CN201142637Y

CN201142637Y - 一种可调电压电路

Info

Publication number: CN201142637Y
Application number: CNU2008200821249U
Authority: CN
Inventors: 赵飞; 杨如祥
Original assignee: 秦一涛
Current assignee: Ningbo Zhendong Photo-Electric Co., Ltd.
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2018-01-11

Abstract

本实用新型涉及一种可调电压电路，其包括电压转换电路(4)，主控电路(1)，数模转换电路(2)；其特征在于：还包括可调电压稳压输出电路(3)，一模数转换电路(5)。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：可调电压稳压输出电路能够根据电压转换电路输出的最高输出电压和数模转换电路输出的期望输出电压模拟值调整输出较为精确的实际输出电压值，并且通过在所述可调电压稳压输出电路的输出端与主控电路之间连接模数转换电路，将可调电压稳压输出电路输出的实际输出电压值进行精密校准后反馈给所述的主控电路，有效保证了可调电压电路输出电压的精确性。

Description

一种可调电压电路

技术领域

本实用新型涉及一种可调电压电路，特别是涉及一种根据较小的电压输入值就能够输出较大电压并且电压线性可调的可调电压电路。

背景技术

目前，很多电子应用领域需要用到较为稳定的直流输出电源，特别是对于一些精密仪器，其供电电压要求非常的精确才能保证其性能和寿命。

但是现有直流供电电源，其输出电压一般很小，也有一些电压转换电路，可以根据输入的直流小电压转换成直流大电压，例如可以将直流5V或12V电压根据电压转换电路转换成250V电压等，但是这种电压转换电路的输出电压是不可调的，并且输出电压的精确度也不够稳定。

市场上也有一些可调直流电源，其输出电压可调，并且最大额定输出电压也可以达到比较高值，但是这种可调直流电源的输入电压一般为220V的交流电，并且不提供校准功能，实际输出电压与期望输出电压之间误差比较大，精确度不够。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种带有校准功能，并且输出电压精密线性可调的可调电压电路，该可调电压电路能够根据采集的输出电压值自动调整输入电压值，达到控制精确输出电压的目的。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该可调电压电路，包括：

一电压转换电路，外接电源与其输入端相连，其将外接电源的电压转换成所述可调电压电路的最高输出电压；

一主控电路，控制输出电压，并接收期望输出电压值；

一数模转换电路；其输入端与主控电路相连，输出期望输出电压值的模拟值；

其特征在于：

一可调电压稳压输出电路，根据电压转换电路输出的最高输出电压和所述数模转换电路输出的期望输出电压模拟值调整输出实际输出电压值；

一模数转换电路，连接在所述可调电压稳压输出电路的输出端与主控电路之间，并对所述可调电压稳压输出电路输出的实际输出电压值进行校准。

上述可调电压稳压输出电路包括有由运算放大器、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第四电容、第五电容组成的放大稳压输出电路，由第二电阻、第三电阻、第四电阻组成的输出负反馈控制电路，由第四三极管、第十一电阻组成的限流输出保护电路；

其中，所述数模转换电路输出端连接第一电阻后分成两个支路，一个支路与运算放大器的正极输入端相连，另一个支路连接第一电容后接地；

第二电阻、第三电阻、第四电阻依次串联后与第四三极管的基极相连，运算放大器的负极输入端连接到第二电阻、第三电阻之间，运算放大器的输出端连接第四电容后也连接到第二电阻、第三电阻之间，同时运算放大器的输出端连接第五电阻后与第三三极管的发射极相连；

第六电阻、第七电阻、第八电阻依次串联后连接在所述电压转换电路的输出端与第三三极管的集电极之间，第三三极管的集电极、第二三极管的基极、第四三极管的集电极连接在一起；第三三极管的基极接地，第二电容的一端接地，另一端接入第六电阻、第七电阻之间，第二三极管的集电极连接到所述电压转换电路的输出端，第二三极管的发射极连接第十一电阻后引出可调电压稳压输出电路的输出端，第四三极管的发射极也连接到可调电压稳压输出电路的输出端上；第五电容连接在第二三极管的发射极和地之间。

进一步改进，上述可调电压稳压输出电路还包括由第一三极管、第九电阻、第十电阻、第三电容组成的开关控制电路，主控电路的开关输出端与第一三极管的发射极相连，主控电路的开关输出端依次连接第九电阻、第十电阻后与外接电源相连，第一三极管的基极连接到第九电阻、第十电阻之间，第一三极管的集电极连接到第七电阻、第八电阻之间，第三电容一端接地，另一端也连接到第七电阻、第八电阻(R8)之间。主控电路通过控制开关输出端的开关状态，来控制可调电压稳压输出电路的通断。设置这样一个软开关的目的是保证本实用新型的稳压输出在开关状态下具有比较平缓的输出，不会像硬开关那样在开启时出现比较大的过冲。

为了保证数模转换电路、模数转换电路具有较为准确的的参考电压，本实用新型提供的可调电压电路还包括一基准电路，外接电源与基准电路的输入端相连，基准电路的输出端分别连接到数模转换电路、模数转换电路的参考电压输入端。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：可调电压稳压输出电路能够根据电压转换电路输出的最高输出电压和数模转换电路输出的期望输出电压模拟值调整输出较为精确的实际输出电压值，并且通过在所述可调电压稳压输出电路的输出端与主控电路之间连接模数转换电路，将可调电压稳压输出电路输出的实际输出电压值进行精密校准后反馈给所述的主控电路，有效保证了可调电压电路输出电压的精确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中可调电压电路的模块连接结构示意图；

图2为图1中主控电路的连接图；

图3为图1中基准电路的连接图；

图4为图1中数模转换电路的连接图；

图5为图1中可调电压稳压输出电路的连接图；

图6为图1中模数转换电路的连接图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示的可调电压电路，其包括主控电路1、数模转换电路2、可调电压稳压输出电路3、电压转换电路4、模数转换电路5、基准电路6。主控电路1负责接收期望输出电压值，然后将期望输出电压值通过数模转换电路2传递给可调电压稳压输出电路3，外接电源与电压转换电路4的输入端相连，电压转换电路4将外接电源的电压转换成可调电压电路的最高输出电压值HV，可调电压稳压输出电路3根据数模转换电路输出的期望输出电压模拟值AO0和电压转换电路输出的最高输出电压值HV调整输出实际输出电压值HVA，模数转换电路5连接在可调电压稳压输出电路3的输出端与主控电路1之间，并对可调电压稳压输出电路3输出的实际输出电压值HVA进行校准，同时反馈给所述的主控电路1，基准电路6根据外接电源值输出较为精确的数模转换电路2、模数转换电路5的参考电压值。

如图2，主控电路1由一块单片机U和一块存储器IC6构成，主控电路负责实际输出电压的控制和调整工作，其中单片机U采用WINBOND公司的W89E58B芯片，存储器IC6采用ATMEL公司生产的AT24C64芯片，存储器IC6主要用于存储模数转换电路、数模转换电路的转换数据表、基准电路基准电压校正表以及一部分用户设置信息数据等。单片机U的第10、第11引脚用来连接串口，接收期望输出电压值，晶振元件T1、电阻R1、电容C1、电容C2组成时钟电路与单片机U的第18、19引脚相连，存储器IC6的第5、第6引脚分别与单片机U的第39、第38引脚相连，储器IC6的第7引脚与单片机U的第9引脚相连，外接电源VCC连接电阻R2后也与单片机U的第9引脚相连，同时外接电源VCC连接电容C3后接地。这里外接电源VCC为直流小电源，本实施例中VCC为直流5V电源。

本实用新型采用TL431构成高精度基准电路6，如图3所示。电阻R17、电阻R18、电阻R19依次串联后连接在外接电源VCC和地之间，基准芯片IC4采用TL431，其第3引脚、第1引脚并联在电阻R18的两端，基准芯片IC4的第1引脚、第2引脚并联在电阻R19两边，电容C12并联在电阻R18、电阻R19两边。基准芯片TL431是一款价格低廉而且性能相当不错的基准IC，但是其容性负载弱，当负载电容为0.01～数μF时，电路会发生振荡，TL431会产生噪声，为了去除噪声必须加C12，电路中C12选用10μF，这样设计的电路既不会发生振荡，也可以达到很好的消除噪声的效果。基准芯片IC4的第3引脚处的电压为数模转换电路2、模数转换电路5的参考电压VRE。

如图4，数模转换电路2采用型号为DAC8534的数模转换芯片IC3，数模转换芯片IC3的第3引脚连接参考电压VRE，数模转换芯片IC3的第10、11、16、9、15引脚分别与主控电路单片机U的第1、2、6、7、4引脚相连，电容C8连接在数模转换芯片IC3的第3引脚和地之间。单片机U通过上述第1、2、6、7、4引脚实现对数模转换芯片IC3的控制；数模转换芯片IC3第1引脚为输出引脚AO0送到可调电压稳压输出电路3中运放IC1的同相输入端。

本实施例中，电压转换电路4为常规的电压转换电路，其输入电压为外接电源VCC即直流5V电压，输出电压为直流250V。

如图5，可调电压稳压输出电路3包括有由运算放大器IC1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4、第五电容C5组成的放大稳压输出电路；由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4组成的输出负反馈控制电路；由第四三极管Q4、第十一电阻R11组成的限流输出保护电路，由第一三极管Q1、第九电阻R9、第十电阻R10、第三电容C3组成的开关控制电路；

其中，数模转换电路输出端AO0连接第一电阻R1后分成两个支路，一个支路与运算放大器IC1的正极输入端相连，另一个支路连接第一电容C1后接地；

第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4依次串联后与第四三极管Q4的基极相连，运算放大器IC1的负极输入端连接到第二电阻R2、第三电阻R3之间，运算放大器IC1的输出端连接第四电容C4后也连接到第二电阻R2、第三电阻R3之间，同时运算放大器IC1的输出端连接第五电阻R5后与第三三极管Q3的发射极相连；

第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8依次串联后连接在所述电压转换电路的输出端与第三三极管Q3的集电极之间，第三三极管Q3的集电极、第二三极管Q2的基极、第四三极管Q4的集电极连接在一起；第三三极管Q3的基极接地，第二电容C2的一端接地，另一端接入第六电阻R6、第七电阻R7之间，第二三极管Q2的集电极连接到所述电压转换电路的输出端，第二三极管Q2的发射极连接第十一电阻R11后引出可调电压稳压输出电路3的输出端，第四三极管Q4的发射极也连接到可调电压稳压输出电路3的输出端上；第五电容C5连接在第二三极管Q2的发射极和地之间。

主控电路1的开关输出端K1与第一三极管Q1的发射极相连，主控电路1的开关输出端K1依次连接第九电阻R9、第十电阻R10后与外接电源相连，第一三极管Q1的基极连接到第九电阻R9、第十电阻R10之间，第一三极管Q1的集电极连接到第七电阻R7、第八电阻R8之间，第三电容C3一端接地，另一端也连接到第七电阻R7、第八电阻R8之间。Q1是一个开关控制管，主控电路通过控制K1的开关状态，来控制可调电压稳压输出电路的通断。设置这样一个软开关的目的是保证本实用新型的稳压输出在开关状态下具有比较平缓的输出，不会像硬开关那样在开启时出现比较大的过冲。

本实施例中，运算放大器IC1的型号为TLC2272，TLC2272是一款比较常用的高精度双端运放，可调电压稳压输出电路3的主要工作原理：数模转换电路输出端将主控电路的期望输出电压输入到运算放大器IC1的同相输入端，第二电阻R2、第三电阻R3、第四R4构成了输出负反馈控制电路，运算放大器IC1通过比较同相和反向输入端的输入通过第三三极管Q3控制第二三极管Q2的基极电流，并最终调整第二三极管Q2的发射极输出电压，使其稳定在运放同相端的目标输出。当高压输入端的电压波动时，第二三极管Q2的基极电流也会随之波动，第二三极管Q2的发射极输出电压也随之波动，由于运算放大电路的负反馈作用，运算放大器IC1将通过第三三极管Q3调整第二三极管Q2的基极电流使得第二三极管Q2发射极输出电压稳定在设定输出。第四三极管Q4的主要作用是限流输出保护，最大输出电流可由第十一R11决定。

本实施例中，根据主控电路接收的期望输出电压值计算出实际输出电压值HVA具有以下传递函数：

HVA = \frac{R 3 + R 4 + \frac{R 2 \times a}{R 2 \times a}}{\frac{R 2 \times a}{R 2 + a}} \times \frac{V_{RE}}{2^{n}} \times S_{DA}

上式中：HVA是设置的输出电压值，a是运算放大器的开环放大倍数，V_RE是数模转换电路的参考电压，n是数模转换电路的转换位数，S_DA是数模转换电路输出的期望输出电压模拟值。

如图6，模数转换电路5，采用型号为TLC2534的模数转换芯片IC2，电阻R12、电阻R13、模数转换芯片IC2构成高速模数采样通道，可调电压稳压输出电路3的输出端输出电压HVA经高精度电阻R12、R13分压后产生AI0，作为模数转换芯片IC2芯片的输入即第1引脚，模数转换芯片IC2的第20引脚接外接电源VCC，模数转换芯片IC2的第16、17、18引脚分别与主控电路单片机U的第1、2、3引脚相连，模数转换芯片IC2的第13引脚连接电阻R16后接基准电路6的输出端VRE。型号为TLC2534的模数转换芯片是一款12位11通道的模数转换芯片。模数转换电路5的工作原理为：可调电压稳压输出电路3的输出端输出电压HVA通过R12和R13构成了输出电压的分压电路，模数转换电路5的输出端传递给主控电路1的采集输出电压值具有如下传递函数：

{HVA}_{2} = \frac{R 12 + R 13}{R 12} \times \frac{V_{RE}}{2} \times S_{AD}

上式中：HVA₂是采集输出电压值，V_RE是模数转换电路的参考电压，n是模数转换位数，S_AD是模数转换芯片IC2的采样值(S_AD在12位模数转换电路中的范围是0～4095)；(R12+R13)/R12是测量放大因子，若R12＝25K，R13＝2200K，V_RE＝3V，模数采样位数n＝12，则系统最大分辨率为65mV。

主控电路通过比较HVA₂和HVA的差值是否小于系统的分辨率来判断HVA₂是否符合设置的预期值，一旦发现HVA₂和HVA的差值大于系统的分辨率，则需要根据HVA₂来调整HVA的值。

在需要更高的电压精度以及分辨率的场合，可以通过提高数模转换以及模数转换采样芯片的位数实现。

Claims

1、一种可调电压电路，包括：

一电压转换电路(4)，外接电源与其输入端相连，其将外接电源的电压转换成所述可调电压电路的最高输出电压；

一主控电路(1)，控制输出电压，并接收期望输出电压值；

一数模转换电路(2)；其输入端与主控电路(1)相连，输出期望输出电压值的模拟值(AO0)；

其特征在于：

一可调电压稳压输出电路(3)，根据电压转换电路输出的最高输出电压(HV)和所述数模转换电路输出的期望输出电压模拟值(AO0)调整输出实际输出电压值(HVA)；

一模数转换电路(5)，连接在所述可调电压稳压输出电路(3)的输出端与主控电路(1)之间，并对所述可调电压稳压输出电路(3)输出的实际输出电压值进行校准，同时反馈给所述的主控电路。

2、根据权利要求1所述的可调电压电路，其特征在于：所述可调电压稳压输出电路(3)包括有由运算放大器(IC1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第一电阻(R1)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)组成的放大稳压输出电路，由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)组成的输出负反馈控制电路，由第四三极管(Q4)、第十一电阻(R11)组成的限流输出保护电路；

其中，所述数模转换电路输出端连接第一电阻(R1)后分成两个支路，一个支路与运算放大器(IC1)的正极输入端相连，另一个支路连接第一电容(C1)后接地；

第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)依次串联后与第四三极管(Q4)的基极相连，运算放大器(IC1)的负极输入端连接到第二电阻(R2)、第三电阻(R3)之间，运算放大器(IC1)的输出端连接第四电容(C4)后也连接到第二电阻(R2)、第三电阻(R3)之间，同时运算放大器(IC1)的输出端连接第五电阻(R5)后与第三三极管(Q3)的发射极相连；

第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)依次串联后连接在所述电压转换电路的输出端与第三三极管(Q3)的集电极之间，第三三极管(Q3)的集电极、第二三极管(Q2)的基极、第四三极管(Q4)的集电极连接在一起；第三三极管(Q3)的基极接地，第二电容(C2)的一端接地，另一端接入第六电阻(R6)、第七电阻(R7)之间，第二三极管(Q2)的集电极连接到所述电压转换电路的输出端，第二三极管(Q2)的发射极连接第十一电阻(R11)后引出可调电压稳压输出电路(3)的输出端，第四三极管(Q4)的发射极也连接到可调电压稳压输出电路(3)的输出端上；第五电容(C5)连接在第二三极管(Q2)的发射极和地之间。

3、根据权利要求2所述的可调电压电路，其特征在于：所述可调电压稳压输出电路(3)还包括由第一三极管(Q1)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第三电容(C3)组成的开关控制电路，主控电路(1)的开关输出端(K1)与第一三极管(Q1)的发射极相连，主控电路(1)的开关输出端(K1)依次连接第九电阻(R9)、第十电阻(R10)后与外接电源相连，第一三极管(Q1)的基极连接到第九电阻(R9)、第十电阻(R10)之间，第一三极管(Q1)的集电极连接到第七电阻(R7)、第八电阻(R8)之间，第三电容(C3)一端接地，另一端也连接到第七电阻(R7)、第八电阻(R8)之间。

4、根据权利要求1所述的可调电压电路，其特征在于还包括一基准电路(6)，外接电源与基准电路(6)的输入端相连，基准电路(6)的输出端分别连接到数模转换电路(2)、模数转换电路(5)的参考电压输入端。