高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，該電源模塊包括：高質(zhì)量連續(xù)可調(diào)電壓部分，高精度多檔位電流檢測部分和可組合的多通道使用部分。所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分連接有輸出負(fù)載，所述電流檢測部分對該輸出負(fù)載輸出的電流進(jìn)行檢測。該電源模塊具有低電壓紋波，低EMC,抗干擾能力強,電壓可遠(yuǎn)程設(shè)定且可調(diào)范圍廣，電流檢測精度高等優(yōu)點，且每個模塊采用兩個通道且模塊間可以組合使用，通用性強。
【專利說明】高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源模塊，更具體地涉及一種高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 電源是現(xiàn)在任何電子產(chǎn)品所必需的有機組成部分，電源質(zhì)量的好壞直接影響著用 電設(shè)備的功能和壽命。隨著用電設(shè)備不斷的精細(xì)化，功能的多樣化，其對電源的要求也越來 越高。當(dāng)今市場上用電設(shè)備主流的供電方式為外置電源和板載電源，輸出形式一般以單通 道固定電壓輸出為主。電源類型一般外置電源多為AC/DC開關(guān)電源板載電源以LD0為主。 但市場上主流的供電方式存在著以下不足：
[0003] 1.電源輸出電壓的精度和調(diào)整率。特別是一些高端用電設(shè)備尤其是在顯示領(lǐng)域 的用電儀器需要的電壓的質(zhì)量要求極高，其紋波要求在滿量程內(nèi)低于l〇Mv，且電壓要達(dá)到 〇. 1%的精度，市場上很少有能夠滿足其需求的電源。
[0004] 2.電源輸出功率和體積。大功率小體積高效率永遠(yuǎn)是電源發(fā)展的主題，隨著用電 設(shè)備的小型化，微型化尤其是便攜式電子產(chǎn)品，其要求的供電電源現(xiàn)有的電源就很難滿足。
[0005] 3.單一通道無法滿足用電設(shè)備高效率多通道的趨勢的要求。
[0006] 4.無法實現(xiàn)電壓大范圍遠(yuǎn)程可調(diào)可控。
[0007] 5.通用性和可移植性不強，電流檢測精度不高。
[0008] 因此，需要提供一種高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明一種高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，以 解決市場上的普通電源和各種不同用電設(shè)備之間不匹配的問題。
[0010] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0011] 高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊包括：連續(xù)可調(diào)電壓產(chǎn)生部分和電流檢測部 分，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分連接有輸出負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載的需求進(jìn)行設(shè)定，所述電流檢測部 分對該輸出負(fù)載輸出的電流進(jìn)行檢測。
[0012] 所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分包括依次連接的外部電源模塊、EMC處理模塊、斬波電路 模塊、同步整流模塊、濾波處理模塊、輸出負(fù)載模塊和恒流源反饋模塊，所述外部電源模塊 的輸出經(jīng)過EMC處理模塊降低差模和共模干擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈沖電 壓，經(jīng)過同步整流模塊，輸出濾波模塊得到設(shè)定紋波很低的電壓，所述恒流源反饋模塊為外 部CPU處理器設(shè)定基準(zhǔn)電流并與電路中流入電源控制芯片的固定的反饋電流作累加和，共 同控制著電源反饋電流進(jìn)而控制輸出電壓。
[0013] 所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關(guān)模塊、量程選擇模塊、電流采樣模塊、 差分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和比較標(biāo)定模塊。
[0014] 所述EMC處理模塊由差模濾波電感器組成的低通濾波器構(gòu)成。
[0015] 所述輸出電壓為：輸出電壓=K*基準(zhǔn)電壓+VREF ;
[0016] 其中K為電路中恒流源給定的比例參數(shù)，VREF為電源控制芯片內(nèi)的參考電壓。 [0017] 連續(xù)可調(diào)電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)包括：母板及與母板連接的若干可調(diào)電源模塊，所 述母板通過串口與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并把上位機所需要的電壓進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后送給所 述可調(diào)電源模塊。
[0018] 該電源模塊包括：連續(xù)可調(diào)電壓產(chǎn)生部分和電流檢測部分，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部 分連接有輸出負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載的需求進(jìn)行設(shè)定，所述電流檢測部分對該輸出負(fù)載輸出的 電流進(jìn)行檢測。
[0019] 所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分包括依次連接的外部電源模塊、EMC處理模塊、斬波電路 模塊、同步整流模塊、濾波處理模塊、輸出負(fù)載模塊和恒流源反饋模塊，所述外部電源模塊 的輸出經(jīng)過EMC處理模塊降低差模和共模干擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈沖電 壓，經(jīng)過同步整流模塊，輸出濾波模塊，所述恒流源反饋模塊的一輸出端與所述斬波電路連 接，另一輸入端連接CPU處理器，由CPU處理器為其提供驅(qū)動電壓。
[0020] 所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關(guān)模塊、量程選擇模塊、電流采樣模塊、 差分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和比較標(biāo)定模塊。
[0021] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0022] 本發(fā)明高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊從根本上解決了市場上的普通電源 難對應(yīng)日新月異的用電設(shè)備的問題，該電源模塊具有低電壓紋波，低EMC，抗干擾能力強， 電壓可遠(yuǎn)程設(shè)定且可調(diào)范圍廣，電流檢測精度高等優(yōu)點。每個模塊采用兩個通道且模塊間 可以組合使用，通用性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024] 圖1示出可調(diào)電壓產(chǎn)生部分結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 圖2示出EMC處理模塊電路框圖。
[0026] 圖3示出電流檢測部分結(jié)構(gòu)框圖。
[0027] 圖4示出單個模塊電源工作框圖。

【具體實施方式】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029] 本發(fā)明高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊包括：連續(xù)可調(diào)電壓產(chǎn)生部分和電流 檢測部分，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分連接有輸出負(fù)載，所述電流檢測部分對該輸出負(fù)載輸出 的電流進(jìn)行檢測。
[0030] 如圖1為可調(diào)電壓產(chǎn)生部分結(jié)構(gòu)原理圖，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分包括依次連接的 電源供電模塊、EMC處理模塊、斬波電路模塊、同步整流模塊、濾波處理模塊、輸出負(fù)載模塊 和恒流源反饋模塊，所述恒流源反饋模塊的另一輸出端還與所述斬波電路連接。
[0031] 輸出電壓可調(diào)的原理為電源模塊通過串口接收到負(fù)載發(fā)送來的電壓值和電壓的 上下限閾值后，由CPU處理器進(jìn)行相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)置，以驅(qū)動外部恒流源電路輸出 所需要的電壓，并把此電壓和上下限閾值進(jìn)行比較進(jìn)行相應(yīng)的動作。
[0032] 高精度電流檢測的原理：電源模塊分若干個檔位檢測輸出電流。每個檔位電流通 過檢流電阻和高噪聲抑制比儀表放大器得到的差分電壓送模數(shù)轉(zhuǎn)換器，CPU通過讀取模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的值經(jīng)過相應(yīng)的處理顯示出來。
[0033] 所述CPU對從AD讀到的值處理：電源模塊對每個檔位作電流檢測時，在每個量程 內(nèi)放置很多個檢測點，CPU把各檢測點處讀到的電流值與實際電流值進(jìn)行比較可繪制成一 條曲線。電源模塊可根據(jù)該曲線的斜率和讀到的值測出非常接近真實值的電流。
[0034] 所述圖1中的輸入部分模塊采用外置直流24V電源供電。
[0035] 所述圖1中的電磁兼容EMC部分：由于輸入電壓不斷的對電路中儲能電容進(jìn)行充 放電以滿足負(fù)載要求而產(chǎn)生尖峰脈沖，這種脈沖尖峰電流如用傅里葉級數(shù)展開，看成由非 常多的高次諧波電流組成，這些諧波電流將會降低電源設(shè)備的使用效率。解決整流電路中 出現(xiàn)脈沖尖峰電流過大的方法是電路中加入由差模濾波電感器組成的低通濾波器如圖2。 用這種差模濾波電感器可以有效地抑制脈沖電流的峰值，從而降低電流諧波干擾。
[0036] 所述斬波電路采用降壓式的Buck拓?fù)洹?br> [0037] 所述同步整流電路采用高集成度1C作為脈寬調(diào)制波形的驅(qū)動，頻率最高達(dá)到 2. 2MHZ。由驅(qū)動1C產(chǎn)生雙路具有延時互補的波形驅(qū)動兩個M0SFET，實現(xiàn)同步整流。
[0038] 所述外置恒流源引入系統(tǒng)反饋，通過控制外置32位處理器產(chǎn)生高精度的基準(zhǔn)電 壓，輸出電壓由下面公式給出，實現(xiàn)大范圍可調(diào)。
[0039] 輸出電壓=K*基準(zhǔn)電壓+VREF
[0040] 其中K為電路中恒流源給定的比例參數(shù)，VREF為電源控制芯片1C的參考電壓。此 處通過CPU控制驅(qū)動的恒流源作為反饋設(shè)定電壓，這是現(xiàn)有技術(shù)中的電源沒有的。所述電 源控制芯片為斬波電路的核心部件，用于接收反饋信號，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，其主要功能為：
[0041] 1.可以通過外部電阻設(shè)定本電源的工作頻率；
[0042] 2.產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的波形（pwm)以驅(qū)動外部場效應(yīng)管；
[0043] 3.內(nèi)部的電流和電壓誤差放大器能夠接收電源電路中的電流和電壓采樣信號，形 成兩個反饋回路以保持輸出穩(wěn)定；
[0044] 4.提供對電源電路的過載保護(hù)。
[0045] 同步整流電路的輸出部分再次經(jīng)過共模和差模濾波降低電壓紋波，減小電磁干 擾。
[0046] 如圖3示出電流檢測部分結(jié)構(gòu)原理圖，所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開 關(guān)模塊、量程選擇模塊、電流采樣模塊、差分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和比較標(biāo)定模塊。電流 檢測分為三個量程進(jìn)行，最小分度值為1UA。電源主體根據(jù)負(fù)載電流的大小自動選擇量程。 [0047] 負(fù)載電壓引入之后加一級模擬開關(guān)，這種方式便于上位機對電流檢測部分的控 制。
[0048] 單片機對送來的AD值進(jìn)行比較判斷，通過程序進(jìn)行數(shù)字濾波，這一步可大幅度的 提高電流讀取的精度。
[0049] 對于一個設(shè)備中需要多個相互獨立可調(diào)的電壓的情況，上述電源模塊可以組合使 用。多個組合的電源模塊與母板一起形成一個設(shè)備所需要的電源系統(tǒng)。母板通過串口與上 位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換把上位機所需要的各個電壓進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后送往各個功能電源模塊。母 板讀取各個模塊傳下來的電壓電流值并與設(shè)定值進(jìn)行比較，并相應(yīng)的進(jìn)行過流，過壓，欠壓 報警。
[0050] 本模塊具有兩個通道，每個通道能夠獨立的為所接負(fù)載提供所需要的精準(zhǔn)電壓并 能準(zhǔn)確的測量通過負(fù)載的電流。當(dāng)負(fù)載系統(tǒng)需要兩個以上的功率電壓源時，本模塊還可以 以組合的方式插槽的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多路可設(shè)定的電壓為負(fù)載供電。
[0051] 如圖4示出單個模塊電源工作框圖，對于一個設(shè)備中需要多個相互獨立可調(diào)的電 壓的情況，上述的連續(xù)可調(diào)電源模塊可以組合使用。多個電源模塊組合在一起與母板一起 構(gòu)筑成一個設(shè)備所需要的電源系統(tǒng)。母板通過串口與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換把上位機所需要 的各個電壓進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后送往各個功能電源模塊。母板讀取各個模塊傳下來的電壓電流 值并與設(shè)定值進(jìn)行比較，并相應(yīng)的進(jìn)行過流，過壓，欠壓報警。
[0052] 組合的電源模塊解決了復(fù)雜系統(tǒng)供電雜而亂的問題。針對負(fù)載系統(tǒng)需要多個功率 電壓源時，多個電源模塊就可以通過插槽與電源母板相連接，根據(jù)負(fù)載的要求設(shè)定出不同 的電壓以給負(fù)載供電。
[0053] 顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1. 高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，其特征在于，該電源模塊包括：連續(xù)可調(diào)電 壓產(chǎn)生部分和電流檢測部分，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分連接有輸出負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載的需求 進(jìn)行設(shè)定，所述電流檢測部分對該輸出負(fù)載輸出的電流進(jìn)行檢測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，其特征在于，所述可 調(diào)電壓產(chǎn)生部分包括依次連接的外部電源模塊、EMC處理模塊、斬波電路模塊、同步整流模 塊、濾波處理模塊、輸出負(fù)載模塊和恒流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經(jīng)過EMC處 理模塊降低差模和共模干擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈沖電壓，經(jīng)過同步整流 模塊，輸出濾波模塊得到設(shè)定紋波很低的電壓，所述恒流源反饋模塊為外部CPU處理器設(shè) 定基準(zhǔn)電流并與電路中流入電源控制芯片的固定的反饋電流作累加和，共同控制著電源反 饋電流進(jìn)而控制輸出電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，其特征在于，所述電 流檢測部分包括依次連接的電壓開關(guān)模塊、量程選擇模塊、電流采樣模塊、差分放大模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊和比較標(biāo)定模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，其特征在于，所述EMC 處理模塊由差模濾波電感器組成的低通濾波器構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高質(zhì)量多通道電壓連續(xù)可調(diào)電源模塊，其特征在于，所述輸 出電壓為：輸出電壓=K*基準(zhǔn)電壓+VREF ; 其中K為電路中恒流源給定的比例參數(shù)，VREF為電源控制芯片內(nèi)的參考電壓。
6. 連續(xù)可調(diào)電源系統(tǒng)，其特征在于，該電源系統(tǒng)包括：母板及與母板連接的若干可調(diào) 電源模塊，所述母板通過串口與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并把上位機所需要的電壓進(jìn)行D/A轉(zhuǎn) 換后送給所述可調(diào)電源模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)可調(diào)電源系統(tǒng)，其特征在于，該電源模塊包括：連續(xù)可調(diào) 電壓產(chǎn)生部分和電流檢測部分，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分連接有輸出負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載的需 求進(jìn)行設(shè)定，所述電流檢測部分對該輸出負(fù)載輸出的電流進(jìn)行檢測。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)可調(diào)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)電壓產(chǎn)生部分包 括依次連接的外部電源模塊、EMC處理模塊、斬波電路模塊、同步整流模塊、濾波處理模塊、 輸出負(fù)載模塊和恒流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經(jīng)過EMC處理模塊降低差模 和共模干擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈沖電壓，經(jīng)過同步整流模塊，輸出濾波模 塊，所述恒流源反饋模塊的一輸出端與所述斬波電路連接，另一輸入端連接CPU處理器，由 (PU處理器為其提供驅(qū)動電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)可調(diào)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電流檢測部分包括依 次連接的電壓開關(guān)模塊、量程選擇模塊、電流采樣模塊、差分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和比較 標(biāo)定模塊。
【文檔編號】H02M3/335GK104092381SQ201410341430
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】陳文源, 沐林, 賴海濤, 王玉成 申請人:蘇州華興源創(chuàng)電子科技有限公司