CN104092381B - 高质量多通道电压连续可调电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高质量多通道电压连续可调电源模块，该电源模块包括：高质量连续可调电压部分，高精度多档位电流检测部分和可组合的多通道使用部分。所述可调电压产生部分连接有输出负载，所述电流检测部分对该输出负载输出的电流进行检测。该电源模块具有低电压纹波，低EMC,抗干扰能力强,电压可远程设定且可调范围广，电流检测精度高等优点，且每个模块采用两个通道且模块间可以组合使用，通用性强。

Description

高质量多通道电压连续可调电源模块

技术领域

本发明涉及电源模块，更具体地涉及一种高质量多通道电压连续可调电源模块。

背景技术

电源是现在任何电子产品所必需的有机组成部分，电源质量的好坏直接影响着用电设备的功能和寿命。随着用电设备不断的精细化，功能的多样化，其对电源的要求也越来越高。当今市场上用电设备主流的供电方式为外置电源和板载电源，输出形式一般以单通道固定电压输出为主。电源类型一般外置电源多为AC/DC开关电源板载电源以LDO为主。但市场上主流的供电方式存在着以下不足:

1.电源输出电压的精度和调整率。特别是一些高端用电设备尤其是在显示领域的用电仪器需要的电压的质量要求极高，其纹波要求在满量程内低于10Mv,且电压要达到0.1％的精度，市场上很少有能够满足其需求的电源。

2.电源输出功率和体积。大功率小体积高效率永远是电源发展的主题，随着用电设备的小型化，微型化尤其是便携式电子产品，其要求的供电电源现有的电源就很难满足。

3.单一通道无法满足用电设备高效率多通道的趋势的要求。

4.无法实现电压大范围远程可调可控。

5.通用性和可移植性不强，电流检测精度不高。

因此，需要提供一种高质量多通道电压连续可调电源模块。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明一种高质量多通道电压连续可调电源模块，以解决市场上的普通电源和各种不同用电设备之间不匹配的问题。

本发明采用下述技术方案：

高质量多通道电压连续可调电源模块包括：连续可调电压产生部分和电流检测部分，所述可调电压产生部分连接有输出负载，并根据负载的需求进行设定，所述电流检测部分对该输出负载输出的电流进行检测。

所述可调电压产生部分包括依次连接的外部电源模块、EMC处理模块、斩波电路模块、同步整流模块、滤波处理模块、输出负载模块和恒流源反馈模块，所述外部电源模块的输出经过EMC处理模块降低差模和共模干扰，再通过高频斩波电路模块得到高频脉冲电压，经过同步整流模块，输出滤波模块得到设定纹波很低的电压，所述恒流源反馈模块为外部CPU处理器设定基准电流并与电路中流入电源控制芯片的固定的反馈电流作累加和，共同控制着电源反馈电流进而控制输出电压。

所述电流检测部分包括依次连接的电压开关模块、量程选择模块、电流采样模块、差分放大模块、A/D转换模块和比较标定模块。

所述EMC处理模块由差模滤波电感器组成的低通滤波器构成。

所述输出电压为：输出电压＝K*基准电压+VREF；

其中K为电路中恒流源给定的比例参数，VREF为电源控制芯片内的参考电压。

连续可调电源系统，该电源系统包括：母板及与母板连接的若干可调电源模块，所述母板通过串口与上位机进行数据交换并把上位机所需要的电压进行D/A转换后送给所述可调电源模块。

该电源模块包括：连续可调电压产生部分和电流检测部分，所述可调电压产生部分连接有输出负载，并根据负载的需求进行设定，所述电流检测部分对该输出负载输出的电流进行检测。

所述可调电压产生部分包括依次连接的外部电源模块、EMC处理模块、斩波电路模块、同步整流模块、滤波处理模块、输出负载模块和恒流源反馈模块，所述外部电源模块的输出经过EMC处理模块降低差模和共模干扰，再通过高频斩波电路模块得到高频脉冲电压，经过同步整流模块，输出滤波模块，所述恒流源反馈模块的一输出端与所述斩波电路连接，另一输入端连接CPU处理器，由CPU处理器为其提供驱动电压。

所述电流检测部分包括依次连接的电压开关模块、量程选择模块、电流采样模块、差分放大模块、A/D转换模块和比较标定模块。

本发明的有益效果如下：

本发明高质量多通道电压连续可调电源模块从根本上解决了市场上的普通电源难对应日新月异的用电设备的问题，该电源模块具有低电压纹波，低EMC,抗干扰能力强,电压可远程设定且可调范围广，电流检测精度高等优点。每个模块采用两个通道且模块间可以组合使用，通用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出可调电压产生部分结构框图。

图2示出EMC处理模块电路框图。

图3示出电流检测部分结构框图。

图4示出单个模块电源工作框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明高质量多通道电压连续可调电源模块包括：连续可调电压产生部分和电流检测部分，所述可调电压产生部分连接有输出负载，所述电流检测部分对该输出负载输出的电流进行检测。

如图1为可调电压产生部分结构原理图，所述可调电压产生部分包括依次连接的电源供电模块、EMC处理模块、斩波电路模块、同步整流模块、滤波处理模块、输出负载模块和恒流源反馈模块，所述恒流源反馈模块的另一输出端还与所述斩波电路连接。

输出电压可调的原理为电源模块通过串口接收到负载发送来的电压值和电压的上下限阈值后，由CPU处理器进行相应的模数转换器的设置，以驱动外部恒流源电路输出所需要的电压，并把此电压和上下限阈值进行比较进行相应的动作。

高精度电流检测的原理：电源模块分若干个档位检测输出电流。每个档位电流通过检流电阻和高噪声抑制比仪表放大器得到的差分电压送模数转换器，CPU通过读取模数转换器的值经过相应的处理显示出来。

所述CPU对从AD读到的值处理：电源模块对每个档位作电流检测时，在每个量程内放置很多个检测点，CPU把各检测点处读到的电流值与实际电流值进行比较可绘制成一条曲线。电源模块可根据该曲线的斜率和读到的值测出非常接近真实值的电流。

所述图1中的输入部分模块采用外置直流24V电源供电。

所述图1中的电磁兼容EMC部分：由于输入电压不断的对电路中储能电容进行充放电以满足负载要求而产生尖峰脉冲，这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开，看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率。解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是电路中加入由差模滤波电感器组成的低通滤波器如图2。用这种差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值，从而降低电流谐波干扰。

所述斩波电路采用降压式的Buck拓扑。

所述同步整流电路采用高集成度IC作为脉宽调制波形的驱动，频率最高达到2.2MHZ。由驱动IC产生双路具有延时互补的波形驱动两个MOSFET,实现同步整流。

所述外置恒流源引入系统反馈，通过控制外置32位处理器产生高精度的基准电压，输出电压由下面公式给出，实现大范围可调。

输出电压＝K*基准电压+VREF

其中K为电路中恒流源给定的比例参数，VREF为电源控制芯片IC的参考电压。此处通过CPU控制驱动的恒流源作为反馈设定电压，这是现有技术中的电源没有的。所述电源控制芯片为斩波电路的核心部件，用于接收反馈信号，产生脉宽调制波，其主要功能为：

1.可以通过外部电阻设定本电源的工作频率；

2.产生脉冲宽度可调的波形(pwm)以驱动外部场效应管；

3.内部的电流和电压误差放大器能够接收电源电路中的电流和电压采样信号，形成两个反馈回路以保持输出稳定；

4.提供对电源电路的过载保护。

同步整流电路的输出部分再次经过共模和差模滤波降低电压纹波，减小电磁干扰。

如图3示出电流检测部分结构原理图，所述电流检测部分包括依次连接的电压开关模块、量程选择模块、电流采样模块、差分放大模块、A/D转换模块和比较标定模块。电流检测分为三个量程进行，最小分度值为1UA。电源主体根据负载电流的大小自动选择量程。

负载电压引入之后加一级模拟开关，这种方式便于上位机对电流检测部分的控制。

单片机对送来的AD值进行比较判断，通过程序进行数字滤波，这一步可大幅度的提高电流读取的精度。

对于一个设备中需要多个相互独立可调的电压的情况，上述电源模块可以组合使用。多个组合的电源模块与母板一起形成一个设备所需要的电源系统。母板通过串口与上位机进行数据交换把上位机所需要的各个电压进行DA转换后送往各个功能电源模块。母板读取各个模块传下来的电压电流值并与设定值进行比较，并相应的进行过流，过压，欠压报警。

本模块具有两个通道，每个通道能够独立的为所接负载提供所需要的精准电压并能准确的测量通过负载的电流。当负载系统需要两个以上的功率电压源时，本模块还可以以组合的方式插槽的结构产生多路可设定的电压为负载供电。

如图4示出单个模块电源工作框图，对于一个设备中需要多个相互独立可调的电压的情况，上述的连续可调电源模块可以组合使用。多个电源模块组合在一起与母板一起构筑成一个设备所需要的电源系统。母板通过串口与上位机进行数据交换把上位机所需要的各个电压进行DA转换后送往各个功能电源模块。母板读取各个模块传下来的电压电流值并与设定值进行比较，并相应的进行过流，过压，欠压报警。

组合的电源模块解决了复杂系统供电杂而乱的问题。针对负载系统需要多个功率电压源时，多个电源模块就可以通过插槽与电源母板相连接，根据负载的要求设定出不同的电压以给负载供电。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.高质量多通道电压连续可调电源模块，其特征在于，该电源模块包括：连续可调电压产生部分和电流检测部分，所述连续可调电压产生部分连接有输出负载，并根据负载的需求进行设定，所述电流检测部分对该输出负载输出的电流进行检测；

所述连续可调电压产生部分包括依次连接的外部电源模块、EMC处理模块、斩波电路模块、同步整流模块、滤波处理模块、输出负载模块和恒流源反馈模块，所述外部电源模块的输出经过EMC处理模块降低差模和共模干扰，再通过高频斩波电路模块得到高频脉冲电压，经过同步整流模块，输出滤波模块得到设定纹波低于10Mv的电压；

所述恒流源反馈模块为外部CPU处理器设定基准电流并与电路中流入电源控制芯片的固定的反馈电流作累加和，共同控制着电源反馈电流进而控制输出电压；输出电压＝K*基准电压+VREF，其中，K为电路中恒流源给定的比例参数，VREF为电源控制芯片内的参考电压；CPU处理器控制驱动恒流源作为反馈设定电压。

2.根据权利要求1所述的高质量多通道电压连续可调电源模块，其特征在于，所述电流检测部分包括依次连接的电压开关模块、量程选择模块、电流采样模块、差分放大模块、A/D转换模块和比较标定模块。

3.根据权利要求1所述的高质量多通道电压连续可调电源模块，其特征在于，所述EMC处理模块由差模滤波电感器组成的低通滤波器构成。

4.连续可调电源系统，其特征在于，该电源系统包括：母板及与母板连接的若干如权利要求1所述的高质量多通道电压连续可调电源模块，所述母板通过串口与上位机进行数据交换并把上位机所需要的电压进行D/A转换后送给所述电源模块。

5.根据权利要求4所述的连续可调电源系统，其特征在于，所述电源模块中的电流检测部分包括依次连接的电压开关模块、量程选择模块、电流采样模块、差分放大模块、A/D转换模块和比较标定模块。