CN106817023B - 一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，包括一个噪声屏蔽电路、12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道，在实际使用中需要与万米ARV总电源相连并为3种不同类型的用电设备供电。本发明的每路通道均能保证万米耐压特性和抗电压突变特性，并根据负载的特性进行独立设计以确保在达到性能要求的前提下功耗最低。能满足全海深充油耐压条件下电器的供电需求，特别适合电源引线长和负载电流易突变的场合下使用。

Description

一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，具体地说是一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，可以应用于充油高压环境下使用并达到万米级耐压。
背景技术
海洋工程技术的发展使得海洋装备的耐压等级逐步的向万米级耐压靠近，并且为了简化机械结构的复杂程度需要将大多数电路至于油中并承受万米级的压强，而传统的电源和电源分配单元仅考虑常压下的输入输出特性而无法在万米级的压强下正常工作。
万米ARV技术的发展使得自带能源的遥控水下运载器成为主流，但由于技术原因会使得在使用推进器、大功率照明设备、声纳等功率容易发生突变的设备时引起电池电压突降。传统的电源很少考虑输入的突然变化而导致在电池电压突降时无法正常稳压，进一步引起与其连接的用电器故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元。可以承受万米级的油压压强，能够在电池电压突降时正常稳压，以克服上述技术不足。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，包括噪声屏蔽电路以及与其连接的12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道；
所述噪声屏蔽电路用于连接外部电源；所述12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道分别用于连接不同功率的用电设备。
所述噪声屏蔽电路采用多个磁珠；其中多个磁珠并联后一端连接外部电源的地，另一端与5V3A电源通道地连接；外部电源的地通过另一磁珠与5V1A电源通道地连接；外部电源的地还通过PCB绘制的电阻与12V5A电源通道地连接。
所述12V5A电源通道或5V3A电源通道或5V1A电源通道采用电源控制器和两个MOS管；电源控制器的导通时间控制端通过欠压闭锁开关设置电阻与外部电源的正极连接，软启动端通过电容接地，电源输入端与外部电源的正极和高侧MOS管的D极连接，高侧MOS管的G极与高压侧栅极驱动端连接，S极与低侧MOS管的D极、电源控制器的开关节点端连接，还分别通过电容和限流电阻与自举电容接口、电流限制端口连接；低侧MOS管的G极与电源控制器的低压侧栅极驱动端(LG)连接，S极接地，D极通过功率电感与用电设备连接；功率电感与用电设备之间通过反馈电路与电源控制器的反馈端连接。
所述反馈电路为两个串联的电阻；电阻间的结点与电源控制器的反馈端连接。
当所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为150～200Ω、限流电阻范围为1500～2000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为18:1～20:1时，所在电源通道为12V5A电源通道。
当所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为80～90Ω、限流电阻范围为900～1000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，所在电源通道为5V3A电源通道。
所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为80～90Ω、限流电阻范围为200～300Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，所在电源通道为5V1A电源通道。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明可以在充油高压环境下使用，使得电子设备可以与液压部件封装在一起，有效减少体积和结构件数量，提高可靠性，尤其在深海环境中使用时可以大大化简机械结构设计难度。
2.本发明可以抗输入电压突变，大功率设备的突然启动基本不会影响到与本发明相连接的12V大功率设备、5V大功率设备和5V小功率设备。
3.本发明对每一路通道进行过效率的优化，电源转换效率高。
4.本发明各输出通道具有欠压闭锁功能，使得本发明在电压过低时可以关闭输出保护连接的12V大功率设备、5V大功率设备和5V小功率设备。
5.本发明具有外部开关控制功能，使得本发明处于关闭状态下的待机电流很低。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
图2为噪声屏蔽电路原理图。
图3为5V1A输出通道的电路原理图。
图4为5V3A输出通道的电路原理图。
图5为12V5A输出通道的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明的全部内部元件按照满足万米级耐油压的基础特征进行选型并通过测试，以保证其万米级耐压特性。采用宽电压同步整流控制器方案对该电源单元进行设计，以达到抗电压突变的特性。
如图1所示，本发明包括一个噪声屏蔽电路、12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道，在实际使用中需要与万米ARV总电源相连并为3种不同类型的用电设备供电。
如图2所示，噪声屏蔽电路采用单点接地且分别串接磁珠的方式，由于5V3A通道的电流较大，需要采用3个磁珠并联才能达到万米级耐压条件下的升温条件需求。另外12V5A通道的电流采用磁珠并联的方法也不能很好的解决高压下的升温问题，故采用用PCB直接绘制出100μΩ并可以载流10A的接地电阻，实现了该噪声屏蔽电路。
12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道分别与噪声屏蔽电路相连。图3为5V1A输出通道的电路原理图，图4为5V3A输出通道的电路原理图，图5为12V5A输出通道的电路原理图。因为3个通道的电路结构相同，仅参数有差异，因此以图5为例对此3个电源通道进行详细说明：
12V5A电源通道采用通过万米级压力选型并经过万米级压力测试的LM3150芯片作为电源控制器，通过两个同样经过万米级压力测试的AOD2610MOS管(DHM1、DHM2)、一个功率电感(LH1)组成基本的降压型同步整流稳压电源，该类型的电源具有宽电压输入的特点，最高电压42V，最低电压6V，使得本发明在设计时将电压突变范围设定在22～28V之间因而通过该宽电压特性保证了电压突变时电源控制器的正常工作。此外，该类型的电源使用基于恒定导通时间的控制方式进行稳压，对输入和输出电压的变化非常敏感，反应速度快于常规的PWM控制方式。因此，两个特点共同配合实现了本发明对输入电压发生突变快速反应的特性。
该通道的电源输入的正和负之间并联了两个陶瓷电容(CHIn、CHByp)和两个钽电容(CHInT1、CHInT2)，主要原因是满足万米级耐压条件的电容容量均比较小，只能通过多个并联的形式增大容值。
电源输入端与LM3150的VIN角相连，同时还与AOD2610上管(DHM1)的漏极相连，该MOS管承担控制器SW脚输出信号高电平时给电感充电的功能，此外，该MOS管的栅极受LM3150的HG引脚控制。电源控制器的使能信号分别通过电阻(RHEn1、RHEn2)连接外部开关和地，用于使能该通道。电源控制器的DAP、SGND、SGND、PGND端接地，外部电源的正极通过滤波电路接地；该滤波电路为多个电容的并联电路，同样也是因为在满足万米级耐压的电容普遍容量较小，需要并联扩容。
LM3150的SW脚负责向LM3150反馈开关状态，该脚与AOD2610上管(DHM1)的源极、AOD2610下管(DHM2)的漏极、功率电感(LH1)的1号引脚、一个供控制器使用的自举电容(CHBst)、限流设置电阻(RHilim)相连。自举电容(CHBst)还与LM3150的BST引脚相连，通过芯片内部电路给上管提供驱动电压，限流设置电阻(RHilim)与LM3150的ILIM引脚相连，实现输出限流功能，该电阻的不同参数配置实现了本发明3个通道不同的电流输出限制。
AOD2610下管(DHM2)在电路中主要承担控制器SW脚输出信号低电平时的续流任务，其源极接地，栅极受LM3150的LG引脚控制，在控制器SW脚输出信号从高电平向低电平转换的瞬间由其体二极管承担续流任务，同时LG引脚给栅极充电，MOS管(DHM2)导通，由导通的MOS管(DHM2)提供续流功能。该机制的存在使得本发明的各路电源通道在开关信号低电平区间内的功耗降低，使得各通道的额定电源转换均在90％以上。
功率电感(LH1)的一端与SW引脚相连，一端与通道的电源输出正端相连，负责主要的整流滤波作用，该电感与通过一个仿纹波电路(RHr、CHr、CHcac)和一个分压电路(RHfb1、RHfb2)与LM3150的FB引脚相连，提供给LM3150控制反馈信号。该电路通过不同的参数配置实现了本发明3个通道不同的电压输出。
12V5A电源通道还使用了一个与LM3150的RON引脚相连的电阻(RHOn)和一个与Css引脚相连的电容(CHSs)调整LM3150芯片的控制频率同时实现了欠压闭锁功能，使得该电源通道在电压过低时可以关闭输出，保护用电设备。该阻容在本发明的3路通道中采用不同的配置方式，根据用电设备的重要性程度设定了不同的欠压闭锁电压。
12V5A电源通道还额外使用一个分压电路(RHEn1、RHEn2)与LM3150芯片的使能脚连接，实现了外部电路对本发明的开关控制。
本发明中的3路通道通过对上述内容中可变参数的调节进行了工作点附近的性能优化，这里的性能优化指在保证通道最大电流满足要求的前提下调节各个可变参数使得电源转换效率最高。
当所述欠压闭锁开关设置电阻(RHOn)的阻值范围为150～200Ω、限流电阻(RHilim)范围为1500～2000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为18:1～20:1时，该电源通道为12V5A电源通道，用于连接12V的用电设备，经过优化后开关设置电阻(RHOn)的阻值为196Ω、限流电阻(RHilim)为1650Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1分别为191kΩ和10kΩ。在此参数下闭锁电压22V，输出限流8.8A，输出电压12V。此时该电源通道在工作点附近的转换效率达到了96％。
当所述欠压闭锁开关设置电阻(RHOn)的阻值范围为80～90Ω、限流电阻(RHilim)范围为900～1000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，该电源通道为5V3A电源通道，用于连接5V的大功率设备，经过优化后开关设置电阻(RHOn)的阻值为84.5Ω、限流电阻(RHilim)为931Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1分别为73.2kΩ和10kΩ。在此参数下闭锁电压18V，输出限流5.2A，输出电压5V。此时该电源通道在工作点附近的转换效率达到了94％。
当所述欠压闭锁开关设置电阻(RHOn)的阻值范围为80～90Ω、限流电阻(RHilim)范围为200～300Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，该电源通道为5V1A电源通道，用于连接需要精确电压输出的5V小功率设备，经过优化后开关设置电阻(RHOn)的阻值为84.5Ω、限流电阻(RHilim)为287Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1分别为73.2kΩ和10kΩ。在此参数下闭锁电压18V，输出限流1.7A，输出电压5V。此时该电源通道在工作点附近的转换效率达到了91％。
本发明的内部元件全部按照满足万米级耐油压的基础特征进行选型，其选型依据包括全固态、无真空部件、无柔性部件、无中空部分、无易溶解和易腐蚀部件。并进行过110MPa的充油压力测试，以确定其工作中物理状态不会改变并验证电路切实可用。
上述进行过110MPa的充油压力测试表示本发明在压力罐中通过了110MPa压强的打压测试。

Claims (6)

1.一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于：包括噪声屏蔽电路以及与其连接的12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道；
所述噪声屏蔽电路用于连接外部电源；所述12V5A电源通道、5V3A电源通道、5V1A电源通道分别用于连接不同功率的用电设备；
所述噪声屏蔽电路采用多个磁珠；其中多个磁珠并联后一端连接外部电源的地，另一端与5V3A电源通道地连接；外部电源的地通过另一磁珠与5V1A电源通道地连接；外部电源的地还通过PCB绘制的电阻与12V5A电源通道地连接。
2.根据权利要求1所述的一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于所述12V5A电源通道或5V3A电源通道或5V1A电源通道采用电源控制器和两个MOS管；电源控制器的导通时间控制端通过欠压闭锁开关设置电阻与外部电源的正极连接，软启动端通过电容接地，电源输入端与外部电源的正极和高侧MOS管的D极连接，高侧MOS管的G极与高压侧栅极驱动端连接，S极与低侧MOS管的D极、电源控制器的开关节点端连接，还分别通过电容和限流电阻与自举电容接口、电流限制端口连接；低侧MOS管的G极与电源控制器的低压侧栅极驱动端(LG)连接，S极接地，D极通过功率电感与用电设备连接；功率电感与用电设备之间通过反馈电路与电源控制器的反馈端连接。
3.根据权利要求2所述的一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于所述反馈电路为两个串联的电阻；电阻间的结点与电源控制器的反馈端连接。
4.根据权利要求2所述的一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为150～200Ω、限流电阻范围为1500～2000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为18:1～20:1时，所在电源通道为12V5A电源通道。
5.根据权利要求2所述的一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为80～90Ω、限流电阻范围为900～1000Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，所在电源通道为5V3A电源通道。
6.根据权利要求2所述的一种抗电压突变的万米耐压多路电源分配单元，其特征在于所述欠压闭锁开关设置电阻的阻值范围为80～90Ω、限流电阻范围为200～300Ω、反馈电路中电阻RHfb2和RHfb1的阻值比例为7:1～8:1时，所在电源通道为5V1A电源通道。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113418601B (zh) * 2021-08-23 2022-03-29 深圳市力子光电科技有限公司 光功率检测模块

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101304217A (zh) * 2008-07-02 2008-11-12 东南大学 链式变换器功率单元控制器用开关电源
CN102355133A (zh) * 2011-09-19 2012-02-15 东文高压电源（天津）有限公司 一种宽范围输入、多路隔离输出高压电源电路
US8842449B1 (en) * 2013-03-12 2014-09-23 XP Power Limited LLC resonant converter with lossless primary-side current feedback
CN104242699A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 苏州弗莱希智能科技有限公司 一种交流输入多路隔离低功率输出电源
CN104269897A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 深圳诺博医疗设备有限公司 医疗电源控制系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101304217A (zh) * 2008-07-02 2008-11-12 东南大学 链式变换器功率单元控制器用开关电源
CN102355133A (zh) * 2011-09-19 2012-02-15 东文高压电源（天津）有限公司 一种宽范围输入、多路隔离输出高压电源电路
US8842449B1 (en) * 2013-03-12 2014-09-23 XP Power Limited LLC resonant converter with lossless primary-side current feedback
CN104242699A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 苏州弗莱希智能科技有限公司 一种交流输入多路隔离低功率输出电源
CN104269897A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 深圳诺博医疗设备有限公司 医疗电源控制系统

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