本申请公开了一种多路同源独立补偿驱动电源装置，实现了高效率，低噪声，低纹波，高精度的多通道电源电路。本申请包括：MCU处理单元、电源适配器、一级开关稳压模块、二级线性调压模块以及远程补偿模块；一级开关稳压模块根据MCU处理单元输出的一级参考电压和电源适配器输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压；二级线性调压模块设置有多个线性稳压器；远程补偿模块用于对多个线性稳压器的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿；多个线性稳压器分别对各自输出通道的一级开关稳压模块的一级输出电压和二级控制电压进行比较，调制出目标输出电压，二级控制电压通过远程补偿模块和MCU处理单元调制获得。

Description

一种多路同源独立补偿驱动电源装置
技术领域
本申请实施例涉及电子测量仪器及设备领域，特别涉及一种多路同源独立补偿驱动电源装置。
背景技术
OLED模组由有机发光显示器+PCB+铁框构成，其中，有机发光显示器利用有机发光二极管(Organic Lighting Emitting Diode，OLED)显示图像，是一种主动发光的显示器。OLED显示器的每个像素均包括OLED器件和用于驱动该OLED器件发光的像素驱动电路。然而OLED器件发生老化后，即使流过相同大小的电流，OLED器件的发光亮度与新像素相比也会有所下降。随着使用时间的延长，OLED器件的材料特性逐渐变差，导致像素的亮度不断衰减。
为了避免出现因OLED器件老化而导致的亮度衰减以及色偏问题，在OLED模组生产中，模组贴合完毕需要老化，即通过一定时间的点亮使得OLED材料进入较为稳定的状态。
现有的老化信号源所采用的电源方案比较典型的有两种：第一种是采用线性电源每一路单独稳压，然后分别接到每个模组上；第二种是采用开关电源稳压生成每个电压的总输出，然后分出四路，分配到各个模组上。由于OLED模组所需要的电源本身就比较多，一般而言就有VDD、VDDIO、AVDD、ELVDD、ELVSS、VPP等6到7路，特殊一些的甚至会达到12到13路，各路输出电压和驱动能力都不相同，而且都需要高精度的输出电压控制和纹波控制，以及高精度的电压和电流采样，因此，如果采用每个输出通道都单独稳压的方案，一拖四的老化信号源就需要做50多路，设备体积、功耗和成本都会变得无法接受，存在能耗高，电源效率低、故障率高、材料成本高等问题；如果采用一分四的方案，考虑到各个目标模组的工作负荷差异和线路损耗，又很难实现目标端所要求的电压精度和控制时序，且纹波大，不能对某一路电压单独补偿，不能单独切断输出，不能隔离故障。
发明内容
本申请实施例提供了一种多路同源独立补偿驱动电源装置，实现了高效率，低噪声，低纹波，高精度的多通道电源电路。
本申请实施例提供了一种多路同源独立补偿驱动电源装置，包括：
MCU处理单元、电源适配器、一级开关稳压模块、二级线性调压模块以及远程补偿模块；
所述MCU处理单元用于通过选通控制实现高精度的电压采样和电流采样；
所述一级开关稳压模块根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压和所述电源适配器输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压；
所述二级线性调压模块设置有多个线性稳压器；
所述远程补偿模块用于对多个所述线性稳压器的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿；
多个所述线性稳压器分别对各自输出通道的所述一级开关稳压模块的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块和所述MCU处理单元调制获得；
当所述一级输出电压大于或等于所述二级控制电压时，所述线性稳压器将目标输出电压调高；
当所述一级输出电压小于所述二级控制电压时，所述线性稳压器将所述目标输出电压调低。
可选的，所述一级开关稳压模块包括依次连接的Buck电源单元、一级反馈回路单元以及一级电压设定单元；
所述一级开关稳压模块根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压和所述电源适配器输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压包括：
所述一级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压生成一级设定电压；
所述一级设定电压经过所述一级反馈回路单元得到所述Buck电源单元的一级控制电压；
所述Buck电源单元根据所述一级控制电压和所述电源适配器输出的初始电压生成一级输出电压。
可选的，所述一级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压生成一级设定电压，包括：
所述MCU处理单元输出的一级电压设定模拟信号经过一级模拟开关器件后，分成多路一级参考电压，所述一级参考电压经过所述一级电源设定单元生成一级设定电压。
可选的，所述二级线性调压模块还包括二级反馈回路单元以及二级电压设定单元；
多个所述线性稳压器分别对各自输出通道的所述一级开关稳压模块的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块和所述MCU处理单元调制获得包括：
所述二级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的二级参考电压生成二级设定电压；
所述二级反馈回路单元根据所述二级设定电压以及所述远程补偿模块反馈回来的负载电压进行调制，得到多个所述线性稳压器的各自输出通道的二级控制电压；
多个所述线性稳压器将各自输出通道的所述一级输出电压和所述二级控制电压进行比较。
可选的，所述二级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的二级参考电压生成二级设定电压，包括：
所述MCU处理单元输出的二级电压设定模拟信号，经过二级模拟开关器件后，分成多路二级参考电压，所述二级参考电压通过二级多路开关阵列接到所述二级电压设定单元中，生成二级设定电压。
可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的电压远程采集单元和电流采集单元。
可选的，所述电压远程采集单元和所述电流采集单元均通过二级多路开关阵列接到所述MCU处理单元。
可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的开关器件。
可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的可调横流放电单元，所述可调横流放电单元可用于校准输出电流的采样精度以及下电下降沿的斜率控制。
可选的，所述一级模拟开关器件为低精度的ADC芯片和DAC芯片，所述二级模拟开关器件为高精度的DAC芯片。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，通过设计一种多路同源独立补偿驱动电源装置，包括MCU处理单元、电源适配器、一级开关稳压模块、二级线性调压模块以及远程补偿模块，其中，MCU处理单元可通过选通控制实现高精度电压采样和电流采样，二级线性调压模块设置有多个线性稳压器，远程补偿模块可对多个该线性稳压器的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿，每个线性稳压器可实现对每一路输出通道的单独稳压，实现了高效率，低噪声，低纹波，高精度的多通道电源电路。
附图说明
图1为本申请实施例中多路同源独立补偿驱动电源装置一个结构示意图；
图2为本申请实施例中一级开关稳压模块工作原理的流程示意图；
图3为本申请实施例中二级线性调压模块工作原理的流程示意图。
具体实施方式
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种多路同源独立补偿驱动电源装置，实现了高效率，低噪声，低纹波，高精度的多通道电源电路。
请参阅图1，本申请实施例中多路同源独立补偿驱动电源装置一个实施例包括：
MCU处理单元1、电源适配器2、一级开关稳压模块3、二级线性调压模块4以及远程补偿模块5；
MCU处理单元1用于通过选通控制实现高精度的电压采样和电流采样；
一级开关稳压模块3根据MCU处理单元1输出的一级参考电压和电源适配器2输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压；
二级线性调压模块4设置有多个线性稳压器41；
远程补偿模块5用于对多个线性稳压器41的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿；
多个线性稳压器41分别对各自输出通道的一级开关稳压模块3的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块和MCU处理单元1调制获得；
当所述一级输出电压大于或等于所述二级控制电压时，线性稳压器41将目标输出电压调高；
当所述一级输出电压小于所述二级控制电压时，线性稳压器41将所述目标输出电压调低。
需要说明的是，本申请实施例中，MCU处理单元1分别与一级开关稳压模块3、二级线性调压模块4电性连接，电源适配器2和一级开关稳压模块3电性连接，一级开关稳压模块3与二级线性调压模块4电性连接，二级线性调压模块45与远程补偿模块电性连接。
其中，MCU处理单元2是一种微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，又称单片机，其是把中央处理器(Central Process Unit，CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。本申请实施例中，通过MCU处理单元2通过内置的ADC芯片和DAC芯片对整个驱动电源装置进行控制。
电源适配器2(Power adapter)又叫外置电源，是一种小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、变压器、电感、电容、控制IC、PCB板等元器件组成，它的工作原理由交流输入转换为直流输出。本申请实施例中，通过电源适配器2给驱动电源装置提供一个安全可靠的初始电压。
此外，一级开关稳压模块3为公共大功率高效率可调输出的开关稳压结构，二级线性调压模块4为多通道高精度线性调压结构，一级开关稳压模块3内部设置有多个电路单元，每一路一级开关稳压模块3的一级输出电压可以驱动4个输出通道的线性稳压器41输出，实现了高密度电压，节约了设备体积，设备成本和使用成本实现明显的优化。
同时，因为多个线性稳压器41的每一路输出通道互相独立，互不相干，单独可控，远程补偿模块5给多个线性稳压器41提供负载电压(反馈电压)的同时，根据不同输出通道之间的负载差异和传输路线差异还进行了针对性的损耗补偿，实现目标端的精准电压控制。
本申请中，通过设计一种多路同源独立补偿驱动电源装置，包括MCU处理单元1、电源适配器2、一级开关稳压模块3、二级线性调压模块4以及远程补偿模块5，其中，MCU处理单元1可通过选通控制实现高精度电压采样和电流采样，二级线性调压模块4设置有多个线性稳压器41，远程补偿模块5可对多个该线性稳压器41的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿，每个线性稳压器41可实现对每一路输出通道的单独稳压，实现了高效率，低噪声，低纹波，高精度的多通道电源电路。
本申请实施例中，一级开关稳压模块3包括依次连接的Buck电源单元31、一级反馈回路单元32以及一级电压设定单元33。
需要说明的是，Buck电源即开关稳压电源，是相对于线性稳压电源的一种的新型稳压电源电路，它通过对输出电压实时监测并动态控制开关管导通与断开的时间比值来稳定输出电压。
因为线性稳压电源电路调整管消耗的功率很大，使得整个稳压电路的转换效率低下，为了提升稳压电路中的转换效率，引用了Buck变换器，即Buck开关电源来对这些缺陷进行改善。
具体的，请参阅图2，一级开关稳压模块33根据MCU处理单元1输出的一级参考电压和电源适配器2输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压的具体实现方法如下所示：
201、一级电压设定单元33根据MCU处理单元1输出的一级参考电压生成一级设定电压；
需要说明的是，本申请实施例中，MCU处理单元1输出的一级电压设定模拟信号经过一级模拟开关器件后，分成多路一级参考电压，一级参考电压经过一级电源设定单元33生成一级设定电压。
202、一级设定电压经过一级反馈回路单元32得到Buck电源单元31的一级控制电压；
需要说明的是，本申请实施例中，一级设定电压进入一级反馈回路单元，经过保持电容和运放缓存，成为了Buck电源单元31的一级控制电压，该一级控制电压可以调制出Buck电源单元31的一级输出电压。
203、Buck电源单元31根据所述一级控制电压和电源适配器2输出的初始电压生成一级输出电压。
需要说明的是，本申请实施例中，Buck电源单元31可以根据一级控制电压对电源适配器2输出的初始电压进行降压处理，得到一级输出电压。
本申请实施例中，二级线性调压模块4还包括二级反馈回路单元42以及二级电压设定单元43；
具体的，请参阅图3，多个所述线性稳压器41分别对各自输出通道的所述一级开关稳压模块3的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块5和所述MCU处理单元1调制获得的具体实现方法如下所示：
301、二级电压设定单元43根据MCU处理单元1输出的二级参考电压生成二级设定电压；
本申请实施例中，所述MCU处理单元1输出的二级电压设定模拟信号，经过二级模拟开关器件后，分成多路二级参考电压，所述二级参考电压通过二级多路开关阵列44接到所述二级电压设定单元中，生成二级设定电压。
需要说明的是，开关矩阵用于控制稳压电路的开启与闭合，本申请中的多路同源独立补偿驱动电源电路采用多个矩阵开关组成多路开关阵列，按照各种接口标准相互连接，可灵活切换选择想要接通的通道。
302、二级反馈回路单元42根据所述二级设定电压以及远程补偿模块5反馈回来的负载电压进行调制，得到多个线性稳压器41的各自输出通道的二级控制电压；
需要说明的是，本申请实施例中，二级设定电压进入二级反馈回路单元42，和远程补偿模块5从负载端反馈回来的负载电压一起经过保持电容和运放缓存，转变成线性稳压器41的二级控制电压，该二级控制电压可以调制出线性稳压器41的目标输出电压。
303、多个线性稳压器41将各自输出通道的所述一级输出电压和所述二级控制电压进行比较。
需要说明的是，本申请实施例中，将一级输出电压和二级控制电压进行比较，根据两者电压的大小不同进行不同的精准控制，实现高精度电压输出。
如当一级输出电压大于或等于二级控制电压时，线性稳压器41在满足每一路线性稳压输出精度可以达到1mV量级，输出波纹在10mV以下的提前下，将目标输出电压调高；
当所述一级输出电压小于所述二级控制电压时，线性稳压器41在满足每一路线性稳压输出精度可以达到1mV量级，输出波纹在10mV以下的提前下，将目标输出电压调低。
需要说明的是，由于一级输出电压和目标输出电压均为可编程电压，可将线性调整器件上的压差控制到满足调整率要求的最小幅度，因此可以有效降低调整回路的整体功耗。
请参阅图1至图3，可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的电压远程采集单元6和电流采集单元7。
可选的，电压远程采集单元6和电流采集单元7均通过一级多路开关阵列9接到MCU处理单元1。
需要说明的是，本申请实施例中，每个输出通道都设置有独立的电压远程采集单元6和电流采集单元7，各单元通过一级多路开关阵列9接到MCU处理单元内置的高精度DAC芯片，通过MCU处理单元1选通控制实现针对特定输出通道的高精度电压采样和电流采样。
可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的开关器件(图未视)。
需要说明的是，本申请实施例中，每一路输出通道均设置有独立的开关器件，该开关器件连接二级电压设定输出单元的输出端和地电平，其控制端由MCU处理单元1控制。
该开关器件可以在二级线性调压模块4中的某个输出通道出现异常时，通过将本输出通道的输出拉到地电平，使得该输出通道的电压为0，从而实现单独切断输出，实现故障保护的同时，也不影响其他输出通道的输出；另外，各通道的上电/下电时序控制也可以通过该开关器件的通/断进行高时序精度的控制，达到微秒量级的控制精度。
可选的，每一路所述输出通道均设置有独立的可调横流放电单元8，可调横流放电单元8可用于校准输出电流的采样精度以及下电下降沿的斜率控制。
需要说明的是，本申请实施例中，在每个输出通道的电流采集单元7后面，均配置一个可调横流放电单元8，该可调横流放电单元8受到MCU处理单元1输出的控制，可作为对该输出通道的电流采样精度校准的参考，以弥补电流采样电阻误差的影响；在正常工作时处于断开状态，但在下电过程中，可以将该可调横流放电单元8接通并调制其输出电流，以精确控制下电波形的斜率，可实现某些特殊场合下，对于下电波形斜率的要求。
可选的，所述一级模拟开关器件为低精度的ADC芯片和DAC芯片，所述二级模拟开关器件为高精度的DAC芯片。
需要说明的是，本申请实施例中，一级电路的一级控制电压和一级输出电压采样采用低速度，低精度的ADC芯片和DAC芯片，以尽可能降低成本。
二级电路采用高位数高速DAC芯片，以提供尽可能精确的控制基准。
本申请实施例中，电路前级为高效率的Buck开关电源，远端为开尔文接法，单独补偿每一路的输出两级串联，既有开关电源的高效率，又有线性电源的低噪声，低纹波，高精度。该电源装置可将两级压差调整到0.6V，整体电源效率在90％左右，减少了电源损耗，提高了工作效率，避免了严重发热的问题。
此外，通过设置多路开关阵列切换保持电路，在有限的高精度ADC和DAC通道下也保证了低成本和高精度；且采用可调横流放电单元也实现了电流采集单元的自校准功能和电波形的斜率控制。
需要说明的是，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，包括：MCU处理单元、电源适配器、一级开关稳压模块、二级线性调压模块以及远程补偿模块；
所述MCU处理单元用于通过选通控制实现高精度的电压采样和电流采样；
所述一级开关稳压模块根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压和所述电源适配器输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压；
所述二级线性调压模块设置有多个线性稳压器；
所述远程补偿模块用于对多个所述线性稳压器的输出通道的负载差异以及传输路线差异进行远端补偿；
多个所述线性稳压器分别对各自输出通道的所述一级开关稳压模块的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块和所述MCU处理单元调制获得；
当所述一级输出电压大于或等于所述二级控制电压时，所述线性稳压器将目标输出电压调高；
当所述一级输出电压小于所述二级控制电压时，所述线性稳压器将所述目标输出电压调低。
2.根据权利要求1所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述一级开关稳压模块包括依次连接的Buck电源单元、一级反馈回路单元以及一级电压设定单元；
所述一级开关稳压模块根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压和所述电源适配器输出的初始电压进行调制，得到一级输出电压包括：
所述一级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压生成一级设定电压；
所述一级设定电压经过所述一级反馈回路单元得到所述Buck电源单元的一级控制电压；
所述Buck电源单元根据所述一级控制电压和所述电源适配器输出的初始电压生成一级输出电压。
3.根据权利要求2所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述一级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的一级参考电压生成一级设定电压，包括：
所述MCU处理单元输出的一级电压设定模拟信号经过一级模拟开关器件后，分成多路一级参考电压，所述一级参考电压经过所述一级电源设定单元生成一级设定电压。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述二级线性调压模块还包括二级反馈回路单元以及二级电压设定单元；
多个所述线性稳压器分别对各自输出通道的所述一级开关稳压模块的一级输出电压和二级控制电压进行比较，所述二级控制电压通过所述远程补偿模块和所述MCU处理单元调制获得包括：
所述二级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的二级参考电压生成二级设定电压；
所述二级反馈回路单元根据所述二级设定电压以及所述远程补偿模块反馈回来的负载电压进行调制，得到多个所述线性稳压器的各自输出通道的二级控制电压；
多个所述线性稳压器将各自输出通道的所述一级输出电压和所述二级控制电压进行比较。
5.根据权利要求4所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述二级电压设定单元根据所述MCU处理单元输出的二级参考电压生成二级设定电压，包括：
所述MCU处理单元输出的二级电压设定模拟信号，经过二级模拟开关器件后，分成多路二级参考电压，所述二级参考电压通过二级多路开关阵列接到所述二级电压设定单元中，生成二级设定电压。
6.根据权利要求5所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，每一路所述输出通道均设置有独立的电压远程采集单元和电流采集单元。
7.根据权利要求6所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述电压远程采集单元和所述电流采集单元均通过二级多路开关阵列接到所述MCU处理单元。
8.根据权利要求5所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，每一路所述输出通道均设置有独立的开关器件。
9.根据权利要求5所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，每一路所述输出通道均设置有独立的可调横流放电单元，所述可调横流放电单元可用于校准输出电流的采样精度以及下电下降沿的斜率控制。
10.根据权利要求5所述的多路同源独立补偿驱动电源装置，其特征在于，所述一级模拟开关器件为低精度的ADC芯片和DAC芯片，所述二级模拟开关器件为高精度的DAC芯片。
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