CN108123624A - 一种高精度的激光遥感数控电源电路 - Google Patents

一种高精度的激光遥感数控电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度的激光遥感数控电源电路，包括BOOST PFC模块、芯片隔离供电模块、主电路降压模块、MOS驱动模块、控制模块、采样模块。由于对变压器隔离驱动的次级，驱动MOS电路进行了优化改进，该变压器隔离驱动电路模块的设计可以得到低功耗，无负电压，且有着快速上升沿和下降沿的驱动波形。当系统采用100KHz较高的开关工作频率时，该变压器隔离驱动电路模块依然可以得到较强的驱动MOS能力，获得较低温升效果。该电路采用了全隔离的电路设计，当电源故障后有效地减少激光器的损害输出较宽的工作范围，有效减少采样信号的扰动，实现主电路的高压和芯片供电低压的安全隔离，有效的保护芯片，实现整机的小型化。

Description

一种高精度的激光遥感数控电源电路
技术领域
本发明涉及一种数控激光电源电路，特别是关于便于控制器PID 调节控制，且能实现低功耗隔离驱动半桥功率MOS的电路，和整个数控电源模块电路。
背景技术
激光遥感，是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性等信息来识别目标。其中激光器采用的是人眼安全波段的短波段。由于所用探测束波长的缩短和定向性的加强,使激光雷达具有很高的空间、时间分辨能力和很高的探测灵敏度等优点,被广泛地应用于对大气、海洋、陆地和其他目标的遥感探测中。在遥感系统中，激光器是核心器件之一，而激光器驱动电源的恒流精度，温升等，对激光器的性能有着较大的影响，因而对激光器的驱动电源有着较高的要求。
该发明提出了对传统激光电源的改进和各个电路模块的针对性设计。该发明采用两级串联结构，为了提高电网的利用率，前级采用了 PFC BOOST模块。传统的激光电源的隔离效果低，电源故障后往往对激光器损害较大，且难以输出较宽的工作范围，针对这个问题，电路采用了全隔离设计电路。这种全隔离设计电路中包括如下：在满足功率要求的前提下，后级采用了半桥结构的隔离电路，可以实现较宽的电流输出范围；对于电压电流的采集，同样也采用了光耦隔离电路设计，有效减少采样信号的扰动；在对芯片低压供电上，采用了变压器电磁隔离电路设计，实现了主电路的高压和芯片供电低压的安全隔离，当有故障时，可以有效的保护芯片；为了获得较强的MOS驱动能力，也采用了变压器隔离驱动，并对其进行了改进设计，以提高驱动效果。
系统采用100KHz较高的开关工作频率，这对传统的功率MOS 驱动方式，会造成极大的开关损耗，温升严重，而且还要解决大功率电源中的安全隔离驱动方式的问题。因而，传统的模拟芯片驱动(不能实现隔离)，光耦隔离驱动(频率和驱动能量不能满足)，一般的变压器隔离驱动(开关损耗和驱动能力不能满足)，都有着自身的缺陷，满足不了工作要求，所以提出了便于控制器PID调节控制，且能实现低功耗隔离驱动半桥功率MOS的电路。因此该系统的电路设计可以满足激光遥感的安全恒定的供电要求，且表现较好的工作特性。
发明内容
本发明的目的是为解决半导体泵浦的激光器电源的数字化低；解决传统的激光电源的隔离效果差，安全性不够；以及为解决上述的传统功率MOS驱动问题，而提出了便于控制器PID调节控制，且能实现低功耗隔离驱动半桥功率MOS的电路以及全隔离电路设计，最终实现为激光遥感半导体泵浦激光器提供高精度的工作电流。
本发明采用的技术方案为一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，包括BOOSTPFC模块(1)、芯片隔离供电模块(3)、主电路降压模块(2)、MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)。 BOOST PFC模块(1)输入端接220V交流，BOOST PFC模块输出分别接主电路降压模块(2)、芯片隔离供电模块(3)；芯片隔离供电模块(3)的输出分别接MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)的；采样模块(5)分别接MOS驱动模块(4)和控制模块 (6)；控制模块(6)接MOS驱动模块(4)；MOS驱动模块(4) 接主电路降压模块(2)；主电路降压模块(2)输出接激光器负载。交流220V电压接入BOOST PFC模块(1)，输出直流390V。直流 390V接入芯片供电模块，芯片隔离供电模块(3)输出的电压为MOS 驱动模块(4)供电，控制模块(6)供电，采样模块(5)供电；BOOST PFC模块(1)输出电压为主电路降压模块(2)输入电压；采样模块 (5)接在主电路降压模块(2)的输出端实时隔离检测其电压、电流。采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块 (4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6)的AD转化为数字信号给MCU数据处理和运算后，通过控制模块(6)的DA输出模拟控制信号，给MOS驱动模块(4) 作为控制信号。MOS驱动模块(4)会产生对应的控制信号PWM，驱动主电路降压模块(2)工作，使得主电路降压模块(2)输出目标直流电流。然后采样模块(5)再实时检测主电路降压模块(2)中的输出端的电流、电压。采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块(4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6)的AD转化为数字信号给 MCU，MCU再产生使主电路降压模块(2)输出目标电流的对应控制信号PWM波，这样形成闭环控制调节，最后输出恒流。
BOOST PFC模块(1)采用的是现有的BOOST PFC模块(1)。 BOOST PFC模块(1)采用的功率因数矫正芯片为UCC28019，BOOST PFC模块输出的电压是390V的直流电压，较高的输出电压有利于前级的温升降低。
芯片隔离供电模块(3)中的电路，根据整个系统电路设计的需要，采用现有的隔离降压模块。输出的电压为MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)供电。
主电路降压模块(2)包括，BOOST PFC模块(1)输出的电压作为主电路降压模块(2)的输入；第六负热敏电阻R6一端接输入端，一端和第十二滤波电容C12相连，第六负热敏电阻R6防浪涌电流；滤波电容C12另一端接地GND，第七电阻R7和第九电阻R9串联，第十一电容C11和第十四电容C14串联，电容C11负极和电容C14 的正极相连；电容C12分别和串联电阻R7和电阻R9、串联电容C11 和电容C14并联；电阻R7和电阻R9中间连接的一端和电容C11和电容C14中间连接的一端连接，中间连接的一端和第一变压器 BianYaQi1的第五引脚连接；变压器BianYaQi1的N1等于28匝，N2 等于4匝，N4等于4匝；第八电阻R8和第十三电容C13串联再和第三二极管并联D3，二极管的阴极和电容C11的正极相连，第四二极管D4的阴极和第三二极管D3的阳极相连，再和第一变压器 BianYaQi1的第三引脚连接；R8，C13，D3，D4的连接作为电流的回流，保护MOS管，在开机和关机的短时间内，消除尖峰脉冲电流； Q1第一MOS和Q2第二MOS并联，即Q1的第三引脚和Q2的第三引脚连接，Q1的第一引脚和Q2的第一引脚连接，Q1的第二引脚和 Q2的第二引脚连接再和第一变压器BianYaQi1的第五引脚连接；Q3 第三MOS和Q4第四MOS并联，即Q3的第三引脚和Q4的第三引脚连接，再和Q1的第二引脚连接，Q3的第一引脚和Q4的第一引脚连接，Q3的第二引脚和Q4的第二引脚连接再和地连接。第一变压器 BianYaQi1的第十引脚和第一二极管D1的阳极连接；第二电阻R2和第三C3电容串联再和D1并联；第一变压器BianYaQi1的第六引脚和第二二极管D2的阳极连接；第五电阻R5和第八电容C8串联再和 D2并联；D1，R2，C3，D2，R5，C8的连接构成全波整流；D2的阴极和D1的阴极连接；D1的阴极和第一电感L1相连，L1的另一端和第四电容的正极连接，第四电容C4的另一端和第一变压器BianYaQi1 的第七引脚和第九引脚连接，BianYaQi1的第七引脚和第九引脚短接，并接GND_P；电感L1和第二电感L2连接，L2的另一端和第七滤波电容C7的正极连接；第五滤波电容C5和第六滤波电容C6并联，并联端一端接L2，另一端接GND_P；第一电容C1和第二电容C2并联，一端接L2，一端接地GND；第九电容C9和第十电容C10并联，一端接GND_P，一端接地GND；第一电位器R1和第三电阻R3串联， R1的中间引脚和一端引脚短接，再和R3连接的一端和VFB连接，构成检测输出端电压部分电路；R1的另一端和V0的输出正极，R3 的另一端和GND_P连接。Vo输出的负极和检流电阻R4一端连接并连接Isense+，构成检测输出端电流部分电路；R4的另一端和GND_P 连接。
MOS驱动模块(4)电路包括第一芯片U1的第一引脚和第十一电阻R11的一端相连，R11另一端IFB连接；U1第二引脚和第十四电阻R14一端并联第十七电阻R17串联第二十一电容C21的一端， R14的另一端和第十六电阻R16的一端相连，R16的另一端和Iset连接；MCU通过控制控制模块(6)DA来控制Iset电压大小，进行PID 控制驱动模块输出的PWM波，进而实现PID调节负载输出端的恒流电流大小；U1的第三引脚和电阻R14和电容C21相连的一端相连； U1第四引脚和第二十二电容C22一端相连，电容C22另一端接U1 的第十四引脚，U1第四引脚连接第二十一电阻R21，并联第九二极管 D9的阴极相连；C22,D9,R21三个元器件和U1的第十四引脚相连起到了软启动的作用；第二十三电容C23一端和U1第五引脚相连，另一端接地DGND；第二十二电阻R22一端接U1的第六引脚，另一端接地DGND；C23和R22决定了PWM波的频率大小；U1的第七和第十三引脚接地DGND；U1第八和第十一引脚短接，再和第十八电阻R18并联第十九电阻R19的一端相连，并联电阻的另一端上拉接 15_Relay；U1的第九引脚第十引脚短接一端和第二十电阻R20并联第八二极管D8的阴极端相连，D8的阳极接PWM；U13的第十二引脚和第一十八滤波电容C18连接，C18另一端接地DGND；C13的第十四引脚输出5V基准电压；U1第十五引脚接Vset，第十六引脚接VFB；
所述的脉宽调制芯片U1型号为TL594；
MOS驱动模块(4)电路包括图腾柱驱动电路第五NPN三极管 Q5，和第六PNP三极管Q6，Q5和Q6的基极相连再和PWM相连， Q5的发射极和Q6的集电极相连，Q5的集电极接15V_Relay,Q6的发射极接地DGND，第十九储能电容C19一端接15V_Relay另一端接地 DGND；第十六无极性电容C16和Q5的发射极相连，C16另一端和变压器Tr1的第一引脚相连，变压器Tr1的第十引脚接地DGND。变压器Tr1的第四引脚和并联的第二十六电容C26和第二十五电阻R25 一端连接，并联的C26和R25另一端和第十PNP三极管Q10的基极连接；变压器Tr1的第五引脚接地GND；变压器Tr1的第四引脚和第十二极管的阳极连接；第二十四电容C24和D10并联；第二十五电容 C25一端和第十二极管D10的阳极相连，C25的另一端和第九PNP三极管Q9的基极相连，第十一二极管D11的阳极和Q9的基极相连； Q9的发射极接地；D11的阴极和D10的阴极相连；第二十六的电阻 R26一端和D11的阳极相连，Q10的集电极和R26的另一端相连； Q10的发射极接地GND；R23电阻的一端和D10的阴极相连，R23 的另一端接PWM_DOWN；第二十四电阻R24和双向TVS二极管D12 并联，再和Q9并联；变压器Tr1的第六引脚和并联的第二十电容C20 和第十三电阻R13一端连接，并联的C20和R13另一端和第八PNP 三极管Q8的基极连接；变压器Tr1的第七引脚接VS；变压器Tr1的第六引脚和第五二极管D5的阳极连接；第十五电容C15和D5并联；第十七电容C17一端和第五二极管D5的阳极相连，C17的另一端和第七PNP三极管Q7的基极相连，第六二极管D6的阳极和Q7的基极相连；Q7的发射极接地；D6的阴极和D5的阴极相连；第十五的电阻R15一端和D6的阳极相连，Q8的集电极和R15的另一端相连； Q8的发射极接VS；R10电阻的一端和D5的阴极相连，R10的另一端接PWM_ON；第十二电阻R12和双向TVS二极管D7并联，再和 Q7并联。变压器Tr1次级的电路对变压器Tr1输出的交流的负电平整流，输出正向PWM，有着较低的上升沿时间，和较高的灌电流。
采样模块(5)包括控制模块(6)中电流隔离检测电路，运放IU3 第一引脚一端接第三十三电容C33一端，和电阻R28一端,R28的另一端接Isense+；IU3第二引脚和第三引脚短接再接地GND_P；IU3第四引脚和电阻R28的一端连接，IU3第五引脚接VCC5_P，与滤波电容C31和滤波电容C32一端相连；芯片IU1第一引脚和电阻R27一端相连，IU1第二引脚和滤波电容C27和C28相连，IU1第三引脚和IU3 第四引脚相连，IU1第四引脚接测量电流的负端GND_P；IU1第五引脚接地DGND；IU1第六引脚和IU2第四引脚相连；IU2的第一引脚和电阻R30和电容C34并联的一端相连，并联的电容C34和电阻R30 的另一端和IU3的第四引脚相连；IU2的第二和第三引脚接地DGND； IU2第五引脚和滤波电容C29和电容C30的一端相连并连接VCC5V；采用光耦隔离采集输出端的电流，并通过运放放大采集的信号。
采样模块(5)包括控制模块(6)中电压隔离检测电路，运放VU3 第一引脚一端接电容VC7一端，和电阻VR2一端；VR2的另一端接 VFB；VU3第二引脚和第三引脚短接再接地；VU3第四引脚和电阻 VR2的一端连接，VU3第五引脚接VCC5_P，与滤波电容VC5和滤波电容VC6一端相连；芯片VU1第一引脚和电阻VR1一端相连，VU1 第二引脚和滤波电容VC1和VC2相连，VU1第三引脚和VU3第四引脚相连，VU1第四引脚接测量电压的负端GND_P；VU1第五引脚接地DGND；VU1第六引脚和VU2第四引脚相连；VU2的第一引脚和电阻VR3和电容VC8并联的一端相连，并联的电容VC8和电阻VR3 的另一端和VU2的第四引脚相连；VU2的第二和第三引脚接地DGND；VU2第五引脚和滤波电容VC3和VC4的一端相连并连接 VCC5；采用光耦隔离采集输出端的电压，并通过运放放大采集的信号。
所述的运放IU4，VU4，IU3，VU3型号为TLV316；线性光耦芯片IU2和VU2型号为HCNR201。
控制模块(6)包括16位高精度的双路采集的AD模块，MCU控制模块(6)，双路输出的高精度的16位DA模块；MCU一个引脚连接第三十一电阻R31的一端，R31电阻的另一端接第十一三极管Q11 的基极；第二十九电阻R29一端接R31和MCU引脚的一端，R29的另一端接5V；第三十二电阻R32的一端接Q11的基极，R32的另一端接DGND；Q11的发射极接DGND，Q11的集电极接第十三二极管 D13的阳极；D13和继电器K1并联，D13的阴极和5V连接；继电器 K1的COM引脚接15V，常开引脚接15V_Relay。MCU和AD、DA 模块通过IIC协议通信。MCU通过继电器K1控制电路的切换，来实现电路的开关，和过流过压保护功能。
本发明所具有的有益效果：
(1)该发明提出了利用TL594的特点设计了MOS驱动模块(4) 电路，使得控制器STM32F103VCT6方便地进行PID调节控制，输出更为可靠的脉宽调制波。
(2)由于对变压器隔离驱动的次级，驱动MOS电路进行了优化改进，该变压器隔离驱动电路模块的设计可以得到低功耗，无负电压，且有着快速上升沿和下降沿的驱动波形。当系统采用100KHz较高的开关工作频率时，该变压器隔离驱动电路模块依然可以得到较强的驱动MOS能力，获得较低温升效果。
(3)该发明电路采用了全隔离的电路设计，当电源故障后可以有效地减少激光器的损害，和这种隔离电路的设计，可以输出较宽的工作范围，可以有效减少采样信号的扰动，可以实现主电路的高压和芯片供电低压的安全隔离，有效的保护芯片。
(4)该发明实现了对功率MOS采用100KHz较高的开关频率的电磁隔离驱动，可以有效的减小滤波电容，变压器，电感的体积，减少电源的体积和自重，实现整机的小型化。
(5)在远距离激光遥感中，需要较大的稳定能量，该发明提供高精度的大电流电路设计，不仅可以使激光器稳定工作，提高激光遥感的测量精度，而且可以提高激光器使用寿命。
附图说明
图1是本发明的模块电路连接框图；
图2是本发明的主电路降压模块的电路图；
图3是本发明的MOS驱动模块的电路图；
图4是本发明的采样模块的电路图；
图5是本发明的控制模块的电路图；
图中:1、BOOST PFC模块，2、主电路降压模块，3、芯片隔离供电模块，4、MOS驱动模块，5、采样模块，6、控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，一种高精度的激光遥感数控供电系统，包括BOOST PFC模块(1)、芯片隔离供电模块(3)、主电路降压模块(2)、 MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)。BOOST PFC 模块(1)输入端接220V交流，BOOST PFC模块输出分别接主电路降压模块(2)、芯片隔离供电模块(3)；芯片隔离供电模块(3)的输出分别接MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)的；采样模块(5)分别接MOS驱动模块(4)和控制模块(6)；控制模块(6)接MOS驱动模块(4)；MOS驱动模块(4)接主电路降压模块(2)；主电路降压模块(2)输出接激光器负载。
交流220V电压接入BOOST PFC模块(1)，输出直流390V。直流390V接入芯片供电模块，芯片隔离供电模块(3)输出的电压为MOS驱动模块(4)供电，控制模块(6)供电，采样模块(5)供电；同样BOOST PFC模块(1)，输出直流390V也为主电路降压模块(2) 输入电压；采样模块(5)接在主电路降压模块(2)的输出端实时隔离检测其电压、电流。采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块(4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6)的AD转化为数字信号给 MCU数据处理和运算后，通过控制模块(6)的DA输出模拟控制信号，给MOS驱动模块(4)作为控制信号。MOS驱动模块(4)会产生对应的控制信号PWM，驱动主电路降压模块(2)工作，使得主电路降压模块(2)输出目标直流电流。然后采样模块(5)再实时检测主电路降压模块(2)中的输出端的电流、电压。采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块(4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6) 的AD转化为数字信号给MCU，MCU再产生使主电路降压模块(2) 输出目标电流的对应控制信号PWM波，这样形成闭环控制调节，最后输出恒流。
BOOST PFC模块(1)采用的是现有的BOOST PFC模块(1)。 BOOST PFC模块(1)采用的功率因数矫正芯片为UCC28019，BOOST PFC模块输出的电压是390V的直流电压，较高的输出电压有利于前级温升的降低。
芯片隔离供电模块(3)中的电路，根据整个系统电路设计的需要，采用现有的隔离降压模块。输出的电压为MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)供电。
如图2所示，主电路降压模块(2)包括，BOOST PFC模块(1) 输出的电压作为主电路降压模块(2)的输入；第六负热敏电阻R6一端接输入端，一端和第十二滤波电容C12相连，滤波电容C12另一端接地GNG，第七电阻R7和第九电阻R9串联，第十一电容C11和第十四电容C14串联，电容C11负极和电容C14的正极相连；电容C12 分别和串联电阻R7和电阻R9、串联电容C11和电容C14并联；电阻 R7和电阻R9中间连接的一端和电容C11和电容C14中间连接的一端连接，中间连接的一端和第一变压器BianYaQi1的第五引脚连接；第八电阻R8和第十三电容串联再和第三二极管并联D3，二极管的阴极和电容C11的正极相连，第四二极管D4的阴极和第三二极管D3的阳极相连，再和第一变压器BianYaQi1的第三引脚连接；R8，C13，D3，D4的连接作为电流的回流，保护MOS管，在开机和关机的短时间内，可以消除尖峰脉冲电流；Q1第一MOS和Q2第二MOS并联，即Q1的第三引脚和Q2的第三引脚连接，Q1的第一引脚和Q2的第一引脚连接，Q1的第二引脚和Q2的第二引脚连接再和第一变压器 BianYaQi1的第五引脚连接；Q3第三MOS和Q4第四MOS并联，即 Q3的第三引脚和Q4的第三引脚连接，再和Q1的第二引脚连接，Q3 的第一引脚和Q4的第一引脚连接，Q3的第二引脚和Q4的第二引脚连接再和地连接。第一变压器BianYaQi1的第十引脚和第一二极管 D1的阳极连接；第二电阻R2和第三C3电容串联再和D1并联；第一变压器BianYaQi1的第六引脚和第二二极管D2的阳极连接；第五电阻R5和第八电容C8串联再和D2并联；D2的阴极和D1的阴极连接；D1的阴极和第一电感L1相连，L1的另一端和第四电容的正极连接，第四电容C4的另一端和第一变压器BianYaQi1的第七引脚和第九引脚连接，BianYaQi1的第七引脚和第九引脚短接，并接GND_P；电感L1和第二电感L2连接，L2的另一端和第七滤波电容C7的正极连接；第五滤波电容C5和第六滤波电容C6并联，并联端一端接L2，另一端接GND_P；第一电容C1和第二电容C2并联，一端接L2，一端接地GND；第九电容C9和第十电容C10并联，一端接GND_P，一端接地GND；第一电位器R1和第三电阻R3串联，R1的中间引脚和一端引脚短接，再和R3连接的一端和VFB连接；R1的另一端和V0 的输出正极，R3的另一端和GND_P连接。Vo输出的负极和检流电阻R4一端连接并连接Isense+；R4的另一端和GND_P连接。
如图3所示，MOS驱动模块(4)电路包括第一芯片U1的第一引脚和第十一电阻R11的一端相连，R11另一端IFB连接；U1第二引脚和第十四电阻R14一端并联第十七电阻R17串联第二十一电容 C21的一端，R14的另一端和第十六电阻R16的一端相连，R16的另一端和Iset连接；MCU通过控制控制模块(6)DA来控制Iset电压大小，进行PID控制驱动模块输出的PWM波，进而实现PID调节负载输出端的恒流电流大小；U1的第三引脚和电阻R14和电容C21相连的一端相连；U1第四引脚和第二十二电容C22一端相连，电容C22 另一端接U1的第十四引脚，U1第四引脚连接第二十一电阻R21，并联第九二极管D9的阴极相连；C22,D9,R21三个元器件和U1的第十四引脚相连起到了软启动的作用；第二十三电容C23一端和U1第五引脚相连，另一端接地DGND；第二十二电阻R22一端接U1的第六引脚，另一端接地DGND；C23和R22决定了PWM波的频率大小； U1的第七和第十三引脚接地DGND；U1第八和第十一引脚短接，再和第十八电阻R18并联第十九电阻R19的一端相连，并联电阻的另一端上拉接15_Relay；U1的第九引脚第十引脚短接一端和第二十电阻 R20并联第八二极管D8的阴极端相连，D8的阳极接PWM；U13的第十二引脚和第一十八滤波电容C18连接，C18另一端接地DGND； C13的第十四引脚输出5V基准电压；U1第十五引脚接Vset，第十六引脚接VFB；
所述的脉宽调制芯片U1型号为TL594；
如图3所示，MOS驱动模块(4)电路包括图腾柱驱动电路第五 NPN三极管Q5，和第六PNP三极管Q6，Q5和Q6的基极相连再和 PWM相连，Q5的发射极和Q6的集电极相连，Q5的集电极接 15V_Relay,Q6的发射极接地DGND，第十九储能电容C19一端接 15V_Relay另一端接地DGND；第十六无极性电容C16和Q5的发射极相连，C16另一端和变压器Tr1的第一引脚相连，变压器Tr1的第十引脚接地DGND。变压器Tr1的第四引脚和并联的第二十六电容C26 和第二十五电阻R25一端连接，并联的C26和R25另一端和第十PNP 三极管Q10的基极连接；变压器Tr1的第五引脚接地GNG；变压器Tr1 的第四引脚和第十二极管的阳极连接；第二十四电容C24和D10并联；第二十五电容C25一端和第十二极管D10的阳极相连，C25的另一端和第九PNP三极管Q9的基极相连，第十一二极管D11的阳极和Q9 的基极相连；Q9的发射极接地；D11的阴极和D10的阴极相连；第二十六的电阻R26一端和D11的阳极相连，Q10的集电极和R26的另一端相连；Q10的发射极接地GND；R23电阻的一端和D10的阴极相连，R23的另一端接PWM_DOWN；第二十四电阻R24和双向TVS 二极管D12并联，再和Q9并联；变压器Tr1的第六引脚和并联的第二十电容C20和第十三电阻R13一端连接，并联的C20和R13另一端和第八PNP三极管Q8的基极连接；变压器Tr1的第七引脚接VS；变压器Tr1的第六引脚和第五二极管D5的阳极连接；第十五电容C15 和D5并联；第十七电容C17一端和第五二极管D5的阳极相连，C17的另一端和第七PNP三极管Q7的基极相连，第六二极管D6的阳极和Q7的基极相连；Q7的发射极接地；D6的阴极和D5的阴极相连；第十五的电阻R15一端和D6的阳极相连，Q8的集电极和R15的另一端相连；Q8的发射极接VS；R10电阻的一端和D5的阴极相连， R10的另一端接PWM_ON；第十二电阻R12和双向TVS二极管D7并联，再和Q7并联。变压器Tr1后级的电路对变压器Tr1输出的交流的负电平整流，输出正向PWM。
如图4所示，采样模块(5)包括控制模块(6)中电流隔离检测电路，运放IU3第一引脚一端接第三十三电容C33一端，和电阻R28 一端,R28的另一端接Isense+；IU3第二引脚和第三引脚短接再接地 GND_P；IU3第四引脚和电阻R28的一端连接，IU3第五引脚接 VCC5_P，与滤波电容C31和滤波电容C32一端相连；芯片IU1第一引脚和电阻R27一端相连，IU1第二引脚和滤波电容C27和C28相连， IU1第三引脚和IU3第四引脚相连，IU1第四引脚接测量电流的负端 GND_P；IU1第五引脚接地DGND；IU1第六引脚和IU2第四引脚相连；IU2的第一引脚和电阻R30和电容C34并联的一端相连，并联的电容C34和电阻R30的另一端和IU3的第四引脚相连；IU2的第二和第三引脚接地DGND；IU2第五引脚和滤波电容C29和电容C30的一端相连并连接VCC5V；采用光耦隔离采集输出端的电流，并通过运放放大采集的信号。
如图4所示，采样模块(5)包括控制模块(6)中电压隔离检测电路，运放VU3第一引脚一端接电容VC7一端，和电阻VR2一端；VR2的另一端接VFB；VU3第二引脚和第三引脚短接再接地；VU3 第四引脚和电阻VR2的一端连接，VU3第五引脚接VCC5_P，与滤波电容VC5和滤波电容VC6一端相连；芯片VU1第一引脚和电阻VR1 一端相连，VU1第二引脚和滤波电容VC1和VC2相连，VU1第三引脚和VU3第四引脚相连，VU1第四引脚接测量电压的负端GND_P； VU1第五引脚接地DGND；VU1第六引脚和VU2第四引脚相连；VU2 的第一引脚和电阻VR3和电容VC8并联的一端相连，并联的电容VC8 和电阻VR3的另一端和VU2的第四引脚相连；VU2的第二和第三引脚接地DGND；VU2第五引脚和滤波电容VC3和VC4的一端相连并连接VCC5；采用光耦隔离采集输出端的电压，并通过运放放大采集的信号。
所述的运放IU4，VU4，IU3，VU3型号为TLV316；线性光耦芯片IU2和VU2型号为HCNR201。
如图5所示，控制模块(6)包括16位高精度的双路采集的AD 模块，MCU控制模块(6)，双路输出的高精度的16位DA模块； MCU一个引脚连接第三十一电阻R31的一端，R31电阻的另一端接第十一三极管Q11的基极；第二十九电阻R29一端接R31和MCU引脚的一端，R29的另一端接5V；第三十二电阻R32的一端接Q11的基极，R32的另一端接DGND；Q11的发射极接DGND，Q11的集电极接第十三二极管D13的阳极；D13和继电器K1并联，D13的阴极和5V连接；继电器K1的COM引脚接15V，常开引脚接15V_Relay。 MCU和AD、DA模块通过IIC协议通信。MCU通过继电器K1控制电路的切换，来实现电路的开关，和过流过压保护功能。

Claims (8)

1.一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：包括BOOST PFC模块(1)、芯片隔离供电模块(3)、主电路降压模块(2)、MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)；BOOST PFC模块(1)输入端接220V交流，BOOST PFC模块输出分别接主电路降压模块(2)、芯片隔离供电模块(3)；芯片隔离供电模块(3)的输出分别接MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)的；采样模块(5)分别接MOS驱动模块(4)和控制模块(6)；控制模块(6)接MOS驱动模块(4)；MOS驱动模块(4)接主电路降压模块(2)；主电路降压模块(2)输出接激光器负载；
交流220V电压接入BOOST PFC模块(1)，输出直流390V；直流390V接入芯片供电模块，芯片隔离供电模块(3)输出的电压为MOS驱动模块(4)供电，控制模块(6)供电，采样模块(5)供电；BOOST PFC模块(1)输出电压为主电路降压模块(2)输入电压；采样模块(5)接在主电路降压模块(2)的输出端实时隔离检测其电压、电流；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块(4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6)的AD转化为数字信号给MCU数据处理和运算后，通过控制模块(6)的DA输出模拟控制信号，给MOS驱动模块(4)作为控制信号；MOS驱动模块(4)会产生对应的控制信号PWM，驱动主电路降压模块(2)工作，使得主电路降压模块(2)输出目标直流电流；然后采样模块(5)再实时检测主电路降压模块(2)中的输出端的电流、电压；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路给MOS驱动模块(4)作为反馈；采样模块(5)检测其电压、电流的模拟信号，一路经过控制模块(6)的AD转化为数字信号给MCU，MCU再产生使主电路降压模块(2)输出目标电流的对应控制信号PWM波，这样形成闭环控制调节，最后输出恒流。
2.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：BOOST PFC模块(1)采用的功率因数矫正芯片为UCC28019，BOOST PFC模块输出的电压是390V的直流电压，较高的输出电压有利于前级的温升降低。
3.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：芯片隔离供电模块(3)中的电路，根据整个系统电路设计的需要，采用现有的隔离降压模块；输出的电压为MOS驱动模块(4)、控制模块(6)、采样模块(5)供电。
4.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：主电路降压模块(2)中，BOOST PFC模块(1)输出的电压作为主电路降压模块(2)的输入；第六负热敏电阻R6一端接输入端，一端和第十二滤波电容C12相连，第六负热敏电阻R6防浪涌电流；滤波电容C12另一端接地GND，第七电阻R7和第九电阻R9串联，第十一电容C11和第十四电容C14串联，电容C11负极和电容C14的正极相连；电容C12分别和串联电阻R7和电阻R9、串联电容C11和电容C14并联；电阻R7和电阻R9中间连接的一端和电容C11和电容C14中间连接的一端连接，中间连接的一端和第一变压器BianYaQi1的第五引脚连接；变压器BianYaQi1的N1等于28匝，N2等于4匝，N4等于4匝；第八电阻R8和第十三电容C13串联再和第三二极管并联D3，二极管的阴极和电容C11的正极相连，第四二极管D4的阴极和第三二极管D3的阳极相连，再和第一变压器BianYaQi1的第三引脚连接；R8，C13，D3，D4的连接作为电流的回流，保护MOS管，在开机和关机的短时间内，消除尖峰脉冲电流；Q1第一MOS和Q2第二MOS并联，即Q1的第三引脚和Q2的第三引脚连接，Q1的第一引脚和Q2的第一引脚连接，Q1的第二引脚和Q2的第二引脚连接再和第一变压器BianYaQi1的第五引脚连接；Q3第三MOS和Q4第四MOS并联，即Q3的第三引脚和Q4的第三引脚连接，再和Q1的第二引脚连接，Q3的第一引脚和Q4的第一引脚连接，Q3的第二引脚和Q4的第二引脚连接再和地连接；第一变压器BianYaQi1的第十引脚和第一二极管D1的阳极连接；第二电阻R2和第三C3电容串联再和D1并联；第一变压器BianYaQi1的第六引脚和第二二极管D2的阳极连接；第五电阻R5和第八电容C8串联再和D2并联；D1，R2，C3，D2，R5，C8的连接构成全波整流；D2的阴极和D1的阴极连接；D1的阴极和第一电感L1相连，L1的另一端和第四电容的正极连接，第四电容C4的另一端和第一变压器BianYaQi1的第七引脚和第九引脚连接，BianYaQi1的第七引脚和第九引脚短接，并接GND_P；电感L1和第二电感L2连接，L2的另一端和第七滤波电容C7的正极连接；第五滤波电容C5和第六滤波电容C6并联，并联端一端接L2，另一端接GND_P；第一电容C1和第二电容C2并联，一端接L2，一端接地GND；第九电容C9和第十电容C10并联，一端接GND_P，一端接地GND；第一电位器R1和第三电阻R3串联，R1的中间引脚和一端引脚短接，再和R3连接的一端和VFB连接；R1的另一端和V0的输出正极，R3的另一端和GND_P连接；Vo输出的负极和检流电阻R4一端连接并连接Isense+；R4的另一端和GND_P连接。
5.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：MOS驱动模块(4)电路包括第一芯片U1的第一引脚和第十一电阻R11的一端相连，R11另一端IFB连接；U1第二引脚和第十四电阻R14一端并联第十七电阻R17串联第二十一电容C21的一端，R14的另一端和第十六电阻R16的一端相连，R16的另一端和Iset连接；MCU通过控制控制模块(6)DA来控制Iset电压大小，进行PID控制驱动模块输出的PWM波，进而实现PID调节负载输出端的恒流电流大小；U1的第三引脚和电阻R14和电容C21相连的一端相连；U1第四引脚和第二十二电容C22一端相连，电容C22另一端接U1的第十四引脚，U1第四引脚连接第二十一电阻R21，并联第九二极管D9的阴极相连；C22,D9,R21三个元器件和U1的第十四引脚相连起到了软启动的作用；第二十三电容C23一端和U1第五引脚相连，另一端接地DGND；第二十二电阻R22一端接U1的第六引脚，另一端接地DGND；C23和R22决定了PWM波的频率大小；U1的第七和第十三引脚接地DGND；U1第八和第十一引脚短接，再和第十八电阻R18并联第十九电阻R19的一端相连，并联电阻的另一端上拉接15_Relay；U1的第九引脚第十引脚短接一端和第二十电阻R20并联第八二极管D8的阴极端相连，D8的阳极接PWM；U13的第十二引脚和第一十八滤波电容C18连接，C18另一端接地DGND；C13的第十四引脚输出5V基准电压；U1第十五引脚接Vset，第十六引脚接VFB；
所述的脉宽调制芯片U1型号为TL594；
MOS驱动模块(4)电路包括图腾柱驱动电路第五NPN三极管Q5，和第六PNP三极管Q6，Q5和Q6的基极相连再和PWM相连，Q5的发射极和Q6的集电极相连，Q5的集电极接15V_Relay,Q6的发射极接地DGND，第十九储能电容C19一端接15V_Relay另一端接地DGND；第十六无极性电容C16和Q5的发射极相连，C16另一端和变压器Tr1的第一引脚相连，变压器Tr1的第十引脚接地DGND；变压器Tr1的第四引脚和并联的第二十六电容C26和第二十五电阻R25一端连接，并联的C26和R25另一端和第十PNP三极管Q10的基极连接；变压器Tr1的第五引脚接地GND；变压器Tr1的第四引脚和第十二极管的阳极连接；第二十四电容C24和D10并联；第二十五电容C25一端和第十二极管D10的阳极相连，C25的另一端和第九PNP三极管Q9的基极相连，第十一二极管D11的阳极和Q9的基极相连；Q9的发射极接地；D11的阴极和D10的阴极相连；第二十六的电阻R26一端和D11的阳极相连，Q10的集电极和R26的另一端相连；Q10的发射极接地GND；R23电阻的一端和D10的阴极相连，R23的另一端接PWM_DOWN；第二十四电阻R24和双向TVS二极管D12并联，再和Q9并联；变压器Tr1的第六引脚和并联的第二十电容C20和第十三电阻R13一端连接，并联的C20和R13另一端和第八PNP三极管Q8的基极连接；变压器Tr1的第七引脚接VS；变压器Tr1的第六引脚和第五二极管D5的阳极连接；第十五电容C15和D5并联；第十七电容C17一端和第五二极管D5的阳极相连，C17的另一端和第七PNP三极管Q7的基极相连，第六二极管D6的阳极和Q7的基极相连；Q7的发射极接地；D6的阴极和D5的阴极相连；第十五的电阻R15一端和D6的阳极相连，Q8的集电极和R15的另一端相连；Q8的发射极接VS；R10电阻的一端和D5的阴极相连，R10的另一端接PWM_ON；第十二电阻R12和双向TVS二极管D7并联，再和Q7并联；变压器Tr1次级的电路对变压器Tr1输出的交流的负电平整流，输出正向PWM，有着较低的上升沿时间，和较高的灌电流。
6.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：采样模块(5)包括控制模块(6)中电流隔离检测电路，运放IU3第一引脚一端接第三十三电容C33一端，和电阻R28一端,R28的另一端接Isense+；IU3第二引脚和第三引脚短接再接地GND_P；IU3第四引脚和电阻R28的一端连接，IU3第五引脚接VCC5_P，与滤波电容C31和滤波电容C32一端相连；芯片IU1第一引脚和电阻R27一端相连，IU1第二引脚和滤波电容C27和C28相连，IU1第三引脚和IU3第四引脚相连，IU1第四引脚接测量电流的负端GND_P；IU1第五引脚接地DGND；IU1第六引脚和IU2第四引脚相连；IU2的第一引脚和电阻R30和电容C34并联的一端相连，并联的电容C34和电阻R30的另一端和IU3的第四引脚相连；IU2的第二和第三引脚接地DGND；IU2第五引脚和滤波电容C29和电容C30的一端相连并连接VCC5V；采用光耦隔离采集输出端的电流，并通过运放放大采集的信号；
采样模块(5)包括控制模块(6)中电压隔离检测电路，运放VU3第一引脚一端接电容VC7一端，和电阻VR2一端；VR2的另一端接VFB；VU3第二引脚和第三引脚短接再接地；VU3第四引脚和电阻VR2的一端连接，VU3第五引脚接VCC5_P，与滤波电容VC5和滤波电容VC6一端相连；芯片VU1第一引脚和电阻VR1一端相连，VU1第二引脚和滤波电容VC1和VC2相连，VU1第三引脚和VU3第四引脚相连，VU1第四引脚接测量电压的负端GND_P；VU1第五引脚接地DGND；VU1第六引脚和VU2第四引脚相连；VU2的第一引脚和电阻VR3和电容VC8并联的一端相连，并联的电容VC8和电阻VR3的另一端和VU2的第四引脚相连；VU2的第二和第三引脚接地DGND；VU2第五引脚和滤波电容VC3和VC4的一端相连并连接VCC5；采用光耦隔离采集输出端的电压，并通过运放放大采集的信号。
7.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：所述的运放IU4，VU4，IU3，VU3型号为TLV316；线性光耦芯片IU2和VU2型号为HCNR201。
8.根据权利要求1所述的一种高精度的激光遥感数控供电系统电路，其特征在于：控制模块(6)包括16位高精度的双路采集的AD模块，MCU控制模块(6)，双路输出的高精度的16位DA模块；MCU一个引脚连接第三十一电阻R31的一端，R31电阻的另一端接第十一三极管Q11的基极；第二十九电阻R29一端接R31和MCU引脚的一端，R29的另一端接5V；第三十二电阻R32的一端接Q11的基极，R32的另一端接DGND；Q11的发射极接DGND，Q11的集电极接第十三二极管D13的阳极；D13和继电器K1并联，D13的阴极和5V连接；继电器K1的COM引脚接15V，常开引脚接15V_Relay；MCU和AD、DA模块通过IIC协议通信；MCU通过继电器K1控制电路的切换，来实现电路的开关，和过流过压保护功能。
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