CN103630128A - 一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路 - Google Patents
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Abstract
一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，包括微处理器芯片、起辉控制电路、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路、恒流电路和反馈电路，实现激光陀螺的起辉和维持功能，使得激光陀螺产生激光，维持激光，保持工作在一定的电流范围，克服了原激光陀螺高压电源电路由两个变压器实现带来的功耗大、元器件种类和数量多等不足，同时有效减小了电路板的尺寸，有效抑制EMI干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，属于电路设计领域。
背景技术
传统的激光陀螺高压电源都是通过两个变压器分别输出正高压和负高压，实现激光陀螺的起辉和维持功能，这样导致激光陀螺高压电源电路的元器件种类多，数量大，造成电路板尺寸偏大，电路功耗大。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，通过一个变压器实现激光陀螺的起辉和维持功能。该电路减少了元器件的种类和数量，简化了电路的复杂程度、硬件简洁、有较高的集成度。
本发明的技术解决方案为：
一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，包括：微处理器芯片、起辉控制电路、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路、恒流电路和反馈电路；
外部电源为微处理器芯片、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路和恒流电路供电，微处理器芯片输出两个基准电压信号给恒流电路，恒流电路为激光陀螺提供工作电流，同时还为微处理器芯片提供两臂采样信号，实现对陀螺是否起辉进行判断，使能或禁止起辉控制电路；
在起辉控制电路使能的状态下，准谐振控制芯片输出PWM波给变压器整流滤波电路中的变压器进行倍压处理；在起辉控制电路禁止的状态下，准谐振控制芯片输出低电平给变压器进行倍压处理，变压器整流滤波电路将变压器倍压后的交流信号转换为直流信号提供给激光陀螺的阴极，横流电路为反馈电路提供反馈信号输入，反馈电路为准谐振控制器提供反馈量，从而控制PWM输出的频率。
起辉控制电路包括光耦N201、限流电阻R201、电阻R202、电阻R203和三极管V201；
限流电阻R201一端与微处理器芯片的I/O口连接，另一端与光耦N201的输入正端相连，光耦N201的输入负端接地，光耦N201的集电极输出端通过电阻R202连接+15V电源，同时还通过电阻R203连接三极管V201的基极，三极管V201的集电极作为起辉控制电路的输出与准谐振控制芯片相连，使能或禁止PWM波的输出，三极管V201的发射极和光耦N201的发射极均接地。
变压器整流滤波电路包括变压器T301、MOS管V301、限流电阻R301、电阻R302、电容C301、电容302和整流二极管V302；
限流电阻R301一端与准谐振控制芯片的PWM输出端连接，另一端与MOS管V301的栅极连接，MOS管V301的源极接地，漏极与变压器T301原边输入端相连，变压器T301的另一个原边输入端连接+15V电源，变压器T301的一个副边输出端接地，另一个副边输出端连接整流二极管V302的负极，整流二极管V302的正极通过电容C301接地，同时整流二极管V302的正极还通过电阻R302输出到激光陀螺的阴极，电容C302并联在地和激光陀螺阴极之间。
恒流电路包括放大器N401～N403、三极管V401～V404、电阻R401～R415、三极管V401～V403和三极管V404；
微处理器芯片输出的一个基准电压信号通过电阻R416输入到放大器N403的反向输入端，另一个基准电压信号通过电阻R417输入到放大器N403的正向输入端，放大器N403的反相输入端通过电阻R418连接到放大器N403的输出端，放大器N403的正向输入端通过电阻R419接地，放大器N403的输出端通过电阻R409与放大器401的正向输入端以及放大器402的正向输入端连接在一起；
放大器N401的反向输入端通过电阻R401连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N401的反向输入端还连接到三极管V401的发射极，三极管V401的集电极通过电阻R410和R412连接到反馈电路作为输入，三极管V401的基极连接到三极管V403的发射极，三极管V403的基极通过电阻R403连接放大器N401的输出端，三极管V403的集电极通过电阻R414连接激光陀螺的阳极输入，放大器N401的输出端还通过串联到一起的电阻R405、R407、R408和R406连接到放大器N402的输出端；
放大器N402的反向输入端通过电阻R402连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N402的反向输入端还连接到三极管V402的发射极，三极管V402的集电极通过电阻R411和R413连接到反馈电路作为输入，三极管V402的基极连接到三极管V404的发射极，三极管V404的基极通过电阻R404连接放大器N402的输出端，三极管V404的集电极通过电阻R415连接激光陀螺的另一个阳极输入，放大器N402的输出端通过电阻R406之后输入到微处理芯片作为一路采样信号，放大器N401的输出端通过电阻R405之后输入到微处理芯片作为另一路采样信号。
反馈电路包括放大器N501、光耦N502、电阻R501、R502、R503、R504、电容C501和C502；
放大器N501的反向输入端接地，正向输入端通过电阻R502连接到放大器N501的输出端，同时，该正向输入端还通过电阻R501和电容C501连接到放大器N501的输出端，电阻R501、R502和电容C501构成积分运算电路；放大器N501的输出端通过电阻R503连接到光耦N502的正输入端，光耦N502的负输入端接地，电阻R504和电容C502均并联在光耦N502的两个输出端之间，光耦N502的发射极输出端接地，其集电极输出端连接到准谐振控制芯片，作为其反馈输入。
所述准谐振控制芯片为意法公司的L6565芯片。
三极管V401、V402、V403和V404是PNP型晶体管。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明减少了元器件的种类和数量，简化了电路的复杂程度，硬件简洁，有较高的集成度。且本发明实现激光陀螺的起辉和维持功能，使得激光陀螺产生激光，维持激光，保持工作在一定的电流范围，克服了原激光陀螺高压电源电路由两个变压器实现带来的功耗大、元器件种类和数量多等不足，同时有效减小了电路板的尺寸，有效抑制EMI干扰
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图；
图2为本发明起辉控制电路原理示意图；
图3为本发明变压器整流滤波电路原理示意图；
图4为本发明恒流电路原理示意图；
图5为本发明反馈电路原理示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，如图1所示，包括微处理器芯片、起辉控制电路、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路、恒流电路和反馈电路；
外部电源为微处理器芯片、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路和恒流电路供电，微处理器芯片输出两个基准电压信号给恒流电路，恒流电路为激光陀螺提供工作电流，同时还为微处理器芯片提供两臂采样信号，实现对陀螺是否起辉进行判断，使能或禁止起辉控制电路；
在起辉控制电路使能的状态下，准谐振控制芯片输出PWM波给变压器整流滤波电路中的变压器进行倍压处理；在起辉控制电路禁止的状态下，准谐振控制芯片输出低电平给变压器进行倍压处理，变压器整流滤波电路将变压器倍压后的交流信号转换为直流信号提供给激光陀螺的阴极，横流电路为反馈电路提供反馈信号输入，反馈电路为准谐振控制器提供反馈量，从而控制PWM输出的频率。
本发明中所采用的微处理器芯片为SILICON公司的C8051F系列的单片机，工作电压直流3.3V。该芯片输出两个基准电压信号给恒流电路，用来设置激光陀螺的工作电流。同时，该芯片通过AD转换接口对恒流电路进行采样，与内部设置的门限值进行比较。当激光陀螺未起辉，采样值大于门限值，微处理器芯片通过I/O口输出低电平；当激光陀螺起辉，采样值小于门限值，微处理器芯片输出高电平。
起辉控制电路原理如图2所示，包括光耦N201、限流电阻R201、电阻R202、电阻R203和三极管V201。限流电阻R201一端与微处理器芯片的I/O口连接，另一端与光耦N201的输入正端相连，光耦N201的输入负端接地，光耦N201的集电极输出端通过电阻R202连接+15V电源，同时还通过电阻R203连接三极管V201的基极，三极管V201的集电极作为起辉控制电路的输出与准谐振控制芯片相连，使能或禁止PWM波的输出，三极管V201的发射极和光耦N201的发射极均接地。
其工作过程：微处理器芯片输出低电平，光耦N201的内部二极管关断，光耦N201输出高电平，经电阻R202、电阻R203分压后将三极管V201打开，输出低电平给准谐振控制芯片，关断PWM波输出。微处理器芯片输出高电平，光耦N201的内部二极管导通，光耦N201输出低电平，经电阻R202、电阻R203分压后将三极管V201关断，输出高电平给准谐振控制芯片，使能PWM波输出。
本发明中所采用的准谐振控制芯片为意法公司的L6565，工作电压直流15V。准谐振控制芯片具有输出PWM波的频率会随着负载的变化而变化的特点。当负载增大时，PWM波的频率会减小；当负载减小时，PWM波的频率会增大。该芯片具有使能控制端，控制是否输出PWM波。同时，该芯片内部集成了误差放大器，通过误差放大器的输出来实现PWM波的频率的改变。对于激光陀螺，在起辉过程中，激光陀螺阻抗无穷大，L6565输出PWM波频率小，使得变压器输出电压高；当起辉完成后，激光陀螺阻抗变为兆级，L6565输出PWM波频率高，使得变压器输出电压低，使得激光陀螺处于维持阶段。
变压器整流滤波电路原理如图3所示，变压器整流滤波电路包括变压器T301、MOS管V301、限流电阻R301、电阻R302、电容C301、电容302和整流二极管V302；
限流电阻R301一端与准谐振控制芯片的PWM输出端连接，另一端与MOS管V301的栅极连接，MOS管V301的源极接地，漏极与变压器T301原边输入端相连，变压器T301的另一个原边输入端连接+15V电源，变压器T301的一个副边输出端接地，另一个副边输出端连接整流二极管V302的负极，整流二极管V302的正极通过电容C301接地，同时整流二极管V302的正极还通过电阻R302输出到激光陀螺的阴极，电容C302并联在地和激光陀螺阴极之间。
其具体工作过程是：准谐振控制芯片输出的PWM波通过MOS的通断，在变压器的原边输入端形成斩波。该斩波被变压器放大后，形成高压脉冲信号，通过高压整流二极管V302和高压滤波电容C301转换为直流高压信号，输出给激光陀螺的阴极。
恒流电路如图4所示，包括放大器N401～N403、三极管V401～V404、电阻R401～R415、三极管V401～V403和三极管V404；
微处理器芯片输出的一个基准电压信号通过电阻R416输入到放大器N403的反向输入端，另一个基准电压信号通过电阻R417输入到放大器N403的正向输入端，放大器N403的反相输入端通过电阻R418连接到放大器N403的输出端，放大器N403的正向输入端通过电阻R419接地，放大器N403的输出端通过电阻R409与放大器401的正向输入端以及放大器402的正向输入端连接在一起；
放大器N401的反向输入端通过电阻R401连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N401的反向输入端还连接到三极管V401的发射极，三极管V401的集电极通过电阻R410和R412连接到反馈电路作为输入，三极管V401的基极连接到三极管V403的发射极，三极管V403的基极通过电阻R403连接放大器N401的输出端，三极管V403的集电极通过电阻R414连接激光陀螺的阳极输入，放大器N401的输出端还通过串联到一起的电阻R405、R407、R408和R406连接到放大器N402的输出端；
放大器N402的反向输入端通过电阻R402连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N402的反向输入端还连接到三极管V402的发射极，三极管V402的集电极通过电阻R411和R413连接到反馈电路作为输入，三极管V402的基极连接到三极管V404的发射极，三极管V404的基极通过电阻R404连接放大器N402的输出端，三极管V404的集电极通过电阻R415连接激光陀螺的另一个阳极输入，放大器N402的输出端通过电阻R406之后输入到微处理芯片作为一路采样信号，放大器N401的输出端通过电阻R405之后输入到微处理芯片作为另一路采样信号
其工作原理：微处理器芯片输出两个基准电压信号至电阻R416、R417，经过运算转换得到相应的电压信号作用在电阻R409处。电阻R409的另一端连接到放大器N401、N402的正向输入端。放大器N401、N402分别驱动三极管V403、V404。三极管V401、V403构成达林顿管，使得电流流向激光陀螺的阳极，并稳定电流。同理，三极管V402、V404用来控制激光陀螺的另一个阳极的电流。三极管V401、V402、V403、V404是高耐压的PNP型晶体管。电阻R401、R402为精密电阻，流过电阻的电流经过三极管流向激光陀螺的阳极。电阻R405、R407对放大器N401和放大器N403输出电压进行分压，得到采样电压作为微处理器芯片的输入。电阻R406、R408对放大器N402和放大器N403输出电压进行分压，得到采样电压作为微处理器芯片的输入。电阻R414、R415作为激光陀螺的镇流电阻，在激光陀螺起辉过程中使得陀螺其特性呈现正阻性。电阻R410、R412、R411、R413构成电阻网络对激光陀螺两阳极电压进行采样得到反馈信号V3，作为反馈电路的输入。
反馈电路主要是对恒流电路的反馈信号V3进行运算，作为准谐振控制芯片的反馈输入，从而控制PWM输出的频率，具体原理如图5所示。反馈电路包括放大器N501、光耦N502、电阻R501、R502、R503、R504、电容C501和C502；
放大器N501的反向输入端接地，正向输入端通过电阻R502连接到放大器N501的输出端，同时，该正向输入端还通过电阻R501和电容C501连接到放大器N501的输出端，电阻R501、R502和电容C501构成积分运算电路；放大器N501的输出端通过电阻R503连接到光耦N502的正输入端，光耦N502的负输入端接地，电阻R504和电容C502均并联在光耦N502的两个输出端之间，光耦N502的发射极输出端接地，其集电极输出端连接到准谐振控制芯片，作为其反馈输入。反馈输入增大，PWM波频率变高，变压器输出电压变小；反馈输入减小，PWM波频率变低，变压器输出电压变大。
Claims (7)
1.一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于包括：微处理器芯片、起辉控制电路、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路、恒流电路和反馈电路；
外部电源为微处理器芯片、准谐振控制芯片、变压器整流滤波电路和恒流电路供电，微处理器芯片输出两个基准电压信号给恒流电路，恒流电路为激光陀螺提供工作电流，同时还为微处理器芯片提供两臂采样信号，实现对陀螺是否起辉进行判断，使能或禁止起辉控制电路；
在起辉控制电路使能的状态下，准谐振控制芯片输出PWM波给变压器整流滤波电路中的变压器进行倍压处理；在起辉控制电路禁止的状态下，准谐振控制芯片输出低电平给变压器进行倍压处理，变压器整流滤波电路将变压器倍压后的交流信号转换为直流信号提供给激光陀螺的阴极，横流电路为反馈电路提供反馈信号输入，反馈电路为准谐振控制器提供反馈量，从而控制PWM输出的频率。
2.根据权利要求1所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：起辉控制电路包括光耦N201、限流电阻R201、电阻R202、电阻R203和三极管V201；
限流电阻R201一端与微处理器芯片的I/O口连接，另一端与光耦N201的输入正端相连，光耦N201的输入负端接地，光耦N201的集电极输出端通过电阻R202连接+15V电源，同时还通过电阻R203连接三极管V201的基极，三极管V201的集电极作为起辉控制电路的输出与准谐振控制芯片相连，使能或禁止PWM波的输出，三极管V201的发射极和光耦N201的发射极均接地。
3.根据权利要求1所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：变压器整流滤波电路包括变压器T301、MOS管V301、限流电阻R301、电阻R302、电容C301、电容302和整流二极管V302；
限流电阻R301一端与准谐振控制芯片的PWM输出端连接，另一端与MOS管V301的栅极连接，MOS管V301的源极接地，漏极与变压器T301原边输入端相连，变压器T301的另一个原边输入端连接+15V电源，变压器T301的一个副边输出端接地，另一个副边输出端连接整流二极管V302的负极，整流二极管V302的正极通过电容C301接地，同时整流二极管V302的正极还通过电阻R302输出到激光陀螺的阴极，电容C302并联在地和激光陀螺阴极之间。
4.根据权利要求1所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：恒流电路包括放大器N401～N403、三极管V401～V404、电阻R401～R415、三极管V401～V403和三极管V404；
微处理器芯片输出的一个基准电压信号通过电阻R416输入到放大器N403的反向输入端，另一个基准电压信号通过电阻R417输入到放大器N403的正向输入端，放大器N403的反相输入端通过电阻R418连接到放大器N403的输出端，放大器N403的正向输入端通过电阻R419接地，放大器N403的输出端通过电阻R409与放大器401的正向输入端以及放大器402的正向输入端连接在一起；
放大器N401的反向输入端通过电阻R401连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N401的反向输入端还连接到三极管V401的发射极，三极管V401的集电极通过电阻R410和R412连接到反馈电路作为输入，三极管V401的基极连接到三极管V403的发射极，三极管V403的基极通过电阻R403连接放大器N401的输出端，三极管V403的集电极通过电阻R414连接激光陀螺的阳极输入，放大器N401的输出端还通过串联到一起的电阻R405、R407、R408和R406连接到放大器N402的输出端；
放大器N402的反向输入端通过电阻R402连接到所述微处理器芯片的另一个基准电压信号输出，同时，放大器N402的反向输入端还连接到三极管V402的发射极，三极管V402的集电极通过电阻R411和R413连接到反馈电路作为输入，三极管V402的基极连接到三极管V404的发射极，三极管V404的基极通过电阻R404连接放大器N402的输出端，三极管V404的集电极通过电阻R415连接激光陀螺的另一个阳极输入，放大器N402的输出端通过电阻R406之后输入到微处理芯片作为一路采样信号，放大器N401的输出端通过电阻R405之后输入到微处理芯片作为另一路采样信号。
5.根据权利要求1所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：反馈电路包括放大器N501、光耦N502、电阻R501、R502、R503、R504、电容C501和C502；
放大器N501的反向输入端接地，正向输入端通过电阻R502连接到放大器N501的输出端，同时，该正向输入端还通过电阻R501和电容C501连接到放大器N501的输出端，电阻R501、R502和电容C501构成积分运算电路；放大器N501的输出端通过电阻R503连接到光耦N502的正输入端，光耦N502的负输入端接地，电阻R504和电容C502均并联在光耦N502的两个输出端之间，光耦N502的发射极输出端接地，其集电极输出端连接到准谐振控制芯片，作为其反馈输入。
6.根据权利要求1所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：所述准谐振控制芯片为意法公司的L6565芯片。
7.根据权利要求5所述的一种单变压器实现激光陀螺高压电源起辉维持功能的电路，其特征在于：三极管V401、V402、V403和V404是PNP型晶体管。
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