CN102075084B - 一种精密数字电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密数字电源，该电源由数字控制部分、数字隔离电路和模拟输出控制部分构成；该数字控制部分和模拟输出控制部分分别采用第一控制器和第二控制器两个控制器进行独立控制；所述第一控制器和第二控制器通过所述数字隔离电路实现数据交互。该精密数字电源通过采用这种主从式处理器架构将电源电路中的数字部分和模拟部分相分离，并在数字、模拟部分之间设置隔离电路，既满足电源对数字和模拟部分进行电路隔离的要求，又满足外围接口对数据流处理能力的要求，提供了一种数据处理能力强且具有良好抗干扰性的精密数字电源。

Description

一种精密数字电源

技术领域

本发明涉及一种精密数字电源，属于电源设备技术领域。

背景技术

精密数字电源是一种直流电源，通常用于科学实验和精密仪器的调试。该电源设备稳定度高，噪声小，单位时间内漂移小，是一种精密的电源设备。

现有精密数字电源的电路结构通常如图4所示，其包括MCU控制电路、DAC参考电压输出电路、模拟输出电路，ADC检测电路、MCU控制电路。其中，MCU控制电路一般还连接有键盘控制电路和屏幕显示电路。用户通过键盘控制电路、屏幕显示电路设定电源所要输出的电压电流。MCU控制电路处理键盘控制电路所提交的数据，控制DAC参考电压输出电路，为模拟输出电路提供相应的参考控制电压。ADC检测电路将模拟输出电路所输出的电压、电流等信息进行模数转换处理后送给MCU控制电路，MCU控制电路将其数据进行相应的处理后送给屏幕显示电路显示。

除了上述基本结构外，精密数字电源为了建立与外部设备的通信，实现对电源设备的远程编程控制或监测。MCU控制电路往往还会连接有通信接口控制电路。为了避免来自外部设备或者工频的干扰，通常在MCU控制电路和通信接口控制电路之间往往还串联有一个数字隔离电路。这种数字隔离电路通常是由建立在MCU控制电路和通信接口控制电路之间的电磁耦合器件构成的。众所周知，这种数字隔离电路仅适用于总线数目少的串行通信方式。并且，由于这种数字隔离电路的通信速度较慢，往往会影响数据吞吐能力。然而与之相矛盾的是，随着精密数字电源技术的不断进步，其所需要的接口数量也随之增加。如在具有较多接口的情况下，采用上述隔离方法进行隔离会造成硬件资源上的极大浪费。这一问题极大的限制了精密数字电源的发展。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种精密数字电源。

本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种精密数字电源，其特征在于：该精密数字电源由数字控制部分、数字隔离电路和模拟输出控制部分构成；

所述数字控制部分包括第一控制器、外围接口、键盘控制电路和屏幕显示电路；所述第一控制器为该数字控制部分的核心控制部件，用以对整个数字控制部分中的各个部件进行控制；所述外围接口、键盘控制电路和屏幕显示电路分别与该第一控制器相连接；

所述模拟输出控制部分包括第二控制器、DAC参考电压输出电路、ADC检测电路和模拟输出电路；所述第二控制器为该模拟输出控制部分的核心控制部件，用以对整个模拟输出控制部分中的各个部件进行控制；该第二控制器一路通过所述DAC参考电压输出电路与模拟输出电路相连；该第二控制器另一路通过所述ADC检测电路115与模拟输出电路相连；所述模拟输出电路还通过一路直接与该第二控制器相连；

所述第一控制器和第二控制器通过所述数字隔离电路实现数据交互。

所述模拟输出电路具有至少两路输出通道；在所述DAC参考电压输出电路与模拟输出电路之间串联有DAC选择开关电路；在所述ADC检测电路与模拟输出电路之间串联有ADC选择开关电路。

在所述模拟输出电路中的至少一路输出通道的输入前端还串联有一个通道隔离电路，用以实现该通道与其他输出通道间的电路隔离。

所述通道隔离电路为由数字光耦和线性光耦所组成的隔离电路。

在所述DAC选择开关电路与模拟输出电路之间还设有缓冲器电路。

所述第二控制器采用的是FPGA处理器。

所述数字隔离器采用的是ADI的ADum1301数字隔离器。

所述数字隔离器采用两端独立供电的方式对其进行供电。

所述第一控制器采用DSP处理器或MCU处理器。

本发明的有益效果是：该精密数字电源通过主从式处理器架构将电源电路中的数字部分和模拟部分相分离，并在数字、模拟部分之间设置隔离电路，既满足电源对数字和模拟部分进行电路隔离的要求，又满足外围接口对数据流处理能力的要求，提供了一种数据处理能力强且具有良好抗干扰性的精密数字电源。

附图说明

图1为精密数字电源的电路结构图；

图2为精密数字电源第二实施例电路图；

图3为精密数字电源第三实施例电路图；

图4为现有精密数字电源的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如前所述，本发明主要的设计思想是采用主从式处理器架构将电源电路中的数字部分和模拟部分相分离，并通过隔离电路进行隔离，从而提高电源系统整体抗干扰性和安全性。

图1为本发明所设计精密数字电源的电路结构图。如图所示，该精密数字电源由数字控制部分119、数字隔离电路113和模拟输出控制部分120构成。

所述数字控制部分119包括第一控制器110、外围接口109、键盘控制电路111和屏幕显示电路112。其中，第一控制器110为该数字控制部分119的核心控制部件，用以对整个数字控制部分119中的各个部件进行控制。可以用来作为此处第一控制器110的处理器形式有很多，如常见的DSP处理器、MCU处理器等，均可用来作为该电路中的第一控制器。所述外围接口109、键盘控制电路111和屏幕显示电路112分别与该第一控制器110相连接。所述外围接口109用以连接上位机或网络，使用户可以通过发命令等方式来远程控制和监控电源。该外围接口109可以包括RS232、GPIB、USB、LAN等接口形式。所述键盘控制电路111是人机交互最直接最常用的方式，用户可通过键盘控制电源的输出以及进行其它功能的设置。所述屏幕显示电路112用以监控电源的参数和状态，包括设置参数、输出参数、输出状态等等。

所述模拟输出控制部分120包括第二控制器114、DAC参考电压输出电路116、ADC检测电路115和模拟输出电路117。其中，第二控制器114为该模拟输出控制部分120的核心控制部件，用以对整个模拟输出控制部分120中的各个部件进行控制。该第二控制器114一路通过所述DAC参考电压输出电路116将第二控制器114发出的数字信号转换为模拟输出电路117处理的模拟信号，并由模拟输出电路117进行输出。该第二控制器114另一路则通过ADC检测电路115将模拟输出电路117实际输出的电压、电流等模拟信号转换为数字信号，并反馈回第二控制器114。另外，所述模拟输出电路117还通过一路直接将其过压、过流保护信号发送给第二控制器114。

所述第一控制器110和第二控制器114通过所述数字隔离电路113实现数据交互。

上述结构的精密数字电源将现有精密数字电源中由单个处理器完成的功能分作两个处理器来完成。由第一控制器110负责数字控制部分119方面的信号处理，由第二控制器114负责模拟输出控制部分120方面的信号处理。这样，可以将对需要高速数据处理的接口数据流的处理，在数字控制部分119即可完成。而数字控制部分119与模拟输出控制部分120之间所需的数据传输量就降到很小，通过一般的串行通信方式即可实现。这样在第一控制器110和第二控制器114之间设置数字隔离电路113，就既可以满足电源对数字和模拟部分进行电路隔离的要求，又可以满足外围接口对数据流处理能力的要求。可见，通过上述本发明所提出的电源结构的改造，可以有效的解决现有技术中所存在的问题，提供一种数据处理能力强且具有良好抗干扰性的精密数字电源。

应当指出，在本实施例中所述第二控制器114采用的是FPGA处理器。这主要是因为FPGA处理器接口丰富，外围电路简单。并且，FPGA处理器具有优秀的扩展能力。用户可以在不改变硬件电路的情况下，通过软件对FPGA处理器进行在线更新。这大大缩短了设计、开发的成本，提高了系统的可靠性。当然，在对电源电路的扩展性要求不高或是接口资源要求不是很高的情况下，所述第二控制器114也可以由CPLD、MCU或单片机来替代，亦能完成其基本设计功能。因此，无论使用上述任何一种处理器设计该第二控制器114，均应在本发明的保护范围之内。

另外，所述数字隔离电路113是完成本发明主从两个处理器进行数据交互，实现电路隔离的重要器件。因此，本发明中该数字隔离器113采用的是ADI的ADum1301数字隔离器。该数字隔离器采用了iCoupler技术，具有三通道隔离。这种隔离器件相较于一般所用的数字光耦器件具有寿命长、稳定性好、功耗较低，外围驱动电路简单等特点，具有较强的价格优势和可靠性。另外，本发明中该数字隔离电路113还采用了两端独立供电的供电方式，即由数字控制部分119和模拟输出控制部分120分别向该数字隔离电路113供电，以进一步保证数字隔离电路113两端电路的完全隔离。

图2为本发明精密数字电源第二实施例电路图。该实施例主要针对模拟输出电路117具有多路输出所设计。如图2所示，该模拟输出电路117具有至少两路输出通道。在所述DAC参考电压输出电路116与模拟输出电路117之间串联有DAC选择开关电路125。在所述ADC检测电路115与模拟输出电路117之间串联有ADC选择开关电路122。所述DAC选择开关电路125用以根据第二控制器114发出的控制信号选择DAC参考电压输出电路116的输出通道。所述ADC选择开关电路122用以根据第二控制器114发出的控制信号选择ADC检测电路115的输入通道。通过这样的结构设计，本发明所设计的精密数字电源就可以仅通过一组DAC参考电压输出电路116和ADC检测电路115实现对多通道模拟输出电路117进行支持。

除此之外，为了进一步保证模拟输出电路117中各个通道间的电路隔离。我们还可以如图2所示，在所述模拟输出电路117中的至少一路输出通道的输入前端串联有一个通道隔离电路127，以实现该通道与其他输出通道间的电路隔离。

这里，所述通道隔离电路127可以采用与前述数字隔离电路113相同的数字隔离电路。但是，由于此处隔离电路所需的数据处理速度和稳定性要求都较数字隔离电路113处要低。因此，处于成本考虑，本实施例所采用的通道隔离电路127是由数字光耦和线性光耦所组成的隔离电路。其中，数字光耦用以传递数字信号，线性光耦用以传递模拟信号。

图3为本发明精密数字电源第三实施例电路图。如图3所示，该精密数字电源的第三实施例是在第二实施例的基础上，在所述DAC选择开关电路125与模拟输出电路117之间还设有缓冲器电路124。通过该缓冲器电路124可以保证DAC选择开关电路125在切换时参考输出信号的短时稳定，同时还可以参考噪声起到一定过滤作用。这样就可以保证选择开关系统按照严格的切换步骤与时序，将要处理的信号切换到ADC的输入端和DAC的输出端。

综上所述，本发明是通过采用主从式处理器架构将电源电路中的数字部分和模拟部分相分离，利用电源数字处理部分与模拟处理部分的数据处理量上的差距，在数字控制部分和模拟输出控制部分之间设置了隔离电路。这样做既可以满足电源对数字和模拟部分进行电路隔离的要求，又可以满足外围接口对数据流处理能力的要求，提供了一种数据处理能力强且具有良好抗干扰性的精密数字电源。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做的任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种精密数字电源，其特征在于：该精密数字电源包括数字控制部分、数字隔离电路和模拟输出控制部分；

所述数字控制部分包括第一控制器、外围接口、键盘控制电路和屏幕显示电路；所述第一控制器为该数字控制部分的核心控制部件，用以对整个数字控制部分中的各个部件进行控制；所述外围接口、键盘控制电路和屏幕显示电路分别与该第一控制器相连接；

所述模拟输出控制部分包括第二控制器、DAC参考电压输出电路、ADC检测电路和模拟输出电路；所述第二控制器为该模拟输出控制部分的核心控制部件，用以对整个模拟输出控制部分中的各个部件进行控制；该第二控制器一路通过所述DAC参考电压输出电路与模拟输出电路相连；该第二控制器另一路通过所述ADC检测电路与模拟输出电路相连；所述模拟输出电路还通过一路直接与该第二控制器相连；

所述第一控制器和第二控制器通过所述数字隔离电路实现数据交互。

2.如权利要求1所述的精密数字电源，其特征在于：所述模拟输出电路具有至少两路输出通道；在所述DAC参考电压输出电路与模拟输出电路之间串联有DAC选择开关电路；在所述ADC检测电路与模拟输出电路之间串联有ADC选择开关电路。

3.如权利要求2所述的精密数字电源，其特征在于：在所述模拟输出电路中的至少一路输出通道的输入前端还串联有一个通道隔离电路，用以实现该通道与其他输出通道间的电路隔离。

4.如权利要求3所述的精密数字电源，其特征在于：所述通道隔离电路为由数字光耦和线性光耦所组成的隔离电路。

5.如权利要求2或3所述的精密数字电源，其特征在于：在所述DAC选择开关电路与模拟输出电路之间还设有缓冲器电路。

6.如权利要求1所述的精密数字电源，其特征在于：所述第二控制器采用的是FPGA处理器。

7.如权利要求1所述的精密数字电源，其特征在于：所述数字隔离电路采用的是ADI的ADum1301数字隔离器。

8.如权利要求1所述的精密数字电源，其特征在于：所述数字隔离电路采用两端独立供电的方式对其进行供电。

9.如权利要求1所述的精密数字电源，其特征在于：所述第一控制器采用DSP处理器或MCU处理器。