CN118100644A - 一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，包括高压输入端及波形输出端，所述高压输入端接高压转XV电路的输入端，所述高压转XV电路将高压输入端的高电压转化为XV电压，其输出端分别连接高压转‑XV电路、下降波形发生电路及输出电压控制电路；所述高压转‑XV电路将高压转XV电路输出端的XV电压转为‑XV电压，其输出端连接输出电压控制电路。通过镜像电流源产生一个恒定的电流源，然后利用电容放电时，当电容放电电流一定时，电容两端电压下降斜率固定的特性，生产一个斜率可控的电压下降波形；实现了输出波形下降斜率可控、输出电压可变。

Description

一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路

技术领域

本申请涉及电子器件测试技术领域，特别涉及一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路。

背景技术

可程控电源广泛应用于高度集成自动化测试系统(ATE)或测试测量应用场景中。在集成电路测试测量领域，可程控电源主要用于芯片或模块的供电，为电路工作提供必要的偏置条件。

在集成电路测试过程中，常需要在供电端口产生1ms-X00ms响应时间的启动或关断波形，从而模拟用户使用环境中各种开关机状态。传统的可程控电源或ATE中的电源无法满足上诉的测试需求。

传统可程控电源主要缺点是下降斜率不可控；ATE中的可程控电源的主要缺点是带载能力差，通常小于1A，体积庞大，不方便外出携带。

有鉴于此，目前亟需一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提出一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，解决了现有设备中电源电压波形下降不可控的技术问题。

本申请为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，所述电源发生电路包括高压输入端及波形输出端，其中：

所述高压输入端接高压转XV电路的输入端，所述高压转XV电路将高压输入端的高电压转化为XV电压，其输出端分别连接高压转-XV电路、下降波形发生电路及输出电压控制电路；

所述高压转-XV电路将高压转XV电路输出端的XV电压转为-XV电压，其输出端连接输出电压控制电路；

所述下降波形发生电路中，包括电阻及滑动电阻，所述电阻的一端接高压转XV电路的输出端，另一端通过双通道开关单元的一通道连接电容的一端，所述电容的另一端接地；所述滑动电阻的一端接高压转XV电路的输出端，另一端同时接第一三极管的集电极、第一三极管的基极和第二三极管的基极；所述第一三极管被配置为：发射极接地，基极与第二三极管的基极相连接；所述第二三极管被配置为：发射极接地，集电极通过双通道开关单元的二通道连接电容的一端，双通道开关单元与电容的公共端为下降波形发生电路的下降斜率输出端，所述下降斜率输出端连接输出电压控制电路；

所述输出电压控制电路中，包括高压运算放大器，所述高压运算放大器被配置为：

使能公共端接地；

使能端通过第三电容接地并由高压转XV电路供电

负输入端同时接第二电阻一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端接晶体管的源极，所述第三电阻的另一端接地；

正输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

负电源端通过第二电容接地并由高压转-XV电路供电；

正电源端同时接第一电容的一端和晶体管的漏极，所述第一电容的另一端接高压输入端；

输出端通过第一电阻接晶体管的栅极；

其中，X表示电压值，取值范围为4.5-5.5，V表示电压单位，所述高压输入端的电压取值范围为12V-60V。

作为一种可选的技术方案，所述高压转XV电路中，包括线性稳压器，所述线性稳压器被配置为：输入端依次接第一电容的一端、三极管的发射极，调节端同时接第二电阻一端和第三电阻的一端，输出端依次接第二电阻的另一端、第二电容的一端；

所述第二电容的另一端、第三电阻的另一端和第一电容的另一端均连接二极管的输入端，所述二极管的输出端依次连接三极管的基极及第一电阻的一端，第一电阻的另一端同时连接高压输入端及三极管的集电极，所述第二电阻与第二电容的公共端为高压转XV电路的输出端。

作为一种可选的技术方案，线性稳压器采用LM317T芯片。

作为一种可选的技术方案，所述高压转-XV电路中，包括DC-DC电源芯片，所述DC-DC电源芯片被配置为：CAP+引脚通过第二电容接CAP-引脚，GND引脚接地，OUT引脚作为高压转-XV电路中的-XV电压输出端、并通过第三电容接地，LV引脚接地，V+引脚通过第一电容接地；其中，V+引脚和第一电容的公共端连接XV电压。

作为一种可选的技术方案，所述DC-DC电源芯片采用LM2662芯片。

作为一种可选的技术方案，还包括比例缩小电路，所述比例缩小电路的输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端、输出端接所述输出电压控制电路中高压运算放大器的正输入端。

作为一种可选的技术方案，所述比例缩小电路由高压转XV电路供电。

作为一种可选的技术方案，所述比例缩小电路中，包括运算放大器，所述运算放大器被配置为：

正电源端接XV电压，并通过第一电容接地；

负电源端接地；

负输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

正输入端接输出端及第一电阻；

输出端依次串接第一电阻、第二电阻和地，所述第二电阻与第二电容并联；且第二电容与第一电阻的公共端作为比例缩小电路的输出端。

本申请的有益效果包括：

通过镜像电流源产生一个恒定的电流源，然后利用电容放电时，当电流一定时，斜率固定的特性，生产一个斜率可控的电压下降波形；由NMOS、高压运放和反馈网络组成的电压控制电流实现输出电压以及输出电流的控制，从而实现了输出波形下降斜率可控、输出电压可变；电路结构清晰，电路尺寸较小，也解决了传统测试机ATE无法搬运的问题。

本申请的其他有益效果或优势将在具体实施方式中结合具体结构进行详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1为本申请中电路基本功能框图；

图2为本申请中电源发生电路内部的供电流程示意图；

图3为实施例中高压转5V电路示意图；

图4为实施例中高压转-5V电路示意图；

图5为实施例中下降波形发生电路示意图；

图6为实施例中比例缩小电路示意图；

图7为实施例中输出电压控制电路示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本申请的描述中，需要说明的是，所使用的术语，例如“顶部”和“底部”，指的是本申请在使用状态下靠近上方的部分为顶部，靠近下方的部分为底部；所使用的术语，例如“第一”和“第二”，仅是为了区分表述，而不是指示或暗示其具有重要性或顺序性的区别；所使用的术语，如“内”、“外”，指的是具体轮廓的内和外。上述术语的使用仅是为了便于清楚且简单地表述本申请的技术方案，不能理解为对本申请的限制。

实施例：

为了弥补传统线性电源无法满足大电压范围和波形下降斜率控制的缺点，本发明基于高压运放、高耐压功率NMOS管、镜像电流源等技术，设计制作了一种宽电压(高达60V)、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，用于解决现有设备中电源电压波形下降的控制问题。

图1为本申请中电路基本功能框图；图2为本申请中高压转XV电路及高压转-电路的供电流程示意图，结合图1及图2在本实施例中，

优选X为5，高压输入端的电压为60V，所述电源发生电路包括高压输入端及波形输出端，其中：

所述高压输入端接高压转5V电路的输入端，所述高压转5V电路将高压输入端的高电压转化为5V电压，其输出端分别连接高压转-5V电路、下降波形发生电路及输出电压控制电路；

作为一种可能实现的技术方案，高压转5V电路的主要作用是作为内部电路部分的供电。高压转5V电路工作原理图如图3中的电路所示，该部分主要由NPN三极管、稳压二极管以及线性稳压器和阻容元件构成；

具体为：所述高压转5V电路中，包括线性稳压器，线性稳压器采用LM317T芯片，所述LM317T芯片被配置为：in引脚3依次接第一电容C1的一端、三极管的发射极3，ADJ引脚1同时接第二电阻R2一端和第三电阻R3的一端，out引脚2依次接第二电阻R2的另一端、第二电容C2的一端；

所述第二电容C2的另一端、第三电阻R3的另一端和第一电容C1的另一端均连接二极管D1的输入端，所述二极管D1的输出端依次连接三极管的基极1及第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端同时连接高压输入端及三极管的集电极2，所述第二电阻R2与第二电容C2的公共端为高压转5V电路的5V电压输出端。

NPN三极管以及二极管D1组成了降压网络（二极管D1采用稳压二极管），弥补了线性稳压器LM317T的输入电压范围偏低问题。使用三极管进行降压，可以将热功耗分散，以免线性稳压器因功耗过大导致结温超过范围。

电路稳定工作后，高压输入端通过第一电阻R1和二极管D1在A点的电压被钳位至稳压电压V_ZT，该值为二极管D1的稳压值。B点与A点之间存在一个PN结电压差，故此时B点的电压为V_ZT-V_BE，从而达到将高压输入降压的目的。

在B点形成的电压满足线性稳压器的输入电压范围。线性稳压器LM317T的输出电压V_OUT与反馈电阻（第二电阻R2和第三电阻R3为反馈电阻）的关系式为：

式中，I_ADJ为ADJ引脚处的电流，此电流非常小，约为0.2uA，该公式可简化为：

式中，V_REF为参考电压，V_REF=1.25V，通过配置R3=720Ω，R2=240Ω，即可配置输出电压约为5V。

作为一种可能实现的技术方案，高压转-5V电路工作原理图如图4中的电路所示，该部分主要通过DC-DC电源芯片LM2662实现，将5V电压转为-5V电压；其输出端连接输出电压控制电路；

具体为：所述DC-DC电源芯片LM2662被配置为：CAP+引脚2通过第二电容接CAP-引脚4，GND引脚3接地，OUT引脚5作为高压转-5V电路中的-5V电压输出端、并通过第三电容接地，LV引脚6接地，V+引脚8通过第一电容接地；其中，V+引脚8和第一电容C1的公共端连接5V电压，FC引脚1在本电路中不做任何连接。

作为一种可能实现的技术方案，下降波形发生电路主要电路图如图5中的电路所示，该部分主要包含镜像电流源、电容C1。该部分主要原理是电容C1放电时，流过电容C1两端的电流与电容容量和电容两端电压成正比；

当放电电流恒定，因电容量恒定，故电容上电压的变化斜率恒定。通过调节放电电流大小和电容C1的容值即可确定波形的下降斜率，从而产生一个斜率可控的下降波形。

如图5所示，左侧为镜像电流源电路，它由两只特性完全相同的三极管构成，由于镜像电流源电路中的第一三极管Q1的管压降与其b-e间电压相等，从而保证第一三极管Q1工作在放大状态时，镜像电流源电路中的第二三极管Q2不可能进入饱和状态，故其集电极电流I_C0=βIb。

图5中，由于两个三极管特性一致，故第一三极管Q1的电流放大系数等于第二三极管Q2的电流放大系数，都用β表示且两个三极管b-e间电压相等，基极电流也相等，此处两个三极管的基极电流均用Ib表示，所以第一三极管Q1集电极电流I_C0等于第二三极管Q2集电极电流I_C1。由于电路的这种特殊接法，使I_C0=I_C1呈镜像关系。

整理后第二三极管Q2集电极电流I_C1的关系式为：

式中，β为第一三极管的电流放大系数或第二三极管的电流放大系数，Ir为图5中流过滑动电阻R2的电流。

产生下降波形之前，开关S置于“1”（指双通道开关单元的一通道导通）处通过电阻R1接5V电压。当电容C1充满电后，S与“1”处断开（指双通道开关单元的一通道关断），S置于“2”（指双通道开关单元的二通道导通），电容C1上累计的电荷用过镜像电流源放电。

综上所示，可以通过调节滑动电阻R2与电容C1的电容值，可达到调节电压斜率的功能。在实际电路中，电容C1此处设置了多个电容档位，实现电压下降斜率的粗调，使用滑动电阻R2完成电压下降斜率的细调。

斜率公式为：

式中，I_C1为图5中流过电容C1的电流，Ir为图5中流过滑动电阻R2的电流，U_BE为三极管基极与发射极的电压差，Δ表示差值，ΔU为波形电压变化量，Δt为波形下降时间变化量。

具体地，所述下降波形发生电路中，包括电阻及滑动电阻，所述电阻的一端接高压转5V电路的输出端，另一端通过双通道开关单元的一通道连接电容的一端，所述电容的另一端接地；所述滑动电阻的一端接高压转5V电路的输出端，另一端同时接第一三极管的集电极、第一三极管的基极和第二三极管的基极；所述第一三极管被配置为：发射极接地，基极与第二三极管的基极相连接；所述第二三极管被配置为：发射极接地，集电极通过双通道开关单元的二通道连接电容的一端，双通道开关单元与电容的公共端为下降波形发生电路的下降斜率输出端，所述下降斜率输出端连接输出电压控制电路；

作为一种可能实现的技术方案，还包括比例缩小电路，所述比例缩小电路的输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端、输出端接所述输出电压控制电路中高压运算放大器的正输入端。比例缩小电路主要电路图如图6中的电路所示，该部分主要由运放以及电阻构成。运算放大器作为跟随器，配置为单位增益。该电路输出电压V_OUT与正输入端电压V_IN的公式如下：

具体地，所述比例缩小电路由高压转5V电路供电。所述比例缩小电路中，包括运算放大器，在图6中，所述运算放大器被配置为：

引脚7作为运算放大器的正电源端，接5V电压并通过第一电容C1接地；

引脚4作为运算放大器的负电源端，接地；

引脚2作为运算放大器的负输入端，接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

引脚3作为运算放大器的正输入端，接引脚6及第一电阻；

引脚6作为运算放大器的输出端，依次串接第一电阻、第二电阻和地，所述第二电阻与第二电容并联；且第二电容与第一电阻的公共端作为比例缩小电路的输出端。作为一种可能实现的技术方案，输出电压控制电路如图7中的电路所示，该部分主要包含NMOS功率管、高压运放、反馈网络。电路稳定工作后，运放工作在深度负反馈状态下，按照“虚短、虚断”理论分析得出，高压运算放大器的输出电压V_OUT的公式如下：

式中，V_IN为高压运算放大的正输入端电压；

因此，本电路结构能够将图6中的输出电压进行等比例的放大，因其斜率固定，所以本结构的输出斜率固定，从而实现了输出斜率可调节的功能。通过改变第二电阻R2与第三电阻R3的比例关系，可控制电路的输出电压V_OUT的最大值。

具体地，如图7所示：在所述输出电压控制电路中，包括高压运算放大器，所述高压运算放大器被配置为：

引脚1作为高压运算放大器的使能公共端，接地；

引脚8作为高压运算放大器的使能端，通过第三电容C3接地并由高压转5V电路供电；

引脚2作为高压运算放大器的负输入端，同时接第二电阻R2一端和第三电阻R3的一端，所述第二电阻R2的另一端接晶体管的源极，所述第三电阻R3的另一端接地；

引脚3作为高压运算放大器的正输入端，接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

引脚4作为高压运算放大器的负电源端，通过第二电容C2接地并由高压转-5V电路供电；

引脚7作为高压运算放大器的正电源端，同时接第一电容C1的一端和晶体管的漏极，所述第一电容C1的另一端接高压输入端；

引脚6作为高压运算放大器的输出端，通过第一电阻接晶体管的栅极；

综上所述，输出下降波形控制功能的主要原理是：通过镜像电流源产生一个恒定的电流源，然后利用电容放电时，当电流一定时，斜率固定的特性，生产一个斜率可控的电压下降波形。由NMOS、高压运放和反馈网络组成的电压控制电流实现输出电压以及输出电流的控制，从而实现了输出波形下降斜率可控、输出电压可变的一种宽电压、输出下降斜率可变的直流线性电源发生电路。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述电源发生电路包括高压输入端及波形输出端，其中：

所述高压输入端接高压转XV电路的输入端，所述高压转XV电路将高压输入端的高电压转化为XV电压，其输出端分别连接高压转-XV电路、下降波形发生电路及输出电压控制电路；

所述高压转-XV电路将高压转XV电路输出端的XV电压转为-XV电压，其输出端连接输出电压控制电路；

所述下降波形发生电路中，包括电阻及滑动电阻，所述电阻的一端接高压转XV电路的输出端，另一端通过双通道开关单元的一通道连接电容的一端，所述电容的另一端接地；所述滑动电阻的一端接高压转XV电路的输出端，另一端同时接第一三极管的集电极、第一三极管的基极和第二三极管的基极；所述第一三极管被配置为：发射极接地，基极与第二三极管的基极相连接；所述第二三极管被配置为：发射极接地，集电极通过双通道开关单元的二通道连接电容的一端，双通道开关单元与电容的公共端为下降波形发生电路的下降斜率输出端，所述下降斜率输出端连接输出电压控制电路；

所述输出电压控制电路中，包括高压运算放大器，所述高压运算放大器被配置为：

使能公共端接地；

使能端通过第三电容接地并由高压转XV电路供电；

负输入端同时接第二电阻一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端接晶体管的源极，所述第三电阻的另一端接地；

正输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

负电源端通过第二电容接地并由高压转-XV电路供电；

正电源端同时接第一电容的一端和晶体管的漏极，所述第一电容的另一端接高压输入端；

输出端通过第一电阻接晶体管的栅极；

其中，X表示电压值，取值范围为4.5-5.5，V表示电压单位，所述高压输入端的电压取值范围为12V-60V。

2.如权利要求1所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述高压转XV电路中，包括线性稳压器，所述线性稳压器被配置为：输入端依次接第一电容的一端、三极管的发射极，调节端同时接第二电阻一端和第三电阻的一端，输出端依次接第二电阻的另一端、第二电容的一端；

所述第二电容的另一端、第三电阻的另一端和第一电容的另一端均连接二极管的输入端，所述二极管的输出端依次连接三极管的基极及第一电阻的一端，第一电阻的另一端同时连接高压输入端及三极管的集电极，所述第二电阻与第二电容的公共端为高压转XV电路的输出端。

3.如权利要求2所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，线性稳压器采用LM317T芯片。

4.如权利要求1所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述高压转-XV电路中，包括DC-DC电源芯片，所述DC-DC电源芯片被配置为：CAP+引脚通过第二电容接CAP-引脚，GND引脚接地，OUT引脚作为高压转-XV电路中的-XV电压输出端、并通过第三电容接地，LV引脚接地，V+引脚通过第一电容接地；其中，V+引脚和第一电容的公共端连接XV电压。

5.如权利要求4所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述DC-DC电源芯片采用LM2662芯片。

6.如权利要求1所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，还包括比例缩小电路，所述比例缩小电路的输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端、输出端接所述输出电压控制电路中高压运算放大器的正输入端。

7.如权利要求6所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述比例缩小电路由高压转XV电路供电。

8.如权利要求6所述的一种宽电压、下降斜率可变的直流线性电源发生电路，其特征在于，所述比例缩小电路中，包括运算放大器，所述运算放大器被配置为：

正电源端接XV电压，并通过第一电容接地；

负电源端接地；

负输入端接下降波形发生电路的下降斜率输出端；

正输入端接输出端及第一电阻；

输出端依次串接第一电阻、第二电阻和地，所述第二电阻与第二电容并联；且第二电容与第一电阻的公共端作为比例缩小电路的输出端。