CN216774621U - 大功率直流电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率直流电源电路，包括至少一个直流电源模块和若干对低压差线性稳压器，每一个所述直流电源模块与一对低压差线性稳压器的输入端连接，且所述低压差线性稳压器的输出端分别串接镇流电阻后共点连接后与采样电阻的一端连接，所述采样电阻的另一端与负载电阻连接；所述采样电阻还通过电流检测比较器和光耦单元以及设置电阻与低压差线性稳压器连接形成限流反馈环路。本实用新型提供了一种适用于大功率直流电源电路；具有大功率、瞬态响应速度快、纹波小的高性能直流电源。

Description

大功率直流电源电路

技术领域

本实用新型涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种大功率直流电源电路中的高精度数字化程控电源。

背景技术

随着半导体的不断发展，LED测试领域对于直流电源的性能提出更高的要求。传统的开关电源纹波大，而且容易造成LED频闪问题，难以满足LED测试对于精度以及稳定性的要求。随着LED产品的高速发展，LED 测试领域急需一款高精度，响应速度快，性能可靠，成本较低的直流电源。

因此，需要解决的技术问题是克服现有技术中的技术的缺陷，提供一种大功率、瞬态响应速度快、纹波小的直流电源。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种适用于大功率直流电源电路中的高精度数字化程控电源；具有大功率、瞬态响应速度快、纹波小的高性能直流电源。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种大功率直流电源电路，包括至少一个直流电源模块和若干对低压差线性稳压器，每一个所述直流电源模块与一对低压差线性稳压器的输入端连接，且所述低压差线性稳压器的输出端分别串接镇流电阻后共点连接后与采样电阻的一端连接，所述采样电阻的另一端与负载电阻连接；所述采样电阻还通过电流检测比较器和光耦单元以及设置电阻与低压差线性稳压器连接形成限流反馈环路。

本实用新型一个较佳实施例中，所述直流电源模块采用的是输入直流升压模块。

本实用新型一个较佳实施例中，一对所述低压差线性稳压器包括第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器, 直流电源模块的输出端分别与第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的Vin输入端连接，且第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的输出端分别连接至少一个镇流电阻后共点输出，镇流电阻的输出端串接采样电阻后与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地。

本实用新型一个较佳实施例中，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的Vset端通过设置电阻接地，且设置电阻与光耦单元的一端电连接，光耦单元的另一端与电流检测比较器连接。

本实用新型一个较佳实施例中，电流检测比较器包括仪表放大器INA模块和比较器COM模块以及内置的参考电压源Vref，仪表放大器INA模块和比较器COM模块与检测分压电阻组连接；仪表放大器INA模块的RS+输入端和RS-输入端分别与采样电阻的两端连接，仪表放大器INA模块的输出端与检测分压电阻组中的电阻R5和电阻R6串接后接地；比较器COM模块的正极输入端与电阻R5和电阻R6的中间连接节点连接，比较器COM模块的负极输入端接内置的参考电压源Vref，比较器COM模块的输出端与光耦单元的输入端电连接。

本实用新型一个较佳实施例中，采样电阻采用的是电流采样电阻。

进一步的，输入直流升压模块，其作用是将12V直流电源升压至36V，再由低压差线性稳压器精确稳压，给负载电阻供电。实现了在电源输入的情况下，输出一个干净稳定的直流电源。

本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型的有益效果：

本实用新型公开的一种大功率直流电源，能解决线性稳压电源的散热问题。传统直流电源中的线性稳压器，由于架构问题，不能分布散热，也不能用多个线性稳压单元来实现大功率输出。

1.本实用新型通过并联的方式，由两个低压差线性稳压器共同输出电流，输出电压跟随设置电阻设置的电压值，分布式的散热方式可以更灵活的安装。

2. 通过对电流检测比较器的调整，实现对电流的限流，使得负载电阻不会因为电流过大导致损坏。

3.传统的直流电源，由于低压差线性稳压器结构的限制，只带有片上的限流保护，不能实现可调节，并且围绕着传统低压差线性稳压器添加的外部增加的限流电路大多数结构复杂，其电流采样损耗较大，一方面会影响电源稳定性，另一方面会增加电源的噪声。本实用新型中的大功率直流电源选用的电流检测比较器，基于分流，可以大大的降低损耗，使负载电阻获得高精度、准确、稳定的电压，也获得更安全的限流保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1本实用新型的优选实施例中大功率直流电源电路的电路结构示意图；

图2本实用新型的优选实施例中大功率直流电源电路的限流反馈环路的电路功能示意图；

图3本实用新型的优选实施例中大功率直流电源电路的输出端Vout B的测试数据曲线图；

图4本实用新型的优选实施例中第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的温度数据曲线图。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、底、顶等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1~图2所示，一种大功率直流电源电路，包括至少一个直流电源模块DC-DC和两个低压差线性稳压器，直流电源模块DC-DC采用的是输入直流升压模块。两个低压差线性稳压器包括第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2。直流电源模块DC-DC是将输入的12V直流电源升压至36V直流电源给后续的两个并联的第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2供电。图2为限流反馈环路的一个示意图，其中，Vset由图1中LDO内置精密电流源和电压设置电阻R3作用产生，SW为图1中的光耦单元OPT，电压环路反馈为图1中的电流检测比较器COPM。

直流电源模块DC-DC的输出端分成两路分别与第一低压差线性稳压器LDO1的Vin输入端，以及第二低压差线性稳压器LDO2的Vin输入端连接；且第一低压差线性稳压器LDO1的输出端与第一镇流电阻R1的一端串联，第二低压差线性稳压器LDO2的输出端与第二镇流电阻R2的一端串联，第一镇流电阻R1的另一端与第二镇流电阻R2的另一端共点连接，且连接节点为节点a。即第一低压差线性稳压器LDO1与第一镇流电阻R1串联的支路与第二低压差线性稳压器LDO2与第二镇流电阻R2串联的支路呈并联的连接关系。且节点a与电流采样电阻R7的一端连接，电流采样电阻R7的另一端作为输出端Vout B与负载电阻R-LOAD的一端连接，且负载电阻R-LOAD的另一端接地。第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的Vset端通过设置电阻R3接地，且设置电阻R3与光耦单元OPT的一端电连接，光耦单元OPT的另一端与电流检测比较器COPM连接。电流采样电阻R7通过电流检测比较器COPM和光耦单元OPT以及设置电阻R3分别与第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的Vset端连接形成限流反馈环路反馈。

电流检测比较器COPM包括仪表放大器INA模块和比较器COM模块以及内置的参考电压源Vref，仪表放大器INA模块和比较器COM模块与检测分压电阻组连接；检测分压电阻组包括串接的电阻R5和电阻R6。仪表放大器INA模块的RS+输入端和RS-输入端分别与电流采样电阻R7的两端连接，仪表放大器INA模块的输出端与检测分压电阻组中的电阻R5和电阻R6串接后接地；比较器COM模块的正极输入端（即INC接口）与电阻R5和电阻R6的中间连接节点连接，比较器COM模块的负极输入端接电流检测比较器COMP中内置的参考电压源Vref，比较器COM模块的输出端与光耦单元OPT的输入端电连接。光耦单元OPT的两个输出端分别与设置电阻R3的两端连接。

进一步的，直流电源模块DC-DC、第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2、电流检测比较器COPM、光耦单元OPT、第一镇流电阻R1、第二镇流电阻R2、设置电阻R3、电流采样电阻R7、检测分压电阻组中的电阻R5和电阻R6、负载电阻R-LOAD的这些电子元器件可以根据实际的使用需求选用现有技术中的产品型号。本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，在本实施例不再一一举例。

工作原理：

如图1~图4所示，第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2选用了自带高精度电流源的浮地型线性稳压器，设置成并联的结构，一方面可以减小电源的输出阻抗，另外一方面可以实现分布散热本装置。另一方面，与传统的线性稳压器相比，本实用新型中的电路提供的直流电源还可以通过设置电阻R3实现接近于0V的输出，使得在电流限流保护上可以做到更安全。同时，还大大的降低了大功率输出时第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的温升。从图4的测试曲线中可以看到，在30V/2A满载持续输出一个小时的情况下，第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的温升均不到10℃，第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的温度差不到10℃。最高32.8℃的温度比人体常温还要小，确保了大功率满载输出时的安全运行。

进一步的，本实用新型中，选用的第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2的核心架构包括相互电连接的精密电流源、误差放大器、功率管。第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2均内置了精密电流源，电流源电流流过设置电阻R3产生参考电压。精密电流源与设置电阻R3作用产生电源设置参考电压，并提供给误差放大器的正输入端，通过第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2内部的反馈，最终使得输出的电压跟随于设置电阻R3上设置的电压。与传统LDO架构相比，现有技术中需要设置反馈电阻，本实用新型中，无需设置传统LDO架构的输出电压反馈电阻。因此，本实用新型中，输出电压的精度不再受反馈电阻的精度和温升影响。本实用新型中，的第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2通过第一镇流电阻R1和第二镇流电阻R2的反馈自动的调整输出。

配合电流检测比较器COPM、光耦单元OPT、检测分压电阻组的使用，可以对输出电流进行调节。第一低压差线性稳压器LDO1和第二低压差线性稳压器LDO2在稳压方面的应用很广，但是老式稳压器固定了电流限值，没有调节的余地；且内置于 IC 之中，对于不同的输出电流必须采用不同的器件。本实用新型中，想要改变限流的值，只需要改变检测分压电阻组的分压比例即可。

电流检测比较器COPM、光耦单元OPT的组合结构形成电流限流保护电路，一方面简化保护电路，另一方面可以减少电流采样电阻R7的影响。电流检测比较器COPM会以从负载电阻R-LOAD的负载电流中镜像分出一部分电流，并在检测分压电阻组上产生压降。检测分压电阻组的电压与电流检测比较器COPM自带的参考电压相比较，当电流产生的电压超过电流检测比较器COPM的参考电压时，电流检测比较器COPM会将光耦单元OPT的输入端拉低至0电位，进而将设置电阻R3的设置电压拉低至0V，起到钳位限流的作用。

以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种大功率直流电源电路，其特征在于：包括至少一个直流电源模块和若干对低压差线性稳压器，每一个所述直流电源模块与一对低压差线性稳压器的输入端连接，且所述低压差线性稳压器的输出端分别串接镇流电阻后共点连接后与采样电阻的一端连接，所述采样电阻的另一端与负载电阻连接；所述采样电阻还通过电流检测比较器和光耦单元以及设置电阻与低压差线性稳压器连接形成限流反馈环路。

2.根据权利要求1所述的一种大功率直流电源电路，其特征在于：所述直流电源模块采用的是输入直流升压模块。

3.根据权利要求1所述的一种大功率直流电源电路，其特征在于：一对所述低压差线性稳压器包括第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器, 直流电源模块的输出端分别与第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的Vin输入端连接，且第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的输出端分别连接至少一个镇流电阻后共点输出，镇流电阻的输出端串接采样电阻后与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种大功率直流电源电路，其特征在于：所述第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器的Vset端通过设置电阻接地，且设置电阻与光耦单元的一端电连接，光耦单元的另一端与电流检测比较器连接。

5.根据权利要求4所述的一种大功率直流电源电路，其特征在于：电流检测比较器包括仪表放大器INA模块和比较器COM模块以及内置的参考电压源Vref，仪表放大器INA模块和比较器COM模块与检测分压电阻组连接；

仪表放大器INA模块的RS+输入端和RS-输入端分别与采样电阻的两端连接，仪表放大器INA模块的输出端与检测分压电阻组中的电阻R5和电阻R6串接后接地；

比较器COM模块的正极输入端与电阻R5和电阻R6的中间连接节点连接，比较器COM模块的负极输入端接内置的参考电压源Vref，比较器COM模块的输出端与光耦单元的输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的一种大功率直流电源电路，其特征在于：所述采样电阻采用的是电流采样电阻。

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