[发明专利]基于分立半导体的可配置电压输出装置、方法和控制器

权利要求书

1.一种基于分立半导体的可配置电压输出装置，其特征在于，该装置包括：PWM信号生成模块、电压配置模块、选频模块、运算模块、线路阻抗补偿模块；

所述PWM信号生成模块与所述电压配置模块连接，用于生成PWM信号并输出至所述电压配置模块，所述PWM信号的频率和占空比基于所需输出电压的精度和范围确定；

所述电压配置模块与所述选频模块连接，用于接收所述PWM信号，通过改变所述PWM信号的占空比、采用模拟开关选择输出电压范围得到第一脉冲信号，并将所述第一脉冲信号输出至所述选频模块；其中，占空比根据所述运算模块输出电压范围确定；

所述选频模块与所述运算模块连接，用于接收所述第一脉冲信号，根据所述运算模块输出电压信号的动态响应对将所述第一脉冲信号进行频率选择得到第一振荡信号，将所述第一振荡信号输出至所述运算模块；

所述运算模块与外部设备连接，用于接收所述第一振荡信号，对所述第一振荡信号通过运算电路得到与外部设备匹配的输出电压；所述运算模块包括：第一电阻、第二电阻、第一反馈电阻、第一运算放大器、基准电压源；

所述第一反馈电阻连接在所述第一运算放大器的反向输入端与输出端之间，所述基准电压源通过所述第一电阻与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的反向输入端通过所述第二电阻接地，所述第一运算放大器的同相输入端与选频模块的输出端连接；

所述运算模块的输入电压与输出电压的关系为：

其中，V_out为运算模块的输出电压，V_in为运算模块的输入电压，V_ref为基准电压，作为所述运算模块的另一个输入电压，R₁、R₂、R_f1分别为第一电阻、第二电阻和第一反馈电阻的电阻值；

所述线路阻抗补偿模块用于对该装置的线路阻抗进行补偿，所述线路阻抗补偿模块包含差分比例运算电路、上拉电路、电压跟随电路；所述差分比例运算电路输入端与线路阻抗补偿端相连，所述差分比例运算电路的输出信号输出至上拉电路，所述上拉电路与所述电压跟随器连接，所述电压跟随器输出信号至所述PWM信号生成模块；

所述差分比例运算电路由第二运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二反馈电阻组成，第三电阻两端分别连接第二运算放大器反向端与信号输入端；第四电阻两端分别连接信号输入端与第二运算放大器同向端；第五电阻连接第二运算放大器同向端与地；第二反馈电阻两端分别连接第二运算放大器反向端与第二运算放大器信号输出端；其中，第三电阻与第四电阻阻值相同，第五电阻与第二反馈电阻阻值相同，第二反馈电阻与第三电阻的比例关系为10：1。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PWM信号生成模块为高位数MCU，用于产生多路PWM信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述选频模块为二阶RC选频电路或高阶RC选频电路。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准电压通过稳压芯片产生。

5.一种可编程逻辑控制器,其特征在于，所述可编程逻辑控制器的模拟量电压输出模块采用如上权利要求1至4任一项所述的基于分立半导体的可配置电压输出装置输出模拟量电压。

6.一种基于分立半导体的可配置电压输出方法，其特征在于，该方法包括：

通过PWM信号生成模块生成PWM信号并输出至电压配置模块,所述PWM信号的频率和占空比基于所需输出电压的精度和范围确定；

所述电压配置模块接收所述PWM信号，通过改变所述PWM信号的占空比得到第一脉冲信号，并将所述第一脉冲信号输出至选频模块；其中，占空比根据运算模块的输出电压范围确定；

所述选频模块接收所述第一脉冲信号，根据所述运算模块输出电压信号的动态响应对所述第一脉冲信号进行频率选择得到第一振荡信号，将所述第一振荡信号输出至运算模块；

所述运算模块接收所述第一振荡信号，对所述第一振荡信号通过运算电路得到与外部设备匹配的输出电压；

采用线路阻抗补偿模块对线路阻抗进行补偿，所述线路阻抗补偿模块包含差分比例运算电路、上拉电路、电压跟随电路；所述差分比例运算电路输入端与线路阻抗补偿端相连，所述差分比例运算电路的输出信号输出至上拉电路，所述上拉电路与所述电压跟随器连接，所述电压跟随器输出信号至所述PWM信号生成模块；

所述差分比例运算电路由第二运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二反馈电阻组成，第三电阻两端分别连接第二运算放大器反向端与信号输入端；第四电阻两端分别连接信号输入端与第二运算放大器同向端；第五电阻连接第二运算放大器同向端与地；第二反馈电阻两端分别连接第二运算放大器反向端与第二运算放大器信号输出端；其中，第三电阻与第四电阻阻值相同，第五电阻与第二反馈电阻阻值相同，第二反馈电阻与第三电阻的比例关系为10：1。