直流电源及提高直流电源输出电压精度的方法与流程

1.本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种直流电源及提高直流电源输出电压精度的方法。


背景技术：

2.在电子实验室中，通常采用直流电源为不同的测试产品提供直流测试电压。随着科学技术的不断发展，对各种高精密产品测试时所需的直流测试电压的精度要求也越来越高。
3.现在一般市场上的直流电源的输出电压精度较低，大多为毫伏(如1mv)级别，对于一些对电压精度要求高，需要提供微伏(如20uv)级别电压的测试实验时无法实现。
4.因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流电源及提高直流电源输出电压精度的方法，能够提高直流电源输出电压的精度。
6.根据本发明提供的一种直流电源，包括：基准直流电源模块，用于提供第一基准电压和第二基准电压；分压模块，与所述基准直流电源模块连接，用于对所述第一基准电压进行分压，以产生第一输出电压；电压跟随器模块，与所述分压模块的输出端连接，接收所述第一输出电压并产生第二输出电压；加法模块，用于获取所述第二基准电压和所述第二输出电压之和，以产生目标输出电压，其中，所述第一输出电压小于所述第一基准电压，且所述第一输出电压与所述第一基准电压处于不同量级。
7.优选地，所述分压模块包括：多个电阻，所述多个电阻中的部分电阻串联于所述第一基准电压输入端与第一节点之间，所述多个电阻中的另一部分电阻并联于所述第一节点与接地端之间，所述第一节点上的电压为所述第一输出电压。
8.优选地，所述多个电阻的阻值相同。
9.优选地，所述电压跟随器模块包括：运算放大器，第一输入端接收所述第一输出电压，第二输入端与输出端连接，输出端输出所述第二输出电压；第一电容，连接于所述运算放大器的第一供电端与接地端之间；第二电容，连接于所述运算放大器的第二供电端与接地端之间。
10.优选地，所述加法模块包括加法器，所述加法器的第一输入端接收所述第二基准电压，所述加法器的第二输入端接收所述第二输出电压。
11.根据本发明提供的一种提高直流电源输出电压精度的方法，包括：由基准直流电源模块产生第一基准电压和第二基准电压；由分压模块对所述第一基准电压进行分压，产生第一输出电压；由电压跟随器模块对所述第一输出电压进行缓冲隔离，产生第二输出电压；由加法模块将所述第二基准电压和所述第二输出电压相加求和，获得目标输出电压，其中，所述第一输出电压小于所述第一基准电压，且所述第一输出电压与所述第一基准电压
处于不同量级。
12.优选地，所述分压模块包括多个阻值相同的电阻。
13.优选地，由分压模块对所述第一基准电压进行分压，产生第一输出电压包括：将所述多个阻值相同的电阻中的部分电阻串联于所述第一基准电压输入端与第一节点之间；将所述多个阻值相同的电阻中的另一部分电阻并联于所述第一节点与接地端之间；由所述第一节点输出所述第一输出电压。
14.优选地，由加法模块将所述第二基准电压和所述第二输出电压相加之前还包括：改变所述基准直流电源模块产生的所述第一基准电压的电压值，测量并判断所述第二输出电压的变化量是否满足直流电源输出电压精度要求，在所述第二输出电压的变化量不满足所述直流电源输出电压精度要求的情况下，调整所述分压模块的分压比例。
15.优选地，由基准直流电源模块产生第一基准电压和第二基准电压之前还包括：在每间隔预定使用次数或时间后，空测所述电压跟随器模块的输出端的电压值，获得所述直流电源的偏移量；基于所述偏移量获得所述基准直流电源实际需要产生的所述第一基准电压的电压值。
16.本发明的有益效果是：本发明公开了一种直流电源及提高直流电源输出电压精度的方法，通过分压模块将基准直流电源模块产生的两路基准电压中的一路电压即第一基准电压进行分压，进而获得小于第一基准电压且与第一基准电压处于不同量级的第一输出电压，并基于第一输出电压和基准直流电源模块产生的两路基准电压中的另一路电压获得目标输出电压，提高了直流电源输出电压的精度，方案简单，成本低。同时，采用电压跟随器模块对分压后的电压进行缓冲隔离，使得分压后的输出电压不受后级输出阻抗的影响，在实现直流电源输出电压高精度的前提下，提高了直流电源的输出电压的稳定性。
17.采用多个阻值相同的电阻串并联结合的方式进行分压，实现了分压模块中各电阻的高匹配度，降低了由于多个电阻阻值的不同误差而对分压比例的影响，增强了对第一基准电压分压结果的准确性，进一步地提高了直流电源输出电压的精度。
18.应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
19.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
20.图1示出本发明实施例提供的直流电源的系统框图；
21.图2示出本发明实施例提供的直流电源中分压模块和电压跟随器模块的电路结构图；
22.图3示出本发明实施例提供的提高直流电源输出电压精度的方法流程图。
具体实施方式
23.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全
面。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
25.下面，参照附图对本发明进行详细说明。
26.图1示出本发明实施例提供的直流电源的系统框图，图2示出本发明实施例提供的直流电源中分压模块和电压跟随器模块的电路结构图。
27.如图1所示，本实施例中，直流电源用于获取测试、实验等所需的高精度的目标输出电压，其包括：基准直流电源模块100、分压模块200、电压跟随器模块300以及加法模块400。
28.其中，基准直流电源模块100用于提供第一基准电压v1和第二基准电压v2。基准直流电源模块100所提供的第一基准电压v1和第二基准电压v2为两路互不影响的输出电压，且第一基准电压v1和第二基准电压v2的电压精度均为毫伏级别。
29.优选地，在获取高精度的目标输出电压时，仅对基准直流电源模块100提供第一基准电压v1和第二基准电压v2中的其中之一进行分压即可，其中另一可作为目标输出电压中的低精度部分，再与经分压后获得的目标输出电压中的高精度部分相加，即可获得高精度的目标输出电压，如此可以降低获取目标输出电压的复杂度。但可以理解的是，同时对基准直流电源模块100提供第一基准电压v1和第二基准电压v2进行分压后再相加进而获得目标输出电压的方案，也应在本发明的保护范围之内。
30.分压模块200与基准直流电源模块100连接，用于对第一基准电压v1进行分压，以产生第一输出电压v3。
31.本实施例中，分压模块200包括多个电阻。其中，该多个电阻中的部分电阻串联于第一基准电压v1输入端与第一节点a之间，该多个电阻中的另一部分电阻并联于第一节点a与接地端之间。其中，第一节点a对应为分压模块200得到输出节点，该第一节点a上的电压即为第一输出电压v3。
32.进一步地，第一输出电压v3的电压值小于第一基准电压v1的电压值，且第一输出电压v3与第一基准电压v1处于不同量级。
33.优选地，分压模块200中多个电阻的阻值均相同。
34.示例性的，如图2所示，分压模块200中的多个电阻包括第一电阻r1至第十四电阻r14(假设每个电阻的阻值都为r)。其中，第一电阻r1至第七电阻r7串联于第一基准电压v1输入端与第一节点a之间，第八电阻r8至第十四电阻r14并联于第一节点a与接地端之间，进而实现对第一基准电压v1的分压。分压后第一节点a上的电压即第一输出电压v3为：
[0035][0036]
如此，可以以五十分之一的分压比例实现对第一基准电压v1的分压，也即是说，当基准直流电源模块100提供的第一基准电压v1的精度为1mv时，分压后获得的第一输出电压
v3的精度为20uv。本实施例中，采用高匹配度的多个阻值相同的电阻串联与并联相结合的方式对第一基准电压v1进行分压，其分压比例与所选用的电阻的阻值大小无关，仅与多个电压的串并联连接方式相关，通过调整多个阻值相同的电阻的数量和设计不同的串并联连接方式，进而可以实现诸如百分之一、千分之一等不同分压比例的分压模块，实现不同精度要求的直流电源，进而满足各种不同的测试、实验需求。
[0037]
基于上述描述，本实施例中，采用多个阻值相同的电阻串联与并联相结合的方式进行分压，可以实现不同的分压比例，进而满足各种不同的测试、实验需求，提高了适用范围。同时也实现了分压模块中各电阻的高匹配度，降低了由于多个电阻阻值的不同误差而对分压比例的影响，增强了对第一基准电压分压结果的准确性，进一步地提高了直流电源输出电压的精度。
[0038]
需要说明的是，本技术中，采用具有不同阻值的电阻通过简单串联的方式对第一基准电压v1进行分压也可实现上述分压比例，尽管会对直流电源带来误差，但作为一种可选实施例，也应在本发明的保护范围之内。
[0039]
电压跟随器模块300与分压模块200的输出端连接，接收第一输出电压v1，用与对该第一输出电压v1进行缓冲隔离，以产生第二输出电压v4。可以理解的是，第一输出电压v3和第二输出电压v4的电压大小相同。
[0040]
如图2所示，本实施例中，电压跟随器模块300包括：运算放大器u1、第一电容c1和第二电容c2。其中，运算放大器u1的第一输入端与分压模块200的输出端及第一节点a连接，以接收第一输出电压v1，运算放大器u1的第二输入端与其输出端连接，运算放大器u1的输出端输出第二输出电压v4。第一电容c1的一端与运算放大器u1的第一供电端连接，第一电容c1的另一端接地。第二电容c2的一端与运算放大器u1的第二供电端连接，第二电容c2的另一端接地。其中，运算放大器u1的第一供电端接收第一供电电压vcc，运算放大器u1的第二供电端接收第二供电电压vdd。
[0041]
电压跟随器模块300对分压后所获得的电压进行缓冲隔离，使得分压后的输出电压不受后级输出阻抗的影响，在实现直流电源输出电压高精度的前提下，提高了直流电源的输出电压的稳定性。
[0042]
加法模块400分别与基准直流电源模块100和电压跟随器模块300连接，接收第二基准电压v2和第二输出电压v4，并获取第二基准电压v2和第二输出电压v4之和以产生目标输出电压v5。
[0043]
本实施例中，加法模块400如为加法器，该加法器的第一输入端接收第二基准电压v2，第二输入端接收第二输出电压v4，输出端输出对高精度的第二输出电压v4和低精度的第二基准电压v2进行相加后获得的同样高精度的目标输出电压v5。但可以理解的是，以上仅是本发明的一个较为简单的实施方式，本领域技术人员容易想到的其它的通过第二基准电压v2和第二输出电压v4求和进而得到目标输出电压v5的方案，也应在本发明的保护范围之内。
[0044]
进一步地，本发明提供的直流电源还可包括计算单元，该计算单元用于根据直流电源中分压模块200的分压比例、工作人员输入的所需目标电压，以及该直流电源的偏移量，计算获得直流电源中的基准直流电源模块100输出的第一基准电压v1和第二基准电压v2的电压值。有助于实现直流电源的自动化操作，方便使用。
[0045]
图3示出本发明实施例提供的提高直流电源输出电压精度的方法流程图。
[0046]
如图3所示，并结合图1与图2，可知，本实施例中，提高直流电源输出电压精度的方法包括执行如下步骤：
[0047]
在步骤s1中，由基准直流电源模块产生第一基准电压和第二基准电压。
[0048]
本实施例中，由基准直流电源模块100(例如dp832a)提供第一基准电压v1和第二基准电压v2。其中，基准直流电源模块100所提供的第一基准电压v1和第二基准电压v2为两路互不影响的输出电压，且第一基准电压v1和第二基准电压v2的电压精度均为毫伏级别。
[0049]
在步骤s2中，由分压模块对第一基准电压进行分压，产生第一输出电压。
[0050]
本实施例中，分压模块200包括多个阻值相同的电阻。由分压模块200对第一基准电压v1进行分压，产生第一输出电压v3进一步包括：将多个阻值相同的电阻中的部分电阻(如r1-r7)串联于第一基准电压v1输入端与第一节点a之间；将多个阻值相同的电阻中的另一部分电阻(如r8-r14)并联于第一节点a与接地端之间；由第一节点a输出第一输出电压v3。
[0051]
进一步地，第一输出电压v3的电压值小于第一基准电压v1的电压值，且第一输出电压v3与第一基准电压v1处于不同量级。
[0052]
在步骤s3中，由电压跟随器模块对第一输出电压进行缓冲隔离，产生第二输出电压。
[0053]
本实施例中，为防止分压后的第一输出电压v3受后级电路的输出阻抗的影响，和进一步保证直流电源输出电压的稳定性，在分压模块200后设置有电压跟随器模块300，对分压模块200产生的第一输出电压v3进行缓冲隔离，并产生不受后级电路的输出阻抗影响的温度的高精度电压，即第二输出电压v4。其中，第一输出电压v3与第二输出电压v4的电压值相同，电压精度也相同。
[0054]
在步骤s4中，由加法模块将第二基准电压和第二输出电压相加求和，获得目标输出电压。
[0055]
本实施例中，在获取到高精度的第二输出电压v4后，通过加法模块400将高精度(微伏级)的第二输出电压v4和低精度(毫伏级)的第二基准电压v2相加求和，即可获得高精度的直流电源输出电压即目标输出电压v5。可以理解的是，当目标输出电压v5的电压值小于1mv时，由基准直流电源模块100提供的第二基准电压v2的电压值为0v。
[0056]
可选地，加法模块400如为加法器。
[0057]
示例性的，以基准直流电源模块100为dp832a举例，其自身输出的电压精度为1mv。当需要提供如为2.00008v的输出电压时，具体实现过程如下下：首先由基准直流电源模块100提供一路0.004v的电压作为第一基准电压v1输出，以及提供一路2v的电压作为第二基准电压v2输出；之后将0.004v的第一基准电压v1经过上述的分压模块200进行五十分之一的降压，产生0.00008v的第一输出电压v3；再通过低失调电压(常温下5uv)的电压跟随器模块(如采用运算放大器sgm8251搭建)进行缓冲隔离，继而输出隔离后的0.00008v的第二输出电压v4；最后通过加法模块400将2v的第二基准电压v2和0.00008v的第二输出电压v4相加求和，即可获得2.00008v的目标输出电压v5。
[0058]
进一步地，在本发明的一个优选实施例中，由加法模块将第二基准电压和第二输出电压相加之前还包括：改变基准直流电源模块产生的第一基准电压的电压值，测量并判
断第二输出电压的变化量是否满足直流电源输出电压精度要求，在第二输出电压的变化量不满足直流电源输出电压精度要求的情况下，调整分压模块的分压比例。
[0059]
例如，在电路搭好后，采用8位万用表分别测量基准直流电源模块100如dp832a提供的第一基准电压v1从0.001v变化到0.002v时，电压跟随器模块300的输出端输出的第二输出电压v4的变化量是否为0.001v与分压模块200的分压比例的乘积(如为0.00002v)。若是，则表明直流电源的电路结构没有问题，且输出电压精度满足要求；若不是，则表明直流电源的电路结构存在影响输出精度的缺陷，如分压模块200的分压比例有偏差，需要调整分压模块200的分压比例。本实施例中，可以实现对直流电源的电路结构进行校准，进而进一步地保证直流电源输出电压的高精确度。
[0060]
进一步地，在本发明的另一个优选实施例中，由基准直流电源模块产生第一基准电压和第二基准电压之前还包括：在每间隔预定使用次数或时间后，空测电压跟随器模块的输出端的电压值，获得直流电源的偏移量；基于偏移量获得基准直流电源实际需要产生的第一基准电压的电压值。本实施例中，通过对电压跟随器模块的输出端的电压进行空测，能够获得直流电源的偏移量，以在实际使用过程中减去此偏移量，能够避免元器件的工艺误差或供电电压误差等对直流电源输出电压精度的影响，进而提高直流电源的绝对精度。
[0061]
综上，本发明通过分压模块将基准直流电源模块产生的两路基准电压中的一路电压即第一基准电压进行分压，进而获得小于第一基准电压且与第一基准电压处于不同量级的第一输出电压，并基于第一输出电压和基准直流电源模块产生的两路基准电压中的另一路电压获得目标输出电压，提高了直流电源输出电压的精度，方案简单，成本低。同时，采用电压跟随器模块对分压后的电压进行缓冲隔离，使得分压后的输出电压不受后级输出阻抗的影响，在实现直流电源输出电压高精度的前提下，提高了直流电源的输出电压的稳定性。
[0062]
采用多个阻值相同的电阻串并联结合的方式进行分压，实现了分压模块中各电阻的高匹配度，降低了由于多个电阻阻值的不同误差而对分压比例的影响，增强了对第一基准电压分压结果的准确性，进一步地提高了直流电源输出电压的精度。
[0063]
应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0064]
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。