CN106787679A - 一种红外焦平面阵列电源管理电路 - Google Patents

一种红外焦平面阵列电源管理电路 Download PDF

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Abstract

一种红外焦平面阵列电源管理电路,包括DC/DC电源、线性电源、数模转换电路、运放电路和上下电时序控制电路;上下电时序控制电路同时控制对两个DC/DC电源和两个线性电源的供电;两个DC/DC电源输出到红外焦平面阵列中的两路数字电用于其数字电路部分供电;第一线性电源输出模拟电给红外焦平面阵列;第二线性电源给运放电路供电,数模转换电路将外部输入的数字信号转换为两路模拟电压信号并输出给运放电路,再输出作为两路偏置电源信号送入红外焦平面阵列中;两路数字电同时供电和断电,模拟电和两路偏置电源同时供电和断电,且模拟电和两路偏置电源的供电相对于两路数字电的供电有延迟,但是模拟电和两路偏置电源的断电时刻相对于两路数字电的断电时刻提前。

Description

一种红外焦平面阵列电源管理电路
技术领域
本发明涉及一种红外焦平面阵列电源管理电路,属于视频、图像处理领域。
背景技术
红外成像技术最早应用在武器装备上,因其探测红外波段成像技术,大大提高了各种制导武器的夜间作战能力,可适应在多种恶劣环境下应用,倍受国内外军方重视,具有研究开发意义。而且红外成像技术在民用领域也是有广泛的应用,在工业领域:电力、冶金、交通、节能、非接触温度测量、预防性维修等;在准军事领域:公安、消防、海关缉私、搜索救援;在医疗领域:癌症、静脉堵塞等早期诊断、手术检测、防寒服装的检测等;在农林业领域:森林草原火灾预警、病虫害探测、农作物估产。
红外成像技术中分制冷型和非制冷型两种类型,其中非制冷型红外制导装置的关键器件是红外焦平面阵列。经过多年的研究开发,目前已经有多个国家将其应用到产品中,国内目前也在全力开发,已经有多款产品推出,价格比国外产品相对便宜,是不错的替换产品。但是在使用中发现国内的红外焦平面阵列经常损坏,表现为像元出现整行或者整列高亮坏点,而且多次使用后坏点显著增加,最终全部像元均损坏,严重影响了红外成像设备的研制和生产的成品率、可靠性和稳定性。比对国外红外焦平面阵列产品,从未出现该问题。通过分析认为应该是红外焦平面阵列的电源未进行必要的保护,因此为防止损坏红外焦平面阵列,需要专门设计一种红外焦平面阵列电源管理电路。
发明内容
本发明的目的是:克服现有技术的不足,提出了一种红外焦平面阵列电源管理电路,实现上下电的电源时序管理电路,解决了国产器件容易损坏的问题。
本发明采用的技术方案为:
一种红外焦平面阵列电源管理电路,包括第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源、第二线性电源、数模转换电路、运放电路和上下电时序控制电路;
外部输入电源送入上下电时序控制电路;上下电时序控制电路对外部输入的电源进行处理,生成四路电源信号和两路使能信号,四路电源信号分别送入第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源中,用于给第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源的供电;两路使能信号分别送入第一线性电源和第二线性电源中,用于控制对第一线性电源和第二线性电源的供电;
第一DC/DC电源输出第一路数字电给红外焦平面阵列;
第二DC/DC电源输出第二路数字电同时输入到红外焦平面阵列、上下电时序控制电路和数模转换电路中,输入到红外焦平面阵列中的两路数字电用于给红外焦平面阵列中的数字电路部分供电;输入到上下电时序控制电路和数模转换电路中的第二路数字电用于供电;
第一线性电源接收到使能信号后,输出模拟电给红外焦平面阵列,用于给红外焦平面阵列中的信号调理电路供电;
第二线性电源接收到使能信号之后,给运放电路供电,数模转换电路将外部输入的数字信号转换为两路模拟电压信号并输出给运放电路,运放电路将所述两路模拟电压信号进行放大之后,作为两路偏置电源信号送入红外焦平面阵列中,作为红外焦平面阵列中像元的工作电压;
所述上下电时序控制电路包括电源过压保护电路、比较驱动器、电阻R1~R3以及电容CIN,所述第二路数字电用于给比较驱动器供电,外部输入的电源先经过电源过压保护电路,防止过压和电流反流,以及限流,再输出到第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源;同时,电源信号经过电源过压保护电路之后,通过电容CIN接地,用于储能和滤波;还通过分压电阻R1和R2接地,经过电阻R1和R2分压之后的电压信号送入比较驱动器进行判断,输出使能信号给第一线性电源和第二线性电源,控制第一线性电源和第二线性电源是否工作;
所述比较驱动器输出的使能信号还通过电阻R3接地,用于稳定使能信号;
给红外焦平面阵列供电时,第一数字电和第二数字电同时供电,模拟电和两路偏置电源同时供电,且模拟电和两路偏置电源的供电相对于两路数字电的供电延时不小于1ms。
给红外焦平面阵列断电时,第一数字电和第二数字电同时断电,模拟电和两路偏置电源同时断电,且模拟电和两路偏置电源的断电时刻相对于两路数字电的断电时刻提前不小于1ms。
电容CIN容值的选取计算公式为:
在电源上电时:
在电源断电时:
最后,CIN选取电源上电和电源断电时两个计算结果中的最大电容值;
CIN:电容CIN容值;IIN:输入电源输入的电流值;t1:电源上电模拟电相对数字电延时上电时间间隔;U1:第一阈值电压,两路DC/DC电源的供电和断电转换的阈值电压;U2:第二阈值电压,两路线性电源使能信号有效与否的阈值电压;ILDO1:第一线性电源输入电流;ILDO2:第二线性电源输入电流;ID1:第一DC/DC电源输入电流;ID2:第一DC/DC电源输入电流;t2:电源断电数字电相对模拟电延时断电时间间隔。
本发明具有以下优点:
(1)本发明电路有效地管理了红外焦平面阵列的电源上下电时序,很好地防止了国产红外焦平面阵列的损坏,提高了红外成像设备的研制和生产的成品率、可靠性和稳定性,获得很好的经济效益;
(2)本发明电路结构简单、成本低、可靠性高,因此其备件需求很少,后期售后维护方便便宜;
附图说明
图1为本发明的电路组成框图示意图;
具体实施方式
如图1所示,本发明提供了一种红外焦平面阵列电源管理电路,包括第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源、第二线性电源、数模转换电路、运放电路和上下电时序控制电路;
外部输入电源送入上下电时序控制电路;上下电时序控制电路对外部输入的电源进行处理,生成四路电源信号和两路使能信号,分别送入第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源中,用于控制对第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源的供电;
第一DC/DC电源输出第一路数字电给红外焦平面阵列;
第二DC/DC电源输出第二路数字电同时输入到红外焦平面阵列、上下电时序控制电路和数模转换电路中,输入到红外焦平面阵列中的两路数字电用于给红外焦平面阵列中的数字电路部分供电;输入到上下电时序控制电路和数模转换电路中的第二路数字电用于供电;
第一线性电源接收到使能信号后,输出模拟电给红外焦平面阵列,用于给红外焦平面阵列中的信号调理电路供电;
第二线性电源接收到使能信号之后,给运放电路供电,数模转换电路将外部输入的数字信号转换为两路模拟电压信号并输出给运放电路,运放电路将所述两路模拟电压信号进行放大之后,作为两路偏置电源信号送入红外焦平面阵列中,作为红外焦平面阵列中像元的工作电压;
如图1所示,上下电时序控制电路包括电源过压保护电路、比较驱动器、电阻R1~R3以及电容CIN,所述第二路数字电用于给比较驱动器供电,外部输入的电源先经过电源过压保护电路,防止过压和电流反流,以及限流,再输出到第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源;同时,电源信号经过电源过压保护电路之后,通过电容CIN接地,用于储能和滤波;还通过分压电阻R1和R2接地,经过电阻R1和R2分压之后的电压信号送入比较驱动器进行判断,输出使能信号给第一线性电源和第二线性电源,控制第一线性电源和第二线性电源是否工作;
比较驱动器输出的使能信号还通过电阻R3接地,用于稳定使能信号。
给红外焦平面阵列供电时,第一数字电和第二数字电同时供电,模拟电和两路偏置电源同时供电,且模拟电和两路偏置电源的供电相对于两路数字电的供电延时不小于1ms。
给红外焦平面阵列断电时,第一数字电和第二数字电同时断电,模拟电和两路偏置电源同时断电,且模拟电和两路偏置电源的断电时刻相对于两路数字电的断电时刻提前不小于1ms。
电容CIN容值的选取计算公式为:
在电源上电时:
在电源断电时:
最后,CIN选取电源上电和电源断电时两个计算结果中的最大电容值;
CIN:电容CIN容值;
IIN:输入电源输入的电流值;
t1:电源上电模拟电相对数字电延时上电时间间隔;
U1:第一阈值电压,两路DC/DC电源的供电和断电转换的阈值电压;
U2:第二阈值电压,两路线性电源使能信号有效与否的阈值电压;
ILDO1:第一线性电源输入电流;
ILDO2:第二线性电源输入电流;
ID1:第一DC/DC电源输入电流;
ID2:第一DC/DC电源输入电流;
t2:电源断电数字电相对模拟电延时断电时间间隔;
工作原理:
本发明一种红外焦平面阵列电源管理电路能够管理红外焦平面阵列电源的上下电过程,需要调节的元件只有电容CIN、电阻R1和电阻R2。红外焦平面阵列电源的上电过程和下电过程分别为:
上电过程:首先,外部输入电源,对输入电容CIN进行充电,当输入电容CIN两端电压上升至第一阈值电压时,两路数字电源同时供电;当输入电容CIN两端电压继续上升至第二阈值电压时,经过电阻R1和电阻R2分压后的电压触发比较驱动器,产生两路线性电源的输出使能信号,给红外焦平面阵列提供模拟电,同时运放电路工作给红外焦平面阵列提供两路偏置电源。至此,实现了上电时数字电先于模拟电供给焦平面阵列;
下电(断电)过程:首先,外部输入电源突然中断,由于包括输入电容CIN在内的电容的影响,CIN两端电压不会立即消失,而是会缓慢下降至0V电压值。当CIN两端电压开始下降时,首先当下降到略低于第二阈值电压时会使得经过电阻R1和电阻R2分压后的电压低于比较驱动器的触发电压,从而使得两路线性电源的输出中断,模拟电源和两路偏置电源停止供电;当CIN两端电压进一步下降至第一阈值电压以下时,两路DC/DC电源停止工作,焦平面阵列的两路数字电源断电。至此,实现了下电时模拟电先于数字电下电的功能;
在输入电源上下电过程中,应当考虑电源波动可能引起的误动作,比较驱动器输出端接的电阻R3接地后可以快速释放电荷,过滤使能信号的小波动;
经过近一年使用,红外焦平面阵列未再出现损坏。
实施例:
如图1所示,本发明提出的一种红外焦平面阵列电源管理电路中第一DC/DC电源选用MAX8686,第二DC/DC电源选用TPS54310,第一线性电源选用LT1962,第二线性电源选用LT1962,数模转换电路选用AD5645,运放电路选用LT1807;上下电时序控制电路中电源过压保护电路选用TPS2592,比较驱动器选用ADM1086,电阻R1选用30.9KΩ,电阻R2选用10KΩ,电阻R3选用10KΩ;
电容CIN的选用计算:
首先,两个阈值电压上下电时间间隔均按1ms设计,即t1=t2=1ms;第一阈值电压取U1=5.25V;第二阈值电压取U2=8V;输入电源输入的电流值IIN=300mA;ILDO1=20mA;ILDO2=10mA;ID1=20mA;ID2=20mA;
在电源上电时:
在电源断电时:
综合以上计算结果电容CIN应取110μF或者更大容量。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。虽然结合附图描述了本发明的实施方式,但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (6)

1.一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:包括第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源、第二线性电源、数模转换电路、运放电路和上下电时序控制电路;
外部输入电源送入上下电时序控制电路;上下电时序控制电路对外部输入的电源进行处理,生成四路电源信号和两路使能信号,四路电源信号分别送入第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源中,用于给第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源的供电;两路使能信号分别送入第一线性电源和第二线性电源中,用于控制对第一线性电源和第二线性电源的供电;
第一DC/DC电源输出第一路数字电给红外焦平面阵列;
第二DC/DC电源输出第二路数字电同时输入到红外焦平面阵列、上下电时序控制电路和数模转换电路中,输入到红外焦平面阵列中的两路数字电用于给红外焦平面阵列中的数字电路部分供电;输入到上下电时序控制电路和数模转换电路中的第二路数字电用于供电;
第一线性电源接收到使能信号后,输出模拟电给红外焦平面阵列,用于给红外焦平面阵列中的信号调理电路供电;
第二线性电源接收到使能信号之后,给运放电路供电,数模转换电路将外部输入的数字信号转换为两路模拟电压信号并输出给运放电路,运放电路将所述两路模拟电压信号进行放大之后,作为两路偏置电源信号送入红外焦平面阵列中,作为红外焦平面阵列中像元的工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:所述上下电时序控制电路包括电源过压保护电路、比较驱动器、电阻R1~R3以及电容CIN,所述第二路数字电用于给比较驱动器供电,外部输入的电源先经过电源过压保护电路,防止过压和电流反流,以及限流,再输出到第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、第一线性电源和第二线性电源;同时,电源信号经过电源过压保护电路之后,通过电容CIN接地,用于储能和滤波;还通过分压电阻R1和R2接地,经过电阻R1和R2分压之后的电压信号送入比较驱动器进行判断,输出使能信号给第一线性电源和第二线性电源,控制第一线性电源和第二线性电源是否工作。
3.根据权利要求2所述的一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:所述比较驱动器输出的使能信号还通过电阻R3接地,用于稳定使能信号。
4.根据权利要求2所述的一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:给红外焦平面阵列供电时,第一数字电和第二数字电同时供电,模拟电和两路偏置电源同时供电,且模拟电和两路偏置电源的供电相对于两路数字电的供电延时不小于1ms。
5.根据权利要求2所述的一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:给红外焦平面阵列断电时,第一数字电和第二数字电同时断电,模拟电和两路偏置电源同时断电,且模拟电和两路偏置电源的断电时刻相对于两路数字电的断电时刻提前不小于1ms。
6.根据权利要求2所述的一种红外焦平面阵列电源管理电路,其特征在于:电容CIN容值的选取计算公式为:
在电源上电时:
在电源断电时:
最后,CIN选取电源上电和电源断电时两个计算结果中的最大电容值;
CIN:电容CIN容值;
IIN:输入电源输入的电流值;
t1:电源上电模拟电相对数字电延时上电时间间隔;
U1:第一阈值电压,两路DC/DC电源的供电和断电转换的阈值电压;
U2:第二阈值电压,两路线性电源使能信号有效与否的阈值电压;
ILDO1:第一线性电源输入电流;
ILDO2:第二线性电源输入电流;
ID1:第一DC/DC电源输入电流;
ID2:第一DC/DC电源输入电流;
t2:电源断电数字电相对模拟电延时断电时间间隔。
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