一種多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統的製作方法
2023-10-09 07:54:19
一種多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統。該多通道電壓連續可調電源模塊包括：連續可調電壓部分，高精度多檔位電流檢測部分和可組合的多通道使用部分。所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測。該電源模塊具有低電壓紋波，低EMC，抗幹擾能力強,電壓可遠程設定且可調範圍廣，電流檢測精度高等優點，且每個模塊採用兩個通道且模塊間可以組合使用，通用性強。
【專利說明】一種多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電源模塊，更具體地涉及一種多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統。
【背景技術】
[0002]電源是現在任何電子產品所必需的有機組成部分，電源質量的好壞直接影響著用電設備的功能和壽命。隨著用電設備不斷的精細化，功能的多樣化，其對電源的要求也越來越高。當今市場上用電設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開關電源板載電源以LDO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整率。特別是一些高端用電設備尤其是在顯示領域的用電儀器需要的電壓的質量要求極高，其紋波要求在滿量程內低於ΙΟΜν，且電壓要達到0.1%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是電源發展的主題，隨著用電設備的小型化，微型化尤其是可攜式電子產品，其要求的供電電源現有的電源就很難滿足。
[0005]3.單一通道無法滿足用電設備高效率多通道的趨勢的要求。
[0006]4.無法實現電壓大範圍遠程可調可控。
[0007]5.通用性和可移植性不強，電流檢測精度不高。
[0008]因此，需要提供一種高質量多通道電壓連續可調電源模塊及連續可調電源系統。實用新型內容
[0009]針對以上現有技術的不足，本實用新型一種高質量多通道電壓連續可調電源模塊及其系統，以解決市場上的普通電源和各種不同用電設備之間不匹配的問題。
[0010]本實用新型採用下述技術方案:
[0011 ] 高質量多通道電壓連續可調電源模塊包括:連續可調電壓產生部分和電流檢測部分，所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，並根據負載的需求進行設定，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測。
[0012]所述可調電壓產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、輸出負載模塊和恆流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經過EMC處理模塊降低差模和共模幹擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈衝電壓，經過同步整流模塊，輸出濾波模塊得到設定紋波很低的電壓，所述恆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處理器為其提供驅動輸出電壓。
[0013]所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關模塊、量程選擇模塊、電流採樣模塊、差分放大模塊、A/D轉換模塊和比較標定模塊。
[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成。
[0015]所述輸出電壓為:輸出電壓=K*基準電壓+VREF ；
[0016]其中K為電路中恆流源給定的比例參數，VREF為電源控制晶片內的參考電壓。
[0017]連續可調電源系統，該電源系統包括:母板及與母板連接的若干可調電源模塊，所述母板通過串口與上位機進行數據交換並把上位機所需要的電壓進行D/A轉換後送給所述可調電源模塊。
[0018]該電源模塊包括:連續可調電壓產生部分和電流檢測部分，所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，並根據負載的需求進行設定，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測。
[0019]所述可調電壓產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、輸出負載模塊和恆流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經過EMC處理模塊降低差模和共模幹擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈衝電壓，經過同步整流模塊，輸出濾波模塊，所述恆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處理器為其提供驅動電壓。
[0020]所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關模塊、量程選擇模塊、電流採樣模塊、差分放大模塊、A/D轉換模塊和比較標定模塊。
[0021]本實用新型的有益效果如下:
[0022]本實用新型高質量多通道電壓連續可調電源模塊從根本上解決了市場上的普通電源難對應日新月異的用電設備的問題，該電源模塊具有低電壓紋波，低EMC，抗幹擾能力強，電壓可遠程設定且可調範圍廣，電流檢測精度高等優點。每個模塊採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]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0024]圖1示出可調電壓產生部分結構框圖。
[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構框圖。
[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實用新型，下面結合優選實施例和附圖對本實用新型做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本實用新型的保護範圍。
[0029]本實用新型高質量多通道電壓連續可調電源模塊包括:連續可調電壓產生部分和電流檢測部分，所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測。
[0030]如圖1為可調電壓產生部分結構原理圖，所述可調電壓產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、輸出負載模塊和恆流源反饋模塊，所述恆流源反饋模塊的另一輸出端還與所述斬波電路連接。
[0031]輸出電壓可調的原理為電源模塊通過串口接收到負載發送來的電壓值和電壓的上下限閾值後，由CPU處理器進行相應的模數轉換器的設置，以驅動外部恆流源電路輸出所需要的電壓，並把此電壓和上下限閾值進行比較進行相應的動作。
[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轉換器，CPU通過讀取模數轉換器的值經過相應的處理顯示出來。
[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行比較可繪製成一條曲線。電源模塊可根據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中的輸入部分模塊採用外置直流24V電源供電。
[0035]所述圖1中的電磁兼容EMC部分:由於輸入電壓不斷的對電路中儲能電容進行充放電以滿足負載要求而產生尖峰脈衝，這種脈衝尖峰電流如用傅立葉級數展開，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備的使用效率。解決整流電路中出現脈衝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衝電流的峰值，從而降低電流諧波幹擾。
[0036]所述斬波電路採用降壓式的Buck拓撲。
[0037]所述同步整流電路採用高集成度IC作為脈寬調製波形的驅動，頻率最高達到2.2MHZ。由驅動IC產生雙路具有延時互補的波形驅動兩個M0SFET，實現同步整流。
[0038]所述外置恆流源引入系統反饋，通過控制外置32位處理器產生高精度的基準電壓，輸出電壓由下面公式給出，實現大範圍可調。
[0039]輸出電壓=K*基準電壓+VREF
[0040]其中K為電路中恆流源給定的比例參數，VREF為電源控制晶片IC的參考電壓。此處通過CPU控制驅動的恆流源作為反饋設定電壓，這是現有技術中的電源沒有的。所述電源控制晶片為斬波電路的核心部件，用於接收反饋信號，產生脈寬調製波，其主要功能為:
[0041]1.可以通過外部電阻設定本電源的工作頻率；
[0042]2.產生脈衝寬度可調的波形(pwm)以驅動外部場效應管；
[0043]3.內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採樣信號，形成兩個反饋迴路以保持輸出穩定；
[0044]4.提供對電源電路的過載保護。
[0045]同步整流電路的輸出部分再次經過共模和差模濾波降低電壓紋波，減小電磁幹擾。
[0046]如圖3示出電流檢測部分結構原理圖，所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關模塊、量程選擇模塊、電流採樣模塊、差分放大模塊、A/D轉換模塊和比較標定模塊。電流檢測分為三個量程進行，最小分度值為1UA。電源主體根據負載電流的大小自動選擇量程。
[0047]負載電壓引入之後加一級模擬開關，這種方式便於上位機對電流檢測部分的控制。
[0048]單片機對送來的AD值進行比較判斷，通過程序進行數字濾波，這一步可大幅度的提高電流讀取的精度。
[0049]對於一個設備中需要多個相互獨立可調的電壓的情況，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備所需要的電源系統。母板通過串口與上位機進行數據交換把上位機所需要的各個電壓進行DA轉換後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並與設定值進行比較，並相應的進行過流，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載提供所需要的精準電壓並能準確的測量通過負載的電流。當負載系統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構產生多路可設定的電壓為負載供電。
[0051]如圖4示出單個模塊電源工作框圖，對於一個設備中需要多個相互獨立可調的電壓的情況，上述的連續可調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築成一個設備所需要的電源系統。母板通過串口與上位機進行數據交換把上位機所需要的各個電壓進行DA轉換後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並與設定值進行比較，並相應的進行過流，過壓，欠壓報警。
[0052]組合的電源模塊解決了複雜系統供電雜而亂的問題。針對負載系統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，根據負載的要求設定出不同的電壓以給負載供電。
[0053]顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非是本實用新型的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本實用新型的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之列。
【權利要求】
1.一種多通道電壓連續可調電源模塊，其特徵在於，該電源模塊包括:連續可調電壓產生部分和電流檢測部分，所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，並根據負載的需求進行設定，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測； 所述可調電壓產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、輸出負載模塊和恆流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經過EMC處理模塊降低差模和共模幹擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈衝電壓，經過同步整流模塊，輸出濾波模塊得到設定紋波很低的電壓，所述恆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處理器為其提供驅動輸出電壓； 所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關模塊、量程選擇模塊、電流採樣模塊、差分放大模塊、A/D轉換模塊和比較標定模塊。
2.根據權利要求1所述的多通道電壓連續可調電源模塊，其特徵在於，所述EMC處理模塊由差模濾波電感器組成的低通濾波器構成。
3.根據權利要求1所述的多通道電壓連續可調電源模塊，其特徵在於，所述輸出電壓為:輸出電壓=K*基準電壓+VREF ； 其中K為電路中恆流源給定的比例參數，VREF為電源控制晶片內的參考電壓。
4.一種連續可調電源系統，其特徵在於，該電源系統包括:母板及與母板連接的若干如權利要求1所述的多通道電壓連續可調電源模塊，所述母板通過串口與上位機進行數據交換並把上位機所需要的電壓進行D/A轉換後送給所述可調電源模塊； 所述該電源模塊包括:連續可調電壓產生部分和電流檢測部分，所述可調電壓產生部分連接有輸出負載，並根據負載的需求進行設定，所述電流檢測部分對該輸出負載輸出的電流進行檢測； 所述可調電壓產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、輸出負載模塊和恆流源反饋模塊，所述外部電源模塊的輸出經過EMC處理模塊降低差模和共模幹擾，再通過高頻斬波電路模塊得到高頻脈衝電壓，經過同步整流模塊，輸出濾波模塊，所述恆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處理器為其提供驅動電壓； 所述電流檢測部分包括依次連接的電壓開關模塊、量程選擇模塊、電流採樣模塊、差分放大模塊、A/D轉換模塊和比較標定模塊。
5.根據權利要求4所述的連續可調電源系統，其特徵在於，所述EMC處理模塊由差模濾波電感器組成的低通濾波器構成。
6.根據權利要求4所述的連續可調電源系統，其特徵在於，所述輸出電壓為:輸出電壓=K*基準電壓+VREF ； 其中K為電路中恆流源給定的比例參數，VREF為電源控制晶片內的參考電壓。
【文檔編號】H02M3/335GK204119037SQ201420396804
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】陳文源, 沐林, 賴海濤, 王玉成 申請人:蘇州華興源創電子科技有限公司