CN218918001U - 一种数字可调的电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种数字可调的电源电路，在一具体实施方式中，所述电源电路包括开关电源、电压调节电路和线性电路，其中，所述电压调节电路包括微控制单元、数模转换器和反相放大器；所述微控制单元接收输入信号并输出控制信号；所述数模转换器接收所述控制信号并输出模拟信号；所述反相放大器的反相输入端接收所述模拟信号，同相输入端接收所述电源电路输出信号，输出端输出负电压信号；所述线性电路包括运算放大器和第一晶体管，所述运算放大器的反相输入端接收所述负电压信号，同相输入端接收负反馈信号，输出端输出放大信号；所述第一晶体管的第一端用于接收所述放大信号，第二端用于输出反馈信号，第三端用于接收所述开关电源的供电信号。

Description

一种数字可调的电源电路

技术领域

本实用新型涉及覆晶薄膜检测技术领域。更具体地，涉及一种数字可调的电源电路。

背景技术

在覆晶薄膜(COF，Chip On Flex)的电测环节中，通常需要测试其线路的开路及短路，也就是测试相邻线路在生产过程中是否有毛刺(电阻)。特别是在测试短路功能时，其电阻值非常大，通常可以达到几十兆欧姆，甚至几百兆欧姆。想要测试出这么大的电阻，就需要给其施加一个非常大的电压，通常需要几十伏，甚至几百伏，才能保证准确的测试出具体的电阻值。

现有技术中提供一个几百伏电压源的常用的方式主要有以下两种：

第一种方式是采用220V的交流电通过变压器，然后再通过整流桥，以及电容进行整流滤波。虽然该方式可以得到一个较高的直流电压，而且技术方案最简单，也最节省成本。但是输出电压受220V市电电网的影响较大，输出电压不稳定，精度也不高，而且无法实现输出直流电压的数字可调节，所以根本无法应用到精密的测量电路中。

第二种方式是采用隔离型开关电源，从而得到一个稳定的高压电源输出，同时也可以实现输出电压的数字可调节。但是输出电压的可调节范围有限，不能够实现零伏到几百伏的数字可调节；而且这种开关电源，由于其输出电压需要达到几百伏，通常电源的输出纹波会比较大，并且会产生较大的电磁干扰，对于精密的测量需求来说，无法满足测试要求。

因此，现有技术中的输出电压较低、输出纹波较大、对外干扰大及可调节范围小的电压源并不能满足覆晶薄膜在电测环节中的测试需求。

实用新型内容

鉴于上述技术问题，本实用新型提供一种数字可调的电源电路，可以通过开关电源和线性调节电路能够得到一个可调范围大、输出纹波小，对外干扰小及可实时调节的高电压输出的电源电路。

具体而言，为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种数字可调的电源电路，所述电源电路包括开关电源、电压调节电路和线性电路，其中，

所述电压调节电路包括微控制单元、数模转换器和反相放大器；所述微控制单元接收输入信号并输出控制信号；所述数模转换器接收所述控制信号并输出模拟信号；所述反相放大器的反相输入端接收所述模拟信号，同相输入端接收所述电源电路输出信号，输出端输出负电压信号；

所述线性电路包括运算放大器和第一晶体管，所述运算放大器的反相输入端接收所述负电压信号，同相输入端接收负反馈信号，输出端输出放大信号；

所述第一晶体管的第一端用于接收所述放大信号，第二端用于输出反馈信号，第三端用于接收所述开关电源的供电信号。

可选地，所述电压调节电路还包括串行外围设备接口隔离芯片，所述串行外围设备接口隔离芯片的第一端与所述微控制单元的第二端连接，所述串行外围设备接口隔离芯片的第二端与所述数模转换器的第一端连接。

可选地，所述线性电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二晶体管与第二电阻器，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端和所述第二电阻器的第一端连接，所述第二晶体管的第二端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第二晶体管的第三端与所述第一晶体管的第一端连接。

可选地，所述线性电路还包括用以调节输出电压的调节电阻，所述调节电阻包括第三电阻器、第四电阻器和第六电阻器，所述第三电阻器的第一端连接电源电路输出端，第二端与所述第四电阻器的第一端和所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第四电阻器的第一端与所述第三电阻器的第二端和所述运算放大器的同相输入端连接，第二端接地；

所述第六电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述运算放大器的反相输入端连接。

可选地，所述电压调节电路中还设置有增益电阻，包括第七电阻器与第八电阻器，所述第七电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述反相放大器的反相输入端连接；

所述第八电阻器的第一端与所述数模转换器的第二端连接；第二端与所述第七电阻器的第二端及所述反相放大器的反相输入端连接。

可选地，所述线性电路还包括用于空载时稳定电压的第五电阻器，所述第五电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第五电阻器的第二端接地。

可选地，所述线性电路还包括用于储能及滤波的第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第二电阻器的第二端及第三电阻器的第一端连接，所述第一电容器的第二端接地。

可选地，所述数模转换器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述运算放大器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述串行外围设备接口隔离芯片次级的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供一种数字可调的电源电路，可以通过开关电源和线性调节电路能够得到一个可调范围大、输出纹波小，对外干扰小及可实时调节的高电压输出的电源电路。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型所提供的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图2示出本实用新型所提供的包括串行外围设备接口隔离芯片的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图3示出本实用新型所提供的包括过流保护电路的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图4示出本实用新型所提供的包括调节电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图5示出本实用新型所提供的包括增益电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图6示出本实用新型所提供的包括空载时稳压电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图7示出本实用新型所提供的包括储能及滤波电容的数字可调电源电路的电路结构示意图。

图8示出本实用新型所提供的具体实施例中数字可调电源电路的电路结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在覆晶薄膜(COF，Chip On Flex)器件PIN脚间测试过程中，如果PIN脚之间为开路状态时，测试时电阻值较小；如果PIN脚之间为短路状态时，测试时电阻值较大，因此在COF电测环节中需要的电压相对较高。

现有的电压调节方案中通常为低压可调，而在现有的电源技术中，可以实现这种输出电压比较高，输出纹波比较小，并且对外干扰小的电压源，最好的方式还是采用线性调节电源。因此，本实用新型的技术方案是先提供一个开关电源输出一个数百伏的高电压，而且开关电源输出的电压要比线性电源输出电压的高；然后再加一级线性电源，同时选用一个耐高电压的大功率晶体管，而且要将大功率晶体管工作在放大区，从而得到一个输出纹波比较小，对外干扰小的电压电源；然后再通过微控制单元控制数模转换器输出一个数字可调的负电压小信号，用来实时的调节线性电源输出电压的大小；然后再将负电压小信号给到一个具有负反馈，并且有一定电压增益的运算放大器，进而调节大功率晶体管，输出一个稳定的、纹波较小的且数字可调的高电压。

根据本实用新型的一个方面，提供一种数字可调的电源电路，所述电源电路包括开关电源、电压调节电路和线性电路，其中，所述电压调节电路包括微控制单元、数模转换器和反相放大器；所述微控制单元接收输入信号并输出控制信号；所述数模转换器接收所述控制信号并输出模拟信号；所述反相放大器的反相输入端接收所述模拟信号，同相输入端接收所述电源电路输出信号，输出端输出负电压信号；

所述线性电路包括运算放大器和第一晶体管，所述运算放大器的反相输入端接收所述负电压信号，同相输入端接收负反馈信号，输出端输出放大信号；

所述第一晶体管的第一端用于接收所述放大信号，第二端用于输出反馈信号，第三端用于接收所述开关电源的供电信号。

所述运算放大器工作在线性放大区。

图1示出本实用新型所提供的数字可调电源电路的电路结构示意图。图中微控制单元(MCU，Micro Controller Unit)为整个系统的主控制器。开关电源提供一个固定输出的高压电源，可以达到几百伏的输出电压，其具体输出电压的大小，输出功率，可以根据实际应用来选择。本实施例中高压开关电源的输出电压为300伏。

数模转换器(DAC，Digital to analog converter)，其受MCU控制。由于本实用新型的技术方案设计中需要一个数字可调节的负电压源，因此本实施例采用一个正电压输出的数模转换器，通过数模转换器输出信号到反相放大器的反相输入端，输出一个负压可调信号到运算放大器的反相端，或者直接选择一个能够输出负电压的方案设计。

第一晶体管为一款NPN型大功率三极管，三极管的VCEO电压可以根据具体应用电压来选型。三极管耗散功率的选型，也要根据负载电流的大小来选择。本实施例中的大功率三极管，也可以使用大功率MOSFET替换。通过高压开关电源给大功率三极管供电，三极管VCEO的电压需要根据高压开关电源最大的输出电压决定。

可选地，所述电压调节电路还包括串行外围设备接口隔离芯片，所述串行外围设备接口隔离芯片的第一端与所述微控制单元的第二端连接，所述串行外围设备接口隔离芯片的第二端与所述数模转换器的第一端连接。

图2示出本实用新型所提供的包括串行外围设备接口隔离芯片的数字可调电源电路的电路结构示意图。为了与第一晶体管组成线性放大电路，将数模转换器和运算放大器芯片供电的参考地平面选为“HVOUT”的电源输出，其中HVOUT为高压可调线性电源。由于数模转换器和运算放大器芯片供电的参考地平面为“HVOUT”的电源输出，所以微控制单元需要与电源系统进行隔离处理。因此，如图2所示，本实施例在微控制单元和数模转换器之间使用一个串行外围设备接口(SPI，Serial Peripheral interfacel)隔离芯片进行隔离，且SPI的次级的参考地也为“HVOUT”。

可选地，所述线性电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二晶体管与第二电阻器，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端和所述第二电阻器的第一端连接，所述第二晶体管的第二端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第二晶体管的第三端与所述第一晶体管的第一端连接。

图3示出本实用新型所提供的包括过流保护电路的数字可调电源电路的电路结构示意图。图中，第二晶体管选用三极管，第二晶体管与第二电阻器构成一个线性放大电路的过流保护电路，如果第一晶体管的输出电流过大时，在第二电阻器上的电压升高，当高于一定程度，会使第二晶体管饱和导通，继而让第一晶体管工作截止。

可选地，所述线性电路还包括用以调节输出电压的调节电阻，所述调节电阻包括第三电阻器、第四电阻器和第六电阻器，所述第三电阻器的第一端连接电源电路输出端，第二端与所述第四电阻器的第一端和所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第四电阻器的第一端与所述第三电阻器的第二端和所述运算放大器的同相输入端连接，第二端接地；

所述第六电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述运算放大器的反相输入端连接。

图4示出本实用新型所提供的包括调节电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。当通过微控制单元控制数模转换器输出一个负电压VSET，输入到运算放大器的反相输入端，则运算放大器输出一个正电压，此电压通过第一电阻器驱动第一晶体管工作，然后再通过第三电阻器，回到运算放大器的同相输入端，继而构成一个负反馈环，并保持了功率三极管工作在线性放大区，以及“HVOUT”电压输出的稳定性。

根据运算放大器的虚短的特性，当数模转换器输出一个负电压VSET(它的参考地平面是“HVOUT”)给运算放大器的反相输入端，则运算放大器的同相端的电压也是近似VSET的电压；那么此时第三电阻器上的电压就是VSET(它的参考地平面是“HVOUT”)；反过来说，“HVOUT”相对于运算放大器的同相端来说，它的电压就是-VSET。

根据运算放大器的虚断的特性；电压“HVOUT”经过第三电阻器后产生的电流流向第四电阻器，然后到地，并且在第四电阻器上产生一个对地的电压，也就是运算放大器同相端输入电压。

那么“HVOUT”的电压计算公式为：

HVOUT＝(-VSET/R3)*R4+(-VSET)

整理可得：

其中，-VSET为所述运算放大器反相输入端的电压值，R4为所述第四电阻器，R3为所述第三电阻器。

此时的HVOUT就是相对于地的电压。至此，就得到了一个想要的高压可调线性电源：HVOUT。

可选地，所述电压调节电路中还设置有增益电阻，包括第七电阻器与第八电阻器，所述第七电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述反相放大器的反相输入端连接；

所述第八电阻器的第一端与所述数模转换器的第二端连接；第二端与所述第七电阻器的第二端及所述反相放大器的反相输入端连接。

图5示出本实用新型所提供的包括增益电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。图中反相放大器的增益为-R7/R8，其中R7为第七电阻器的阻值，R8为第八电阻器的阻值，其参考地平面为“HVOUT”。

可选地，所述线性电路还包括用于空载时稳定电压的第五电阻器，所述第五电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第五电阻器的第二端接地。

图6示出本实用新型所提供的包括增益电阻的数字可调电源电路的电路结构示意图。图中第五电阻器作为一个线性电源的输出最小负载，当输出没有接负载时，第五电阻器用来保证电路工作的稳定性。第五电阻器的选择需要兼顾输出电压最小值时的电阻值，也要考虑输出电压最大值时的电阻功耗。

可选地，所述线性电路还包括用于储能及滤波的第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第二电阻器的第二端及第三电阻器的第一端连接，所述第一电容器的第二端接地。

图7示出本实用新型所提供的包括储能及滤波电容的数字可调电源电路的电路结构示意图。图中通过第一电容器的储能滤波对外输出一个稳定的、可靠的和低噪声干扰的电源电压。

可选地，所述数模转换器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述运算放大器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述串行外围设备接口隔离芯片次级的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

实施例

如图8所示为本实用新型所提供的具体实施例中数字可调的电源电路的电路结构示意图。图中所示一种数字可调的电源电路所述电源电路包括开关电源、电压调节电路和线性电路，其中，所述电压调节电路包括微控制单元(MCU)、数模转换器(U1)和反相放大器(U4)；所述微控制单元(MCU)接收输入信号并输出控制信号；所述数模转换器(U1)接收所述控制信号并输出模拟信号；所述反相放大器(U4)的反相输入端接收所述模拟信号，同相输入端接收所述电源电路输出信号，输出端输出负电压信号；

所述线性电路包括运算放大器(U2)和第一晶体管(Q1)，所述运算放大器(U2)的反相输入端接收所述负电压信号，同相输入端接收负反馈信号，输出端输出放大信号；

所述第一晶体管(Q1)的第一端用于接收所述放大信号，第二端用于输出反馈信号，第三端用于接收所述开关电源的供电信号。

所述运算放大器(U2)工作在线性放大区。

可选地，所述电压调节电路还包括串行外围设备接口隔离芯片(U3)，所述串行外围设备接口隔离芯片(U3)的第一端与所述微控制单元(MCU)的第二端连接，所述串行外围设备接口隔离芯片(U3)的第二端与所述数模转换器的第一端连接。

可选地，所述线性电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二晶体管(Q2)与第二电阻器(R2)，所述第二晶体管(Q2)的第一端与所述第一晶体管(Q1)的第二端和所述第二电阻器(R2)的第一端连接，所述第二晶体管(Q2)的第二端与所述第二电阻器(R2)的第二端连接，所述第二晶体管(Q2)的第三端与所述第一晶体管(Q1)的第一端连接。

可选地，所述线性电路还包括用以调节输出电压的调节电阻，所述调节电阻包括第一电阻器(R1)、第三电阻器(R3)、第四电阻器(R4)和第六电阻器(R6)，所述第三电阻器(R3)的第一端连接电源电路输出端，第二端与所述第四电阻器(R4)的第一端和所述运算放大器(U2)的同相输入端连接；

所述第四电阻器(R4)的第一端与所述第三电阻器(R3)的第二端和所述运算放大器(U2)的同相输入端连接，第二端接地；

所述第六电阻器(R6)的第一端与所述反相放大器(U4)的输出端连接，第二端与所述运算放大器(U2)的反相输入端连接。

所述第一电阻器(R1)的第一端与所述运算放大器(U2)的输出端连接，第二端与所述第一晶体管(Q1)的第一端连接。

另外，所述第六电阻器(R6)与所述第一电阻器(R1)的作用类似。

可选地，所述电压调节电路中还设置有增益电阻，包括第七电阻器(R7)与第八电阻器(R8)，所述第七电阻器(R7)的第一端与所述反相放大器(U4)的输出端连接，第二端与所述反相放大器(U4)的反相输入端连接；

所述第八电阻器(R8)的第一端与所述数模转换器(U1)的第二端连接；第二端与所述第七电阻器(R7)的第二端及所述反相放大器(U4)的反相输入端连接。

可选地，所述线性电路还包括用于空载时稳定电压的第五电阻器(R5)，所述第五电阻器(R5)的第一端与所述第二电阻器(R2)的第二端连接，所述第五电阻器(R5)的第二端接地。

可选地，所述线性电路还包括用于储能及滤波的第一电容器，所述第一电容器(C1)的第一端与所述第二电阻器(R2)的第二端及第三电阻器(R3)的第一端连接，所述第一电容器(C1)的第二端接地。

可选地，所述数模转换器(U1)的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述运算放大器(U2)的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

可选地，所述串行外围设备接口隔离芯片(U3)次级的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

所述第二电容器(C2)的第一端与所述第七电阻器(R7)的第一端和所述第六电阻器(R6)的第一端及所述反相放大器(U4)的输出端连接，第二端与所述第七电阻器(R7)的第二端和所述第八电阻器(R8)的第二端及所述反相放大器(U4)的反相输入端连接。

所述第九电阻器(R9)的第一端与数字可调的电源电路的输出端连接，第二端与所述反相放大器(U4)的同相输入端连接。

另外，图中所述第二电容器(C2)起到相位补偿及抑制高频噪声的作用；图中所述第九电阻器(R9)通常称它的平衡电阻，主要是为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置。

本实用新型提供的一种数字可调的电源电路，通过在高压电源的线性调压电路中，将参与运算放大器调压的电路参考地选为高压线性电源的输出电压，同时通过R3和R4的两个电阻设定输出电压与输入电压的比率，保证电源输出的精度，以及采用SPI信号隔离芯片，简单的实现DAC调压激励信号的输出，进而得到一个输出电压可调电压高，输出电压精度高，电源输出纹波小，对于精密的测量需求来说，数据测量更准确的电源电压。而且电路结构简单，有效的节约了器件成本，尤其适用于COF检测领域中检查开路和短路时提供一个较高的且可数字化调节的电源电压。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种数字可调的电源电路，其特征在于，所述电源电路包括开关电源、电压调节电路和线性电路，其中，

所述电压调节电路包括微控制单元、数模转换器和反相放大器；所述微控制单元接收输入信号并输出控制信号；所述数模转换器接收所述控制信号并输出模拟信号；所述反相放大器的反相输入端接收所述模拟信号，同相输入端接收所述电源电路输出信号，输出端输出负电压信号；

所述线性电路包括运算放大器和第一晶体管，所述运算放大器的反相输入端接收所述负电压信号，同相输入端接收负反馈信号，输出端输出放大信号；

所述第一晶体管的第一端用于接收所述放大信号，第二端用于输出反馈信号，第三端用于接收所述开关电源的供电信号。

2.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述电压调节电路还包括串行外围设备接口隔离芯片，所述串行外围设备接口隔离芯片的第一端与所述微控制单元的第二端连接，所述串行外围设备接口隔离芯片的第二端与所述数模转换器的第一端连接。

3.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述线性电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二晶体管与第二电阻器，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端和所述第二电阻器的第一端连接，所述第二晶体管的第二端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第二晶体管的第三端与所述第一晶体管的第一端连接。

4.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述线性电路还包括用以调节输出电压的调节电阻，所述调节电阻包括第三电阻器、第四电阻器和第六电阻器，所述第三电阻器的第一端连接电源电路输出端，第二端与所述第四电阻器的第一端和所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第四电阻器的第一端与所述第三电阻器的第二端和所述运算放大器的同相输入端连接，第二端接地；

所述第六电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述运算放大器的反相输入端连接。

5.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述电压调节电路中还设置有增益电阻，包括第七电阻器与第八电阻器，所述第七电阻器的第一端与所述反相放大器的输出端连接，第二端与所述反相放大器的反相输入端连接；

所述第八电阻器的第一端与所述数模转换器的第二端连接；第二端与所述第七电阻器的第二端及所述反相放大器的反相输入端连接。

6.根据权利要求3所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述线性电路还包括用于空载时稳定电压的第五电阻器，所述第五电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端连接，所述第五电阻器的第二端接地。

7.根据权利要求3所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述线性电路还包括用于储能及滤波的第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第二电阻器的第二端及第三电阻器的第一端连接，所述第一电容器的第二端接地。

8.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述数模转换器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

9.根据权利要求1所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述运算放大器的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

10.根据权利要求2所述的数字可调的电源电路，其特征在于，所述串行外围设备接口隔离芯片次级的参考地为所述数字可调的电源电路的电源输出端。

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