CN107546981A - 一种电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源电路，该电路包括：DC‑DC转换模块、电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块均连接至DC‑DC转换模块的反馈输入端；DC‑DC转换模块，将输入电源转换为预设的恒压恒流电源，输出给负载使用；电压采样模块，模拟采样DC‑DC转换模块的输出电压信号，将模拟采样值隔离输出到DC‑DC转换模块的反馈输入端，调节DC‑DC转换模块的输出电压；电流采样模块，模拟采样DC‑DC转换模块的输出电流信号，将模拟采样值放大后隔离输出到DC‑DC转换模块的反馈输入端，调节DC‑DC转换模块的输出电流。本电源电路转换效率高，输出电流范围大，信号反馈速度快，输出电压和电流的稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种电源电路。
背景技术
激光扫描型投影仪具有发热量小，能量转换率高的优势，相比数字微镜元件投影仪来说，能够有效解决投影仪长时间使用存在的过烫问题。激光驱动器工作需要—可调的恒压恒流电源，因为在产线测试时会根据现场测试环境、亮度等调节激光二极管的亮度，此调节范围较大，所需恒定电流从几百毫安到几安培，然而，现有的恒流电源中，晶体管恒流源和场效应管恒流源易受温度影响，输出电流不足，且电压无法恒定可调，集成运放恒流源输出电流虽然不受温度影响，但在电流大范围调整时转换效率低，因此，需要设计一种转换效率高、驱动能力强、输出电流稳定且反馈速度快的电源。
发明内容
鉴于现有技术激光二极管驱动器电源不能满足要求的问题，提出了本发明的一种电源电路，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电源电路，该电路包括：DC-DC转换模块、电压采样模块和电流采样模块，所述电压采样模块和所述电流采样模块均连接至所述DC-DC转换模块的反馈输入端；
所述DC-DC转换模块，用于将输入电源转换为预设的恒压恒流电源，输出给负载使用；
所述电压采样模块，用于模拟采样所述DC-DC转换模块的输出电压信号，将模拟采样值隔离输出到所述DC-DC转换模块的反馈输入端，调节所述DC-DC转换模块的输出电压；
所述电流采样模块，用于模拟采样所述DC-DC转换模块的输出电流信号，将模拟采样值放大后隔离输出到所述DC-DC转换模块的反馈输入端，调节所述DC-DC转换模块的输出电流。
可选地，所述电压采样模块包括第一采样电阻、第一电位器、第一运算放大器、第一二极管、第一反馈电阻和第一反馈电容；
所述第一采样电阻的一端连接所述DC-DC转换模块的输出电源，另一端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一电位器的一个固定端接地，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第一二极管的正极连接所述第一运算放大器的输出端，负极连接所述DC-DC转换模块的反馈输入端，所述第一反馈电阻和所述第一反馈电容并联连接在所述DC-DC转换模块的反馈输入端与地之间。
可选地，所述电压采样模块还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一电容的另一端接地。
可选地，所述电流采样模块包括：第二采样电阻、第二电位器、同相放大器、第二运算放大器、第二二极管、第二反馈电阻和第二反馈电容；
所述第二采样电阻串联在所述DC-DC转换模块的输出电源负极线上，其一端接地，另一端连接所述同相放大器的输入端，所述同相放大器的输出端连接所述第二电位器的一个固定端，所述第二电位器的另一个固定端接地，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电位器的滑动端，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第二二极管的正极连接所述第二运算放大器的输出端，负极连接所述DC-DC转换模块的反馈输入端，所述第二反馈电阻和所述第二反馈电容并联连接在所述DC-DC转换模块的反馈输入端与地之间。
可选地，所述电流采样模块还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述第二电位器的滑动端，所述第二电容的另一端接地。
可选地，所述电路还包括电源模块，用于为第一或第二运算放大器提供工作电源，所述电源模块包括：LDO芯片和若干滤波电容；
所述LDO芯片的输入端与所述输入电源连接，输出端与第一或第二运算放大器的电源端连接，接地端接地，所述LDO芯片的输入端和输出端均通过若干滤波电容接地。
可选地，所述电源模块还包括降压单元，所述降压单元包括三极管、第一电阻、第三电容和第一稳压二极管；
所述三极管的集电极连接所述输入电源，集电极与基极通过所述第三电阻连接，所述第三电容和所述第一稳压二极管并联连接在所述三极管基极与地之间，所述第一稳压二极管的负极连接所述三极管基极，正极接地，所述三极管的发射极连接所述LDO芯片的输入端。
可选地，所述电源模块还包括电源指示单元，所述电源指示单元包括限流电阻和发光二极管，所述限流电阻的一端连接所述LDO芯片的输出端，另一端连接所述发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接地。
可选地，所述DC-DC转换模块包括：DC-DC转换芯片、电感、第二稳压二极管和若干滤波电容；
所述DC-DC转换芯片的输入端连接所述输入电源，输出端连接所述电感的一端和所述第二稳压二极管的负极，所述电感的另一端作为输出电源正极连接负载，所述第二稳压二极管的正极接地，所述DC-DC转换芯片的输入端和所述电感连接负载的一端均通过若干滤波电容接地。
可选地，所述电路还包括自恢复保险丝，所述自恢复保险丝串联在所述输入电源的传输线上。
综上所述，本发明的有益效果在于：
采用DC-DC转换模块，电源转换效率高，输出电流范围大，且通过电压采样模块和电流采样模块模拟采样输出电压和输出电流，并将模拟采样值隔离反馈到DC-DC转换模块的反馈输入端以调节恒定电压和电流，信号反馈速度快，且隔离反馈降低了反馈输入端对采样值的影响，提高了输出电压和电流的稳定性。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种电源电路组成框图；
图2为本发明一个实施例提供的一种电源电路的电路连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的技术构思是：使用DC-DC转换模块以将输入电源转换为恒压恒流电源，且通过电压采样模块和电流采样模块模拟采样输出电压和输出电流，并将模拟采样值隔离反馈到DC-DC转换模块的反馈输入端以调节恒定电压和电流，电路的电源转换效率高，输出电流范围大，且信号反馈速度快，将模拟采样值经过隔离后反馈到DC-DC转换模块的反馈输入端，也降低了反馈输入端对采样模块采样值的影响，提高了输出电压和电流的稳定性。
图1为本发明一个实施例提供的一种电源电路组成框图，如图1所示，一种电源电路，该电源电路包括：DC-DC转换模块110、电压采样模块120和电流采样模块130，电压采样模块120和电流采样模块130均连接至DC-DC转换模块110的反馈输入端。
DC-DC转换模块110，用于将输入电源转换为预设的恒压恒流电源，输出给负载使用，该负载可以是激光二极管，当然，也可以是其他需要恒压恒流电源的负载，在此不再赘述。
电压采样模块120，用于模拟采样DC-DC转换模块110的输出电压信号，将模拟采样值隔离输出到DC-DC转换模块110的反馈输入端，调节DC-DC转换模块110的输出电压。
电流采样模块130，用于模拟采样DC-DC转换模块110的输出电流信号，将模拟采样值放大后隔离输出到DC-DC转换模块110的反馈输入端，调节DC-DC转换模块110的输出电流。
由于电压采样模块120和电流采样模块130模拟采样DC-DC转换模块110的电压和电流信号，并将得到的模拟采样值经隔离反馈给DC-DC转换模块110，不需要经过模拟量和数字量的转换，且隔离反馈也降低了反馈输入端阻值对采样电路的影响，使得电压电流采样更为准确，从而提供了DC-DC转换模块110输出电源电压和电流的稳定性。
图2为本发明一个实施例提供的一种电源电路的电路连接示意图。图中，DC-DC转换模块110包括：DC-DC转换芯片U5、电感L1、第二稳压二极管D5和若干滤波电容。
DC-DC转换芯片U5的输入端Vin连接输入电源，具体在图2中，Vin端连接至电源连接器J1的1脚，U5的输出端SW连接电感L1的一端和第二稳压二极管D5的负极，电感L1的另一端作为输出电源正极连接负载，具体在图2中，连接至负载连接器J2的1脚，第二稳压二极管D5的正极接地，DC-DC转换芯片U5的输入端通过滤波电容C13和C14接地滤波，通过滤波电容C12接至VC端滤波，电感L1连接负载的一端通过滤波电容C15和C16接地滤波。其中，DC-DC转换芯片U5为XL4015降压型转换芯片，能量转换效率高，可提供大电流。
继续参考图2所示，电压采样模块120包括第一采样电阻R8、第一电位器R10、第一运算放大器U2、第一二极管D1、第一反馈电阻R6和第一反馈电容C9。
第一采样电阻R8的一端连接DC-DC转换模块110的输出电源，即电感L1连接负载的一端，R8的另一端连接第一电位器R10的滑动端(图2所示实施例，第一电位器R10上方的固定端与滑动端连在一起使用)，第一电位器R10下方的固定端接地，第一运算放大器U2的同相输入端连接第一电位器R10的滑动端，第一运算放大器U2的反相输入端与输出端连接，因此第一运算放大器U2形成一个电压跟随器，通过阻抗变换，降低反馈输入端电阻R6对R8和R10组成的采样电路的影响，实现对模拟采样值的隔离输出，第一二极管D1的正极连接第一运算放大器U2的输出端，负极连接DC-DC转换模块110的反馈输入端，即芯片U5的FB端，第一反馈电阻R6和第一反馈电容C9并联连接在DC-DC转换模块110的反馈输入端与地之间。
电压采样模块120还包括第一电容C17，第一电容C17的一端连接第一电位器R10的滑动端，第一电容C17的另一端接地。该电容C17为小容量电容，以滤除电位器R10滑动产生的高频噪声，提高输出电压的稳定性。
电流采样模块130包括：第二采样电阻R9、第二电位器R5、同相放大器、第二运算放大器U3、第二二极管D4、第二反馈电阻R6和第二反馈电容C9，即：在图2所示实施例中，电压采样模块120和电流采样模块130共用反馈电阻R6和反馈电容C9。
第二采样电阻R9串联在DC-DC转换模块110的输出电源负极线上，具体在图2所示电路中，R9串联在负载连接器J2的2脚和地之间，R9连接J2的一端还连接至同相放大器的输入端，该同相放大器由运算放大器U4及其外围的电阻R3、R4、R7和电容C8、C11组成，同相放大器的输出端连接第二电位器R5的一个固定端，第二电位器R5的另一个固定端接地，第二运算放大器U3的同相输入端连接第二电位器R5的滑动端，第二运算放大器U3的反相输入端与输出端连接，构成一个电压跟随器，以实现对模拟采样值的隔离输出，第二二极管D4的正极连接第二运算放大器U3的输出端，负极连接DC-DC转换模块110的反馈输入端FB，第二反馈电阻R6和第二反馈电容C9并联连接在DC-DC转换模块110的反馈输入端与地之间。
优选地，电流采样模块130还包括第二电容C10，第二电容C10的一端连接第二电位器R5的滑动端，第二电容C10的另一端接地。第二电容C10也为小容量电容，以滤除电位器R5滑动产生的高频噪声，提高输出采样值的稳定性。
其中，同相放大器的具体连接方式为：电阻R4的一端连接运算放大器U4的同相输入端，电阻R4的另一端作为同相放大器的输入端，电阻R3的一端接地，另一端连接运算放大器U4的反相输入端和电阻R7的一端，电阻的R7另一端连接运算放大器U4的输出端，且运算放大器的反相输入端和输出端之间还通过频率补偿电容C11连接，以引入相位补偿改善同相放大器的幅频和相频特性。该同相放大器的放大倍数较高，可降低系统对采样电阻R9功耗与体积的要求，同时提高系统输出电流控制范围。
根据图2所示的电路连接示意图，介绍本电源电路的工作原理如下：
电阻R8和电位器R10形成与负载并联的电压采样电路，电位器R10两侧的电压作为采样模拟值，通过运算放大器U2形成的电压跟随器隔离输出到二极管D1正极；电阻R9与负载串联采样电流信号，将电流信号转换为电压信号，该电压信号经运算放大器U4组成的同相放大器放大后加在电位器R5的两个固定端上，电位器R5的滑动端电压作为分压后的采样模拟值，通过运算放大器U3形成的电压跟随器隔离输出到二极管D4正极，二极管D1、D4将U2、U3反馈的采样信号叠加反馈到芯片U5的反馈输入端FB，二极管D1和D4起到防止倒灌的效果，U2和U3反馈的信号中电压大者对芯片U5的FB端起作用，从而起到恒压恒流的作用：当U2反馈的采样电压信号Vu2较大时，电阻R6上的电压为(Vu2-VD1)(VD1为D1上的压降)，此时U5输出的电源电压恒定在设定值，该恒定值可通过改变第一电位器R10的阻值来改变，此时U5的输出电流可在最大输出电流范围内随接入负载变化。同理，若U3反馈的电流采样信号VU3较大，则电阻R6上的电压为(Vu3-VD4)(VD4为D4上的压降)，此时U5输出的电源电流恒定在设定值，该恒定值可通过改变第二电位器R5的阻值来改变，此时U5的输出电压可在最大输出电压范围内随接入负载变化。
在图2所示实施例中，该电源电路还包括电源模块，用于为第一运算放大器U2或第二运算放大器U3提供工作电源，电源模块包括：LDO芯片U1和若干滤波电容。
LDO芯片U1的输入端与输入电源连接，即与连接器J1的1脚连接，输出端与第一运算放大器U2或第二运算放大器U3的电源端连接，U1的接地端接地，LDO芯片U1的输入端通过滤波电容C3接地滤波，U1的输出端通过滤波电容C4和C5接地。当然，构成同相放大器的运算放大器U4也可采用该电源模块供电。优选地，在运算放大器U2、U3和U4的电源端，还分别通过滤波电容C1、C7和C6进行接地滤波，以提高工作电压的稳定性。
在上述实施例基础上，电源模块还包括降压单元，降压单元包括三极管Q1、第一电阻R1、第三电容C2和第一稳压二极管D2。
三极管Q1的集电极连接输入电源，集电极与基极通过第三电阻R1连接，第三电容C2和第一稳压二极管D2并联连接在三极管Q1的基极与地之间，第一稳压二极管D2的负极连接三极管Q1的基极，D2的正极接地，三极管Q1的发射极连接LDO芯片U1的输入端。
该降压单元的工作原理如下：
稳压二极管D2工作在击穿状态，将三极管Q1的基极电压钳位在预设电压值，以使三极管Q1发射极输出给U1的电压稳定在预设电压值附近，从而自动根据输入电压的大小调节三极管Q1集电极与发射极间的压降，避免LDO芯片U1上压降过大发热，降低U1的功耗。
电源模块还包括电源指示单元，电源指示单元包括限流电阻R2和发光二极管D3，限流电阻R2的一端连接LDO芯片U1的输出端，另一端连接发光二极管D3的正极，发光二极管D3的负极接地，通过发光二极管D3的亮灭来指示电路是否上电。
如图2所示，该电源电路还包括自恢复保险丝F1，自恢复保险丝F1串联在输入电源的传输线上，在系统出现过流现象时自我保护，当过流现象结束时自我恢复，重新导通电路。
本电源电路采用DC-DC转换模块为核心，能量转换效率高，芯片发热量少，有效防止电源电路过热，输入电压范围宽：DC8V～DC36V，输出电压范围可在DC1.25V～DC32V之间线性可调，最高输出电流大于3A，可以满足大功率激光二极管的光强线性可调需求，本电路不存在复杂的数字量与模拟量转换，电路组成简单，仅需要电阻、电容、电感和运算放大器即可，并且，由运算放大器和电位器联合使用组成反馈回路，反馈速度快，且隔离反馈提高了反馈信号的稳定性，进一步提高了本电源电路输出电源的恒定性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电源电路，其特征在于，该电源电路包括：DC-DC转换模块、电压采样模块和电流采样模块，所述电压采样模块和所述电流采样模块均连接至所述DC-DC转换模块的反馈输入端；
所述DC-DC转换模块，用于将输入电源转换为预设的恒压恒流电源，输出给负载使用；
所述电压采样模块，用于模拟采样所述DC-DC转换模块的输出电压信号，将模拟采样值隔离输出到所述DC-DC转换模块的反馈输入端，调节所述DC-DC转换模块的输出电压；
所述电流采样模块，用于模拟采样所述DC-DC转换模块的输出电流信号，将模拟采样值放大后隔离输出到所述DC-DC转换模块的反馈输入端，调节所述DC-DC转换模块的输出电流。
2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电压采样模块包括第一采样电阻、第一电位器、第一运算放大器、第一二极管、第一反馈电阻和第一反馈电容；
所述第一采样电阻的一端连接所述DC-DC转换模块的输出电源，另一端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一电位器的一个固定端接地，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第一二极管的正极连接所述第一运算放大器的输出端，负极连接所述DC-DC转换模块的反馈输入端，所述第一反馈电阻和所述第一反馈电容并联连接在所述DC-DC转换模块的反馈输入端与地之间。
3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述电压采样模块还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一电位器的滑动端，所述第一电容的另一端接地。
4.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电流采样模块包括：第二采样电阻、第二电位器、同相放大器、第二运算放大器、第二二极管、第二反馈电阻和第二反馈电容；
所述第二采样电阻串联在所述DC-DC转换模块的输出电源负极线上，其一端接地，另一端连接所述同相放大器的输入端，所述同相放大器的输出端连接所述第二电位器的一个固定端，所述第二电位器的另一个固定端接地，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电位器的滑动端，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第二二极管的正极连接所述第二运算放大器的输出端，负极连接所述DC-DC转换模块的反馈输入端，所述第二反馈电阻和所述第二反馈电容并联连接在所述DC-DC转换模块的反馈输入端与地之间。
5.如权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述电流采样模块还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述第二电位器的滑动端，所述第二电容的另一端接地。
6.如权利要求2-5任一项所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括电源模块，用于为第一或第二运算放大器提供工作电源，所述电源模块包括：LDO芯片和若干滤波电容；
所述LDO芯片的输入端与所述输入电源连接，输出端与第一或第二运算放大器的电源端连接，接地端接地，所述LDO芯片的输入端和输出端均通过若干滤波电容接地。
7.如权利要求6所述的电源电路，其特征在于，所述电源模块还包括降压单元，所述降压单元包括三极管、第一电阻、第三电容和第一稳压二极管；
所述三极管的集电极连接所述输入电源，集电极与基极通过所述第三电阻连接，所述第三电容和所述第一稳压二极管并联连接在所述三极管基极与地之间，所述第一稳压二极管的负极连接所述三极管基极，正极接地，所述三极管的发射极连接所述LDO芯片的输入端。
8.如权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述电源模块还包括电源指示单元，所述电源指示单元包括限流电阻和发光二极管，所述限流电阻的一端连接所述LDO芯片的输出端，另一端连接所述发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接地。
9.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述DC-DC转换模块包括：DC-DC转换芯片、电感、第二稳压二极管和若干滤波电容；
所述DC-DC转换芯片的输入端连接所述输入电源，输出端连接所述电感的一端和所述第二稳压二极管的负极，所述电感的另一端作为输出电源正极连接负载，所述第二稳压二极管的正极接地，所述DC-DC转换芯片的输入端和所述电感连接负载的一端均通过若干滤波电容接地。
10.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括自恢复保险丝，所述自恢复保险丝串联在所述输入电源的传输线上。
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