专利名称：直流稳压电源的数字调压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流稳压电源技术，具体地说，是一种利用数字-模拟变换器对悬浮式可调节直流稳压集成电路的输出电压实行数字化调节的电路。
背景技术：
在直流稳压电源中，集成化的稳压电源芯片以其优越的稳压性能、完善的保护功能和简便的使用方法得到了广泛的应用。在输出电压可调的直流稳压电源中，尤以悬浮式可调节稳压集成电路最为常用。LM317是其中最常见的有代表性的一种三端稳压集成电路。图1是它的典型应用电路。这类集成电路芯片上没有直接的接地端，芯片本身不承受全部输入电压。在高输入输出电压的工作情况下，只有电阻RA承受高电压，集成片对地处于悬浮状态，仅仅承受输入输出电压之差，因而其工作电压不受集成电路耐压的限制。但是，这类集成电路都是以调节可变电阻RA的阻值来调节输出电压，很难与数字电路系统如单片机系统配合使用以构成数字化稳压电源。有时可以见到的一种调压方案是在RA的位置上安排多个不同阻值的电阻，利用单片机通过电子开关切换这些电阻来调节输出电压。但这种方法只能做到有限档次的粗调。
现有的一种数字直流稳压电源的方案是用数字-模拟变换器(DAC)产生基准电压，与输出电压比较后进行反馈调节。这种电路一般只能用分立元件组成，难以利用集成稳压芯片的优越性能，输出电压也受元件耐压的限制。另一种数字直流稳压电源的方案是采用大功率运算放大器与DAC相结合，将DAC输出的模拟电压经运算放大器放大后作为电源的输出。这种方案的缺点是输出电压的大小受限于运算放大器的耐压，难于获得较高的输出电压。
发明内容
本发明提出了一种将数字-模拟变换器(DAC)与悬浮式可调节直流稳压集成电路相联结的电路方案，使稳压集成电路的输出电压与DAC的数字输入量成线性关系，从而可以利用单片机控制系统实现智能化的数字直流稳压电源。这种电路方案既适用于正电压稳压集成电路，也适用于负电压稳压集成电路。以下先就正电压稳压集成电路的情况进行说明。图2是本发明的基本电路结构，它包括主电源[1]、辅助电源[2]、悬浮式可调节直流稳压集成电路[3]、偏移电压单元[6]、数字调节单元[7]以及电阻RA，其中数字调节单元由数字-模拟变换器(DAC)[4]、缓冲驱动器[5]和电阻RB构成。稳压集成电路的输入端(in)与主电源的正极相连接，其输出端(out)获得主电源的稳压输出，而其调节端(adj)与主电源负极(GND)之间接入电阻RA。数字-模拟变换器(DAC)、缓冲驱动器、偏移电压单元由辅助电源供电。DAC的输出电压经缓冲驱动后与电阻RB的一端相接，而RB的另一端接到稳压集成电路的调节端(adj)。辅助电源与主电源之间没有公共端，两者之间的关系由偏移电压单元来设定。偏移电压单元的输出端与辅助电源的负极(GND_A)之间产生并保持一个恒定电压Vd，该输出端接到主电源的稳压输出端。由此，使稳压输出端与辅助电源负极(GND_A)之间始终保持一个恒定的电位差。
悬浮式可调节稳压集成电路在正常工作时，其输出端(out)与调节端(adj)之间总是保持恒定的电压，称为基准电压。以LM317为例，这个基准电压值为1.25V。如果将偏移电压单元的输出电压也设置成1.25V，那么，在数字调节系统看来，稳压集成电路的adj端就成为一个“虚地”端，也就是说，尽管该端与GND_A并没有物理上的直接连接，但始终与GND_A保持相等的电位。由此，RB中的电流有以下简单的表达式IRB=VaRB]]>式中Va是数字-模拟变换器的输入数字量经变换后产生的输出模拟电压值(假定缓冲驱动器的放大系数为1)。
IRB与稳压集成电路的adj端电流Iadj一起流入电阻RAIRA＝Iadj+IRB因而RA上的电压为VRA=IadjRA+VaRARB]]>稳压输出电压为VOUT=1.25+IadjRA+VaRARB]]>根据LM317的数据资料，可知Iadj数值极小而且基本恒定不变。因而上式表明，稳压输出电压与数字-模拟变换器的输入数据值成线性关系。
为了使稳压输出能从零电压起调，只要将偏移电压设置成比1.25V更高一些就可以。这时，虽然adj端在数字调节系统中不再是“虚地”端，仍然是一个恒电位端。简单的推算可得，如果偏移电压取以下值Vd=1.25(1+RBRA)+IadjRB]]>稳压输出电压将有以下简单的表达形式VOUT=VaRARB]]>这就是说，输出端将获得从零电压开始的、与Va成简单比例关系的稳定电压。只要与智能控制系统(如单片机系统)相结合，就可以实现智能化的数字控制的直流稳压电源。
数字调节单元可以有两组或多组，各组的电阻RB的一端都接到adj端。总的调节作用为各组调节作用的叠加。由于adj端是恒电位端，因而各组的调节作用各自独立，互不影响。选择不同的RB值，可以使各组具有不同的调节分辨率。
本发明的电路方案充分利用了悬浮式可调节稳压集成电路的特点，全部控制电路对主电源的地线(GND)均处在高架悬浮状态，因而其输出电压不受集成芯片耐压的限制。只要对稳压集成电路的输入、输出压差作适当的控制，输出稳定电压的调节范围可以达到数百伏甚至更高。
这种电路方案对负电压的稳压集成电路(代表性型号为LM337)也是适用的。图4是负电压的电路结构。除了主电源的极性颠倒以外，其它均与正电压电路相同。输出电压也与Va成线性关系。与正电压电路不同的是，输出电压的绝对值是随Va的减小而线性增大的。
图1是悬浮式可调节稳压集成电路的典型应用电路。图2是本发明的基本电路结构。图3是一种实施方案的例子。图4是本发明应用于负电压稳压集成电路的基本电路结构。图5与图6是一种更完整的实施例子。
具体实施例方式
图3的例子中，稳压集成电路采用LM317，数字-模拟变换器DAC1的输出电压经过运算放大器OP1组成的电压跟随器驱动后接到RB上，控制输出的稳压值。偏移电压单元也由一个数字-模拟变换器DAC2与运算放大器OP2构成，调节DAC2的输入数字量，就可以调节偏移电压值Vd。主电源稳压输出端接有一个恒流单元I0，目的是在空载时为LM317提供基本的工作电流。根据LM317的数据资料，这个I0应该大于10mA。
图5是一个更为完整的实施例子。偏移电压单元中加接了另一个LM317，将它的out端与adj端之间的基准电压加入到偏移电压中，可以使它的温度漂移与主电源稳压集成电路LM317的基准电压的温度漂移相抵消，以获得更高的温度稳定性。数字调节部分，增加了另一组数字-模拟变换器DAC3与缓冲驱动器OP3以及调压电阻RB2，目的是用两个8位数字-模拟变换器组合起来，获得万分之一以上的调节分辨率。只要取RB2＝100RB1，就可以使DAC3的调节分辨率等于DAC1的调节分辨率的百分之一。如果设计一个0-100V的数字稳压电源，可以使DAC1负责整数部分的调节，最小步距为1V；DAC3负责小数部分的调节，最小步距为0.01V。另外DAC3还可以在单片机的控制下起误差补偿的作用。
全部数字-模拟变换器都在单片机(MCU)的控制下工作，单片机也由辅助电源供电。增加的另一个DAC4，其输出电压接到DAC1和DAC3的基准电压输入端(ref)，用于稳压输出值的定标，而DAC2则用于调零。单片机也可以对主电源电压进行预调压，以使稳压集成电路[3]的输入输出电压差限制在合理的范围。
稳压集成电路[3]由LM317经电流电压扩展后构成。图6是稳压集成电路的扩展电路，PNP晶体管[8]用于电流扩展，NPN晶体管[10]和稳压二极管[9]用于电压扩展。经电流扩展和电压扩展后，LM317可以工作在小电流和恒定压差的条件下，使之具有更优良的稳压性能。
权利要求
1.一种对直流稳压集成电路实行数字化调压的电路。包括主电源[1]、辅助电源[2]、稳压集成电路[3]、电阻[RA]以及偏移电压单元[6]与数字调节单元[7]。稳压集成电路[3]的输入端(in)与主电源[1]相连，稳压集成电路[3]的输出端(out)作为稳压输出端。电阻[RA]的一端与稳压集成电路[3]的调节端(adj)连接，另一端则与主电源的地线(GND)连接。本发明的特征在于a)偏移电压单元[6]与数字调节单元[7]由辅助电源[2]供电。辅助电源[2]的正负极与主电源[1]的正负极没有公共端。b)偏移电压单元[6]的输出端与辅助电源[2]的负极(GND_A)之间产生并保持一个恒定的电压。该输出端与稳压集成电路[3]的输出端(out)连接，使得辅助电源[2]的负极(GND_A)始终与稳压输出端保持恒定电位差。c)数字调节单元[7]由数字-模拟变换器[4]、缓冲驱动器[5]、电阻[RB]组成。数字-模拟变换器[4]的输出端与缓冲驱动器[5]的输入端连接，缓冲驱动器[5]的输出端与电阻[RB]的一端连接，电阻[RB]的另一端与稳压集成电路[3]的调节端(adj)连接。d)所说的稳压集成电路[3]是悬浮式、可调节的正电压稳压集成电路，也可以是悬浮式、可调节的负电压稳压集成电路。
2.根据权利要求1所述的数字化调压电路，特征是其中的数字调节单元可以有一组，也可以有两组或多组。各组中的电阻[RB]的一端都连接到稳压集成电路[3]的调节端(adj)上。
全文摘要
本发明提出了一种直流稳压电源的数字化调压电路方案，包括主电源、辅助电源、悬浮式可调节稳压集成电路、偏移电压单元和数字调节单元。偏移电压单元的作用是使辅助电源的负极与主电源稳压输出端保持恒定电位差。数字调节单元由数字－模拟变换器DAC、缓冲驱动器和电阻R
文档编号G05F1/10GK1395151SQ0212832
公开日2003年2月5日 申请日期2002年7月30日 优先权日2002年7月30日
发明者胡化成 申请人:胡化成