一种宽范围输出的精准电压调节电路的制作方法

1.本技术涉及开关电源的领域，尤其是涉及一种宽范围输出的精准电压调节电路。


背景技术：

2.电压调节，指负载上电压均方根值的稳定性和控制程度；常用有关的其它参数，如输入电压变化、负载变化或温度变化等来说明。自动调节是电压调节的一种主要方式，目前自动调节一般实用的mcu的精度在0.5%
‑
1%之间。
3.然而，对于宽范围输出电源来讲，采用上述的调节方式会导致精度较差。如果需要更高的精度就需要增加mcu精度和周围器件精度才能达到更高要求。
4.但是通过上述的方式，成本也会成倍的增加，而对于现在的电源行业来说，电源成本的控制是整个电源行业的重中之重。


技术实现要素：

5.为了在尽可能保证电压调节的精度的前提下，同时尽量降低电压调节的成本，本技术提供一种宽范围输出的精准电压调节电路。
6.本技术提供的一种宽范围输出的精准电压调节电路采用如下的技术方案：一种宽范围输出的精准电压调节电路，包括电压采样电路、第一调节电路和稳压电路，所述电压采样电路连接于所述稳压电路的输入负极，还包括：第二调节电路，输出端与所述第一调节电路的输出端并联，且共同串联于所述稳压电路的输入控制正极；所述第二调节电路包括第一电阻器r1、第一电容器c1和第二电阻器r2；第一电阻器r1，一端用于接收方波占空比信号，另一端电连接有第一电容器c1；第一电容器c1，一端与所述第一电阻器r1电连接，另一端接地；第二电阻器r2，所述第一电容器c1和所述第一电阻器r1电连接的一端共同与所述第二电阻器r2的一端相连，所述第二电阻器r2的另一端与所述稳压电路的输入控制正极连接。
7.通过采用上述技术方案，电压采样电路接收输入的电压信号，同时第一调节电路接收占空比可调的方波占空比信号，方波占空比信号通过滤波之后转换为直流信号，电压采样电路接收的电压信号和直流信号均输入到稳压电路中后输出，同时为了进一步提高电压调节的精度，第二调节电路接收方波占空比信号，方波占空比信号经过第一电阻器r1和第一电容器c1滤波之后将方波占空比信号转换为直流信号，然后直流信号与第一调节电路的直流信号配合进一步提高稳压电路输出的电压精度，且不需要更换mcu精度和周围器件精度，能够降低电压调节的成本。
8.可选的，所述第二调节电路还包括：第三电阻器r3，串联于所述第一电阻器r1和所述第二电阻器r2之间；第二电容器c2，一端电连接于所述第二电阻器r2与所述第三电阻器r3之间，另一
端接地。
9.通过采用上述技术方案，经过r1和c1滤波之后的直流信号经过第三电阻器r3和第二电容器c2进一步进行滤波，能够进一步提高直流信号的平滑性，降低输出电压的波动范围，提高信号输出的稳定性。
10.可选的，所述第二调节电路还包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器串联于所述第二电阻器r2和所述第三电阻器r3之间，所述第三电阻器r3与所述第二电容器c2电连接的一端共同与所述第一运算放大器的输入正极电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电阻器r2电连接。
11.通过采用上述技术方案，第一运算放大器接收进一步滤波的电压信号，电压信号经过第一运算放大器放大之后输出，从而能够进一步提高信号的稳定性。
12.可选的，所述第一调节电路包括：第四电阻器r4，一端用于接收方波占空比信号，另一端电连接有第三电容器c3；第三电容器c3，一端与所述第四电阻器r4电连接，另一端接地；第五电阻器r5，所述第三电容器c3和所述第四电阻器r4电连接的一端共同与所述第五电阻器r5的一端相连，所述第五电阻器r5的另一端与所述稳压电路的输入控制正极连接。
13.通过采用上述技术方案，输入第一调节电路的方波占空比信号经过第四电阻器r4和第三电容器c3的滤波之后转换为直流信号信号，然后经过第五电阻器r5输出到稳压电路，从而能够方便信号的运算。
14.可选的，所述第一调节电路还包括：第六电阻器r6，串联于所述第四电阻器r4和所述第五电阻器r5之间；第四电容器c4，一端电连接于所述第四电阻器r4与所述第六电阻器r6之间，另一端接地。
15.通过采用上述技术方案，经过r4和c3滤波之后的电压信后经过第六电阻器r6和第四电容器c4进一步滤波，进一步提高信号的平滑性，进一步降低信号的波动范围，提高信号输出的稳定性。
16.可选的，所述第一调节电路还包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器串联于所述第五电阻器r5和所述第六电阻器r6之间，所述第六电阻器r6与所述第四电容器c4电连接的一端共同与所述第二运算放大器的输入正极电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻器r5电连接。
17.通过采用上述技术方案，第二运算放大器接收进一步滤波的电压信号，电压信号经过第二运算放大器放大之后输出，从而能够进一步提高信号的稳定性。
18.可选的，所述第二运算放大器的电源正极与电源负极之间串联有第五电容器c5，所述第五电容器c5接地。
19.通过采用上述技术方案，电源为第二运算放大器进行供电时，第五电容器c5能够对电源信号进行滤波，从而能够降低电源对第二运算放大器的干扰，提高输出信号的稳定性。
20.可选的，所述稳压电路与所述第二电阻器r2之间电连接有第六电容器c6，所述第六电容器c6远离所述第二电阻器r2的一端接地。
21.通过采用上述技术方案，第一调节电路和第二调节电路进入到稳压电路的信号经过第六电容器c6进一步滤波，从而进一步提高输出信号的稳定性，进一步提高电压调节的稳定性。
22.可选的，所述电压采样电路的输出端依次串联有第七电容器c7和第七电阻器r7，所述第七电阻器r7远离所述第七电容器c7的一端与所述稳压电路的输出端电连接。
23.通过采用上述技术方案，第七电阻器r7与第七电容器c7以及稳压电路之间形成一个环形电路，从而能够增加稳压电路输出信号的平滑性，进一步提高输出信号的稳定性和精准性。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.方波占空比信号经过第一电阻器r1和第一电容器c1滤波之后，与第一调节电路配合，将两个直流信号信号输出到稳压电路，同时电压采样电路输入电压信号，然后经过稳压电路后输出，从而进一步提高电压调节的精确度，同时降低电压调节的成本；2.经过第一电阻器r1和第一电容器c1滤波之后的信号再次经过第三电阻器r3和第二电容器c2滤波之后，能够提高输入信号的平滑性，从而提高电压调节的稳定性，进而提高调节的精确度；3.经过两次滤波之后的信号经过第一运算放大器之后能够进一步提高信号的稳定性，同时第一运算放大器能够防止信号的倒流，提高电压调节的稳定性，从而提高电压调节的精确度。
附图说明
25.图1是本技术实施例中一种宽范围输出的精准电压调节电路的电路图；图2是本技术实施例中rc滤波电路的电路图；图3是本技术实施例中pwm滤波波形的示意图；图4是本技术实施例中电容两端电压与pwm占空比的关系示意图。
26.附图标记说明：1、第一运算放大器；2、第二运算放大器；3、第三运算放大器。
具体实施方式
27.以下结合附图1
‑
4对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开一种宽范围输出的精准电压调节电路。
29.参照图1，宽范围输出的精准电压调节电路包括：电压采样电路、第一调节电路、稳压电路和第二调节电路。上述的电路均集成于同一个芯片中，通过一个电源进行供电。电压采样电路的输出端与稳压电路输入负极电连接，第一调节电路与第二调节电路并联之后电连接于稳压电路的输入控制正极。电压采样电路接入输入电压，同时方波占空比信号进入到第一调节电路和第二调节电路之后进入到稳压电路，然后将调节后的电压从稳压电路输出。通过第一调节电路和第二调节电路的相互配合，对输入的电压进行调节，从而提高电压调节的精度，降低电压调节的成本。
30.参照图2，输入的方波占空比信号（pwm）是一种周期固定，高低电平和占空比可调的信号。pwm通过简单的rc滤波网络可得到与信号占空比成现行关系的直接电压，从而实现
d/a转换。
31.滤波电路中的r0,c0参数与pwm的周期以及直流信号的精度要求直接相关。假设pwm波的频率为f，高电平的电压为v，占空比为a。如果rc网络的时间常数远大于pwm波的周期t，vin和vout波形参照图3，瞬态时：vin在高电平时间内向电容充电，电容积累电荷，在低电平时间内电容向vin放电，电容释放电荷。电容积累的电荷数多于释放的电荷数。因此电容电容两端的直波电压不断爬升，最终达到稳态。
32.参照图4，处于稳态时，电容积累的电荷与释放的电荷数量相等，因此电压会在一个稳定的电压值附近做小幅度的波动，忽略这样的纹波，则电容两端的电压与 pwm占空比呈线性关系。
33.当t<th 时，电容充电，电容两端电压表示为：，由于t=(th+tl)<<r1c1 ，所以t/(r1c1)<<1 ，利用级数展开，得到：。
34.当t=th时，，当t>th且t<th+tl时，。
35.当t=th+tl 时，，在这样的稳态下，电容在一个周期内的充放电会相等，所以有v1=v3，即，忽略二阶小量，得到：，由于pwm的占空比定义为：，所以，。
36.由于v1=v3≈v2，所以当电路处理稳态时，电容两端的电压近似为直流信号，表示为：。可见，电容两端的电压与pwm高低电平之差以及占空比成比例关系。直流信号精度定义为：，综上所述：设计pwm方波rc滤波电路，根据响应时间要求确定时间常数，并且使rc时间常数远大于pwm周期。rc充放电时间常数应尽量相等。所以最终结论：稳定电压vout=v
×
（为占空比）。参照图4，其中v1表示达到一个占空比时的电压，v2表示达到两个占空比时的电压，v3表示达到三个占空比时的电压，th表示高电平转低电平的持续时间，tl表示低电平转高电平的持续时间。
37.参照图1，稳压电路包括第三运算放大器3。电压采样电路包括若干相互串联的电阻器，本实施例中优选为两个电阻器，分别为第八电阻器r8和第十电阻器r10。第十电阻器r10远离第八电阻器r8的一端与第三运算放大器3的输入负极电连接。同时第十电阻器r10
与第三运算放大器3之间电连接有第九电阻器r9，第九电阻器r9的另一端接地。交流电压从第八电阻器r8远离第十电阻器r10的一端输入，经过三个电阻器进行分压之后输入到第三运算放大器3内。
38.第九电阻器r9和第三运算放大器3之间电连接有第七电容器c7，且第七电容器c7的另一端串联有第七电阻器r7，第七电阻器r7远离第七电容器c7的一端与第三运算放大器3的输出端电连接。第七电阻器r7、第七电容器c7与第三运算放大器3之间形成一个环路，经过第三运算放大器3输出的电压信号经过第七电阻器r7和第七电容器c7之后，能够提高电压信号的平滑性，降低信号的波动从而提高输出电压信号的精确度。
39.参照图1，第一调节电路包括依次串联的第四电阻器r4、第六电阻器r6第二运算放大器2和第五电阻器r5，以及一端电连接于第四电阻器r4和第六电阻器r6之间的第三电容器c3，一端电连接于第六电阻器r6和第二运算放大器2输入正极之间的第四电容器c4。第三电容器c3的另一端和第四电容器c4的另一端电连接并同时接地。
40.方波占空比信号经过第四电阻器r4的一端输入，并经过第三电容器c3进行初步的滤波，从而将方波占空比信号转换为电压信号，然后电压信号经过第六电阻器r6和第四电容器c4之后进一步进行滤波，从而提高电压信号的平滑性，然后电压信号经过第二运算放大器2的输出端之后，经过第五电阻器r5输入到第三运算放大器3中，从而能够实现电压调节的同时，提高电压信号调节的准确性。
41.同时，第二运算放大器2的电源正极电连接有输入电源vcc+，用于为电路进行供电。同时第二运算放大器2的电源负极接地，且第二运算放大器2的输入正极与输入负极之间串联有第五电容器c5。第五电容器c5能够对输入电源进行滤波，从而降低电源对电压信号的影响，进一步提高电压调节的稳定性与准确性。且第二运算放大器2的输入负极与输出端电连接，能够进一步提高电压输出的稳定性。
42.参照图1，第二调节电路包括依次串联的第一电阻器r1和第二电阻器r2，第一电阻器r1和第二电阻器r2之间电连接有第一电容器c1，第一电容器c1的一端电连接于第一电阻器r1和第二电阻器r2之间，另一端接地。方波占空比信号经过第一电阻器r1和第一电容器c1滤波之后将方波占空比信号转换为直流信号，然后直流信号与第一调节电路的直流信号配合进一步提高稳压电路输出的电压精度，且不需要更换mcu精度和周围器件精度，能够降低电压调节的成本。
43.第二调节电路还包括串联于第一电阻器r1和第二电阻器r2之间的第三电阻器r3和第一运算放大器1，第三电阻器r3和第一运算放大器1的输入正极之间电连接有第二电容器c2，第二电容器c2的一端电连接于第三电阻器r3和第一运算放大器1输入正极之间，另一端接地。
44.方波占空比信号经过第一电阻器r1的一端输入，并经过第一电容器c1进行初步的滤波，从而将方波占空比信号转换为电压信号，然后电压信号经过第三电阻器r3和第二电容器c2之后进一步进行滤波，从而提高电压信号的平滑性，然后电压信号经过第一运算放大器1的输出端之后，经过第二电阻器r2输入到第三运算放大器3中，从而能够实现电压调节的同时，提高电压信号调节的准确性。
45.同时，第一运算放大器1的输入负极与输出端电连接，能够进一步提高电压输出的稳定性。
46.参照图1，第五电阻器r5远离第二运算放大器2的一端，以及第二电阻器r2远离第一运算放大器1的一端电连接，且第五电阻器r5和第二电阻器r2电连接的位置与第三运算放大器3的输入正极之间并联有第六电容器c6，第六电容器c6的另一端接地。经过第一调节电路和第二调节电路之后的电压信号经过第六电容器c6再次进行滤波，从而进一步提高电压信号的平滑性，从而提高最终输出的电压信号的稳定性和准确性。
47.具体来说，参照图1，根据上述pwm计算a、b两点电压，简称va、vb。va = vc ：，vb= vd：，由此可知c、d两点的电压，根据c、d两点电压可以计算出e点的电压，简称ve。根据图1可知三个运算放大器输入脚的特性可知输入阻抗无穷大，则+，由此可得e点电压ve=。
48.e点电源电压在整个电源中为电源基准电压，电源输出v0通过r8和r10采样后，与r9分压得到f点电压vf，即vf=ve，通过g点来控制电源主控芯片输出设置电压。调节电源主功率输出电压高低只需要改变e点电压值即可满足电源输出在规定范围内变化。a、b、c、d、e和f点的位置可参照图1中标记的各个点的位置。
49.举例来说，假设输出电压为20 vdc
ꢀ‑
60 vdc，输出电压调整精度为0.5%，假设芯片mcu的pwm的精度为1%，频率：2khz
‑
3khz，mcu1的占空比为：0%
‑
100%，mcu2的占空比为：0%
‑
100%，r5为3kω，r2为300kω，r8为20kω，r9为3kω，r10为20kω，v1=v2=5v，对第一调节电路的输入简称pwm1，对第二调节电路的输入简称pwm2。
50.则根据ve=可得，v0=，因为v0的变化范围为20 vdc
ꢀ‑
60 vdc，则vf==≈1.395
…
4.186(v)，则vc根据va = vc ：可得，vc ： = 1.395
…
4.186(v)，pwm1= 5/（1.395
…
4.186）=27.90%
‑
83.72%，从上式可得，输出电压从20vdc
‑
60vdc输出时pwm占空比从27.90%
‑
83.72%，可得pwm1调整了的53.82%占空比，pwm1变化1%时，vf最小变化为（4.186
‑
1.395）/53.82≈0.05v，输出v0最小变化为(60
‑
20)/53.82%=0.74v。因为要满足0.5%输出，调整精度从20vdc
‑
60vdc调整最小步进为（60
‑
20）*0.5%=0.2v。
51.根据vf=ve可知，v0每变化0.2v对应ve最小变化量，举例说明v0=20v与v0=20.2v比较ve。v
f20
==≈1.395vv
f20.2
==≈1.409v，v
f20.2
‑
v
f20
=1.409
‑
1.395=0.014，pwm1每变化1%时vf变化0.05v满足不了0.014要求。因此增加了第二调节电路。
52.pwm2进行微调pwm2的占空比可从1%
‑
100%，即vb=0
‑
5v，ve=，vb= vd：，假设输出电压v0=20v时，pwm1=27.90%占空比，点将pwm2调整1%占空比，则可得ve==≈1.382v，ve电压变化量为1.395v
‑
1.382v=0.013v，
能够满足0.014v的要求。所以在在整个v0输出电压调节中经过mcu内部计算，当vf调节幅度大于0.05v以上时mcu可调pwm1的占空比，当vf调节幅度小于0.05v可调pwm2的占空比，通过pwm1和pwm2的相互配合使用来达到高精度输出。
53.本技术实施例一种宽范围输出的精准电压调节电路的实施原理为：需要调节电压时，当vf调节幅度大于0.05v时，首先调节第一调节电路的占空比，进而控制e点的输出电压，当vf调节幅度小于0.05v时，调节第二调节电路的占空比，使第二调节电路与第一调节电路相互配合，从而提高电压输出的精度，同时降低电压调节的成本。
54.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。