一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路及电源设备的制作方法

本申请涉及液晶模组电源技术领域，特别涉及一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路及电源设备。

背景技术：

随着液晶模组对工作电压的要求越来越高，需要测试设备提供的工作电压在一定范围可以调节电压值，来适应不同尺寸的液晶模组，而且，还要求输出电压的纹波足够小，防止模组点屏时出现水波纹或闪烁，保证屏幕的画面质量。

相关技术中，一方面，为了实现在一定范围内调节电压值，采用的是以pwm控制器为调压模块的数字电源，该数字电源的工作过程为：通过改变pwm信号的占空比或频率来调节输出电压值。然而，这种方法调节电压值的精度并不高，无法更加精确地与不同尺寸的液晶模组匹配。

另一方面，为了降低电源纹波，通常采用的是lc滤波电路，但是，该滤波电路和纹波频率会出现差异，不同的电源电路需要不同的lc参数，这就需要通过频率或仿真来确定，使用起来较为复杂，而且，在输出大电流的条件下，lc滤波电路中电感的直流阻抗会带来压降，也将会直接影响输出电压的精度。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路及电源设备，以解决相关技术中输出电压精度不高、电源纹波较大的技术问题。

第一方面，提供了一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路，其包括：

电源模块，其用于输出电压vout1；

一级调压电路，其与所述电源模块相连，其用于根据第一参考电压vdac1调节所述电源模块的输出电压vout1；

二级调压电路，其与所述电源模块相连，其用于根据第二参考电压vdac2和所述电源模块的输出电压vout1输出电压vout2；同时，

所述二级调压电路包括纹波模块，其用于对所述电源模块的输出电压vout1进行滤波处理，以降低电源纹波。

一些实施例中，所述一级调压电路包括：

电压跟随模块，其用于根据第一参考电压vdac1输出驱动能力更强的电压v_op1；

第一分压模块，其与所述电源模块相连，其两个输入端分别连接所述电压跟随模块的输出电压v_op1和电源模块的fb引脚，其输出端与所述电源模块的输出电压vout1相连，第一分压模块用于将所述电压v_op1通过电阻分压的方式调节所述电压vout1。

一些实施例中，所述电压跟随模块包括第一运算放大器op1，所述第一运算放大器op1的一个输入端与所述第一参考电压vdac1相连，所述第一运算放大器op1的输出端与另一输入端相连，所述第一运算放大器op1的输出端输出电压v_op1。

一些实施例中，所述第一分压模块包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，电阻r1连接在所述电源模块的fb引脚和电压跟随模块的输出端之间，电阻r2连接在电源模块的fb引脚和电源模块的输出端之间，电阻r3连接在电源模块的fb引脚和地之间。

一些实施例中，所述一级调压电路包括第一数模转换器dac1，所述第一数模转换器dac1用于输出第一参考电压vdac1。

一些实施例中，所述纹波模块包括晶体管q1和第二运算放大器op2，所述晶体管q1的第一端与所述电源模块的输出端相连，所述晶体管q1的第二端与第二运算放大器op2的输出端相连，所述晶体管q1的第三端输出电压vout2；所述第二运算放大器op2的一个输入端与第二参考电压vdac2相连，所述第二运算放大器op2的另一个输入端与晶体管q1的第三端相连。

一些实施例中，所述二级调压电路还包括第二分压电路，其包括若干电阻，所述第二分压电路的输入端与所述第二运算放大器op2的另一输入端相连，所述第二分压电路的输出端与所述晶体管q1的第三端相连，所述第二分压电路用于将第二参考电压vdac2通过电阻分压的方式调节所述电压vout2。

一些实施例中，所述第二分压电路包括电阻r4和电阻r5，所述电阻r4和电阻r5串联后连接在晶体管q1的第三端和地之间，所述电阻r4和电阻r5的连接点与所述第二运算放大器op2的另一输入端相连。

一些实施例中，所述二级调压电路包括第二数模转换器dac2，所述第二数模转换器dac2用于输出第二参考电压vdac2。

一些实施例中，所述晶体管q1为pmos管。

第二方面，本申请提供了一种电源设备，包括上述可降低电源纹波的高精度可调电源电路。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅精度更高，而且还可降低电源纹波，以在电压精度和电源质量两方面均能够满足液晶模组的更高需求。

本申请提供了一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路，通过一级调压电路可以进行初步调压，控制压差，提供足够的负载电流，然后再经过二级调压电路，精确的设置最终的输出电压，与此同时，还通过纹波模块对电压vout1进行滤波处理，降低电源纹波，改善输出电压的电源质量，从而使得该可调电源电路不仅精度更高，而且还可降低电源纹波，以在电压精度和电源质量两方面均能够满足液晶模组的更高需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的可降低电源纹波的高精度可调电源电路的结构框图；

图2为本申请实施例提供的可降低电源纹波的高精度可调电源电路图。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

参见图1所示，本申请提供了一种可降低电源纹波的高精度可调电源电路，其包括电源模块、一级调压电路和二级调压电路。

电源模块用于输出电压vout1；一级调压电路与所述电源模块相连，其用于根据第一参考电压vdac1调节所述电源模块的输出电压vout1；二级调压电路与所述电源模块相连，其用于根据第二参考电压vdac2和所述电源模块的输出电压vout1输出电压vout2；同时，所述二级调压电路包括纹波模块，其用于对所述电源模块的输出电压vout1进行滤波处理，以降低电源纹波。

本申请实施例的可降低电源纹波的高精度可调电源电路，一方面，通过一级调压电路可以进行初步调压，控制压差，提供足够的负载电流，然后再经过二级调压电路，精确的设置最终的输出电压，与此同时，还通过纹波模块对电压vout1进行滤波处理，降低电源纹波，改善输出电压的电源质量，从而使得该可调电源模块不仅精度更高，而且还可降低电源纹波，以在电压精度和电源质量两方面均能够满足液晶模组的更高需求。

另一方面，由于该电源电路包括一级调压电路和二级调压电路，可以灵活的配置电压，以减小电路的功耗，从而降低电路的成本，而且，该电源电路实现过程简单，元器件成本低，实用性更强。

在本申请实施例中，所述电源模块为dcdc电源模块，其具有fb引脚，该fb引脚为所述电源模块的电压反馈引脚，所述电源模块提供第一级输出电压vout1。本申请实施例的dcdc电源模块可以为标准的降压型buck-dcdc电路，在实际应用中，根据实际需求进行选取即可，在此不做限定。

更进一步地，本申请实施例中，所述一级调压电路包括第一数模转换器dac1、电压跟随模块和第一分压模块。

所述第一数模转换器dac1用于输出第一参考电压vdac1。电压跟随模块用于根据第一参考电压vdac1输出驱动能力更强的电压v_op1；第一分压模块包括若干电阻，其与所述电源模块相连，其两个输入端分别连接所述电压跟随模块的输出电压v_op1和电源模块的fb引脚，其输出端与所述电源模块的输出电压vout1相连，第一分压模块用于将所述电压v_op1通过电阻分压的方式调节所述电压vout1。

参见图2所示，在本申请实施例中，所述电压跟随模块包括第一运算放大器op1，所述第一运算放大器op1的一个输入端与所述第一参考电压vdac1相连，所述第一运算放大器op1的输出端与另一输入端相连，所述第一运算放大器op1的输出端输出电压v_op1。

具体地，在实际应用中，所述第一运算放大器op1的正向输入端与所述第一参考电压vdac1相连，所述第一运算放大器op1的输出端与反向输入端相连。

本申请实施例的第一运算放大器op1的作用是将第一数模转换器dac1输出的第一参考电压vdac1转换为驱动能力更强的电压v_op1，完成电压转换，并为后接的第一分压模块提供调压电流，进而调节电压所述电压vout1。

更进一步地，在本申请实施例中，所述第一分压模块包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，电阻r1连接在所述电源模块的fb引脚和电压跟随模块的输出端之间，电阻r2连接在电源模块的fb引脚和电源模块的输出端之间，电阻r3连接在电源模块的fb引脚和地之间。

本申请实施例的电阻r1、电阻r2和电阻r3均为高精度电阻器，其组成了第一分压电路，利用电源模块的fb引脚处的电压恒定和电流平衡的特性，调节电源模块的输出电压vout1。

本申请实施例的一级调压电路的工作原理为：

dcdc电源模块启动后，输出一个定值电压vout1，然后软件通过i2c总线或者spi总线配置dac1，输出设定的第一参考电压vdac1，第一参考电压vdac1经过第一运算放大器op1的跟随驱动，转换成驱动能力更强的电压v_op1，然后，再通过电阻r1、r2和r3的电流平衡处理，并利用dcdc电源模块的fb引脚电压恒定的特性，按照一定的线性关系来调节输出电压vout1。

在一级调压电路的实现过程中，各电压参数的计算公式如下：

vdac1=v_op1

(v_op1–vfb)/r1+(vout1–vfb)/r2=vfb/r3

式中，vdac1为第一参考电压值，v_op1为第一运算放大器op1的输出电压值，vfb为dcdc电源模块的fb引脚的输出电压值，r1为电阻r1的阻值，r2为电阻r2的阻值，r3为电阻r3的阻值，vout1为所述电源模块的输出电压值。

由上推导可以得到输出电压vout1的计算公式：

vout1=[vfb*(r1*r2+r1*r3+r2*r3)–vdac1*r2*r3]/(r1*r3)

可以简化为：

vout1=a*vdac1+b

其中，a=–r2/r1，b=vfb*(r1*r2+r1*r3+r2*r3)/(r1*r3)。

由于电阻r1、电阻r2和电阻r3的阻值为已知量，vfb为dcdc电源模块的fb引脚的输出电压值，也是已知的电压值，推导得出电源模块的输出电压vout1与第一参考电压vdac1呈线性关系，可以通过软件配置dac1，即可灵活调节输出电压vout1，实现一级调压的目的。

更进一步地，在本申请实施例中，所述纹波模块包括晶体管q1和第二运算放大器op2，所述晶体管q1的第一端与所述电源模块的输出端相连，所述晶体管q1的第二端与第二运算放大器op2的输出端相连，所述晶体管q1的第三端输出电压vout2；所述第二运算放大器op2的一个输入端与第二参考电压vdac2相连，所述第二运算放大器op2的另一个输入端与晶体管q1的第三端相连。

具体地，在本申请实施例中，所述第二运算放大器op2的另一个输入端通过电阻r4与晶体管q1的第三端相连。

优选地，在本申请实施例中，所述晶体管q1为pmos管，其功能为电压开关，在本申请实施例中，晶体管q1工作在可变电阻区，用来控制输出电压vout2的电压大小，通过使用pmos管，可以使得电路结构更加简单，性能更优。

当所述晶体管q1为pmos管时，所述晶体管q1的源极s与所述电源模块的输出端相连，所述晶体管q1的栅极g与第二运算放大器op2的输出端相连，所述晶体管q1的漏极d输出电压vout2。

本申请实施例的纹波模块的工作原理为：

晶体管q1和第二运算放大器op2形成负反馈电路，在该负反馈电路稳定工作时，利用第二运算放大器op2的负反馈平衡特性，第二运算放大器op2在电路稳定时输出一个自适应可调的电压值v_op2，通过该电压值v_op2控制晶体管q1的工作状态，使晶体管q1工作在可变电阻区，也称非饱和区，当晶体管q1的栅极和源极的电压差ugs不变时，漏极电流id与晶体管q1的栅极和漏极电压呈线性关系，该区域近似为一条直线，此时，晶体管q1的漏极和栅极之间相当于一个受电压ugs控制的可变电阻，从而对电压vout1进行滤波处理，降低电源纹波。

更进一步地，在本申请实施例中，所述二级调压电路还包括第二分压电路，其包括若干电阻，所述第二分压电路的输入端与所述第二运算放大器op2的另一输入端相连，所述第二分压电路的输出端与所述晶体管q1的第三端相连，所述第二分压电路用于将第二参考电压vdac2通过电阻分压的方式调节所述电压vout2。

具体地，在本申请实施例中，所述第二分压电路包括电阻r4和电阻r5，所述电阻r4和电阻r5串联后连接在晶体管q1的第三端和地之间，所述电阻r4和电阻r5的连接点与所述第二运算放大器op2的另一输入端相连。

本申请实施例的电阻r4和电阻r5为高精度电阻器，其组成了第二分压电路，对输出电压vout2进行分压处理，并与第二运算放大器op2和晶体管q1组成负反馈环路，调节最终的输出电压vout2。

更进一步地，在本申请实施例中，所述二级调压电路包括第二数模转换器dac2，所述第二数模转换器dac2用于输出第二参考电压vdac2。

本申请实施例的二级调压电路的工作原理为：

在二级调压电路中，通过软件配置dac2，输出设定的第二参考电压vdac2，再经过电阻r4和电阻r5进行分压，可以精确地配置输出电压vout2；

同时，晶体管q1、第二运算放大器op2、电阻r4和电阻r5形成负反馈环路，对所述电源模块的输出电压vout1进行滤波处理，以降低电源纹波。

在二级调压电路的实现过程中，各电压参数的计算公式如下：

vdac2=vout2*r5/(r4+r5)

式中，vdac2为第二参考电压值，vout2为电路输出电压值，r4为电阻r4的阻值，r5为电阻r5的阻值。

由上推导可以得到输出电压vout2的计算公式为：

vout2=vdac2*(r4+r5)/r5

由于电阻r4和电阻r5的阻值为已知量，推导得出输出电压vout2和第二参考电压vdac2呈线性关系，根据这个线性关系，即可通过软件精确地配置输出电压vout2。

同时，在二级调压电路中，利用晶体管q1和第二运算放大器op2组成的负反馈电路滤波的特性，极大地减小了输出电压vout2的纹波，从而改善了电源质量。

在本申请实施例的可降低电源纹波的高精度可调电源电路中，通过设置dac1和dac2的输出电压值，分别控制和调节两级输出电压vout1和vout2，使vout1大于vout2，并且始终保持一定的压差，这个压差一般在0.2v~1v之间，需要根据实际的电路参数和规格需求来设定调节，通过根据实际应用情况来合理的设定这个压差值，不仅可以使后级的负反馈环路稳定的工作，最大效果的抑制纹波，而且可以控制晶体管q1上的热耗，减小电路中的功耗。

本申请实施例还提供了一种电源设备，其包括上述可降低电源纹波的高精度可调电源电路。

本申请实施例的电源设备为上述可降低电源纹波的高精度可调电源电路的一种应用，根据实际应用场景可以进行适应性调整，其可以实现上述可降低电源纹波的高精度可调电源电路的全部功能效果。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。