CN106452082B - 一种电源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源测试领域，特别是一种电源模块。包括控制电路、功率转换模块、锯齿波模块；本发明提供的电源模块中，变压器包括并接的两个原边，两个原边分别采用反相的控制信号控制接通关断；同时，变压器的输出端在整流电路前设置有滤波电路，有效减小了输出电路的尖峰，改善了纹波特性。

Description

一种电源模块
技术领域
本发明涉及电源测试领域，特别是一种电源模块。
背景技术
通常，在进行与直流电源相关的测试时,工程师必须汇集和配置多台仪器,才能完成直流供电和测量任务。在执行这些复杂任务时,可能会同时接到多台测试仪器,从而增加出错的风险；为此,工程师可能选择远比手动测试复杂的自动测试，但自动化测试任务虽然会减少人工错误,但编写和调试程序对已经超负荷工作的研发工程师进一步增加了工作量。而直流电源分析仪的出现避免了工程师使用多台设备以及测试前进行复杂的调试。电源分析仪通过其内置的电流动态测量能力可测量流入DUT的电流,而不需要诸如电流探头和分流器这类传感器；直流电源分析仪无需开发控制和测量程序，所有功能和测量都集成在同一设备中，也无需PC、驱动程序和软件,相当于把与设置相关的工作量减少了90%以上；用户使用独立测试设备则要用2天时间才能完成的直流供电和测量测试任务，使用直流电源分析仪可在5分钟内就能完成。而通常，直流电源分析仪中集成有万用表模块、示波器模块、任意波形发生模块、数据记录模块以及多个直流电源模块，其中，多个具有不同输出功率的直流电源模块无疑是电源分析仪的最核心器件之一，电源模块承担着在指定范围内输出指定电压值或指定电流值的各钟功率波形任务，其需要较高的稳定性，同时电源模块也需要与电源分析仪的其他模块兼容组合。
发明内容
本发明的发明目的在于针对直流电源分析仪中各个电源模块稳定性的需求，提供一种工作稳定的，适用于电源分析仪中特定电源模块电路。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电源模块，包括控制电路、功率转换模块、锯齿波模块；
所述锯齿波模块包括电流取样电路、电压取样电路、反馈电路及锯齿波发生电路；所述电流取样电路、电压取样电路自所述功率转换电路的输出端和/或负载端采集采样电流、采样电压，并将所述采样电流、采样电压分别发送至所述反馈电路；
所述功率转换模块包括PWM驱动电路、功率转换电路、整流滤波电路及输出滤波电路；
所述控制电路发送锯齿波控制信号至所述锯齿波发生电路以产生基准锯齿波，该基准锯齿波结合采样电流和/或采样电压产生指定波形锯齿波；所述控制电路还将所述指定锯齿波作为PWM控制信号发送至PWM驱动电路，以驱动所述功率转换电路工作。
进一步的 ，所述功率转换电路包括变压器；
所述PWM驱动电路包括第一控制电路、第二控制电路；
所述整流滤波电路包括依次串接的滤波电路及整流电路；
所述变压器包括并联的第一原边及第二原边；所述第一控制电路与第一原边的输出端连接；所述第二控制电路与第二原边的输出端连接；所述变压器的副边通过所述滤波电路与所述整流电路连接。
通常的电源中的功率转换电路并不会再改整流电路前设置该滤波电路，本发明中，该滤波电路的作用是减小变压器输出的纹波，在对变压器输出信号整流前进行预调整，该电路的增加在一定程度上牺牲了信号处理效率，但是本发明在整流电路前设置该电路却有效减小了输出信号的尖峰，让输出信号的纹波得到大大的改善。
进一步的，所述第一控制电路包括第一整形电路、第一开关及第一尖峰吸收电路；
所述第二控制电路包括第二整形电路、第二开关及第二尖峰吸收电路；
所述第一开关与所述第一原边的输出端连接；所述第二开关与所述第二原边的输出端连接；
所述第一整形电路的输入端接收第一控制信号，其输出端连接所述第一开关的控制端；
所述第二整形电路的输入端接收第二控制信号，其输出端连接所述第二开关的控制端；
所述第一尖峰吸收电路与所述第一开关并接；所述第二尖峰吸收电路与所述第二开关并接；
所述第一控制信号与所述第二控制信号反相；所述第一控制信号、第二控制信号为互相反相的PWM；所述第一整形电路和第二整形电路分别用于让第一控制信号、第二控制信号的上升沿更加陡峭，从而加快第一开关及第二开关的响应速度。
进一步的，所述第一尖峰吸收电路及所述第二尖峰吸收电路均包括并接的两个电阻及与该并接的两个电阻串接的一电容。
进一步的，所述第一开关、第二开关为场效应管；所述第一开关的漏极接所述第一原边的输出端，所述第一开关的源极接地；所述第二开关的漏极接所述第二原边的输出端；所述第二开关的源极接地。
进一步的，所述电流采集电路设置在所述变压器原边的输入端。
进一步的，所述第一原边的输入端及所述第二原边的输入端并联接入所述电流采集电路。
进一步的，所述电流采集电路为电感。
进一步的，所述滤波电路包括并接的第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，以及与所述第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻串接的第一电容；所述滤波电路与所述变压器的副边并接。
进一步的，所述整流电路为桥式整流电路。
所述锯齿波模块包括电流取样电路和/或电压取样电路，以及，采样电流处理电路和/或电压取样电路、辅助锯齿波产生电路、主锯齿波产生电路及第二比较电路；
所述采样电流处理电路包含两个输入端，所述两个输入端分别接收自功率转换电路中变压器两个并联原边采集的采样电流，并将其处理为第一信号后输出；
所述辅助锯齿波电路接收来自控制器发出的第一控制脉冲信号P_RAMP，并将其处理为第二信号后输出；
所述主锯齿波电路接收来自控制器发出的第二控制脉冲信号AUX_RAMP，并将其处理为第三信号后输出
所述第一信号、第二信号及第三信号叠加为第四信号，所述第四信号传输至第二比较电路正相端；所述第二比较电路的反相端接收一误差电压信号，并输出锯齿波。
进一步的，采样电流处理电路包括依次连接的全桥整流电路、电阻取样电路、采样滤波电路及第一匹配电阻；所述电阻取样电路的两端分别连接所述全桥整流电路的两个输出端。
进一步的，所述滤波电路为LC滤波电路
进一步的，所述辅助锯齿波产生电路包括依次连接的第一反相电路、第一充放电电路及第二匹配电阻。
进一步的，第一充放电电路包括第一电阻、第二电阻及第一电容；所述第二电阻的一端与所述第一反相电路的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一电阻、第一电容的一端连接；所述第一电阻的另一端与电源连接；所述第一电容的另一端接地。
进一步的，所述主锯齿波产生电路包括依次连接的第二反相电路、第二充放电电路、锯齿比较电路及第三匹配电阻。
进一步的，第二充放电电路包括第三电阻、第四电阻及第二电容；所述第三电阻的一端与所述第二反相电路的输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻、第二电容的一端连接；所述第四电阻的另一端与电源连接；所述第二电容的另一端接地。
进一步的，所述锯齿比较电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻及比较器；所述第五电阻的一端与比较器的正相输入端连接，另一端与所述比较器的输出端连接；所述比较器的反相输入端通过第六电阻与所述第二电容接地一端连接；所述比较器的反相输入端还通过第七电阻与比较器的输出端连接；所述比较器的正相输入端还与所述第三电阻、第四电阻连接的一端连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的电源模块中，变压器包括并接的两个原边，两个原边分别采用反相的控制信号控制接通关断；同时，变压器的输出端在整流电路前设置有滤波电路，有效减小了输出电路的尖峰，改善了纹波特性。
在一些实施例中，控制电路中设置有整流电路，让控制信号的上升沿更加陡峭，从而加快了开关的响应速度；控制电路中还设置有尖波吸收电路，有效改善电路特性，防止尖波出现。
本发明中采用将采集自电源模块变压器并接的两个原边的采样电流、主锯齿波产生电路产生的锯齿波、辅助锯齿波电路产生的辅助锯齿波叠加后，通过一比较器与反馈的误差电压进行比较后产生指定的任意波形的锯齿波；采用这种方式实现锯齿波在保证了在整个PWM占空比周期内，锯齿波的波形均处于上升趋势而不饱和。
附图说明
图1是本发明结构框图。
图2是本发明功率转换模块结构示意图。
图3a是本发明中第一控制电路结构框图。
图3b是本发明中第二控制电路结构框图。
图4是本发明功率转换模块电路图。
图5a是本发明中第一控制电路电路图具体实施例。
图5b是本发明中第二控制电路电路图具体实施例。
图6是本发明中锯齿波模块结构示意图。
图7是本发明中采样电流处理电路电路图。
图8是本发明中辅助锯齿波产生电路及主锯齿波产生电路电路图。
图9是本发明中第二比较电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，一种电源模块，包括控制电路、功率转换模块、锯齿波模块；
所述锯齿波模块包括电流取样电路、电压取样电路、反馈电路及锯齿波发生电路；所述电流取样电路、电压取样电路自所述功率转换电路的输出端和/或负载端采集采样电流、采样电压，并将所述采样电流、采样电压分别发送至所述反馈电路；
所述功率转换模块包括PWM驱动电路、功率转换电路、整流滤波电路及输出滤波电路；
所述控制电路发送锯齿波控制信号至所述锯齿波发生电路以产生基准锯齿波，该基准锯齿波结合采样电流和/或采样电压产生指定波形锯齿波；所述控制电路还将所述指定锯齿波作为PWM控制信号发送至PWM驱动电路，以驱动所述功率转换电路工作。
进一步的 ，如图2、图4所示，所述功率转换电路包括变压器T3；
所述PWM驱动电路包括第一控制电路200、第二控制电路300；
所述整流滤波电路包括依次串接的滤波电路400及整流电路500；
所述变压器T3包括并联的第一原边及第二原边；所述第一控制电路200与第一原边的输出端连接；所述第二控制电路300与第二原边的输出端连接；所述变压器T3的副边通过所述滤波电路400与所述整流电路500连接。
通常的电源中的功率转换电路并不会再改整流电路500前设置该滤波电路400，本发明中，该滤波电路400的作用是减小变压器T3输出的纹波，在对变压器T3输出信号整流前进行预调整，该电路的增加在一定程度上牺牲了信号处理效率，但是本发明在整流电路500前设置该电路却有效减小了输出信号的尖峰，让输出信号的纹波得到大大的改善。
如图3a、图3b、图5a、图5b所示，所述第一控制电路200包括第一整形电路201、第一开关Q1及第一尖峰吸收电路203；
所述第二控制电路300包括第二整形电路301、第二开关Q2及第二尖峰吸收电路303；
所述第一开关Q1与所述第一原边的输出端11连接；所述第二开关Q2与所述第二原边的输出端1连接；
所述第一整形电路201的输入端接收第一控制信号PWM1，其输出端连接所述第一开关Q1的控制端；所述第二整形电路301的输入端接收第二控制信号PWM2，其输出端连接所述第二开关Q2的控制端；所述第一尖峰吸收电路203与所述第一开关Q1并接；所述第二尖峰吸收电路303与所述第二开关Q2并接；所述第一整形电路201包括反并接的第五二极管及第六二极管（图5a中的D4表示该反并接的第五二极管及第六二极管），其中，所述第五二极管的负极与正极短接，第六二极管的负极为控制信号PWM1的输入端，第六二极管的正极与第六电阻R6串接后与第五电阻R5并接；同样的，所述第二整形电路301包括反并接的第七二极管及第八二极管（图5b中的D5表示该反并接的第七二极管及第八二极管），其中，所述第七二极管的负极与正极短接，第八二极管的负极为控制信号PWM2的输入端，第八二极管的正极与第十二电阻R12串接后与第十一电阻R11并接；
所述第一控制信号PWM1与所述第二控制信号PWM2反相；所述第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2为互相反相的PWM；所述第一整形电路201和第二整形电路301分别用于让第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2的上升沿更加陡峭，从而加快第一开关Q1及第二开关Q2的响应速度。
所述第一尖峰吸收电路203及所述第二尖峰吸收电路303均包括并接的两个电阻及与该并接的两个电阻串接的一电容，即，第一尖峰吸收电路203包括并接的第七电阻R7及第八电阻R8,同时，还有与第七电阻R7、第八电阻R8串接的第三电容C3；第二尖峰吸收电路303包括并接的第九电阻R9及第十电阻R10,同时，还有与第九电阻R9、第十电阻R10串接的第二电容C2；。
所述第一开关Q1、第二开关Q2为场效应管；所述第一开关Q1的漏极接所述第一原边的输出端11，所述第一开关Q1的源极接地；所述第二开关Q2的漏极接所述第二原边的输出端1；所述第二开关Q2的源极接地。
所述功率转换电路还包括电流采集电路600；所述电流采集电路600设置在所述变压器T3原边的输入端；
所述第一原边的输入端及所述第二原边的输入端并联接入所述电流采集电路.优选的，所述电流采集电路为电感；
所述滤波电路400包括并接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4，以及与所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4串接的第一电容C1；所述滤波电路400与所述变压器T3的副边并接。
一些实施例中，所述整流电路500为桥式整流电路500。
工作时，PWM驱动信号PWM1、PWM2驱动场效应管Q1、Q3在变压器T3的初级完成斩波，T3次级通过5脚、7脚输出到后面D7、D8、D9、D10组成的桥式整流电路500前，通过C1，R1,R2,R3,R4对斩波脉冲进行滤波，消除斩波脉冲中的尖峰，有利于后面的整流滤波作用，减小输出纹波和噪声。
所述锯齿波模块可以包括电流取样电路和/或电压取样电路，以及，采样电流处理电路和/或电压取样电路、辅助锯齿波产生电路、主锯齿波产生电路及第二比较电路；
如图6至图9所示，本实施例中，所述锯齿波模块包括采样电流处理电路1、辅助锯齿波产生电路22、主锯齿波产生电路23及第二比较电路（反馈电路24）；
所述采样电流处理电路1包含两个输入端，所述两个输入端分别接收自功率转换电路中变压器两个并联的原边处采集的采样电流，并将其处理为第一信号SIG1后输出；
所述辅助锯齿波电路接收来自控制器发出的第一控制脉冲信号P_RAMP，并将其处理为第二信号SIG2后输出；
所述主锯齿波电路接收来自控制器发出的第二控制脉冲信号AUX_RAMP，并将其处理为第三信号SIG3后输出
所述第一信号SIG1、第二信号SIG2及第三信号SIG3叠加为第四信号SIG4，所述第四信号SIG4传输至第二比较电路24正相端；所述第二比较电路24的反相端接收一误差电压信号，并将产生的最终锯齿波PWM_RESET_OUT反馈至控制模块3。
采样电流处理电路21包括依次连接的全桥整流电路211、电阻取样电路212、采样滤波电路213及第一匹配电阻R2；所述电阻取样电路212的两端分别连接所述全桥整流电路211的两个输出端。如图7所示，具体实施方式中，该电阻取样电路212为电阻R1。
所述采样滤波电路213为LC滤波电路；如图7所示的L1及C1即为LC滤波电路。
所述辅助锯齿波产生电路22包括依次连接的第一反相电路221、第一充放电电路222及第二匹配电阻R3。
第一充放电电路222包括第一电阻R4、第二电阻R5及第一电容C2；所述第二电阻R5的一端与所述第一反相电路221的输出端连接，所述第二电阻R5的另一端与所述第一电阻R4、第一电容C2的一端连接；所述第一电阻R4的另一端与电源VCC连接；所述第一电容C2的另一端接地。
所述主锯齿波产生电路23包括依次连接的第二反相电路231、第二充分电电路232、锯齿比较电路233及第三匹配电阻R11。
第二充分电电路232包括第三电阻R6、第四电阻R7及第二电容C6；所述第三电阻R6的一端与所述第二反相电路231的输出端连接，所述第三电阻R6的另一端与所述第四电阻R7、第二电容C6的一端连接；所述第四电阻R7的另一端与电源VCC连接；所述第二电容C6的另一端接地。
所述锯齿比较电路233包括第五电阻R8、第六电阻R9、第七电阻R10及比较器U1；所述第五电阻R8的一端与比较器的正相输入端连接，另一端与所述比较器U1的输出端连接；所述比较器的反相输入端通过第六电阻R9与所述第二电容C6接地一端连接；所述比较器U1的反相输入端还通过第七电阻R10与比较器U1的输出端连接；所述比较器U1的正相输入端还与所述第三电阻R6、第四电阻R7连接的一端连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电源模块，其特征在于，包括控制电路、功率转换模块、锯齿波模块；
所述锯齿波模块包括电流取样电路、电压取样电路、反馈电路及锯齿波发生电路；所述电流取样电路、电压取样电路自所述功率转换电路的输出端和/或负载端采集采样电流、采样电压，并将所述采样电流、采样电压分别发送至所述反馈电路；
所述功率转换模块包括PWM驱动电路、功率转换电路、整流滤波电路及输出滤波电路；
所述控制电路发送锯齿波控制信号至所述锯齿波发生电路以产生基准锯齿波，该基准锯齿波结合采样电流和/或采样电压产生指定波形锯齿波；所述控制电路还将所述指定锯齿波作为PWM控制信号发送至PWM驱动电路，以驱动所述功率转换电路工作；
所述功率转换电路包括变压器；
所述PWM驱动电路包括第一控制电路、第二控制电路；
所述整流滤波电路包括依次串接的滤波电路及整流电路；
所述变压器包括并联的第一原边及第二原边；所述第一控制电路与第一原边的输出端连接；所述第二控制电路与第二原边的输出端连接；所述变压器的副边通过所述滤波电路与所述整流电路连接；
所述第一控制电路包括第一整形电路、第一开关及第一尖峰吸收电路；
所述第二控制电路包括第二整形电路、第二开关及第二尖峰吸收电路；
所述第一开关与所述第一原边的输出端连接；所述第二开关与所述第二原边的输出端连接；
所述第一整形电路的输入端接收第一控制信号，其输出端连接所述第一开关的控制端；
所述第二整形电路的输入端接收第二控制信号，其输出端连接所述第二开关的控制端；
所述第一尖峰吸收电路与所述第一开关并接；所述第二尖峰吸收电路与所述第二开关并接；
所述第一控制信号与所述第二控制信号反相。
2.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述第一尖峰吸收电路及所述第二尖峰吸收电路均包括并接的两个电阻及与该并接的两个电阻串接的一电容。
3.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述第一开关、第二开关为场效应管；所述第一开关的漏极接所述第一原边的输出端，所述第一开关的源极接地；所述第二开关的漏极接所述第二原边的输出端；所述第二开关的源极接地。
4.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述电流采集电路设置在所述变压器原边的输入端。
5.根据权利要求4所述的电源模块，其特征在于，所述第一原边的输入端及所述第二原边的输入端并联接入所述电流采集电路。
6.根据权利要求5所述的电源模块，其特征在于，所述电流采集电路为电感。
7.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述滤波电路包括并接的第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，以及与所述第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻串接的第一电容；所述滤波电路与所述变压器的副边并接。
8.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述整流电路为桥式整流电路。
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