自调节恒压源供电电路的制作方法

1.本公开涉及电子通信技术领域，尤其是涉及一种自调节恒压源供电电路。


背景技术：

2.在电子通信领域中，通信模组或mcu(microcontroller unit，微控制单元)对供电电压的稳定性有一定的要求。若是供电电压不稳定，则可能造成通信模组或mcu工作异常。
3.在现有技术中，一般使用dc/dc(direct-current/direct-current，直流转换为直流)电源或ldo(low dropout regulator，低压差线性稳压器)为通信模组或mcu供电。但是，ldo和dc/dc电源成本偏高，且两者的过流能力有限。虽然还可以采用在电路中串联分压电阻的方式进行分压供电，但是，在大电流的情况下，分压电阻消耗的功耗较高，使电路整体功耗增加，并且，分压电阻也容易被大电流损坏。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种自调节恒压源供电电路，能够克服输入至负载的电压受外界环境影响发生波动而使负载无法保持正常运行状态的问题。
5.本公开是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一方面，本公开提供了一种自调节恒压源供电电路，其与负载电连接。
7.所述自调节恒压源供电电路包括电连接的输出控制模块和反馈控制模块。其中，所述输出控制模块用于向所述负载输出与所述负载预设工作电压相匹配的第一电压；所述反馈控制模块用于检测所述第一电压的波动，并根据所述第一电压的波动输出第一控制电压至所述输出控制模块，以控制所述输出控制模块调节所述第一电压。
8.可选地，所述反馈控制模块包括：输入控制单元和第一反馈单元。其中，所述输入控制单元与电源电压输入端电连接，用于接收电源电压并输出参考电压至所述第一反馈单元，其中，所述参考电压与所述负载的预设工作电压相匹配；所述第一反馈单元分别与所述输入控制单元和所述输出控制模块电连接，用于检测所述第一电压相对于所述参考电压的波动，并根据所述第一电压的波动调整所述第一控制电压。
9.可选地，所述输出控制模块包括开关管。所述开关管的控制端与所述第一反馈单元电连接以接收所述第一控制电压、第一端与所述电源电压输入端电连接以接收所述电源电压、第二端与所述负载电连接以使所述输出控制模块在所述电源电压和所述第一控制电压的驱动下向所述负载输出所述第一电压。
10.可选地，所述输入控制单元包括第一分压子单元、第二分压子单元、稳压二极管、第一电容器。其中，所述第一分压子单元的第一端与所述电源电压输入端电连接、第二端与所述第二分压子单元的第一端电连接；所述第二分压子单元的第二端接地；所述稳压二极管与所述第二分压子单元并联，并且，所述稳压二极管的第一端与所述第二分压子单元的第一端电连接、第二端接地；所述第一电容器与所述第二分压子单元并联，并且，所述第一电容器的第一端与所述第二分压子单元的第一端电连接、第二端接地；所述稳压二极管和
所述第一电容器用于稳定所述第二分压子单元的第一端的电压，其中，所述第二分压子单元的第一端的电压为所述参考电压。
11.可选地，所述第一反馈单元包括运算放大器。所述运算放大器的正向输入端与所述第二分压子单元的第一端电连接、反向输入端与所述开关管的第二端电连接、输出端与所述开关管的控制端电连接、第一电源引脚与所述电源电压输入端电连接、第二电源引脚接地。
12.基于上述的自调节恒压源供电电路，当所述运算放大器的反向输入端的电压随所述开关管的第二端的电压发生波动时，所述运算放大器检测所述正向输入端与所述反向输入端之间的第一电压差值，并根据所述第一电压差值及所述运算放大器的反馈系数调整所述第一控制电压并通过所述输出端将所述第一控制电压施加在所述开关管的控制端上；所述开关管的控制端根据所述开关管的控制端的电压控制流经所述开关管的电流值，进而调节所述开关管的第二端的电压。
13.可选地，所述输出控制模块还包括第一电阻器；所述第一电阻器的第一端与所述开关管的控制端电连接、第二端接地。
14.可选地，所述反馈控制模块还包括第二反馈单元，用于根据所述负载输出的调节控制指令向所述开关管的控制端输出第二控制电压，以控制流经所述开关管的电流的大小。
15.可选地，所述第二反馈单元包括：第二电容器、半导体三极管、第二电阻器。其中，所述第二电容器的第一端与所述负载电连接、第二端接地；所述半导体三极管的基极与所述第二电容器的第一端电连接、集电极与所述电源电压输入端电连接、发射极与所述第二电阻器的第一端电连接；所述第二电阻器的第二端接地，其中，所述半导体三极管的发射极与所述开关管的控制端电连接。
16.基于上述自调节恒压源供电电路，当所述负载的处理单元判断出所述第一电压与所述负载的预设工作电压不匹配时，所述处理单元获取所述第一电压与所述负载的预设工作电压的第二电压差值，并根据所述第二电压差值向所述第二反馈单元输出所述调节控制指令，所述调节控制指令包括具有与所述第二电压差值相应占空比的数字信号，所述数字信号经所述第二电容器转换成相应的模拟电压后施加在所述半导体三极管的基极上，进而使所述半导体三极管的发射极输出相应的交变电流；在所述交变电流的作用下，所述第二电阻器的第一端的电压为所述第二控制电压，所述第二控制电压施加在所述开关管的控制端，以控制流经所述开关管的电流大小。
17.可选地，所述第一反馈单元还包括第三电阻器。所述第三电阻器的第一端与所述开关管的控制端电连接、第二端与所述运算放大器的输出端电连接。
18.可选地，所述输出控制模块还包括：第四电阻器、开关、滤波补偿子单元。其中，所述第四电阻器与所述开关管串联，所述第四电阻器的第一端与所述电源电压输入端电连接、第二端与所述开关管的第一端电连接；所述开关的第一端与所述开关管的第二端电连接、第二端与所述负载电连接，其中，所述负载的电压接收端的电压为所述第一电压；所述滤波补偿子单元与所述开关并联，所述滤波补偿子单元的第一端与所述开关的第二端电连接、第二端接地，其中，所述滤波补偿子单元包括多个电容器，并且所述多个电容器并联
19.本公开提供了一种自调节恒压源供电电路。其中，本公开提供的自调节恒压源供
电电路利用电阻器、电容器等分散元件，以及nmos晶体管、三极管、运算放大器等搭建得到一个具备自我反馈调节能力的恒压输出电路。该自调节恒压源供电电路通过对电压输出端形成反馈调节控制闭环，从而提高了输出电压的稳定性。当存在外界干扰因素造成电源的输出发生波动时，采用本公开提供的技术方案能够及时发现电压波动并根据波动情况触发自我反馈调节机制，从而保证输出至负载的电压保持稳定。此外，由于参考电压是与负载预设的工作电压相匹配的，因此，当第一电压发生波动时，第一反馈单元以参考电压为依据调节其输出的第一控制电压，可以驱动输出控制模块输出与负载预设的工作电压相匹配的第一电压。
附图说明
20.为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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实施方式。
21.图1是本公开一实施例提供的一种自调节恒压源供电电路的结构示意图；
22.图2是本公开另一实施例提供的一种自调节恒压源供电电路的结构示意图；
23.图3是本公开另一实施例提供的另一种自调节恒压源供电电路的结构示意图；
24.图4是本公开又一实施例提供的一种自调节恒压源供电电路的结构示意图；
25.图5是本公开又一实施例提供的另一种自调节恒压源供电电路的结构示意图；
26.图6是本公开再一实施例提供的一种自调节恒压源供电电路的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
28.一方面，本公开提供了一种自调节恒压源供电电路(即电压调节电路)，该自调节恒压源供电电路可应用于通信模组、mcu等负载与电源之间，其具有自我反馈调节机制，能够为负载提供负荷预期且稳定的工作电压。
29.请参阅图1，在本公开的一个实施例中，与负载1电连接的自调节恒压源供电电路2包括电连接的反馈控制模块10和输出控制模块20。
30.其中，输出控制模块20用于向负载1输出与其预设工作电压相匹配的第一电压。反馈控制模块10用于检测第一电压的波动，并根据第一电压的波动输出第一控制电压至输出控制模块20，以控制其调节第一电压，进而保证输出至负载1的第一电压能够与负载1的预设工作电压相匹配。
31.需要说明的是，第一电压与负载的预设工作电压相匹配情况包括但不限于：第一电压等于负载的预设工作电压，或者第一电压处于负载的预设工作电压所允许的电压范围内。
32.请参阅图2，在本公开的另一个实施例中，反馈控制模块10包括输入控制单元110和第一反馈单元120。
33.其中，输入控制单元110与电源电压输入端(图中未示出)电连接，用于接收电源电压(u
cc
)并输出参考电压至第一反馈单元120，其中，参考电压与负载的预设工作电压相匹配。需要说明的是，参考电压与负载的预设工作电压相匹配情况包括但不限于：参考电压等于负载的预设工作电压，或者参考电压处于负载的预设工作电压所允许的电压范围内。
34.第一反馈单元120分别与输入控制单元110和输出控制模块20电连接，用于检测输出控制模块20输出的电压相对于参考电压的波动幅值，并根据电压的波动幅值调整其输出的第一控制电压，该第一控制电压作用于输出控制模块20，用于驱动输出控制模块20调节第一电压。
35.输出控制模块20同样与电源电压输入端(图中未示出)电连接以接收电源电压，并在电源电压和第一控制电压的驱动下，向负载1稳定输出与负载的预设工作电压相匹配的第一电压。
36.上述实施例提供的自调节恒压源供电电路利用其自我反馈调节机制能够及时调节受电源电压变化等因素影响而发生波动的第一电压，以保持第一电压的稳定输出。此外，由于参考电压是与负载预设的工作电压相匹配的，因此，当第一电压发生波动时，第一反馈单元以参考电压为依据调节其输出的第一控制电压，可以驱动输出控制模块输出与负载预设的工作电压相匹配的第一电压。
37.请参阅图3，在进一步的实施例中，输入控制单元110具体包括：第一分压子单元111、第二分压子单元112、稳压二极管113、第一电容器114。
38.其中，第一分压子单元111的第一端与电源电压输入端电连接，以接收电源电压ucc、第二端与第一节点n1电连接。
39.第二分压子单元112的第一端与第一节点n1电连接、第二端接地。
40.在本实施例中，第一分压子单元111具体包括第一固定电阻r1和第二固定电阻r2，第二分压子单元112具体包括第三固定电阻r3和第四固定电阻r4。
41.可以理解的是，第一节点n1的电压与r1、r2与r3、r4之间的比例关系相关，第一节点n1的电压u
n1
(参考电压)的计算方法可以参考下方公式：
42.u
n1
＝u
cc
×
(r1 r2)/(r1 r2 r3 r4)
43.并且，在根据负载实际需求的工作电压配置参考电压(u
n1
)的过程中，采用多个固定电阻串联的方式有助于提高配置灵活度和精度。
44.需要说明的是，在本公开的其他实施例中，第一分压子单元111、第二分压子单元112也均可以采用可变电阻，如滑动变阻器等，也可以采用可变电阻与固定电阻组合的形式来配置参考电压。
45.进一步地，稳压二极管113与第二分压子单元112并联，并且，稳压二极管113的第一端与第一节点n1电连接、第二端接地。第一电容器114与第二分压子单元112并联，并且第一电容器114的第一端与第一节点n1电连接、第二端接地。
46.在本实施例中，稳压二极管113和第一电容器114主要用于稳定第一节点n1的电压，即参考电压(u
n1
)。
47.在本实施例中，第一反馈单元120包括运算放大器121。
48.如图所示，运算放大器121的正向输入端与第一节点n1电连接、反向输入端与第二节点n2电连接、输出端与第三节点n3电连接、第一电源引脚(图中未示出)与电源电压输入端电连接，以接受电源电压u
cc
、第二电源引脚(图中未示出)接地。
49.示例性地，本实施例中所述的运算放大器为四运算放大器(lm324)。
50.进一步地，输出控制模块20包括开关管21。
51.开关管21的控制端与第三节点n3电连接、第一端与电源电压输入端电连接以接受电源电压u
cc
、第二端与第二节点n2电连接。
52.在本实施例中，开关管21为nmos(negative channel metal oxide semiconductor，n型金属氧化物半导体)晶体管，因此，开关管21的控制端是指nmos晶体管的栅极，开关管21的第一端是指nmos晶体管的漏极，开光管21的第二端是指nmos晶体管的源极。本领域技术人员应当了解，对于nmos晶体管而言，对其栅极施加高电平，可以使其源极和漏极相互导通，nmos晶体管处于开启状态，并且，可以通过调节施加在其栅极的电平大小来控制其开启程度，进而控制流经nmos晶体管的电流的大小。
53.在本实施例中，自调节恒压源供电电路为负载供电的路径如图3中示出的路径g。可以理解的是，当电源电压ucc因受到外界影响而发生波动时，流经开关管21的电流也必然会发生变化，进而造成第二节点n2的电压u
n2
发生变化，即输出控制模块20无法再稳定地输出符合要求的电压。
54.可以理解地，在本实施例中，如图3中的路径e所示，运算放大器121的正向输入端的电压u

等于参考电压u
n1
，并且，根据运算放大器的基本原理可知，一般情况下，运算放大器的正向输入端与反向输入端的电压可看成近似相等，即u

＝u-。
55.然而，在本实施例中，由于运算放大器121的反向输入端与第二节点n2电连接，因此，当u
n2
发生变化时，u-的值也随之改变。此时，u

与u-之间存在电压差。本公开提供的自调节恒压源供电电路正是利用第一反馈单元120中运算放大器121对u

与u-之间电压差的检测来触发其自我反馈调节机制的。
56.具体地，运算放大器121的反相输入端相当于反馈调节输入端，反馈路径如图3中示出的路径f。当检测到u

与u-之间存在电压差时，说明自调节恒压源供电电路正处于波动状态，因此，电路的自我调节机制被触发，运算放大器121根据u

与u-的差值及其反馈系数调整由其输出端输出的第一控制电压的大小，调整过程如下方公式：
57.uo＝γ
×
(u
-u-)
58.其中，uo为运算放大器121输出端输出的第一控制电压；γ为运算放大器121的反馈系数。
59.调整后的第一控制电压施加在开关管21的控制端，使开关管21的开启程度发生改变，进而改变流经开关管21的电流大小。根据欧姆定律可知，第二节点n2的电压u
n2
也发生改变。此时，开关管21和运算放大器121对第二节点n2形成闭环控制，以此达到稳定输出的效果。
60.请参阅图4，在本公开的又一个实施例中，反馈控制模块10还包括第二反馈单元130。
61.在本实施例中，第二反馈单元130用于根据负载1输出的调节控制指令向开关管21的控制端(即第三节点n3)输出第二控制电压，以控制流经开关管21的电流的大小，进而协
同第一反馈单元120调节第二节点n2的电压。
62.请参阅图5，在进一步的实施例中，第二反馈单元130包括：第二电容器131、半导体三极管132、第二电阻器133。
63.其中，第二电容器131的第一端与负载1电连接、第二端接地。
64.半导体三极管132为npn型三极管，其基极与第二电容器131的第一端电连接、集电极与电源电压输入端电连接、发射极与第四节点n4电连接。
65.第二电阻器133的第一端与第四节点n4电连接、第二端接地，其中，第四节点n4与开关管21的控制端电连接。
66.当负载1的处理单元(图中未示出)判断出输入的第一电压不与负载的预设工作电压相匹配时，处理单元获取当前第一电压与负载的预设工作电压的第二电压差值，并根据该第二电压差值向第二反馈单元130输出调节控制指令，该调节控制指令包括具有与第二电压差值相应的占空比的数字信号。该数字信号经第二电容器131转换成相应数值的模拟电压后施加在半导体三极管132的基极上，进而使半导体三极管132的发射极输出相应的交变电流，例如图5所示的按正弦规律随时间变化的交变电流。其中，负载1向第二反馈单元130输出的数字信号的占空比由第二电压差值而定，数字信号的占空比越高，模拟电压的值越高，变化率斜率越大，反之，数字信号的占空比越低，转换得到的模拟电压的值越小，变化斜率越平缓。
67.在该交变电流的作用下，第二电阻器133控制第四节点n4的电压为第二控制电压，第二控制电压的变化频率受负载1的处理单元输出的数字电平的占空比控制。该周期性变化的第二控制电压施加在开关管21的控制端，可以控制流经开关管21的电流大小与变化频率，进而调节第二节点n2的电压。
68.并且，在本实施例中，输出控制模块20还包括第一电阻器22，其第一端与第三节点n3电连接、第二端接地。
69.因此，根据电路的叠加定理可知，第一反馈单元120和第二反馈单元130可以共同作用于第三节点n3，进而加速电路的自我反馈调节机制以实现对开关管21的精准控制。
70.在本实施例中，第二反馈单元130利用图5中示出的路径i、h、k、g、j对第二节点n2形成闭环反馈控制。示例性地，负载1的adc(analog to digital converter，模拟数字转换器)(图中未示出)通过图中示出的路径j实时采集第一电压，并与负载1的处理模块(图中未示出)中存储的负载的预设工作电压进行比较。若处理模块判断出实时采集的第一电压大于负载的预设工作电压，则负载1的gpio(general purpose input output，通用型输入输出)模块(图中未示出)向第二反馈单元130输出一定频率的数字电平。由于第二电容器131为高精度电容器，因此，根据高精度电容器两端电压不可突变的原理可知，第二电容器131可以将具有一定频率的数字电平经转换为模拟电压，并且，数字电平的占空比越高，转换得到的模拟电压的值越高。进一步地，转换得到的模拟电压施加在半导体三极管132的基极上，根据npn三极管工作在放大区的特性可知，其能够输出按正弦规律随时间变化的交变电流，在交变电流和第二电阻133的作用下，第二反馈单元130通过第四节点n4的电压来控制开关管21的导通状态以更有效地调节开关管21的输出电压，最终实现自调节恒压源供电电路的自我反馈调节。
71.请参阅图6，在本公开的再一个实施例中，第一反馈单元120还包括第三电阻器
122，对于开关管21和运算放大器121而言，第三电阻器122具有静电保护的作用，能够消除电路制造、运输过程中积累的静电。第三电阻器122的第一端与第三节点n3电连接、第二端与运算放大器121的输出端电连接。
72.并且，输出控制模块20还包括：第四电阻器23、开关24、滤波补偿子单元25。其中，第四电阻器23与开关管21串联，具有过流保护的作用，能够避免电源电压波动过大时产生大电流损坏开关管21甚至负载1。第四电阻器23的第一端与电源电压输入端电连接、第二端与开关管21的第一端电连接。
73.开关24的第一端与第二节点n2电连接、第二端与负载1电连接，其中，负载1的电压接收端的电压为第一电压。
74.滤波补偿子单元25与开关24并联，用于对第二节点n2的电压进行滤波和补偿，以得到第一电压。
75.滤波补偿子单元25的第一端与开关24的第二端电连接、第二端接地，其中，滤波补偿子单元25包括多个电容器，并且多个电容器并联。
76.示例性地，滤波补偿子单元25包括滤波电容、耦合电容和退耦电容中的至少一个，以进一步保证负载1能够接收稳定的第一电压。
77.综上所述，本公开上述实施例提供的自调节恒压源供电电路适用于通信模组、mcu等对电压稳定性有一定要求的负载。本公开提供的自调节恒压源供电电路利用电阻器、电容器等分散元件，以及nmos晶体管、三极管、运算放大器等搭建得到一个具备自我反馈调节能力的恒压输出电路。该自调节恒压源供电电路通过对电压输出端形成反馈调节控制闭环，从而提高了输出电压的稳定性。当存在外界干扰因素造成电源的输出发生波动时，采用本公开提供的技术方案能够及时发现电压波动并根据波动情况触发自我反馈调节机制，从而保证输出至负载的电压保持稳定。此外，由于参考电压是与负载预设的工作电压相匹配的，因此，当第一电压发生波动时，第一反馈单元以参考电压为依据调节其输出的第一控制电压，可以驱动输出控制模块输出与负载预设的工作电压相匹配的第一电压。
78.另一方面，本公开还提供了一种负载，包括通信模组和mcu等，可以采用本公开上述任一实施例提供的自调节恒压源供电电路调节输入至负载的第一电压，以使第一电压与负载的预设工作电压相匹配，从而保证负载能够正常运行。
79.以上对本公开实施例所提供的自调节恒压源供电电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。