CN215642445U - 一种通过dac动态调节线性电源输出电压的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及线性电源技术领域，具体涉及一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，包括DC转换电路模块、主控模块和LDO线性电源模块，主控模块从上位机接收电压设置指令并按指令设置LDO线性电源模块，DC转换电路模块用于提供直流电源；所述LDO线性电源模块包括LDO芯片和分压配置电路，所述分压配置电路包括电阻R31、电阻R32和电阻R35，所述电阻R35连接在所述主控模块的输出端与所述LDO芯片的ADJ引脚之间，所述LDO芯片的ADJ引脚串联电阻R32后连接到地，所述电阻R31连接在所述LDO芯片的ADJ引脚与所述LDO芯片的OUT1引脚之间；所述LDO芯片的ADJ引脚的电压维持于恒定电压V_ADJ；所述LDO芯片的OUT1引脚输出预期电压。输入和输出电压范围宽，满足不同应用场景的需求。

Description

一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置

技术领域

本实用新型涉及线性电源技术领域，具体涉及一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置。

背景技术

目前对于大多数的自动化产品测试设备来说，在使用过程中都需要给被测试的电子产品进行上电操作，对于这部分功能模块，大多数厂家都使用市场上现成的电源来进行系统集成，而现有的线性电源体积较大，例如能达到214*354*88mm的大小，且传统的数控电源动辄几千元一台，这样虽然能节省一部分开发时间，但是却造成了整个系统体积过于庞大，同时也增加了整个系统的成本。授权公告号为CN212850269U的实用新型专利，公开了包括DC-DC转换电路、LDO线性稳压电路和MCU控制电路的一种大功率低噪声数字可调电压源，该电压源可通过UART串口和外部通信，通过MCU控制输出电压，达到数字可调的目的。但是该专利提供的可调电压源，输出电压范围固定为0～18V之间，即电压最小能调到0V，最大能调到18V，输出电压范围较窄，不能满足不同应用场景的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中数字可调电压源输出电压范围固定为0～18V、范围较窄而不能满足不同应用场景的需求的问题，提供一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，包括DC转换电路模块、依次连接的主控模块和LDO线性电源模块，所述主控模块用于从上位机接收电压设置指令并按指令设置所述LDO线性电源模块，所述DC转换电路模块用于提供直流电源，所述LDO线性电源模块包括LDO芯片和分压配置电路，所述分压配置电路包括电阻R31、电阻R32和电阻R35，

所述电阻R35连接在所述主控模块的输出端与所述LDO芯片的ADJ引脚之间，所述LDO芯片的ADJ引脚串联电阻R32后连接到地，所述电阻R31连接在所述LDO芯片的ADJ引脚与所述LDO芯片的OUT1引脚之间；所述LDO芯片的ADJ引脚的电压维持于恒定电压V_ADJ；所述LDO芯片的OUT1引脚输出预期电压。

进一步的，所述LDO芯片的OUT1引脚与所述电阻R31之间的连接点，连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出所述预期电压。

优选的，所述电感L4的两端分别并联电容到地，用于滤波。

优选的，所述LDO芯片的型号为LT3012。

优选的，还包括数模转换模块，数模转换模块连接在所述主控模块的输出端与电阻R35之间，用于根据所述电压设置指令输出相应的模拟电压。

进一步的，数模转换模块与主控模块的输出端采用SPI总线连接。

优选的，所述数模转换模块的型号为LTC2632。

优选的，还包括通信协议转换模块，所述通信协议转换模块连接在上位机和主控模块之间，用于当上位机与主控模块接口不一致时按照相应的通信协议进行数据包格式的转换。

优选的，所述通信协议转换模块采用USB转UART芯片，型号为CH340G，所述USB转UART芯片与上位机之间使用USB总线连接，所述USB转UART芯片与主控模块之间使用UART总线连接。

优选的，所述主控模块的型号为STM32F103。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过为LDO线性电源模块设置分压配置电路，根据不同应用场景下对最大输出电压的要求，配置电阻R31,R32,R35的大小，再根据电压设置指令，在输出端获得预期的输出电压；本实用新型输入和输出电压范围宽，输入电压范围可达4-80V，根据不同的电阻参数配置，输出电压范围可达1.24-60V，满足不同应用场景的需求；

2、通过提供一种包括通信协议转换模块、主控模块、数模转换模块、LDO线性电源模块和DC转换电路模块的DAC动态调节线性电源输出电压的装置，使用时，可使用电脑上位机软件来控制电源的打开和关闭，通过上位机软件动态地设置线性电源的输出电压，输出电压设置指令；由于单片机无法与电脑的USB接口直接进行通讯，本实用新型采用通信协议转换模块将USB转换为可与单片机直接通讯的UART接口，将电压设置指令下发给主控模块；主控模块收到电压设置指令后将其给数模转换模块，以控制数模转换模块输出相应的电压，然后经LDO线性电源模块分压，从而获得预期的输出电压，该装置可进行可视化操作设置，动态地进行调节线性电源的输出电压调节，且该控制器体积小，非常易于集成到自动化设备中使用，携带和使用非常方便；

3、本实用新型通过选用过热保护功能的LDO芯片LT3012，具有热保护功能，一旦电流过大引起线性电源模块内部温度升高，模块立即自动断电保护，安全等级较高；

4、通信协议转换模块的CH340G芯片还可以实现通过USB将固件程序下载到MCU主控芯片Flash中，无需专用烧录器，BOOT0信号会在该模块的控制下进行自动电平切换，省去了传统的手动跳线切换的麻烦，该电路外围元件少，使用非常方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的整体框图；

图2为本实用新型的DC转换电路模块电路原理图；

图3为本实用新型的通信协议转换模块电路原理图；

图4为本实用新型的主控模块电路原理图；

图5为本实用新型的数模转换模块电路原理图；

图6为本实用新型的LDO线性电源模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，如图1所示，包括DC转换电路模块、通信协议转换模块、主控模块、数模转换模块和LDO线性电源模块。

DC转换电路模块即适配器DC电压转3.3V电压供电模块，用于提供直流电源。如图2所示，图2是DC电源转3.3V供电模块电路图原理图，连接系统的电源适配器可以选择220VAC输入，5V/3A DC输出，尺寸小巧75mm*50mm*30mm，便于携带。由于主控模块MCU，数模转换模块DAC等其他芯片供电为3.3V，故需要将5V DC转换为3.3V DC，因此选择LDO稳压芯片LM1117-3.3作为降压核心部分，5V直流电压由V_IN引脚输入，GND引脚接地，V_OUT引脚作为输出，配合外围的电容C107、电容C108、电容C109、电容C110作为滤波电容元件，即可实现5V转3.3V电压转换。

通信协议转换模块与上位机(电脑)直接连接，用于接收从上位机接收电压设置指令，进行数据包的转换后传递电压设置指令给主控模块；

通信协议转换模块即USB转RS232通讯模块，如图3所示，图3是USB转UART通讯模块电路图原理图，由于不具有USB接口的主控模块无法直接与电脑USB通讯，故本实用新型为这种不具有USB接口的主控模块提供了通信协议转换模块，连接在主控模块与电脑之间，用于提供数据包的转换功能；

通信协议转换模块包括USB转UART芯片，具体型号采用CH340G，USB转UART芯片与上位机之间用USB总线连接，与主控模块之间采用UART总线连接(图3中TXD与RXD引脚)，将USB转换为可与主控模块直接通讯的UART接口，并且通过该芯片可以通过USB实现将固件程序下载到主控模块的Flash中，无需专用烧录器，BOOT0信号会在该模块的控制下进行自动电平切换，省去了传统的手动跳线切换的麻烦，该电路外围元件少，使用非常方便。

主控模块，如图4所示，采用ST公司的低成本32位芯片STM32F103系列作为主控MCU，该芯片采用48-LQFP封装，外形尺寸仅为7mm*7mm*1.4mm，非常方便小批量生产的用户进行手动焊接；可在-40℃～85℃恶劣的温度条件下长期工作，性能稳定；该芯片最高运行速度可达72MHz，相比传统的51单片机在运行速度上有天壤之别，性能优异；该芯片内置Flash程序容量为64K，内置RAM容量为20K，对于微小型的项目应用已经绰绰有余。综上所述，STM32F103非常适用于本实用新型所针对的低成本，微小尺寸的应用环境；

MCU与数模转换模块之间采用SPI总线连接(图4中SPI1_CLK与SPI1_MOSI引脚)，用于将接收到的电压设置指令通过SPI总线传递给数模转换模块。

数模转换模块即DAC模块，如图5所示。对于不具有DAC功能的主控模块来说，主控模块不能直接设置LDO线性电源模块的电压，需要将电压设置指令转换为模拟电压后对LDO线性电源模块进行设置，故本实用新型为这种不具有DAC功能的主控模块提供了数模转换模块，连接在主控模块与LDO线性电源模块之间，用于将电压设置指令转换为模拟电压的输出；数模转换模块在接收到电压设置指令之后，通过VOUTA引脚输出对应的模拟电压VDD_SET到LDO线性电源模块；

数模转换模块具体采用ADI的LTC系列LTC2632 12位DAC芯片，可以大大地提高输出电压分辨率，此芯片自带SPI串行通信接口，利用此接口可以非常方便地与主控MCU进行数据交换，外围电路只需要接入电容C120、电容C121和电容C122等用于滤波，使用非常方便。

LDO线性电源模块包括LDO芯片和分压配置电路，如图6所示；

LDO芯片即微功率线性稳压器芯片，采用的是ADI公司的LT系列LDO芯片LT3012，该芯片带有shutdown引脚，可通过MCU的引脚来控制输出的使能和关闭，在关闭状态下芯片仅有1微安的静态电流，也是某些低功耗场合的首选，其工作电流可调，最大能达到250毫安；LDO芯片LT3012具有热保护功能，本实用新型通过选用该芯片，一旦电流过大引起线性电源模块内部温度升高，立即自动断电保护，安全等级较高

该LDO芯片的第5引脚ADJ为LDO的反馈引脚，该引脚电压V_adj为1.24V；

分压配置电路包括电阻R31、电阻R32和电阻R35，

所述电阻R35连接在所述数模转换模块的VOUTA引脚与所述LDO芯片的ADJ引脚之间，所述LDO芯片的ADJ引脚串联电阻R32后连接到地，所述电阻R31连接在所述LDO芯片的ADJ引脚与所述LDO芯片的OUT1引脚之间；所述LDO芯片的ADJ引脚的电压维持于恒定电压V_ADJ；所述LDO芯片的OUT1引脚连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出预期电压；电感L4的两端还分别并联电容到地，用于滤波；

LDO线性电源模块输出预期电压的原理为，根据电路连接关系，本领域技术人员可推导出在接口P1和P2处输出的电压为：

V＝V_adj+V_adj*R31/R32-R31*VDD_SET/R35+V_adj*R31*R35 (1)

其中，V_adj为LDO芯片ADJ引脚的电压，VDD_SET为数模转换模块的VOUTA引脚输出的模拟电压，即DAC的输出控制电压。由此公式可以得知LDO线性电源模块的最终输出的预期电压，即图6中P1和P2处输出的电压V与DAC的输出控制电压VDD_SET成反比例关系，DAC输出电压为最小值0V时，在P1和P2接口处得到的电压为最大值，此时输出电压V为：

V＝V_adj+V_adj*R31/R32+V_adj*R31*R35 (2)

通常情况下，LDO芯片的输入电压是已知的，若限定DAC的最大输出电压为1.24V，则可知输出电压最小值V＝V_adj+V_adj*R31/R32，于是可知输出电压的调节范围为V_adj*R31*R35。通常情况下可以根据最小输出电压的要求确定R31和R32的比例关系，优选的，为减小ADJ引脚偏置电流对输出电压的影响，R32应小于250千欧，故R31最大值可以达到约10兆欧，确定R31和R32的比例关系后再根据最大输出电压的要求确定R31和R35的比例关系，优选的，R35应小于250千欧，如此3个配置电阻R31,R32,R35就确定下来了。电阻R31、R32和R35确定下来以后，根据不同的VDD_SET电压，在P1和P2处就可以获得预期的输出电压，如此一个小巧的动态可调电源电路就完成了。在电脑上的上位机控制软件设置P1和P2处预期的输出电压，上位机软件根据式(1)计算出对应的VDD_SET电压，然后通过通讯模块下发给MCU，MCU收到后，将VDD_SET电压通过SPI端口下发给DAC模块，LDO根据VDD_SET电压输出预期的P1和P2处的电压。

本实用新型通过为LDO线性电源模块设置分压配置电路，根据不同应用场景下对最大输出电压的要求，配置电阻R31,R32,R35的大小，再根据电压设置指令，在输出端获得预期的输出电压；本实用新型输入和输出电压范围宽，输入电压范围可达4-80V，根据不同的电阻参数配置，输出电压范围可达1.24-60V，满足不同应用场景的需求；

通过提供一种包括通信协议转换模块、主控模块、数模转换模块、LDO线性电源模块和DC转换电路模块的DAC动态调节线性电源输出电压的装置，使用时，可使用电脑上位机软件来控制电源的打开和关闭，通过上位机软件动态地设置线性电源的输出电压，输出电压设置指令；由于单片机无法与电脑的USB接口直接进行通讯，本实用新型采用通信协议转换模块将USB转换为可与单片机直接通讯的UART接口，将电压设置指令下发给主控模块；主控模块收到电压设置指令后将其给数模转换模块，以控制数模转换模块输出相应的电压，然后经LDO线性电源模块分压，从而获得预期的输出电压，该装置可进行可视化操作设置，动态地进行调节线性电源的输出电压调节，且该控制器体积小，非常易于集成到自动化设备中使用，携带和使用非常方便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，包括DC转换电路模块、依次连接的主控模块和LDO线性电源模块，所述主控模块用于从上位机接收电压设置指令并按指令设置所述LDO线性电源模块，所述DC转换电路模块用于提供直流电源，

其特征在于，所述LDO线性电源模块包括LDO芯片和分压配置电路，所述分压配置电路包括电阻R31、电阻R32和电阻R35，

所述电阻R35连接在所述主控模块的输出端与所述LDO芯片的ADJ引脚之间，所述LDO芯片的ADJ引脚串联电阻R32后连接到地，所述电阻R31连接在所述LDO芯片的ADJ引脚与所述LDO芯片的OUT1引脚之间；所述LDO芯片的ADJ引脚的电压维持于恒定电压V_ADJ；所述LDO芯片的OUT1引脚输出预期电压。

2.如权利要求1所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述LDO芯片的OUT1引脚与所述电阻R31之间的连接点，连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出所述预期电压。

3.如权利要求2所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述电感L4的两端分别并联电容到地，用于滤波。

4.如权利要求3所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述LDO芯片的型号为LT3012。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，还包括数模转换模块，数模转换模块连接在所述主控模块的输出端与电阻R35之间，用于根据所述电压设置指令输出相应的模拟电压。

6.如权利要求5所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，数模转换模块与主控模块的输出端采用SPI总线连接。

7.如权利要求6所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述数模转换模块的型号为LTC2632。

8.如权利要求7所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，还包括通信协议转换模块，所述通信协议转换模块连接在上位机和主控模块之间，用于当上位机与主控模块接口不一致时按照相应的通信协议进行数据包格式的转换。

9.如权利要求8所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述通信协议转换模块采用USB转UART芯片，型号为CH340G，所述USB转UART芯片与上位机之间使用USB总线连接，所述USB转UART芯片与主控模块之间使用UART总线连接。

10.如权利要求9所述的一种通过DAC动态调节线性电源输出电压的装置，其特征在于，所述主控模块的型号为STM32F103。

Images