CN115793770A - 扩流装置、电源板卡及自动化测试设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种扩流装置、电源板卡及自动化测试设备，扩流装置包括：功率放大电路，连接控制芯片的电源端和控制芯片的输出端，用于根据扩流比例对控制芯片的电源端的电流进行电流放大处理，并输出放大后的电流至控制芯片的输出端；扩流比例根据功率放大电路的元件参数确定；钳流电路，连接功率放大电路，用于通过反馈调节将功率放大电路的电流钳位至设定的钳流值；钳流值根据钳流电路的元件参数以及接入的钳流设置电压确定。将功率放大电路与控制芯片并联设置并按照扩流比例进行扩流，不影响控制芯片的输出端的电流输出，可独立进行扩流调整，能够适应不同的驱动需求，同时还设置钳流电路防止扩流输出过大电流，提高了使用便利性。

Description

扩流装置、电源板卡及自动化测试设备

技术领域

本申请涉及供电技术领域，特别是涉及一种扩流装置、电源板卡及自动化测试设备。

背景技术

随着科技的发展和社会的不断进步，越来越多不同种类的芯片应用到电子设备中。芯片在投入使用前需要连接电源进行测试，而进行供电的处理芯片电流输出能力有限，因此需要扩流电路对处理芯片输出的电流进行扩流后再输送至待测芯片。

传统的扩流电路主要由稳压器和三极管组成，通过稳压器对接入的电流进行稳压，再由工作在线性区的三极管进行放大，最终由三极管和稳压器共同驱动负载。然而，传统扩流电路的扩流比例是固定的，无法适应不同的驱动需求，存在使用便利性低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高使用便利性的扩流装置、电源板卡及自动化测试设备。

本申请第一方面提供一种扩流装置，包括：

功率放大电路，连接控制芯片的电源端和所述控制芯片的输出端，用于根据扩流比例对所述控制芯片的电源端的电流进行电流放大处理，并输出放大后的电流至所述控制芯片的输出端；所述扩流比例根据所述功率放大电路的元件参数确定；

钳流电路，连接所述功率放大电路，用于通过反馈调节将所述功率放大电路的电流钳位至设定的钳流值；所述钳流值根据所述钳流电路的元件参数以及接入的钳流设置电压确定。

在其中一个实施例中，所述功率放大电路包括输入级电路、第一级放大电路和若干个第二级放大电路，所述输入级电路与所述控制芯片的电源端连接，所述第一级放大电路连接所述输入级电路和各所述第二级放大电路，各所述第二级放大电路与所述控制芯片的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述输入级电路包括第一运算放大器、第一电阻和设置电路，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻连接所述控制芯片的电源端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一级放大电路，所述设置电路连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端；

所述设置电路包括第一二极管和电容，所述第一二极管的阴极连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一二极管的阳极连接所述第一运算放大器的输出端；所述电容的第一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述电容的第二端连接所述第一运算放大器的输出端。

在其中一个实施例中，所述第一级放大电路包括第一级扩流管、第一级限流电阻和第一级采样电阻，所述第一级扩流管的控制端通过所述第一级限流电阻连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一级扩流管的第一端连接各所述第二级放大电路，并通过所述第一级采样电阻连接电源，所述第一级扩流管的第二端连接设置端。

在其中一个实施例中，各所述第二级放大电路均包括第二级扩流管、第二级限流电阻、反馈电阻和第二级采样电阻，所述第二级扩流管的控制端通过所述第二级限流电阻连接所述第一级放大电路，所述第二级扩流管的第一端通过所述反馈电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第二级扩流管的第一端还通过所述第二级采样电阻连接电源，所述第二级扩流管的第二端连接所述控制芯片的输出端。

在其中一个实施例中，所述钳流电路与所述功率放大电路的输入端及所述控制芯片的电源端均连接，用于通过反馈调节将所述控制芯片的电源端的电流钳位至设定的钳流值。

在其中一个实施例中，所述钳流电路包括第一运放单元、放大管和第二运放单元，所述第一运放单元接入钳流设置电压，并连接所述放大管的控制端和所述放大管的第一端，所述放大管的第二端连接所述第二运放单元，所述第二运放单元连接所述第一运算放大器的同相输入端。

在其中一个实施例中，所述第一运放单元包括第二运算放大器和第二电阻，所述第二运算放大器的同相输入端接入钳流设置电压，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述放大管的第一端，并通过所述第二电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述放大管的控制端；

所述第二运放单元包括第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第三电阻的第一端连接所述控制芯片的电源端，所述第三电阻的第二端连接所述第二二极管的阴极、所述第三二极管的阳极以及所述第三运算放大器的反相输入端，所述第二二极管的阳极和所述第三二极管的阴极均连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述放大管的第二端，并通过所述第四电阻连接电源；

所述第五电阻的第一端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第五电阻的第二端连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第一运算放大器的同相输入端；所述第六电阻的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述第四二极管的阴极。

在其中一个实施例中，扩流装置还包括：

关断电路，连接所述第一运算放大器的同相输入端，用于在处于闭合状态时升高所述第一运算放大器的同相输入端的电压，以关断所述功率放大电路的输出。

在其中一个实施例中，所述关断电路包括关断开关和第七电阻，所述第七电阻的第一端接入关断设置电压，所述第七电阻的第二端通过所述关断开关连接所述第一运算放大器的同相输入端。

本申请第二方面提供一种电源板卡，包括控制芯片及如上述的扩流装置。

本申请第三方面提供一种自动化测试设备，包括多个上述的电源板卡。

上述扩流装置、电源板卡及自动化测试设备，扩流装置中将功率放大电路与控制芯片并联设置并按照扩流比例进行扩流，不影响控制芯片的输出端的电流输出，可独立进行扩流调整，能够适应不同的驱动需求，同时还设置钳流电路防止扩流输出过大电流，提高了使用便利性。

附图说明

图1为一个实施例中扩流装置的结构框图；

图2为一个实施例中扩流装置的结构示意图；

图3为一个实施例中正电流功率放大电路的结构原理图；

图4为一个实施例中负电流功率放大电路的结构原理图；

图5为一个实施例中正向钳流电路的结构原理图；

图6为一个实施例中负向钳流电路的结构原理图；

图7为一个实施例中无关断电路时功率放大电路的工作原理图；

图8为一个实施例中有正电流关断电路时，正电流功率放大电路的工作原理图；

图9为一个实施例中有负电流关断电路时，负电流功率放大电路的工作原理图；

图10为一个实施例中无关断电路时功率放大电路的输出电流波形仿真图；

图11为一个实施例中有关断电路时功率放大电路的输出电流波形仿真图。

附图标记说明：100、功率放大电路；120、正电流功率放大电路；122、输入级电路；123、设置电路；124、第一级放大电路；126、第二级放大电路；140、负电流功率放大电路；142、输入级电路；143、设置电路；144、第一级放大电路；146、第二级放大电路；200、钳流电路；220、正向钳流电路；222、第一运放单元；224、第二运放单元；240、负向钳流电路；242、第一运放单元；244、第二运放单元；300、关断电路；320、正电流关断电路；340、负电流关断电路；X、控制芯片。

实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种扩流装置，包括功率放大电路100和钳流电路200，其中：

功率放大电路100连接控制芯片X的电源端和控制芯片X的输出端，用于根据扩流比例对控制芯片X的电源端的电流进行电流放大处理，并输出放大后的电流至控制芯片X的输出端；扩流比例根据功率放大电路100的元件参数确定。

钳流电路200连接功率放大电路100，用于通过反馈调节将功率放大电路100的电流钳位至设定的钳流值；钳流值根据钳流电路200的元件参数以及接入的钳流设置电压确定。

其中，控制芯片X可以是数字信号处理芯片，也可以是其他类型的处理芯片。控制芯片X的电源端用于连接电源，控制芯片X的输出端用于输出电流。功率放大电路100的元件参数，可通过对功率放大电路100进行内部元件选型、线路切换等方式进行调整，例如调整功率放大电路100中电阻的阻值，或者通过切换开关调整不同的电阻接入到电路中，以此改变功率放大电路100的元件参数，进而调节扩流比例。功率放大电路100根据设置的扩流比例对控制芯片X的电源端的电流进行电流放大处理，将放大后的电流输送至控制芯片X的输出端，与控制芯片X输出的电流合流得到电流HF后输出，用作对待测芯片DUT供电，或者对其他负载供电。进一步地，在不需要进行扩流时，还可控制功率放大电路100关断，例如设置与功率放大电路100连接的关断电路300，利用关断电路300关断功率放大电路100，只通过控制芯片X输出小电流进行供电。可以理解，在其他实施例中，也可以是通过其他方式，例如还通过外部控制器发送使能信号至功率放大电路100，来控制功率放大电路100是否关断。

同理，钳流电路200的元件参数，也可通过对钳流电路200进行内部元件选型、线路切换等方式进行调整。当控制芯片X的电源端的电压下降到一定程度时，触发钳流电路200的钳流功能，以防止功率放大电路100输出过大电流，烧毁待测芯片DUT。钳流电路200与功率放大电路100的连接关系并不唯一，本实施例中，钳流电路200与功率放大电路100的输入端及控制芯片X的电源端均连接，用于通过反馈调节将控制芯片X的电源端的电流钳位至设定的钳流值。

根据实际需要，可控制控制芯片X的输出端输出正电流或负电流，对应地，如图2所示，功率放大电路100可包括正电流功率放大电路120和/或负电流功率放大电路140。可以理解，正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140的具体结构可以相同，只需调整外部连接关系，从而分别执行正电流扩流和负电流扩流的功能。其中，正电流功率放大电路120连接控制芯片X的正电源端HCAV_DD和控制芯片X的输出端force，负电流功率放大电路140连接控制芯片X的负电源端HCAV_SS和控制芯片的输出端force。控制芯片X的正电源端HCAV_DD还通过电阻R1连接正电源PAV_DD，控制芯片X的负电源端HCAV_SS还通过电阻R6连接负电源PAV_SS。

对应地，请继续参考图2，钳流电路200包括连接正电流功率放大电路120的正向钳流电路220，以及连接负电流功率放大电路140的负向钳流电路240。关断电路300包括连接正电流功率放大电路120的正电流关断电路320，以及连接负电流功率放大电路140的负电流关断电路340。正向钳流电路220用于对正电流功率放大电路120进行钳流控制，正电流关断电路320用于关断正电流功率放大电路120，负向钳流电路240用于对负电流功率放大电路140进行钳流控制，负电流关断电路340用于关断负电流功率放大电路140。在需要进行正电流扩流时，正电流功率放大电路120按照扩流比例对接入的电流I1进行扩流，并输出电流I3至控制芯片X的输出端force，与电流I1合流得到电流HF（I1+I3）输送至待测芯片DUT；在需要进行负电流扩流时，负电流功率放大电路140按照扩流比例对接入的电流I2进行扩流，并输出电流I4至控制芯片X的输出端force，与电流I2合流得到电流HF（I2+I4）输送至待测芯片DUT。

上述扩流装置，将功率放大电路100与控制芯片X并联设置并按照扩流比例进行扩流，不影响控制芯片X的输出端的电流输出，可独立进行扩流调整，能够适应不同的驱动需求，同时还设置钳流电路200防止扩流输出过大电流，提高了使用便利性。

可以理解，功率放大电路100的具体电路结构并不是唯一的，可以是采用一级扩流结构、二级扩流结构或更多级的扩流结构。在一个实施例中，功率放大电路100包括输入级电路、第一级放大电路和若干个第二级放大电路，输入级电路与控制芯片X的电源端连接，第一级放大电路连接输入级电路和各第二级放大电路，各第二级放大电路与控制芯片X的输出端连接。其中，第二级放大电路的数量可以是一个，也可以是更多个，具体可根据实际需要进行设置。本实施例中，功率放大电路100通过两级放大处理，来调节扩流大小。以功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140为例，如图2所示，正电流功率放大电路120包括输入级电路122、第一级放大电路124和若干个第二级放大电路126，第二级放大电路126可包括扩流管、电阻R5和电阻R3等元件。第二级放大电路126可以设置N个，N≥1。负电流功率放大电路140包括输入级电路142、第一级放大电路144和若干个第二级放大电路146，第二级放大电路146可包括扩流管、电阻R10和电阻R8等元件。第二级放大电路146同样可设置N个，N≥1。

进一步地，在一个实施例中，输入级电路包括第一运算放大器、第一电阻和设置电路，第一运算放大器的同相输入端通过第一电阻连接控制芯片的电源端，第一运算放大器的输出端连接第一级放大电路，设置电路连接第一运算放大器的反相输入端和第一运算放大器的输出端。其中，设置电路的具体结构可根据实际需要调整，本实施例中，设置电路包括第一二极管和电容，第一二极管的阴极连接第一运算放大器的反相输入端，第一二极管的阳极连接第一运算放大器的输出端；电容的第一端连接第一运算放大器的反相输入端，电容的第二端连接第一运算放大器的输出端。可以理解，功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140时，正电流功率放大电路120中的输入级电路122，和负电流功率放大电路140中的输入级电路142的电路结构相同，仅对外连接关系有所不同。

具体地，如图3所示，Vin+为控制芯片X的正电源端HCAV_DD的电压，Iin+对应正电流功率放大电路120接入的电流I1，Iout+对应正电流功率放大电路120输出的电流I3。正电流功率放大电路120中，输入级电路122包括第一运算放大器U1、第一电阻R2和设置电路123，第一运算放大器U1的同相输入端通过第一电阻R2连接控制芯片X的正电源端HCAV_DD，第一运算放大器U1的输出端连接第一级放大电路124，设置电路123连接第一运算放大器U1的反相输入端和第一运算放大器U1的输出端。进一步地，设置电路123包括第一二极管D1和电容C1，第一二极管D1的阴极连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一二极管D1的阳极连接第一运算放大器U1的输出端；电容C1的第一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，电容C1的第二端连接第一运算放大器U1的输出端。

如图4所示，Vin-为控制芯片X的负电源端HCAV_SS的电压，Iin-对应负电流功率放大电路140接入的电流I2，Iout-对应负电流功率放大电路140输出的电流I4。负电流功率放大电路140中，输入级电路142包括第一运算放大器U2、第一电阻R7和设置电路143，第一运算放大器U2的同相输入端通过第一电阻R7连接控制芯片X的负电源端HCAV_SS，第一运算放大器U2的输出端连接第一级放大电路144，设置电路143连接第一运算放大器U2的反相输入端和第一运算放大器U2的输出端。进一步地，设置电路143包括第一二极管D2和电容C2，第一二极管D2的阴极连接第一运算放大器U2的反相输入端，第一二极管D2的阳极连接第一运算放大器U2的输出端；电容C2的第一端连接第一运算放大器U2的反相输入端，电容C2的第二端连接第一运算放大器U2的输出端。

在一个实施例中，第一级放大电路包括第一级扩流管、第一级限流电阻和第一级采样电阻，第一级扩流管的控制端通过第一级限流电阻连接第一运算放大器的输出端，第一级扩流管的第一端连接第二级放大电路，并通过第一级采样电阻连接电源，第一级扩流管的第二端连接设置端。同样的，功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140时，正电流功率放大电路120中的第一级放大电路124，和负电流功率放大电路140中的第一级放大电路144的电路结构相同，仅对外连接关系有所不同。

具体地，如图3所示，正电流功率放大电路120中，第一级放大电路124包括第一级扩流管Q1、第一级限流电阻R4和第一级采样电阻R13，第一级扩流管Q1的控制端通过第一级限流电阻R4连接第一运算放大电路U1的输出端，第一级扩流管Q1的第一端连接第二级放大电路126，并通过第一级采样电阻R13连接正电源PAV_DD，第一级扩流管Q1的第二端连接外部电源端，具体连接-5V电源端。第一级扩流管Q1工作在线性区，起放大作用。第一级扩流管Q1的类型也不唯一，本实施例中，第一级扩流管Q1可采用三极管，例如采用PNP型三极管，基极作为控制端，发射极作为第一端，集电极作为第二端。

如图4所示，负电流功率放大电路140中，第一级放大电路144包括第一级扩流管Q4、第一级限流电阻R9和第一级采样电阻R20，第一级扩流管Q4的控制端通过第一级限流电阻R9连接第一运算放大电路U2的输出端，第一级扩流管Q4的第一端连接第二级放大电路146，并通过第一级采样电阻R20连接负电源PAV_SS，第一级扩流管Q4的第二端接地。同样的，第一级扩流管Q4工作在线性区，起放大作用。第一级扩流管Q4的类型也不唯一，本实施例中，第一级扩流管Q4可采用三极管，例如采用NPN型三极管，基极作为控制端，发射极作为第一端，集电极作为第二端。

在一个实施例中，各第二级放大电路均包括第二级扩流管、第二级限流电阻、反馈电阻和第二级采样电阻，第二级扩流管的控制端通过第二级限流电阻连接第一级放大电路，第二级扩流管的第一端通过反馈电阻连接第一运算放大器的反相输入端，第二级扩流管的第一端还通过第二级采样电阻连接电源，第二级扩流管的第二端连接控制芯片的输出端。同样的，功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140时，正电流功率放大电路120中的第二级放大电路126，和负电流功率放大电路140中的第二级放大电路146的电路结构相同，仅对外连接关系有所不同。

具体地，如图3所示，正电流功率放大电路120中，第二级放大电路126的数量为N个，N≥1。以第二级放大电路126的数量为两个为例，其中一个第二级放大电路126，包括第二级扩流管Q2、反馈电阻R12、第二级限流电阻R15和第二级采样电阻R16，第二级扩流管Q2的控制端通过第二级限流电阻R15连接第一级扩流管Q1的第一端，第二级扩流管Q2的第一端通过反馈电阻R12连接第一运算放大器U1的反相输入端，第二级扩流管Q2的第一端还通过第二级采样电阻R16连接正电源PAV_DD，第二级扩流管Q2的第二端与控制芯片X的输出端force连接。另一个第二级放大电路126，包括第二级扩流管Q3、反馈电阻R11、第二级限流电阻R14和第二级采样电阻R17，第二级扩流管Q3的控制端通过第二级限流电阻R14连接第一级扩流管Q1的第一端，第二级扩流管Q3的第一端通过反馈电阻R11连接第一运算放大器U1的反相输入端，第二级扩流管Q3的第一端还通过第二级采样电阻R17连接正电源PAV_DD，第二级扩流管Q3的第二端与控制芯片X的输出端force连接。其中，第二级扩流管Q2和第二级扩流管Q3也工作在线性区，起放大作用。第二级扩流管Q2和第二级扩流管Q3的类型也不唯一，本实施例中，第二级扩流管Q2和第二级扩流管Q3可采用三极管，例如采用PNP型三极管，基极作为控制端，发射极作为第一端，集电极作为第二端。

如图4所示，负电流功率放大电路140中，第二级放大电路146的数量为N个，N≥1。以第二级放大电路146的数量为两个为例，其中一个第二级放大电路146，包括第二级扩流管Q5、反馈电阻R19、第二级限流电阻R22和第二级采样电阻R23，第二级扩流管Q5的控制端通过第二级限流电阻R22连接第一级扩流管Q4的第一端，第二级扩流管Q5的第一端通过反馈电阻R19连接第一运算放大器U2的反相输入端，第二级扩流管Q5的第一端还通过第二级采样电阻R23连接负电源PAV_SS，第二级扩流管Q5的第二端与控制芯片X的输出端force连接。另一个第二级放大电路146，包括第二级扩流管Q6、反馈电阻R18、第二级限流电阻R21和第二级采样电阻R24，第二级扩流管Q6的控制端通过第二级限流电阻R21连接第一级扩流管Q4的第一端，第二级扩流管Q6的第一端通过反馈电阻R18连接第一运算放大器U2的反相输入端，第二级扩流管Q6的第一端还通过第二级采样电阻R24连接负电源PAV_SS，第二级扩流管Q6的第二端与控制芯片X的输出端force连接。其中，第二级扩流管Q5和第二级扩流管Q6也工作在线性区，起放大作用。第二级扩流管Q5和第二级扩流管Q6的类型也不唯一，本实施例中，第二级扩流管Q5和第二级扩流管Q6可采用三极管，例如采用NPN型三极管，基极作为控制端，发射极作为第一端，集电极作为第二端。

可以理解，钳流电路200的具体结构也不是唯一的，在一个实施例中，钳流电路200包括第一运放单元、放大管和第二运放单元，第一运放单元接入钳流设置电压，并连接放大管的控制端和放大管的第一端，放大管的第二端连接第二运放单元，第二运放单元连接第一运算放大器的同相输入端。将第二运放单元与第一运算放大器的同相输入端连接，通过直接限制第一运算放大器的同相输入端的电压，实现限制功率放大电路的输出电流。同样的，功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140时，连接正电流功率放大电路120的正向钳流电路220，以及连接负电流功率放大电路140的负向钳流电路240的电路结构相同，仅对外连接关系有所不同。

进一步地，在一个实施例中，第一运放单元包括第二运算放大器和第二电阻，第二运算放大器的同相输入端接入钳流设置电压，第二运算放大器的反相输入端连接放大管的第一端，并通过第二电阻接地，第二运算放大器的输出端连接放大管的控制端。

作为示例，钳流设置电压由外接的DAC提供，DAC设置于电源板卡上。

如图5所示，连接正电流功率放大电路120的正向钳流电路220，包括第一运放单元222、放大管M1和第二运放单元224，第一运放单元222接入正向钳流设置电压V(I_CLAMP)_P，并连接放大管M1的控制端和放大管M1的第一端，放大管M1的第二端连接第二运放单元224，第二运放单元224连接正电流功率放大电路120中第一运算放大器U1的同相输入端。其中，放大管M1可采用BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管），具体采用NPN型的BJT，基极B作为控制端，发射极E作为第一端，集电极C作为第二端。

具体地，正向钳流电路220中，第一运放单元222包括第二运算放大器U3和第二电阻R27，第二运算放大器U3的同相输入端接入正向钳流设置电压V(I_CLAMP)_P，第二运算放大器U3的反相输入端连接放大管M1的第一端，并通过第二电阻R27接地，第二运算放大器U3的输出端连接放大管M1的控制端。

如图6所示，连接负电流功率放大电路140的负向钳流电路240，包括第一运放单元242、放大管M2和第二运放单元244，第一运放单元242接入负向钳流设置电压V(I_CLAMP)_N，并连接放大管M2的控制端和放大管M2的第一端，放大管M2的第二端连接第二运放单元244，第二运放单元244连接负电流功率放大电路140中第一运算放大器U2的同相输入端。其中，放大管M2同样可采用BJT，具体采用PNP型的BJT，基极B作为控制端，发射极E作为第一端，集电极C作为第二端。

具体地，负向钳流电路240中，第一运放单元242包括第二运算放大器U5和第二电阻R32，第二运算放大器U5的同相输入端接入负向钳流设置电压V(I_CLAMP)_N，第二运算放大器U5的反相输入端连接放大管M2的第一端，并通过第二电阻R32接地，第二运算放大器U5的输出端连接放大管M2的控制端。

在一个实施例中，第二运放单元包括第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管、第三二极管和第四二极管。

其中，第三电阻的第一端连接控制芯片的电源端，第三电阻的第二端连接第二二极管的阴极、第三二极管的阳极以及第三运算放大器的反相输入端，第二二极管的阳极和第三二极管的阴极均连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的同相输入端连接放大管的第二端，并通过第四电阻连接电源。第五电阻的第一端连接第三运算放大器的输出端，第五电阻的第二端连接第四二极管的阳极，第四二极管的阴极连接第一运算放大器的同相输入端；第六电阻的第一端连接第三电阻的第一端，第六电阻的第二端连接第四二极管的阴极。

具体地，如图5所示，正向钳流电路220中，第二运放单元224包括第三运算放大器U4、第三电阻R29、第四电阻R28、第五电阻R31、第六电阻R30、第二二极管D3、第三二极管D4和第四二极管D5。其中，第三电阻R29的第一端连接控制芯片X的正电源端HCAV_DD，第三电阻R29的第二端连接第二二极管D3的阴极、第三二极管D4的阳极以及第三运算放大器U4的反相输入端，第二二极管D3的阳极和第三二极管D4的阴极均连接第三运算放大器U4的输出端，第三运算放大器U4的同相输入端连接放大管M1的第二端，并通过第四电阻R28连接正电源PAV_DD。第五电阻R31的第一端连接第三运算放大器U4的输出端，第五电阻R31的第二端连接第四二极管D5的阳极，第四二极管D5的阴极连接正电流功率放大电路120中第一运算放大器U1的同相输入端；第六电阻R30的第一端连接第三电阻R29的第一端，第六电阻R30的第二端连接第四二极管D5的阴极。正向钳流电路220的输出电压

,钳流电流

。

如图6所示，负向钳流电路240中，第二运放单元244包括第三运算放大器U6、第三电阻R34、第四电阻R33、第五电阻R36、第六电阻R35、第二二极管D6、第三二极管D7和第四二极管D8。其中，第三电阻R34的第一端连接控制芯片X的负电源端HCAV_SS，第三电阻R34的第二端连接第二二极管D6的阴极、第三二极管D7的阳极以及第三运算放大器U6的反相输入端，第二二极管D6的阳极和第三二极管D7的阴极均连接第三运算放大器U6的输出端，第三运算放大器U6的同相输入端连接放大管M2的第二端，并通过第四电阻R33连接负电源PAV_SS。第五电阻R36的第一端连接第三运算放大器U6的输出端，第五电阻R36的第二端连接第四二极管D8的阳极，第四二极管D8的阴极连接负电流功率放大电路140中第一运算放大器U2的同相输入端；第六电阻R35的第一端连接第三电阻R34的第一端，第六电阻R35的第二端连接第四二极管D8的阴极。负向钳流电路240的输出电压

，钳流电流

。

如图7所示，以正电流功率放大电路120为例，当输入电流Iin+为0时，由于内部运算放大器存在失调电压，会导致正电流功率放大电路120没有完全被关断。因此，在一个实施例中，扩流装置还包括关断电路300，关断电路300连接第一运算放大器的同相输入端，用于在处于闭合状态时升高第一运算放大器的同相输入端的电压，以关断功率放大电路的输出。关断电路300的具体结构也不是唯一的，本实施例中，关断电路300包括关断开关和第七电阻，第七电阻的第一端接入关断设置电压，第七电阻的第二端通过关断开关连接第一运算放大器的同相输入端。

具体地，功率放大电路100包括正电流功率放大电路120和负电流功率放大电路140时，关断电路300包括用于关断正电流功率放大电路120的正电流关断电路320，以及用于关断负电流功率放大电路140的负电流关断电路340。同样的，正电流关断电路320和负电流关断电路340的电路结构相同，仅对外连接关系有所不同。

具体地，如图8所示，正电流关断电路320包括关断开关K1和第七电阻R25，电阻R25的第一端接入正电流关断设置电压Voff_P，第七电阻R25的第二端通过关断开关K1连接正电流功率放大电路120中第一运算放大器U1的同相输入端。可通过发送控制信号至关断开关K1，控制关断开关K1的通断状态。关断开关K1在导通时将第一运算放大器U1的同相输入端的电压拉高，从而关断正电流功率放大电路120。其中，第一电阻R2与第七电阻R25的阻值比为1：10，正电流关断设置电压Voff_P等于2倍正电源PAV_DD的电压。

如图9所示，负电流关断电路340包括关断开关K2和第七电阻R26，第七电阻R26的第一端接入负电流关断设置电压Voff_N，第七电阻R26的第二端通过关断开关K2连接负电流功率放大电路140中第一运算放大器U2的同相输入端。同样的，可通过发送信号至关断开关K2，控制关断开关K2的通断状态，其中，控制关断开关K1和K2的控制信号可以均由电源板卡上FPGA发出，控制信号可为数字信号。关断开关K2在导通时将第一运算放大器U2的同相输入端的电压拉高，从而关断负电流功率放大电路140。其中，第一电阻R7与第七电阻R26的阻值比为1：10，负电流关断设置电压Voff_N等于2倍负电源PAV_SS的电压。

在一个实施例中，还提供了一种电源板卡，包括控制芯片及如上述的扩流装置。控制芯片可以是数字信号处理芯片，也可以是其他类型的处理芯片。电源板卡可以是电压源板卡，可以是电流源板卡，或者浮动源板卡。本实施例中，电源板卡为大电流VI源板卡。

在一个实施例中，还提供了一种自动化测试设备，包括多个上述的电源板卡。

为便于更好地理解上述扩流装置和电源板卡，下面结合具体实施例进行详细解释说明。

如图2所示，控制芯片X的电流输出能力有限，当需求的负载电流大于控制芯片X的驱动能力时，需要对控制芯片X进行扩流，本申请采用控制芯片X并联功率放大电路100的方式进行扩流，下面介绍正电流情况下的扩流方式，负电流与之对应，不做赘述。

在实际应用中，如图3所示，正电流功率放大电路120从控制芯片X的正电流端HCAV_DD，即大电流档位功放电源引脚提取电流Iin+，将此电流作为输入信号并成比例输出，控制芯片X的输出端force与正电流功率放大电路120的输出级引脚并联作为总输出。并联设置的控制芯片X和正电流功率放大电路120的分流比例为1:10，这样就能够将驱动能力提高十倍。采用并联功率放大电路有2个优点：1、功放单级环路是闭环的，单级满足深度负反馈条件，负反馈可以在本级调节完成。2、功放是与控制芯片X并联的，本级的极点不影响控制芯片X所在的主环路，可以独立调试。

反馈环路分析：如图3所示，Iin+是一个恒流源负载，用来模拟控制芯片X内部的功放，控制芯片X的功放消耗电流等效恒流源负载Iin+的电流，Iout+为正电流功率放大电路120最终输出的电流，也是流过每个第二级放大电路中第二级采样电阻，即电阻R16+R17+…的电流，这些第二级采样电阻的并联等效值为R5。第一运算放大器U1的同相输入端的输入信号为

，反馈到第一运算放大器U1的反相输入端的电压为

，整个环路开环增益远大于1，反馈系数为1，满足深度负反馈条件，此时闭环增益为1，输入电压和反馈电压大小相等，即满足关系式

当电阻R1和电阻R5相等时，并联的正电流功率放大电路120的输出电流跟随控制芯片X的功放电流输出，成1:1关系；当R1：R5=10:1时，并联的正电流功率放大电路120的输出电流是控制芯片X的功放电流的10倍，通过改变电阻R1和电阻R5的比例关系可改变正电流功率放大电路120的扩流比例，实现准确控制扩流比例。

功率放大电路100的钳流电路200工作原理如下：

为了防止功率放大电路100的输出过大电流，功率放大电路100设置单独的钳流电路200。根据图3可知，只需要限制正电流功率放大电路120中第一运算放大器U1的同相输入端的电压，即可限制正电流功率放大电路120的电流。当控制芯片X的正电源端的电压下降到一定程度时，第一运算放大器U1的同相输入端不跟随此电压下降，即实现了钳流的效果。如图5所示为正向钳流电路220的设计示意图，通过DAC设置第二运算放大器U3的同相输入端的电压为V(I_CLAMP)_P，第二运算放大器U3的同相输入端和反相输入端的电压大小相等，流过第二电阻R27的电流为

，经过放大管M1后，流过第二电阻R27和第四电阻R28的电流相等，所以

，

。第二运放单元中利用第三运算放大器U4、二极管和电阻，通过负反馈调节，将输出电压钳位在大于等于V1₊，保证输出电压不低于预期值，进而控制钳流值。当控制芯片X的正电源端的电压跌落到V1₊左右时，第三运算放大器U4的输出电压抬升至V1₊+0.7V左右，经过第四二极管D5输出电压V1₊，将钳流电流输出到图3中第一运算放大器U1的同相输入端，这样就实现了限制第一运算放大器U1的同相输入端的电压≥V1₊，从而实现了钳流功能。钳流值为

，所以可以通过调整DAC设置的电压，以及正向钳流电路220中电阻之间的比例关系灵活调整钳流值。

采用可控电流钳位相较于固定的硬件钳位更加灵活，当电流发生变化时可以通过改变DAC的设置电压进行相应限流大小的调整，使得钳流值可以随时调整。而且，钳流电路200与控制芯片X所在的主环路独立存在，钳流电路200不影响主环路的输出。

功率放大电路100的关断电路300工作原理如下：

当VI源板卡输出小电流档位时，不需要功率放大电路100工作，此时需要将功率放大电路100关断，防止影响VI源板卡的小电流档位的精度，通过使用关断电路300能达到完全关断功率放大电路100的效果。

如图7所示为正电流功率放大电路120的原理图，正电流功率放大电路120由输入级电路、第一级放大电路、第二级放大电路以及其他电阻、电容组成。输入级电路包含运算放大器，实际运放输入存在失调电压V_offset，当Iin+为0时，电阻R5上的电流为：

运放的失调电压一般为uV到mV级别，假定失调电压

，那么

不考虑第二级放大电路的内部电路对Iout+的影响，那么正电流功率放大电路120的输出电流Iout+也为10mA。即：输入电流Iin+为0时，此时由于运放的失调电压存在，正电流功率放大电路120没有完全被关断，输出的漏电流为10mA，这对于高精度输出和测量等场景，是不能被接受的。

如图8所示，为用于完全关断正电流功率放大电路120的正电流关断电路320的原理图，在图7的基础上添加关断开关K1、第七电阻R25和正电流关断设置电压Voff_P。当关断开关K1断开时，正电流功率放大电路120正常工作；当关断开关K1闭合时，

当V1≥PAV_DD时，电阻R5无正向电流，Iout+输出为0，正电流功率放大电路120能实现完全关断。

即：

所以，可以通过添加正电流关断设置电压Voff_P，让上式成立，实现正电流功率放大电路120输出的完全关断，不产生漏电流的影响。在V1₊处上拉电阻到特定电压，用于抵掉正电流功率放大电路120的输入级失调电压，来达到V1大于等于PAV_DD的效果，从而关断正电流功率放大电路120的输出。正电流功率放大电路120完全关断后输出高阻态，正电流功率放大电路120不会输出高压，从而避免被测芯片过压损坏。而且，在正电流功率放大电路120的输入电流不为0时，也能完全关断正电流功率放大电路120。

此外，由于V1₊过大容易造成中间放大级晶体管的Vbe超出使用范围，而导致晶体管损坏，因此V1₊不能过大。所以设计R2：R25=1：10，Voff_P=2PAV_DD。

图10为考虑1mV的运放输入失调电压V_offset时，Iin+为0，在没有关断电路300时功率放大电路100的仿真输出电流波形，由此波形可知，此时输出漏电流为6.6mA；图11为有关断电路300时的功率放大电路100的仿真输出电流波形，由此波形可知，此时输出漏电流为12pA，功率放大电路100的输出完全关断，避免电源板卡输出小电流档位时，影响电源板卡小电流档位的精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种扩流装置，其特征在于，包括：

功率放大电路，连接控制芯片的电源端和所述控制芯片的输出端，用于根据扩流比例对所述控制芯片的电源端的电流进行电流放大处理，并输出放大后的电流至所述控制芯片的输出端；所述扩流比例根据所述功率放大电路的元件参数确定；

钳流电路，连接所述功率放大电路，用于通过反馈调节将所述功率放大电路的电流钳位至设定的钳流值；所述钳流值根据所述钳流电路的元件参数以及接入的钳流设置电压确定。

2.根据权利要求1所述的扩流装置，其特征在于，所述功率放大电路包括输入级电路、第一级放大电路和若干个第二级放大电路，所述输入级电路与所述控制芯片的电源端连接，所述第一级放大电路连接所述输入级电路和各所述第二级放大电路，各所述第二级放大电路与所述控制芯片的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的扩流装置，其特征在于，所述输入级电路包括第一运算放大器、第一电阻和设置电路，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻连接所述控制芯片的电源端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一级放大电路，所述设置电路连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端；

所述设置电路包括第一二极管和电容，所述第一二极管的阴极连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一二极管的阳极连接所述第一运算放大器的输出端；所述电容的第一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述电容的第二端连接所述第一运算放大器的输出端。

4.根据权利要求3所述的扩流装置，其特征在于，所述第一级放大电路包括第一级扩流管、第一级限流电阻和第一级采样电阻，所述第一级扩流管的控制端通过所述第一级限流电阻连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一级扩流管的第一端连接各所述第二级放大电路，并通过所述第一级采样电阻连接电源，所述第一级扩流管的第二端连接设置端。

5.根据权利要求3所述的扩流装置，其特征在于，各所述第二级放大电路均包括第二级扩流管、第二级限流电阻、反馈电阻和第二级采样电阻，所述第二级扩流管的控制端通过所述第二级限流电阻连接所述第一级放大电路，所述第二级扩流管的第一端通过所述反馈电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第二级扩流管的第一端还通过所述第二级采样电阻连接电源，所述第二级扩流管的第二端连接所述控制芯片的输出端。

6.根据权利要求3所述的扩流装置，其特征在于，所述钳流电路与所述功率放大电路的输入端及所述控制芯片的电源端均连接，用于通过反馈调节将所述控制芯片的电源端的电流钳位至设定的钳流值。

7.根据权利要求6所述的扩流装置，其特征在于，所述钳流电路包括第一运放单元、放大管和第二运放单元，所述第一运放单元接入钳流设置电压，并连接所述放大管的控制端和所述放大管的第一端，所述放大管的第二端连接所述第二运放单元，所述第二运放单元连接所述第一运算放大器的同相输入端。

8.根据权利要求7所述的扩流装置，其特征在于，所述第一运放单元包括第二运算放大器和第二电阻，所述第二运算放大器的同相输入端接入钳流设置电压，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述放大管的第一端，并通过所述第二电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述放大管的控制端；

所述第二运放单元包括第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第三电阻的第一端连接所述控制芯片的电源端，所述第三电阻的第二端连接所述第二二极管的阴极、所述第三二极管的阳极以及所述第三运算放大器的反相输入端，所述第二二极管的阳极和所述第三二极管的阴极均连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述放大管的第二端，并通过所述第四电阻连接电源；

所述第五电阻的第一端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第五电阻的第二端连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第一运算放大器的同相输入端；所述第六电阻的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述第四二极管的阴极。

9.根据权利要求3所述的扩流装置，其特征在于，还包括：

关断电路，连接所述第一运算放大器的同相输入端，用于在处于闭合状态时升高所述第一运算放大器的同相输入端的电压，以关断所述功率放大电路的输出。

10.根据权利要求9所述的扩流装置，其特征在于，所述关断电路包括关断开关和第七电阻，所述第七电阻的第一端接入关断设置电压，所述第七电阻的第二端通过所述关断开关连接所述第一运算放大器的同相输入端。

11.一种电源板卡，其特征在于，包括控制芯片及如权利要求1至10任一项所述的扩流装置。

12.一种自动化测试设备，其特征在于，包括多个如权利要求11的所述电源板卡。

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