CN104242698A - 应用于氦氖激光器的双路输出开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于激光器的供电电源，其包括整流滤波电路、基于TNY256的变换器主电路、采样反馈电路。其中整流滤波电路对输入的交流市电进行整流和滤波，并输出直流电到基于TNY256的变换器主电路。基于TNY256的变换器主电路对输入直流电进行变换，并形成两路稳压输出。采样反馈电路在输出端口采样，并输出反馈控制信号到基于TNY256的变换器主电路。本发明的电路参数根据氦氖激光器的电源指标设定，完全适用于氦氖激光器的工作供电。在系统电路设计中，本发明基于单片开关电源芯片TNY256设计，具有高集成度、最简单外围电路以及完全电气隔离等优点。

Description

应用于氦氖激光器的双路输出开关电源

技术领域

本发明涉及激光器电源系统设计，尤其涉及的是，一种应用于氦氖激光器的双路输出开关电源设计。

背景技术                            

一般条件下，激光器电源性能的优劣直接影响激光器的工作性能。激光器电源除了要保持输出稳定外，还应具有为激光器提供大电流脉冲及高电压脉冲的能力。同时，激光器电源应具有高效率、小体积和低成本等特点。单片开关电源芯片将功率开关管控制电路和功率开关管集成在一个芯片上，具有密度高、体积小和质量轻等优点。基于单片开关电源芯片设计的激光器电源除了具有较高集成度外，还具有最简单外围电路、完全电气隔离以及最佳性能指标等优点。因此，在激光器电源的设计中采用单片开关电源芯片有利于其性能的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于氦氖激光器的双路输出开关电源。

本发明的技术方案如下：应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其包括整流滤波电路、基于TNY256的变换器主电路、采样反馈电路。其中整流滤波电路对输入的交流市电进行整流和滤波，并输出直流电到基于TNY256的变换器主电路。基于TNY256的变换器主电路对输入直流电进行变换，并形成5V稳压输出和15V稳压输出。采样反馈电路在15V稳压输出端口进行采样，并输出反馈控制信号到基于TNY256的变换器主电路。基于TNY256的变换器主电路根据反馈信号调整其变换器占空比，以此保证输出电压的稳定。

应用于氦氖激光器的双路输出开关电源中，整流滤波电路包括市电输入端口、整流滤波输出端口、1至4号电容、1号共模电感、1至4号整流二极管、1号电感、1号电阻。其中市电输入端口上端连接市电火线，下端连接市电零线。1号电容的上端连接市电输入端口的上端，1号电容的下端连接市电输入端口的下端。1号共模电感的左上端连接1号电容的上端，1号共模电感的左下端连接1号电容的下端。1号共模电感的右上端连接1号二极管的阳极，1号共模电感的右下端连接4号二极管的阴极。1号二极管的阴极连接2号二极管的阴极，2号二极管的阳极连接4号二极管的阴极。4号二极管的阳极连接3号二极管的阳极，3号二极管的阴极连接1号二极管的阳极。1号电感的左端连接2号二极管的阴极，1号电感的右端连接整流滤波输出端口的上端。1号电阻的左端连接4号电容的上端，1号电阻的右端连接3号电容的上端。3号电容的下端连接整流滤波输出端口的下端，4号电容的下端连接3号电容的下端。2号电容的下端连接4号电容的下端并接地。

应用于氦氖激光器的双路输出开关电源中，基于TNY256的变换器主电路包括整流滤波输入端口、5V稳压输出端口、15V稳压输出端口、检测采样端口、反馈输入端口、1号变压器、2号电阻、2至3号电感、5至11号电容、5至7号二极管、TNY256单片开关电源芯片。基于TNY256的变换器主电路中，1号变压器原边绕组的匝数为125匝，1号变压器副边5V输出的绕组匝数为10匝，1号变压器副边15V输出的绕组匝数为30匝。基于TNY256的变换器主电路中，TNY256是一款将PWM控制电路和功率开关管集成在一起的开关电源芯片，主要用于DC-DC变换器工作中占空比的调节。TNY256的封装共有8个引脚，其中引脚5为功率开关管的漏极引脚，引脚2、3、6、7、8为功率开关管源极引脚。引脚1为旁路端引脚，引脚4为使能欠压端引脚。

基于TNY256的变换器主电路中，整流滤波输入端口的上端连接2号电阻的上端，并连接5号电容的上端。2号电阻的下端连接5号电容的下端。5号二极管的阴极连接2号电阻的下端，5号二极管的阳极连接1号变压器原边的下端。1号变压器原边的上端连接5号电容的上端，1号变压器原边的下端连接TNY256的引脚5。1号变压器副边的上端连接6号二极管的阳极，1号变压器副边的下端连接7号二极管的阳极。7号电容的上端连接6号二极管的阴极，7号电容的下端连接1号变压器副边的公共端。2号电感的左端连接7号电容的上端，2号电感的右端连接8号电容的上端。8号电容的上端连接5V稳压输出端口，8号电容的下端连接1号变压器副边的公共端。9号电容的上端连接连接1号变压器副边的公共端，9号电容的下端连接7号二极管的阴极。10号电容的上端连接连接1号变压器副边的公共端，10号电容的下端连接7号二极管的阴极。3号电感的左边连接10号电容的下端，3号电感的右边连接11号电容的下端。11号电容的上端连接1号变压器副边的公共端，11号电容的下端连接15V稳压输出端口。检测采样端口的左端连接3号电感的左端，检测采样端口的右端连接3号电感的右端。

基于TNY256的变换器主电路中，TNY256单片开关电源芯片的引脚1连接6号电容的上端，6号电容的下端连接整流滤波输入端口的下端。TNY256单片开关电源芯片的引脚2连接整流滤波输入端口的下端。TNY256单片开关电源芯片的引脚4连接反馈输入端口。TNY256单片开关电源芯片的引脚5连接1号变压器原边的下端。

应用于氦氖激光器的双路输出开关电源中，采样反馈电路包括检测采样端口、反馈输出端口、3至6号电阻、11至12号电容、1号光电耦合器、1号可控稳压源。其中1号光电耦合器的型号为PS2501，其功能为在实现反馈信号传递的同时将输出端与输入端进行隔离。1号可控稳压源的型号为TL431，其功能为可调输出稳定电压。

采样反馈电路中，检测采样端口的右端连接4号电阻的上端，并连接5号电阻的上端。11号电容的右端连接4号电阻的下端，11号电容的左端连接5号电阻的下端。1号可控稳压源的阴极连接11号电容的左端，1号可控稳压源的阳极连接6号电阻的下端，1号可控稳压源的控制端连接6号电阻的上端。12号电容的右端连接6号电阻的下端，12号电容的左端接地。3号电阻的上端连接检测采样端口的左端，3号电阻的下端连接1号光电耦合器的引脚1。1号光电耦合器的引脚2连接5号电阻的下端，1号光电耦合器的引脚3接地，1号光电耦合器的引脚4连接反馈输出端口。

    本发明基于单片开关电源芯片TNY256设计，由于单片开关电源芯片TNY256将功率开关管及其控制电路集成在一个芯片上，使基于该芯片设计的电源体积更小、重量更轻，并达到电源最佳性能指标要求。本发明的电路参数根据氦氖激光器的电源指标设定，完全适用于氦氖激光器的工作供电，并具有高集成度、最简单外围电路以及完全电气隔离等优点。

附图说明

图1为本发明的系统结构方框图；

图2为本发明的整流滤波电路结构图；

图3为本发明的基于TNY256的变换器主电路结构图；

图4为本发明的采样反馈电路结构图；

图5为本发明的整体系统电路结构图。 

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

如图1所示，应用于氦氖激光器的双路输出开关电源包括三部分电路，其分别为整流滤波电路、基于TNY256的变换器主电路、采样反馈电路。其中整流滤波电路对输入的交流市电进行整流和滤波，并输出直流电到基于TNY256的变换器主电路。基于TNY256的变换器主电路对输入直流电进行变换，并形成5V稳压输出和15V稳压输出。采样反馈电路在15V稳压输出端口进行采样，并输出反馈控制信号到基于TNY256的变换器主电路。基于TNY256的变换器主电路根据反馈信号调整其变换器占空比，以此保证输出电压的稳定。

如图2所示，整流滤波电路包括市电输入端口、整流滤波输出端口A、电容C1至C4、共模电感TX1、整流二极管D1至D4、电感L1、电阻R1。其中市电输入端口L连接市电火线，下端N连接市电零线。电容C1的上端连接市电输入端口的上端L，电容C1的下端连接市电输入端口的下端N。共模电感TX1的左上端连接电容C1的上端，共模电感TX1的左下端连接电容C1的下端。共模电感TX1的右上端连接二极管D1的阳极，共模电感TX1的右下端连接二极管D4的阴极。二极管D1的阴极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接二极管D4的阴极。二极管D4的阳极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接二极管D1的阳极。电感L1的左端连接二极管D2的阴极，电感L1的右端连接整流滤波输出端口的上端A1。电阻R1的左端连接电容C4的上端，电阻R1的右端连接电容C3的上端。电容C3的下端连接整流滤波输出端口的下端A2，电容C4的下端连接电容C3的下端。电容C2的下端连接电容C4的下端并接地。整流滤波电路对市电输入进行处理，除了将直流电变为交流电外，对电磁干扰也进行了处理。

如图3所示，基于TNY256的变换器主电路包括整流滤波输入端口A、5V稳压输出端口V1o、15V稳压输出端口V2o、检测采样端口B、反馈输入端口C、变压器TX2、电阻R2、电感L2至L3、电容C5至C11、二极管D5至D7、TNY256单片开关电源芯片U1。基于TNY256的变换器主电路中，1号变压器原边绕组的匝数为125匝，1号变压器副边5V输出的绕组匝数为10匝，1号变压器副边15V输出的绕组匝数为30匝。基于TNY256的变换器主电路中，TNY256是一款将PWM控制电路和功率开关管集成在一起的开关电源芯片，主要用于DC-DC变换器工作中占空比的调节。TNY256的封装共有8个引脚，其中引脚5为功率开关管的漏极引脚，引脚2、3、6、7、8为功率开关管源极引脚。引脚1为旁路端引脚，引脚4为使能欠压端引脚。

基于TNY256的变换器主电路中，整流滤波输入端口的上端A1连接电阻R2的上端，并连接电容C5的上端。电阻R2的下端连接电容C5的下端。二极管D5的阴极连接电阻R2的下端，二极管D5的阳极连接变压器TX2原边的下端。变压器TX2原边的上端连接电容C5的上端，变压器TX2原边的下端连接TNY256的引脚5。变压器TX2副边的上端连接二极管D6的阳极，变压器TX2副边的下端连接二极管D7的阳极。电容C7的上端连接二极管D6的阴极，电容C7的下端连接变压器TX2副边的公共端。电感L2的左端连接电容C7的上端，电感L2的右端连接电容C8的上端。电容C8的上端连接5V稳压输出端口V1o，电容C8的下端连接变压器TX2副边的公共端。电容C9的上端连接连接变压器TX2副边的公共端，电容C9的下端连接二极管D7的阴极。电容C10的上端连接连接变压器TX2副边的公共端，电容C10的下端连接二极管D7的阴极。电感L3的左边连接电容C10的下端，电感L3的右边连接电容C11的下端。电容C11的上端连接变压器TX2副边的公共端，电容C11的下端连接15V稳压输出端口V2o。检测采样端口的左端B1连接电感L3的左端，检测采样端口的右端B2连接电感L3的右端。

基于TNY256的变换器主电路中，TNY256单片开关电源芯片U1的引脚1连接电容C6的上端，电容C6的下端连接整流滤波输入端口的下端A2。TNY256单片开关电源芯片U1的引脚2连接整流滤波输入端口的下端A2。TNY256单片开关电源芯片U1的引脚4连接反馈输入端口C。TNY256单片开关电源芯片U1的引脚5连接变压器TX2原边的下端。

如图4所示，采样反馈电路包括检测采样端口B、反馈输出端口C、电阻R3至R6、电容C11至C12、光电耦合器U2、可控稳压源U3。其中光电耦合器U2的型号为PS2501，其功能为在实现反馈信号传递的同时将输出端与输入端进行隔离。可控稳压源U3的型号为TL431，其功能为可调输出稳定电压。

采样反馈电路中，检测采样端口的右端B2连接电阻R4的上端，并连接电阻R5的上端。电容C11的右端连接电阻R4的下端，电容C11的左端连接电阻R5的下端。可控稳压源U3的阴极连接电容C11的左端，可控稳压源U3的阳极连接电阻R6的下端，可控稳压源U3的控制端连接电阻R6的上端。电容C12的右端连接电阻R6的下端，电容C12的左端接地。电阻R3的上端连接检测采样端口的左端B1，电阻R3的下端连接光电耦合器U2的引脚1。光电耦合器U2的引脚2连接电阻R5的下端，光电耦合器的引脚3接地，光电耦合器的引脚4连接反馈输出端口C。

如图5所示，激光器电源整体系统的输入端为市电输入端口，其输入电压范围为190V至270V。市电输入端口的上端L连接市电的火线，市电输入端口的下端N连接市电的零线。整流滤波电路的整流滤波输出端口A与基于TNY256的变换器主电路的整流滤波输入端口A相连接，并传输滤除电磁干扰的直流电给变换器。基于TNY256的变换器主电路的检测采样端口B与采样反馈电路的检测采样端口B相连接，并将输出端口的电压变化传输到采样反馈电路中。采样反馈电路的反馈输出端口C与基于TNY256的变换器主电路的反馈输入端口C相连接，并将采样反馈电路处理后的反馈信号传输到变换器主电路中。应用于氦氖激光器的双路输出开关电源有两路输出，一路为5V电压输出，其输出电流为1A，另一路为15V电压输出，其输出电流为0.4A。该激光器电源的输出纹波小于3%，其效率大于85%。

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的应用于氦氖激光器的双路输出开关电源。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，其包括整流滤波电路、基于TNY256的变换器主电路、采样反馈电路；

整流滤波电路对输入的交流市电进行整流和滤波，并输出直流电到基于TNY256的变换器主电路；

基于TNY256的变换器主电路对输入直流电进行变换，并形成5V稳压输出和15V稳压输出；

采样反馈电路在15V稳压输出端口进行采样，并输出反馈控制信号到基于TNY256的变换器主电路；

基于TNY256的变换器主电路根据反馈信号调整其变换器占空比，以此保证输出电压的稳定。

2.根据权利要求1所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，整流滤波电路包括市电输入端口、整流滤波输出端口、1至4号电容、1号共模电感、1至4号整流二极管、1号电感、1号电阻。

3.根据权利要求2所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，市电输入端口上端连接市电火线，下端连接市电零线；

1号电容的上端连接市电输入端口的上端，1号电容的下端连接市电输入端口的下端；

1号共模电感的左上端连接1号电容的上端，1号共模电感的左下端连接1号电容的下端；

1号共模电感的右上端连接1号二极管的阳极，1号共模电感的右下端连接4号二极管的阴极；

1号二极管的阴极连接2号二极管的阴极，2号二极管的阳极连接4号二极管的阴极；

4号二极管的阳极连接3号二极管的阳极，3号二极管的阴极连接1号二极管的阳极；

1号电感的左端连接2号二极管的阴极，1号电感的右端连接整流滤波输出端口的上端；

1号电阻的左端连接4号电容的上端，1号电阻的右端连接3号电容的上端；

3号电容的下端连接整流滤波输出端口的下端，4号电容的下端连接3号电容的下端；

2号电容的下端连接4号电容的下端并接地。

4.根据权利要求1所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，基于TNY256的变换器主电路包括整流滤波输入端口、5V稳压输出端口、15V稳压输出端口、检测采样端口、反馈输入端口、1号变压器、2号电阻、2至3号电感、5至11号电容、5至7号二极管、TNY256单片开关电源芯片。

5.根据权利要求4所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，整流滤波输入端口的上端连接2号电阻的上端，并连接5号电容的上端；

2号电阻的下端连接5号电容的下端；

5号二极管的阴极连接2号电阻的下端，5号二极管的阳极连接1号变压器原边的下端；

1号变压器原边的上端连接5号电容的上端，1号变压器原边的下端连接TNY256的引脚5；

1号变压器副边的上端连接6号二极管的阳极，1号变压器副边的下端连接7号二极管的阳极；

7号电容的上端连接6号二极管的阴极，7号电容的下端连接1号变压器副边的公共端；

2号电感的左端连接7号电容的上端，2号电感的右端连接8号电容的上端；

8号电容的上端连接5V稳压输出端口，8号电容的下端连接1号变压器副边的公共端；

9号电容的上端连接连接1号变压器副边的公共端，9号电容的下端连接7号二极管的阴极；

10号电容的上端连接连接1号变压器副边的公共端，10号电容的下端连接7号二极管的阴极；

3号电感的左边连接10号电容的下端，3号电感的右边连接11号电容的下端；

11号电容的上端连接1号变压器副边的公共端，11号电容的下端连接15V稳压输出端口；

检测采样端口的左端连接3号电感的左端，检测采样端口的右端连接3号电感的右端；

TNY256单片开关电源芯片的引脚1连接6号电容的上端，6号电容的下端连接整流滤波输入端口的下端；

TNY256单片开关电源芯片的引脚2连接整流滤波输入端口的下端；

TNY256单片开关电源芯片的引脚4连接反馈输入端口；

TNY256单片开关电源芯片的引脚5连接1号变压器原边的下端。

6.根据权利要求1所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，采样反馈电路包括检测采样端口、反馈输出端口、3至6号电阻、11至12号电容、1号光电耦合器、1号可控稳压源。

7.根据权利要求6所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，1号光电耦合器的型号为PS2501，1号可控稳压源的型号为TL431。

8.根据权利要求6所述应用于氦氖激光器的双路输出开关电源，其特征在于，检测采样端口的右端连接4号电阻的上端，并连接5号电阻的上端；

11号电容的右端连接4号电阻的下端，11号电容的左端连接5号电阻的下端；

1号可控稳压源的阴极连接11号电容的左端，1号可控稳压源的阳极连接6号电阻的下端，1号可控稳压源的控制端连接6号电阻的上端；

12号电容的右端连接6号电阻的下端，12号电容的左端接地；

3号电阻的上端连接检测采样端口的左端，3号电阻的下端连接1号光电耦合器的引脚1；

1号光电耦合器的引脚2连接5号电阻的下端，1号光电耦合器的引脚3接地，1号光电耦合器的引脚4连接反馈输出端口。