数字可调恒压源及数字控制恒压源的方法

摘要

本发明公开了一种数字可调恒压源及数字控制恒压源的方法，该数字可调恒压源包括控制芯片、运算单元、缓冲单元与分压单元。控制芯片包括输出第一电压的第一数模转换器、输出第二电压的第二数模转换器与模数转换器。运算单元接收第一电压与第二电压，并依据权重值输出调整电压。分压单元接收缓冲单元所输出的结果电压并依据分压值输出第三电压至模数转换器。控制芯片依据分压值、第三电压与预设电压调整第一电压或第二电压，使结果电压实质上等于预设电压。因此，数字可调恒压源可利用数字的方式控制并输出固定的电压。

说明书

技术领域

本发明关于一种恒压源及控制恒压源的方法，特别关于一种数字可调恒压 源及数字控制恒压源的方法。

背景技术

由于电子产业的快速发展，为了因应市场的多元化需求，现有的恒压源种 类很多。如中国专利公开第101882879号所揭露的一种恒流源转恒压源电路， 其包括：与交流电流源电连接的开关电路模块，用于将所述开关电路模块输出 的交流电转换成直流电、并为后级负载提供直流电的整流滤波模块，用于根据 所述整流滤波模块的输出电压变化状态输出控制信号控制所述开关电路模块导 通或断开的比较器迟滞模块，以及为所述比较器迟滞模块提供参考电压的供电 模块。上述恒流源转恒压源电路存在有无法利用数字位方式控制恒压源的缺点。

为了改善上述问题，中国专利公告第201007805号提供一种数字可调恒流 恒压源，数字可调恒流恒压源包括放大电路、驱动电路、采样电路、负反馈电 路及误差调整电路；外接的输入信号经放大电路放大后，再经驱动电路进行功 率放大，并输出供负载；在输出端串联采样电路，经负反电路补偿及误差调整 电路自动调整后，输出精准的电流和电压。上述数字可调恒流恒压源于微电流 测试时具有高精度且稳定度高，但其电路架构复杂，无法降低制作成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种数字可调恒压源及数字控制恒压 源的方法，一方面可因应市场多元化需求，另一方面可解决先前技术所存在无 法降低制作成本的问题。

依据本发明所揭露的数字可调恒压源的一实施例，数字可调恒压源包括具 有参考电压的控制芯片、运算单元、缓冲单元与分压单元。其中，控制芯片包 括用以输出第一电压的第一数模转换器、用以输出第二电压的第二数模转换器 与用以接收第三电压的模数转换器，第一电压、第二电压与第三电压皆小于或 等于参考电压。运算单元用以接收第一电压与第二电压，并依据权重值输出调 整电压，权重值与预设电压有关。缓冲单元用以接收调整电压而输出结果电压， 分压单元接收结果电压并依据分压值输出第三电压。控制芯片可依据分压值、 第三电压与预设电压调整第二数模转换器所输出的第二电压，使结果电压实质 上等于预设电压。

在一实施例中，数字可调恒压源更包括开关单元，开关单元配置于控制芯 片与运算单元间，使第一数模转换器的输出端选择性地连接运算单元或分压单 元。

其中，当该输出端与该分压单元连接时，该分压单元输出一第四电压至该 模数转换器，该控制芯片依据该第四电压与该第一电压获得该分压值。

其中，该运算单元包括一第一运算放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第 三电阻与一第四电阻，该第一电阻的一端用以接收该第一电压，该第一电阻的 另一端连接该第一运算放大器的一正输入端，该第二电阻的一端用以接收该第 二电压，该第二电阻的另一端连接该正输入端，该第三电阻的一端接地，该第 三电阻的另一端连接该第一运算放大器的一负输入端，该第四电阻的一端连接 该负输入端，该第四电阻的另一端连接该第一运算放大器的一输出端。

其中，该控制芯片为一MSP430F1611芯片或一STM32F103ZC芯片。

依据本发明所揭露的数字控制恒压源的方法的一实施例，数字控制恒压源 的方法包括：输出第一电压与第二电压至运算单元；通过运算单元进行运算程 序而输出调整电压至缓冲单元，运算程序与预设电压有关；通过分压单元接收 经过缓冲单元的调整电压，并依据分压值而输出第三电压；以及接收第三电压 并依据分压值、第三电压与预设电压调整第一电压或第二电压，使结果电压实 质上等于预设电压。

在一实施例中，数字控制恒压源的方法更可包括：输出第一电压至分压单 元而获得第四电压；以及依据第四电压与第一电压获得分压值。

依据本发明所揭露的数字可调恒压源及数字控制恒压源的方法，可利用数 字的方式控制并输出固定的电压。可通过开关单元使第一模拟转换器电性连接 于分压单元，以获得分压单元的精确分压值，进而使得数字可调恒压源所输出 的电压不会受运作的温度与各组件的精准度的影响。当开关单元使第一模拟转 换器电性连接于运算单元时，可通过控制芯片调整第一电压或第二电压，以使 结果电压实质上等于预设电压。再者，由于本发明所揭露的数字可调恒压源的 电路架构简单，使得制作成本较现有数字可调恒压源低。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。

附图说明

图1为依据本发明所揭露的数字可调恒压源的一实施例电路方块示意图。

图2为应用于图1的开关单元使第一数模转换器与运算单元电性连接的数 字控制恒压源的方法的一实施例流程示意图。

图3为依据图1的运算单元的一实施例电路结构示意图。

图4为依据图1的缓冲单元的一实施例电路结构示意图。

图5为依据图1的分压单元的一实施例电路结构示意图。

图6为应用于图1的开关单元使第一数模转换器与分压单元电性连接之数 字控制恒压源的方法的一实施例流程示意图。

其中，附图标记：

100：数字可调恒压源

102：控制芯片

104：运算单元

106：缓冲单元

108：分压单元

110：第一数模转换器

112：第二数模转换器

114：模数转换器

116：开关单元

117：第一运算放大器

118：第一电阻

120：第二电阻

122：第三电阻

124：第四电阻

126、134：正输入端

128、136：负输入端

130、138：输出端

132：第二运算放大器

140：第五电阻

142：第六电阻

具体实施方式

请参照图1，为依据本发明所揭露的数字可调恒压源的一实施例电路方块 示意图。在本实施例中，数字可调恒压源100包括具有参考电压Vr的控制芯 片102、运算单元104、缓冲单元106与分压单元108。其中，控制芯片102包 括第一数模转换器110、第二数模转换器112与模数转换器114。运算单元104 分别与第一数模转换器110、第二数模转换器112与缓冲单元106电性连接， 缓冲单元106与分压单元108电性连接，分压单元108与模数转换器114电性 连接。其中，控制芯片102可为但不限于MSP430F1611芯片或STM32F103ZC 芯片，参考电压Vr可为但不限于二点五伏特(Voltage，V)。第一数模转换器 110用以输出第一电压V1，第二数模转换器112用以输出第二电压V2，第一 电压V1可为但不限于2伏特，第二电压V2可为但不限于1伏特。需注意的是， 第一电压V1与第二电压V2都需小于或等于参考电压Vr。

在本实施例中，数字可调恒压源100更可包括开关单元116，开关单元116 配置于控制芯片102与运算单元104间，使第一数模转换器110的输出端(未 标示)选择性地连接运算单元104或分压单元108，以下先针对开关单元116 使第一数模转换器110的输出端(未标示)连接运算单元104进行说明，关于 开关单元116使第一数模转换器110的输出端(未标示)连接分压单元108的 说明请容后详述。

请参照图2，为应用于图1的开关单元使第一数字模拟转换与运算单元电 性连接的数字控制恒压源的方法的一实施例流程示意图。数字控制恒压源的方 法包括：

步骤202：输出第一电压与第二电压至运算单元；

步骤204：通过运算单元进行运算程序而输出调整电压至缓冲单元，运算 程序与预设电压有关；

步骤206：通过分压单元接收经过缓冲单元的调整电压，并依据分压值而 输出第三电压；以及

步骤208：接收第三电压并依据分压值、第三电压与预设电压调整第一电 压或第二电压，使结果电压实质上等于预设电压。

上述步骤204所述的运算程序可为将第一电压V1与权重值A相乘再加上 第二电压V2而输出调整电压Va。需注意的是，权重值A与预定电压Vp有关， 也就是说，权重值A的大小调整为了使调整电压Va更接近预定电压Vp，但本 实施例并非用以限定本发明。换句话说，运算程序也可固定权重值A，通过调 整第一电压V1，使调整电压Va更接近预定电压Vp。其中，权重值A可为但 不限于大于3.5且小于4.5。

请参照图3，为依据图1的运算单元的一实施例电路结构示意图。运算单 元104可包括第一运算放大器117、第一电阻118、第二电阻120、第三电阻122 与第四电阻124。第一电阻118的一端与第一数模转换器110电性连接，第一 电阻118的另一端连接第一运算放大器117的正输入端126。第二电阻120的 一端与第二数模转换器112电性连接，第二电阻120的另一端连接第一运算放 大器117的正输入端126。第三电阻122的一端接地，第三电阻122的另一端 连接第一运算放大器117的负输入端128。第四电阻124的一端连接第一运算 放大器117的负输入端128，第四电阻124的另一端连接第一运算放大器117 的输出端130。在本实施例中，第一电阻118的电阻值与第三电阻122的电阻 值都可为五万六千欧姆(Ohm，Ω)，第二电阻120的电阻值与第四电阻124 的电阻值都可为二十二万欧姆，调整电压Va可为3.94倍的第一电压V1加上 第二电压V2，但本实施例并非用以限定本发明。

上述的缓冲单元106可用以提高数字可调恒压源100所输出的功率，同时 也可避免数字可调恒压源100外部的负载对数字可调恒压源100产生影响。请 参照图4，为依据图1的缓冲单元的一实施例电路结构示意图。在本实施例中， 缓冲单元106可利用第二运算放大器132的正输入端134与第一运算放大器117 的输出端130电性连接，第二运算放大器132的负输入端136与第二运算放大 器132的输出端138电性连接，第二运算放大器132的输出电压为结果电压Vo， 但本实施例并非用以限定本发明。

在步骤206中所述的分压单元108可包括第五电阻140与第六电阻142(请 参照图5，为依据图1的分压单元的一实施例电路结构示意图)，其中第五电 阻140的一端分别与开关单元116及缓冲单元106的输出端电性连接(请参照 图1)，第五电阻140的另一端与第六电阻142的一端电性连接，第六电阻142 的另一端接地。其中，分压单元108的输出端介于第五电阻140与第六电阻142 间，分压单元108所输出的第三电压V3与分压值B有关，需注意的是，第三 电压V3需小于或等于参考电压Vr。分压值B实质上可依据第五电阻140的电 阻值R5与第六电阻142的电阻值R6而获得，即B＝R6/(R5+R6)。然而，实际 上分压值B会受数字可调恒压源100的运作温度与电阻的精确度(即第五电阻 140与第六电阻142的精确度)影响而产生误差。关于如何获得较精准的分压 值B的描述，请参照图6，为应用于图1的开关单元使第一数模转换器与分压 单元电性连接的数字控制恒压源的方法的一实施例流程示意图。

在图6中，数字控制恒压源的方法更包括：

步骤302：输出第一电压至分压单元而获得第四电压；以及

步骤304：依据第四电压与第一电压获得分压值。

当开关单元116使第一数模转换器110与分压单元108电性连接时，执行 步骤302。通过上述步骤302与步骤304可使控制芯片102有效掌握第一电压 V1与第四电压V4，也可精确的计算出分压值B，其中B＝V4/V1。需注意的是， 步骤302与步骤304可于执行步骤202前进行，以便获得较精确的分压值B。

上述步骤208中，控制芯片102可依据精确的分压值B、第三电压V3与 预设电压Vp调整第二电压V2，使缓冲单元106所输出的结果电压Vo实质上 等于预设电压Vp(即结果电压Vo可能与预设电压Vp间具有误差电压Ve，误 差电压Ve为数字可调恒压源100的精准度，误差电压Ve的产生可与数字可调 恒压源100中所有元件的精确度有关，在本实施例中，误差电压Ve可为但不 限于0.00067伏特)。需注意的是，第二电压V2需小于或等于参考电压Vr， 当结果电压Vo与预设电压Vp间的差距太大时可通过调整权重值A或第一电 压V1而使结果电压Vo实质上等于预设电压Vp。

依据本发明所揭露的数字可调恒压源及数字控制恒压源的方法，可利用数 字的方式控制并输出固定的电压(即结果电压Vo)且数字可调恒压源的精确度 可为但不限于0.00067伏特。可通过开关单元使第一数模转换器电性连接于分 压单元，以获得分压单元的精确分压值，进而使数字可调恒压源所输出的结果 电压稳定度高。当开关单元使第一数模转换器电性连接于运算单元时，可通过 调整权重值或第一电压(即大幅度的调整)或第二电压(即小幅度的调整)， 以使结果电压实质上等于预设电压。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这 些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。