CN106841964B - 高精度可编程电压软启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种高精度可编程电压软启动电路，现场可编程门阵列FPGA信号连接数字电位器,参考产生电路中的参考电压VREF经数字电位器连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的同相输入端经分压电阻接地，第一运算放大器的反相输入端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的同相输入端，输出电压依次经第一电阻、第二电阻接地，第一电阻和第二电阻之间连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的反相输入端经校正器电路连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端信号连接脉宽调制器。本发明的有益效果为：可以实现电压软启动时间可编程设计以及输出电压软启动时间高精度设计。

Description

高精度可编程电压软启动电路
技术领域
本发明涉及半导体器件分析技术领域，特别是涉及一种高精度可编程电压软启动电路。
背景技术
随着半导体器件制造技术、电力电子技术的发展和复杂自动测试的需求，常规的电压-电流(IV)测量和电容-电压(CV)测量已经无法满足半导体器件测试需求，需要高精度大电流脉冲源来测试其动态性能特性。
常用的直流输入大电流脉冲源框图，如图1所示：由DC-DC变换、脉冲产生、控制电路、驱动隔离电路、采样电路、辅助电源和人机接口组成。框图中有三个关键的电路：DC-DC变换、脉冲产生和控制电路，特别是DC-DC变换电路提供了整个输出的激励功率，在设计时通常采用大容量储能电容，来提高大电流脉冲的输出能力。但是大容量储能电容的使用，给DC-DC变换器的启动带来很大的困难。在DC-DC变换电路设计时，通常是利用PWM芯片的软启动引脚连接电容来实现软启动。常用的PWM芯片软启动内部部分电路，如图2所示：在引脚8连接有电容来实现输出电压软启动，软启动时间由外接电容、恒流源充电电流和电压参考(VREF)决定，由于连接电容误差、电压参考精度问题和PWM芯片内部恒流源的精度问题，造成输出电压软启动时间的高精度设计困难，以及无法实现输出电压软启动时间的可编程设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度可编程电压软启动电路，解决电压软启动时间不能进行编程设计和输出电压软启动时间高精度设计困难的问题。
本发明提供一种高精度可编程电压软启动电路，包括现场可编程门阵列FPGA、可变电阻产生电路、参考产生电路、误差放大电路和脉宽调制电路，可变电阻产生电路包括数字电位器及可变电阻产生电路***电路,现场可编程门阵列FPGA信号连接数字电位器,参考产生电路包括第一运算放大器，参考产生电路中的参考电压VREF经数字电位器连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的同相输入端经分压电阻接地，第一运算放大器的反相输入端连接第一运算放大器的输出端，误差放大电路包括第二运算放大器，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的同相输入端，输出电压依次经第一电阻、第二电阻接地，第一电阻和第二电阻之间连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的反相输入端经校正器电路连接第二运算放大器的输出端，脉宽调制电路中包括脉宽调制器及脉宽调制***电路，第二运算放大器的输出端信号连接脉宽调制器。
进一步的，数字电位器的CLK端、SDI端、端和端分别连接现场可编程门阵列FPGA。
进一步的，可变电阻产生电路***电路中，数字电位器的CLK端、SDI端、端和端分别经第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻连接电源。
进一步的，可变电阻产生电路***电路中，数字电位器的电源端连接电源，电源经第一电容接地。
进一步的，分压电阻为精度是0.1％的精密电阻。
进一步的，第一运算放大器的电源引脚连接电源，电源经第二电容接地。
进一步的，第二运算放大器的同相输入端经第三电容接地。
进一步的，校正器电路包括第四电容、第五电容和第七电阻，第二运算放大器的反相输入端一路经第四电容、第七电阻连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的反相输入端另一路经第五电容连接第二运算放大器的输出端。
与现有技术相比，本发明的高精度可编程电压软启动电路具有以下特点和优点：
本发明的高精度可编程电压软启动电路，可以实现电压软启动时间可编程设计以及输出电压软启动时间高精度设计。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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附图。
图1为常用的直流输入大电流脉冲源框图；
图2为常用的PWM芯片软启动内部部分电路；
图3为本发明实施例中高精度可编程电压软启动电路。
具体实施方式
如图3所示，本实施例提供一种高精度可编程电压软启动电路，包括现场可编程门阵列FPGA、可变电阻产生电路、参考产生电路、误差放大电路和脉宽调制电路。
可变电阻产生电路包括数字电位器D1及可变电阻产生电路***电路,本实施例中的数字电位器D1采用ANALOG DEVICES公司的型号为AD5260BRUZ20的256位数字电位器D1，其引脚6、引脚7、引脚8和引脚9分别对应CLK端、SDI端、端和端，数字电位器D1的CLK端、SDI端、端和端分别经电阻R7、R6、R5、R4连接电源+5V，数字电位器D1的电源端连接电源，电源经电容C7接地，CLK端、SDI端、端和端分别连接现场可编程门阵列FPGA。引脚6、引脚7、引脚8和引脚9的控制信号由现场可编程门阵列FPGA产生，从而精确控制可变电阻产生电路的输出电阻值以及编程时间。
D2采用ANALOG DEVICES公司的低功耗、低噪声和低失真双运算放大器,包括第一运算放大器D2：1和第二运算放大器D2：2。
参考产生电路包括第一运算放大器D2：1及其***电路，参考产生电路中的参考电压VREF采用LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1009CZ产生2.5V参考电压信号，其参考电压最大初始精度为0.2％。参考电压VREF连接数字电位器D1的引脚2，参考电压VREF经以数字电位器D1为主要构成部件的可变电阻产生电路继续经引脚3连接第一运算放大器D2：1的同相输入端。第一运算放大器D2：1的同相输入端经分压电阻R9接地，分压电阻R9精度为0.1％的精密电阻。第一运算放大器D2：1的反相输入端连接第一运算放大器D2：1的输出端。参考电压VREF经可变电阻产生电路、分压电阻R9分压后，通过第一运算放大器D2：1产生参考信号REFVSET。
误差放大电路包括第二运算放大器D2：2及其***电路，第一运算放大器D2：1的输出端连接第二运算放大器D2：2的同相输入端，第一运算放大器D2：1的电源引脚连接电源+5V，电源+5V经电容C8接地，第二运算放大器D2：2的同相输入端经电容C9接地。输出电压VO依次经电阻R11、电阻R12接地分压，电阻R11和电阻R12之间经电阻R13连接第二运算放大器D2：2的反相输入端，第二运算放大器D2：2的反相输入端经校正器电路连接第二运算放大器D2：2的输出端。本实施例中的校正器电路包括电容C10、电容C11和电阻R14，采用PI调节。第二运算放大器D2：2的反相输入端一路经电容C10、电阻R14连接第二运算放大器D2：2的输出端，第二运算放大器D2：2的反相输入端另一路经电容C11连接第二运算放大器D2：2的输出端。
输出电压V0经过电阻R11和电阻R12分压后和可变的参考信号REFVSET进行误差放大，产生误差控制信号COMP去控制脉宽调制器N1的COMP引脚。脉宽调制电路中包括脉宽调制器N1及脉宽调制***电路，第二运算放大器D2：2的输出端信号连接脉宽调制器N1。脉宽调制器N1采用TEXAS INSTRUMENTS公司的型号为LM5035MH的脉宽调制器N1。脉宽调制器N1集成了半桥电路驱动以及同步整流驱动，其主要作用是将误差放大电路产生的误差控制信号COMP转化成为驱动信号通过HS端(引脚12)、HO端(引脚13)、LO端(引脚14)去驱动控制开关管，从而完成输出电压V0的闭环控制。
综上，经现场可编程门阵列FPGA编程，通过上述的可变电阻产生电路、参考产生电路、误差放大电路和脉宽调制电路，实现电压软启动时间可编程设计以及输出电压V0软启动时间高精度设计。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：包括现场可编程门阵列FPGA、可变电阻产生电路、参考产生电路、误差放大电路和脉宽调制电路，可变电阻产生电路包括数字电位器及可变电阻产生电路***电路,现场可编程门阵列FPGA信号连接数字电位器,参考产生电路包括第一运算放大器，参考产生电路中的参考电压VREF经数字电位器连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的同相输入端经分压电阻接地，第一运算放大器的反相输入端连接第一运算放大器的输出端，误差放大电路包括第二运算放大器，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的同相输入端，输出电压依次经第一电阻、第二电阻接地，第一电阻和第二电阻之间连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的反相输入端经校正器电路连接第二运算放大器的输出端，脉宽调制电路中包括脉宽调制器及脉宽调制***电路，第二运算放大器的输出端信号连接脉宽调制器。
2.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：数字电位器的CLK端、SDI端、端和端分别连接现场可编程门阵列FPGA。
3.根据权利要求2所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：可变电阻产生电路***电路中，数字电位器的CLK端、SDI端、端和端分别经第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻连接电源。
4.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：可变电阻产生电路***电路中，数字电位器的电源端连接电源，电源经第一电容接地。
5.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：分压电阻为精度是0.1％的精密电阻。
6.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：第一运算放大器的电源引脚连接电源，电源经第二电容接地。
7.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：第二运算放大器的同相输入端经第三电容接地。
8.根据权利要求1所述的高精度可编程电压软启动电路，其特征在于：校正器电路包括第四电容、第五电容和第七电阻，第二运算放大器的反相输入端一路经第四电容、第七电阻连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的反相输入端另一路经第五电容连接第二运算放大器的输出端。
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