CN108054915A - 一种宽电压输出的稳压供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽电压输出的稳压供电电路，主功率电路包括模块电源功率变换电路，多路输出模块电源共用输入母线及输入滤波器，经过不同的功率变换电路变换产生不同的输出电压。其中主路采用闭环控制，辅路采用低压差稳压电路进行二次稳压输出。通过可调基准源提高低压差稳压芯片的输出地电平，使低压差稳压芯片可输出电压范围增大，实现宽电压输出的低压差稳压供电。

Description

一种宽电压输出的稳压供电电路
技术领域
本发明涉及一种应用于航天电子产品所需要的宽电压输出的低压差稳压电路，可以广泛应用于地面电子设备中，属于航天总体技术领域。
背景技术
航天器是由多种不同功能单元组成的庞大系统，所有功能单元都需要电源才能工作，对电源而言，这些功能单元都是有着不同功率和用电需求的负载，必须设计高可靠、高性能、适配性强的电源，才能保证航天器在设计寿命内可靠安全运行甚至可以延长航天器的使用寿命。
随着星载电子设备种类的不断增多，给星载电子设备供电电源的种类也随之增多。主要供电电压种类有：3.3V、±5V、+8V、+9.3V、±12V、±15V等。如果每一种输出电压等级都需要一个单输出模块来提供供电电压，在提高星上电源系统成本的同时，也增加了设计的复杂性和工艺生产的难度。星载多路输出模块电源通常主路采用闭环控制，辅路通过低压差稳压电路二次稳压输出的设计方式，可以实现同时为需要多个电压等级的星上电子设备提供电源。
星载电子设备常用的可调低压差稳压芯片输出电流分别问1A和3A，其中3A大电流低压差稳压器受设计制造工艺限制，输出电压范围为1.23V～9V，无法满足±12V、±15V、±28V等星上设备供电要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对现有大电流低压差稳压芯片输出电压范围小，无法满足±12V、±15V、±28V等卫星设备供电要求，提供了一种宽电压输出的稳压供电电路，利用可调基准源和低压差芯片组合，实现宽电压输出的稳压供电，设计简单，输出电压稳定性高，可靠性高。
本发明的技术解决方案是：一种宽电压输出的稳压供电电路，该电路包括：输入母线、输入滤波器、功率变换电路、输出滤波电路和N路低压差稳压电路，N大于等于1，其中：
输入滤波器，通过输入母线连接外部的电源，将其进行滤波输出；
功率变换电路，将输入滤波器输出的信号，进行电压变换，得到主路电压和N路辅助电压；
控制电路，将功率变换电路输出的主路电压VO1与基准电压比较后，反馈至功率变换电路，控制主路电压和N路辅助电压稳定输出；
输出滤波器，为多路输出耦合电感，将功率变换电路输出的多路电压耦合，并分别进行滤波处理，得到主路稳压源VO1和N路辅助稳压源VOn,n＝1～N，之后，将N路辅助稳压源VOn,n＝1～N输入到N路低压差稳压电路(6)；
N路低压差稳压电路，分别将输出电压VOn,n＝1～N进行二次稳压变换后输出预设伏值的电压；
所述低压差稳压电路参考地可调。
所述低压差稳压电路包括RHFL4913、可调基准源、电阻R1、R2、R3，二极管D1；稳压输入电源正端连接RHFL4913的供电端VIN管脚，同时通过串联连接的电阻R1连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚；RHFL4913的输出电压管脚作为低压差稳压电路(6)的输出端，连接二极管D1阳极，二极管D1的阴极连接至RHFL4913的输入供电端VIN管脚，RHFL4913的反馈端管脚分成两路，一路串联电阻R2连接至输出端，另一路通过串联电阻R3与可调基准源的输出电压正端连接，可调基准源的输出电压正端同时连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚。
所述可调基准源包括TL431芯片、电阻R4、R5，TL431芯片的参考端管脚分成两路，一路串联电阻R4与TL431芯片的输出电压正端相连，另一路串联电阻R5与地相连，TL431芯片的输出地管脚与地相连。
所述低压差稳压电路的输出端的电压vout通过满足下列公式：
vout＝vIC1+vIC2
vIC1＝vADJ×(r2+r3)/r3
vIC2＝vREF×(r4+r5)/r5
式中：vIC1为低压差稳压电路的输出电压值，vADJ为低压差稳压电路的反馈端电压值，vIC2为可调基准源的输出电压值，vREF为可调基准源参考端电压值。r2为电阻R2的值，r3为电阻R3的值，r4为电阻R4的值，r5为电阻R5的值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、所述低压差稳压电路通过TL431可调基准源抬高低压差稳压芯片RHFL4913的参考地，使RHFL4913可以输出+1.23V～+15V电压，实现宽电压输出的稳压供电，设计简单，可靠性高。。
(2)、本发明采用TL431芯片实现可调基准源，输出电压可以在2.5V～36V之间调节，输出电压稳定度高，温度特性好。
(3)、本发明避免多路输出电压分别采用闭环控制实现多路电压输出，降低了模块电源的设计难度，增加了模块电源的可靠性。
(4)、本发明选取带抗辐照指标的低压差稳压芯片和可调基准源，器件可获得性好，能够满足宇航环境应用要求。
(5)、本发明由于采用了电阻、电容等常用器件作为电路的组成，设计简单，成本低，具有很好的经济效益。
附图说明
图1为本发明一种宽电压输出的稳压供电电路的基本电路示意图。
其中：1为输入母线、2为输入滤波器、3为功率变换电路、4为控制电路、5为输出滤波电路、6为低压差稳压电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
由于本发明涉及一种应用于航天电子产品所需要的宽电压输出的低压差稳压电路，主要针对航天器上用的多输出模块电源辅路利用低压差稳压电路和可调基准源组合进行二次稳压，得到输出电压。所述低压差稳压供电是指该模块电源采用低压差芯片和可调基准源组合实现稳压输出。多路输出模块电源是指该模块电源有两路及以上的输出，本发明提供的一种宽电压输出的稳压供电电路包括：输入母线1、输入滤波器2、功率变换电路3、输出滤波电路5和N路低压差稳压电路6，N大于等于1，其中：
输入滤波器2，通过输入母线1连接外部的电源，将其进行滤波输出，限制进入电源的传导干扰电平，限制电源向一次母线发射的传导干扰，控制一次母线的电磁污染，从而保证一次母线上的所有设备都能正常工作；
功率变换电路3，将输入滤波器1输出的信号，进行电压变换，得到主路电压和N路辅助电压；
控制电路4，将功率变换电路3输出的主路电压VO1与基准电压比较后，反馈至功率变换电路3，控制主路电压和N路辅助电压稳定输出；
输出滤波器5，为多路输出耦合电感，将功率变换电路3输出的多路电压耦合，主要能完成滤波、能量储存与转换等功能。用耦合电感替代电路中的分立电感，使通道电流和总输出电流纹波减小，得到主路稳压源VO1和N路辅助稳压源VOn,n＝1～N，之后，将N路辅助稳压源VOn,n＝1～N输入到N路低压差稳压电路6；
N路低压差稳压电路6，分别将输出电压VOn,n＝1～N进行二次稳压变换后输出预设伏值的电压；
所述低压差稳压电路6参考地可调，通过可调的参考地电压，实现低压差稳压器宽电压范围输出。
多路输出模块电源可以同时输出一个以上的电压等级，主路采用闭环控制，辅路通过低压差稳压电路二次稳压输出，可以实现同时为需要多个电压等级的星上电子设备提供电源。星载多路输出电源一般采用主路输出闭环调节，辅路低压差稳压电路二次稳压输出的设计方式。
下面选取简单易行的双输出实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，双输出实施例包括输入母线1，输入滤波器2，功率变换电路3，输出滤波电路5和N路低压差稳压电路6，N大于等于1，其中：
输入滤波器2，通过输入母线1连接外部的电源，将其进行滤波输出；
功率变换电路3，将输入滤波器1输出的信号，进行电压变换，得到主路电压和1路辅助电压；
控制电路4，将功率变换电路3输出的主路电压VO1与基准电压比较后，反馈至功率变换电路3，控制主路电压和1路辅助电压稳定输出；
输出滤波器5，为多路输出耦合电感，将功率变换电路3输出的多路电压耦合，并分别进行滤波处理，得到主路稳压源VO1和1路辅助稳压源VO2，之后，将该路辅助稳压源VO2输入到低压差稳压电路6；
低压差稳压电路6，将输出电压VO2进行二次稳压变换后输出。该电路包括RHFL4913、可调基准源、电阻R1、R2、R3，二极管D1；稳压输入电源正端连接RHFL4913的供电端VIN管脚(3、4、5管脚)，同时通过串联连接的电阻R1连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚(13、14管脚)；RHFL4913的输出电压管脚作为低压差稳压电路6的输出端(1、2、6、7管脚)，连接二极管D1阳极，二极管D1的阴极连接至RHFL4913的输入供电端VIN管脚(3、4、5管脚)，RHFL4913的反馈端管脚(15管脚)分成两路，一路串联电阻R2连接至输出端，另一路通过串联电阻R3与可调基准源的输出电压正端连接，可调基准源的输出电压正端同时连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚。
所述可调基准源包括TL431芯片、电阻R4、R5，TL431芯片的参考端管脚分成两路，一路串联电阻R4与TL431芯片的输出电压正端(1管脚)相连，另一路串联电阻R5与地相连，TL431芯片的输出地(6管脚)管脚与地相连。
模块电源工作时，输入母线通过输入滤波器，给功率变换电路3供电，输出电压VO1作为给定，与控制电路4实现闭环反馈控制，产生PWM控制信号，控制变换电路3的工作，与输出滤波电路5一同实现电压变换的过程，将母线输入1的输入电压变换成输出电压Vo1和Vo2；
低压差稳压电路6中，电源输出电压VO2给低压差稳压芯片RHFL4913(IC1)供电，RHFL4913输出使能管脚(INH)为低时，芯片输出。RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚短接。输出电压VO3经过电阻R2、R3分压后，在RHFL4913的反馈端管脚(ADJ)得到一个2.5V的反馈电压。输出电压关系式：
vIC1＝vADJ×(r2+r3)/r3
式中，vIC1为低压差稳压电路的输出电压值，vADJ为低压差稳压电路的反馈端电压值，r2为电阻R2的值，r3为电阻R3的值。
TL431为可调基准源，可以输出2.5V～36V电压，输出电压稳定度高，温度特性好。TL431芯片内部产生一个基准电压信号，当基准管脚(8管脚)引入反馈信号后，TL431芯片可以通过内部三极管分流，控制输出电压vIC2，输出电压关系式：
vIC2＝vREF×(r4+r5)/r5
式中，vIC2为可调基准源的输出电压值，vREF为可调基准源参考端电压值，r4为电阻R4的值，r5为电阻R5的值
低压差稳压电路6的输出端的电压vout关系式：
vout＝vIC1+vIC2
TL431芯片的阴极管脚(1管脚)与RHFL4913芯片输出地GND1连接，提高RHFL4913芯片的输出地电平，通过TL431和RHFL4913的组合使用，使RHFL4913可以输出+1.23V～+15V电压，实现宽电压输出的低压差稳压供电。
本实施例中，vIC1输出电压为8V，vIC2输出电压为7V，vout输出电压为15V。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种宽电压输出的稳压供电电路，其特征在于包括：输入母线(1)、输入滤波器(2)、功率变换电路(3)、输出滤波电路(5)和N路低压差稳压电路(6)，N大于等于1，其中：
输入滤波器(2)，通过输入母线(1)连接外部的电源，将其进行滤波输出；
功率变换电路(3)，将输入滤波器(1)输出的信号，进行电压变换，得到主路电压和N路辅助电压；
控制电路(4)，将功率变换电路(3)输出的主路电压VO1与基准电压比较后，反馈至功率变换电路(3)，控制主路电压和N路辅助电压稳定输出；
输出滤波器(5)，为多路输出耦合电感，将功率变换电路(3)输出的多路电压耦合，并分别进行滤波处理，得到主路稳压源VO1和N路辅助稳压源VOn,n＝1～N，之后，将N路辅助稳压源VOn,n＝1～N输入到N路低压差稳压电路(6)；
N路低压差稳压电路(6)，分别将输出电压VOn,n＝1～N进行二次稳压变换后输出预设伏值的电压；
所述低压差稳压电路(6)参考地可调。
2.根据权利要求1所述的一种宽电压输出的稳压供电电路，其特征在于：所述低压差稳压电路(6)包括RHFL4913、可调基准源、电阻R1、R2、R3，二极管D1；稳压输入电源正端连接RHFL4913的供电端VIN管脚，同时通过串联连接的电阻R1连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚；RHFL4913的输出电压管脚作为低压差稳压电路(6)的输出端，连接二极管D1阳极，二极管D1的阴极连接至RHFL4913的输入供电端VIN管脚，RHFL4913的反馈端管脚分成两路，一路串联电阻R2连接至输出端，另一路通过串联电阻R3与可调基准源的输出电压正端连接，可调基准源的输出电压正端同时连接至RHFL4913的参考地管脚和输出使能管脚。
3.根据权利要求2所述的一种宽电压输出的稳压供电电路，其特征在于：所述可调基准源包括TL431芯片、电阻R4、R5，TL431芯片的参考端管脚分成两路，一路串联电阻R4与TL431芯片的输出电压正端相连，另一路串联电阻R5与地相连，TL431芯片的输出地管脚与地相连。
4.根据权利要求3所述的一种宽电压输出的稳压供电电路，其特征在于：所述低压差稳压电路(6)的输出端的电压vout通过满足下列公式：
vout＝vIC1+vIC2
vIC1＝vADJ×(r2+r3)/r3
vIC2＝vREF×(r4+r5)/r5
式中：vIC1为低压差稳压电路的输出电压值，vADJ为低压差稳压电路的反馈端电压值，vIC2为可调基准源的输出电压值，vREF为可调基准源参考端电压值。r2为电阻R2的值，r3为电阻R3的值，r4为电阻R4的值，r5为电阻R5的值。
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Application publication date: 20180518

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