一种高精度负电源电路

技术领域

本发明涉及供电技术领域，特别涉及一种高精度负电源电路。

背景技术

液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具有画质好、体积小、重量轻、低驱动电压、低功耗、无辐射和制造成本相对较低的优点，目前在平板显示领域占主导地位，液晶显示装置非常适合应用在台式计算机、掌上型计算机、个人数字助理(PersonalDigitalAssignment，PDA)、便携式电话、电视和多种办公自动化和视听设备中。液晶显示模组是液晶显示装置的关键零部件之一，液晶显示器在出厂前，通常需要采用老化测试装置对液晶显示模组进行老化测试。

在液晶显示模组的老化测试，通常需要提供多路正电源及负电源，以测试液晶显示模组在不同电源的供电下的工作电压及工作电流情况，对于液晶显示模组的老化测试中的所需的多路电源的精确度较高，尤其是在AR、VR产业中所需的微型显示屏，其所需的电源则需要更为精确的输出控制。有鉴于此，本司设计了一款具有高精确度、电压调节范围大的负电源。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度负电源电路。

本发明要解决的是现有负电源电路精度不高的问题。

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种高精度负电源电路，包括：处理器；电源降压模块，所述电源降压模块接入外接电源，并对外接电源进行电压调节，所述电源降压模块的输出端输出供电电源；电源调节模块，所述电源调节模块与所述电源降压模块的反馈端及处理器相连，所述电源调节模块根据处理器的控制命令向所述电源降压模块的反馈端输入调节信号；电源回读模块，所述电源回读模块与所述电源降压模块的输出端及处理器相连，所述电源回读模块用于回读所述供电电源的反馈信号，并将该电源信号传输至所述处理器；电压校准模块，所述电压校准模块与所述电源回读模块相连，所述电压校准模块用于校准所述电源回读模块回读的反馈信号；电压隔离模块，处理器通过所述电压隔离模块分别与所述电源回读模块及所述电源调节模块相连，用于所述电源回读模块及所述电源调节模块与所述处理器之间的通信隔离。

进一步地，所述电源回读模块包括模数转换组件、电流采集组件、电压采样组件及隔离组件；所述电流采集组件分别连接所述电源降压模块的输出端及模数转换组件输入端相连；所述电流采集组件用于采集所述供电电源的电流信号并传输至模数转换组件；所述隔离组件分别与所述电源降压模块的输出端及电压采样组件的输入端相连，所述电压采样组件的输出端与所述模数转换组件的输入端相连，所述电压采样组件用于采集所述供电电源的电压信号并传输至模数转换组件，所述隔离组件用于隔离所述电压采样所采集的输出端的电压与外界电路。

进一步地，所述电源调节模块包括数模转换组件及与所述数模转换组件相连的电压跟随组件，所述数模转换组件与所述电压隔离模块相连，所述电压跟随组件与所述电源降压模块的反馈端相连；所述数模转换组件用于根据经过电压隔离模块隔离后的处理器的控制命令输出指定的电压信号，所述电压跟随组件用于根据电压信号输出调节信号。

进一步地，所述电压跟随组件包括放大器，所述放大器的同相输入端与所述数模转换组件的输出端相连，所述放大器的反相输入端通过电阻与所述放大器的输出端相连，所述放大器的输出端与所述电源降压模块的反馈端相连。

进一步地，所述数模转换组件包括数模转换芯片，所述数模转换芯片的时钟引脚及数据引脚与所述电压隔离模组相连，所述数模转换芯片的输出端与所述电压跟随组件相连。

进一步地，所述隔离组件包括与处理器相连的开关管、与开关管相连的继电器；所述继电器的动触点与所述电压采集组件相连，所述继电器的常开触点与所述供电电源相连，所述开关管与所述继电器的线圈相连，从而通过处理器控制所述开关管的开断来控制动触点与常开触点的开断；所述电压采集组件包括放大器，放大器的同相输入端对应连接正极的动触点，放大器的反相输入端对应连接负极的动触点；放大器的反相输入端通过电阻与其输出端相连，所述放大器的输出端与所述模数转换组件相连。

进一步地，负电源电路还包括与所述电流采集组件相连的输出控制组件，所述控制组件包括继电器、与所述继电器的线圈相连的开关管，所述开关管与所述处理器相连，所述继电器的动触点与所述电流采集组件的采样电阻远离所述电源降压模块的输出端的一端相连，所述继电器的常开触点为最终输出端。

进一步地，负电源电路还包括电源指示组件，所述电源指示组件包括限流电阻及阳极与所述限流电阻相连的发光二极管，所述限流电阻的另一端与所述开关管和所述处理器的公共端相连，所述发光二极管的阴极接地。

进一步地，负电源电路还包括电流校对组件，所述电流校对组件包括与处理器相连的第二开关管、线圈与所述第二开关管相连的第二继电器、与所述第二继电器的常开触点相连的大功率电阻，所述大功率电阻的另一端接地，所述第二继电器的动触点与所述最终输出端相连，处理器控制所述第二开关管的开断来控制其动触点与常开触点的开断。

进一步地，还包括隔离电源组件，所述隔离电源组件的输入端连接于所述处理器的电源输出端，所述隔离电源组件用于输出与处理器不共地的若干不同电压值的隔离电源。

与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：

(1)本发明的负电源电路，电源降压模块外接外部电源，并将外部电源进行降压调节至所需电压值的供电电源。电源回读模块采集供电电源的信息，并将采集到的供电电源信号通过电压隔离模块传输至处理器，通过处理器判断采集的电压是否在预设范围内，若超过预设值，处理器则通过电压隔离模块发送控制命令至电源调节模块，控制电源调节模块输出不同的电压对供电电源进行调节。通过电压隔离模块电源回读模块及电源调节模块与处理器之间的通信隔离，通过电压校准模块及电源回读模块使得采集信号更加精准，并且通过电源调节模块的调节使得输出的负电源具有更高的精度、更大范围的电压。

(2)本发明的电源调节模块包括数模转换组件及电压跟随组件，数模转换组件根据经过电压隔离模块隔离后的处理器的控制命令输出指定电压，指定电压经过电压跟随组件放大后电压不变，电流输出能力增强，从而实现输出大功率的负电源，并且，由于电压跟随组件对电流的放大，从而使得电压跟随组件上一级是输出电流可以较小。

(3)本发明的电源回读模块，通过隔离组件实现与外界电路的完全隔离，当关断继电器K1时，采集回读回路与外界电路完全隔离，从而对产品起到保护。

(4)本发明的电源指示组件连接在处理器的控制信号上，既能与电源输出同时工作，又能完全避开对电流采样造成干扰。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高精度负电源电路的原理框图；

图2是本发明实施例提供的高精度负电源电路的又一原理框图；

图3是本发明实施例提供的电源降压模块的原理图；

图4是本发明实施例提供的电源调节模块及电压隔离模块的原理图；

图5是本发明实施例提供的模数转换组件分别与电压校准模块及电压隔离模块的原理图；

图6是本发明实施例提供的电压采集组件的原理图；

图7是本发明实施例提供的电流采集组件的原理图；

图8是本发明实施例提供的高精度负电源电路的又一原理框图；

图9是本发明实施例提供的输出控制组件及电源指示组件的原理图；

图10是本发明实施例提供的电流校对组件的原理图；

图11是本发明实施例提供的电源模块的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，一种高精度负电源电路，包括处理器、电源降压模块、电源调节模块、电源回读模块、电压校准模块及电压隔离模块。电源降压模块接入外接电源，电源调节模块与电源降压模块的反馈端及处理器相连，电源回读模块与电源降压模块的输出端及处理器相连，电压校准模块与电源回读模块相连，电压隔离模块分别与电源回读模块及电源调节模块相连。

电源降压模块外接外部电源，并将外部电源进行降压调节至所需电压值的供电电源。电源回读模块采集供电电源的信息，包括但不限于电压信息及电流信息，并将采集到的供电电源信号通过电压隔离模块传输至处理器，通过处理器判断采集的电压是否在预设范围内，若超过预设值，处理器则通过电压隔离模块发送控制命令至电源调节模块，控制电源调节模块输出不同的电压对供电电源进行调节。通过电压隔离模块电源回读模块及电源调节模块与处理器之间的通信隔离，通过电压校准模块及电源回读模块使得采集信号更加精准，并且通过电源调节模块的调节使得输出的负电源具有更高的精度、更大范围的电压。

参阅图2，电源调节模块包括数模转换组件及与数模转换组件相连的电压跟随组件。数模转换组件与电压隔离模块相连，电压跟随组件与电源降压模块的反馈端相连，数模转换组件用于根据经过电压隔离模块隔离后的处理器的控制命令输出指定电压，电压跟随组件根据指定电压输出调节信号。指定电压经过电压跟随组件放大后电压不变，电流输出能力增强，提高供电电源的功率。

电源回读模块包括模数转换组件、电流采集组件、电压采样组件及隔离组件。电流采集组件分别连接电源降压模块的输出端及模数转换组件输入端相连，隔离组件分别与电源降压模块的输出端及电压采样组件的输入端相连，电压采样组件的输出端与模数转换组件的输入端相连。电流采集组件采集电源降压模块的输出端的电流信号并传输至模数转换组件，电压采样组件用于采集电源降压模块的输出端的电压信号并传输至模数转换组件，隔离组件隔离电压采样所采集的输出端的电压与外界电路，从而使得反馈线路实现完全隔离，当隔离组件关断时，反馈线路完全关断，从而保护产品。

参阅图3，电源降压模块包括电源管理芯片U1及若干电阻、电容，电源管理芯片U1的输入脚输入经过电解电容C2、电容C3及电容C4滤波后的外接24V电源，再经过电源管理芯片U1的降压调节后从8脚输出，电源管理芯片U1的1脚通过电容C1与8脚相连，电源管理芯片U1的8脚和电容C1的公共端通过电感L1及若干并联的电容(C6-C9)的滤波后输出供电电源VDD7，可以理解的是，电容C9D的一端接保护地PGND，另一端为供电电源VDD7，而保护地PGND的电位高于供电电源VDD7，因此供电电源VDD7输出的为负电源。电感L1和电容C1的公共端还连接有肖特基二极管D32，肖特基二极管D32的阴极与电感L1相连。本实施例中，电源管理芯片U1采用LMR14050，肖特基二极管D32采用PDS5100-13。

参阅图4，电压隔离模组包括数字隔离芯片U7，数模转换组件包括数模转换芯片U5，电压跟随组件包括放大器U2。数字隔离芯片U7采用ADUM1250ARZ-RL7，数字隔离芯片U7的2脚及3脚与处理器实现通信，即处理器发出控制命令，控制命令通过6脚和7脚传输至数模转换芯片U5的时钟引脚及数据引脚，从而使得数模转换芯片U5的输出端输出指定电压，该指定电压为0-3.3V连续可调，数模转化芯片U5采用MCP4725A0T-E/CH。放大器U2的同相输入端与数模转换芯片U5的输出端相连，放大器U2的反相输入端通过电阻R6与放大器U2的输出端相连，放大器U2的输出端与电源管理芯片U1的5脚即FB引脚相连。指定电压经过放大器U2的放大，电压不便，功率增大，从而可以提供更大的电流，进而使得从数模转换芯片U5传输过来的电流可以很小。

参阅图5，模数转换组件包括数模转化芯片U6，电压校准模块包括电压基准芯片U14，数模转化芯片U6用于读取电流采集组件及电压采样组件采集的电流信号及电压信号，并将该电流信号及电压信号通过数字隔离芯片U7传输至处理器，处理器分析回读的电压误差是否在预设值范围内，若超过预设值，处理器通过数字隔离芯片U7发送控制指令让电源管理芯片U5的输出不同的指定电压进行电压调节。

数模转化芯片U6的两输入脚分别连接电流采集组件和电压采样组件，数模转化芯片U6的另一输入脚与电压基准芯片U14的输出脚相连，通过输入参考电压，校准数模转化芯片U6读取的数据是否正确，以提高负电源的精确度。模数转换芯片U6采用ADS1015IDGSR。

参阅图6，隔离组件包括与处理器相连的开关管Q1、与开关管Q1相连的继电器K1。开关管Q1为NMOS管，开关管Q1的漏极接继电器K1的线圈、源极接地、栅极接处理器，通过处理器发送高低电平来控制开关管Q1的截止或导通，从而控制线圈是否通电，进而控制动触点与常开触点的开断。继电器K1的常开触点与供电电源相连，节电器的动触点与电压采集组件相连。具体的，继电器K1为双刀单掷，电源采集组件包括放大器U46，放大器U46的同相输入端对应连接正极的动触点，放大器U46的反相输入端对应连接负极的动触点。放大器的反相输入端通过电阻R148与其输出端相连，放大器U46的输出端经过电容C169滤波后输出至模数转换芯片U6的输入脚。通过处理器的VCTRL7引脚的控制信号来控制电压采集组件是否开始采集，从而起到隔离电压采集与外界电路的作用，反馈线路与外界线路实现完全隔离，当隔离组件关断时，反馈线路完全关断，从而保护产品。

参阅图7，电流采集组件包括运算放大芯片U44、串联在运算放大芯片U44的正负输入脚之间的采样电阻R141，采样电阻R141与负输入脚的公共端与供电电源VDD7相连，运算放大芯片U44的输出脚与模数转换芯片U6相连，运算放大芯片U44采用INA181A2IDBVT，采样电阻R141与放大器U46的反向输入端相连。通过采样电阻R141对供电电源的电流进行采样，再经过运算放大芯片U44的放大后传输至模数转换芯片U6进行读取。

参阅图8及图9，还包括输出控制组件及电源指示组件，输出控制组件连接于采样电阻R141与运算放大芯片U44的正输入脚相连的一端，控制组件包括继电器K7、与继电器K7的线圈相连的开关管Q9，开关管Q9为NMOS管，开关管Q9的栅极通过电阻R263连接处理器，同样受VCTRL7引脚的控制信号的控制，开关管Q9的源极接地，漏极接继电器K7的线圈，继电器K7的线圈的另一端接处理器的供电。继电器K7的动触点与采样电阻R141相连，继电器K7的常开触点为负电源电路的最终输出端VOUT7。通过处理器发送控制信号，同时控制最终输出导通以及导通电压采集组件。而供电电源VDD7经过采样电阻R141的电流采样后再输出，从而使得最终输出电压VOUT7是过滤掉了电流采样造成的压降后的电压，因而更精确。

电源指示组件包括限流电阻R146及阳极与限流电阻R146相连的发光二极管D20，限流电阻R146的另一端与处理器的VCTRL7引脚相连，发光二极管D20的阴极接地。当处理器的VCTRL7引脚发出高电平，则控制电压采集组件开始采集、控制负电源的最终输出端导通、同时控制发光二极管D20导通发光。传统的指示灯一般接于电源输出端口，即与VOUT7相连，但发光二极管D20亮起时亦有10mA的电流，因此对电流采样造成误差，而本实施例将指示灯组件连接在处理器的控制信号上，既能与电源输出同时工作(均受处理器VCTRL7引脚发出高电平控制)，又能完全避开对电流采样造成干扰。

参阅图10，还包括电流校对组件，电流校对组件包括与处理器的VCTRL9引脚相连的第二开关管Q2、线圈与第二开关管Q2相连的第二继电器K2、与第二继电器K2的常开触点相连的大功率电阻R33。第二开关管Q2的源极接地、漏极接第二继电器K2的线圈、栅极与处理器的VCTRL9相连，大功率电阻R33的另一端接地，第二继电器K2的动触点与最终输出端VOUT7相连，当处理器的VCTRL9引脚发送高电平时，第二开关管Q2导通，控制第二继电器K2的动触点移动至与常开触点导通，从而使得大功率电阻R33与最终输出端VOUT7导通，即与采样电阻R141相连通，进而对电流采样进行调节，例如，y＝ax+b，y为实际回读电流值，x为回读理论电流值，处理器控制数模转换芯片U5输出2次不同的指定电压，从而采集回读两次电流，比较采集回读电流值与理论电流值，若不一致，则调节参数a、b的数值，从而使得实际的回读采集电流值无限接近理论电流值，从而提高了采集回读的精度，进而提高了负电源电路的输出精度。

参阅图11，还包括电源模块，电源模块包括隔离电源组件及调压电源组件，隔离电源组件连接于处理器的电源输出端，隔离电源组件用于输出与处理器不共地的若干不同电压值的隔离电源。具体的，包括隔离稳压电源芯片U23，隔离稳压电源芯片U23的输入引脚接入处理器的5V供电，输出与处理器不共地的5V隔离电源，再通过稳压器U24的调压，输出不同电压值的隔离电源，例如N5V-7、N3.3V-7。调压电源组件为通过稳压器直接将处理器的5V供电降压输出3.3V电压。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。