CN108847854B - 一种低功耗自适应发射机电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗自适应发射机电源系统，包括电源、3.3V₀电压产生电路单元、3.3V_TIMER产生电路单元、DC/DC电压转换电路、第一处理器和第二处理器，所述系统还包括可控光耦继电器电路和高压发射自适应模块；可控光耦继电器电路的输入端由所述电源供电，可控光耦继电器电路输出端与高压发射自适应模块的输入端相连接，可控光耦继电器的控制端与第一处理器的系统开关电控制单元相连接，控制整个发射机电源的开关；高压发射自适应模块与发射机的高压发射端相连接，高压发射具有自适应功能，DC/DC电压转换电路与发射机的低压发射端相连接；所述系统具有功耗低、可切换高低压发射、高压发射具有自适应的能力等优点，大大提升了发射机电源的通用性与实用性。

Description

一种低功耗自适应发射机电源系统

技术领域

本发明涉及发射机电源领域，具体而言涉及一种低功耗自适应发射机电源系统。

背景技术

不同的声呐系统对发射机有不同的要求，不同的发射机又对发射机的电源有不同的要求。目前声呐系统的发射机通常采用外电供电，这种发射机不需要完成高压发射或者低压发射，需要用DC/DC转换器将外电转换成发射机所需的高压或者低压的电源，这种电源供电方式缺点在于发射机只能完成高压或低压发射，不能实现高低压发射的切换，而且功耗较大；还有的声呐系统目前采用电池供电，发射机可以完成高压和低压发射切换，这种系统的发射机的电源要考虑到电池的瞬间放电能力以及高低压的切换的响应速度，其缺陷是对电池的瞬间放电能力要求较高，系统功耗较大，且高压发射不能自适应调整。

发明内容

本发明的目的在于，解决目前发射机电源不能实现高低压发射的切换，功耗较大和高压发射不能自适应调整等问题。为实现上述目的，本发明提出一种低功耗自适应发射机电源系统，包括电源、3.3V₀电压产生电路、3.3V_TIMER产生电路、DC/DC 电压转换电路、第一处理器和第二处理器，所述系统还包括可控光耦继电器电路和高压发射自适应模块；

所述可控光耦继电器电路的输入端由所述电源供电，所述可控光耦继电器电路的输出端与高压发射自适应模块的输入端相连接，所述可控光耦继电器的控制端与第一处理器的系统开关电控制单元相连接，用于控制整个发射机电源的开关；

所述高压发射自适应模块与发射机的高压发射端相连接，用于为发射机电源提供高压，高压发射具有自适应功能；

所述DC/DC电压转换电路与发射机的低压发射端相连接，用于为发射机电源提供低压。

作为所述装置的一种改进，所述可控光耦继电器电路包括第一二极管D1、第一可控光耦继电器K1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2和第一熔断器F1；

所述第一二极管D1用于实现插反保护；

所述第一电阻R1是可控光耦继电器的限流电阻，

所述第一电容C1是去耦电容，

所述第二电阻R2是超低阻大功率贴片电阻，

所述第一可控光耦继电器K1，由第一处理器的系统开关电控制信号控制。

作为所述电源系统的一种改进，所述高压发射自适应模块包括电流监控电路、逻辑控制电路、多控开关电路、常规开关电路、HV分压及储能电路、第一处理器的系统电流监控单元和第二处理器的高低压发射控制单元；

所述电流监控电路包括第十五电容C15、第十六电容C16、第十电阻R10、第十一电阻R11和电流监控芯片A3；

所述逻辑控制电路包括第二芯片A2；

所述多控开关电路包括第二电容C2、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5 和第二可控光耦继电器K2；

所述常规开关电路包括第三电容C3、第五电容C5、第六电容C6、第三电阻R3、第六电阻R6和第三可控光耦继电器K3；

所述HV分压及储能电路包括第八电阻R8、第九电R9、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第三二极管D3和第四二极管D4；

所述第二处理器的高低压发射控制单元在低压发射时输出高电平信号时，在高压发射时输出低电平信号；

所述第二电容C2、第三电容C3和第十五电容C15为旁路电容；

所述第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第十二电容C12和第十六电容C16为去耦电容；

所述第十三电容C13和第十四电容C14为储能电容；

所述第三电阻R3和第四电阻R4是限流电阻；

所述第五电阻R5和第六电阻R6是功率电阻；

所述第八电阻R8和第九电阻R9是分压电阻；

所述第十电阻R10和第十一电阻R11是负载电阻；

所述第二可控光耦继电器K2和第三可控光耦继电器K3为开关；

所述第二芯片A2，用于提供门电路实现逻辑运算；

所述电流监控芯片A3，用于将输入电压转换为电流输出。

作为所述电源系统的一种改进，所述电流监控电路的输入电压由可控光耦继电器电路的第二电阻R2两端的电压提供差分输入，经过所述电流监控芯片A3将所述差分输入电压转换为电流输出；该电流使用外部负载电阻第十电阻R10和第十一电阻R11转换回电压CUR_TOTAL，输出到所述第一处理器的系统电流监控单元。

作为所述装置的一种改进，所述第一处理器的系统电流监控单元采集电压值CUR_TOTAL，根据(1)式得到发射机电源工作时的电流I：

R₂为第二电阻R2的电阻值，R₁₀为第十电阻R10的电阻值、R₁₁为第十一电阻 R11的电阻值，CUR_TOTAL为第一处理器采集到的电压值；

所述第一处理器的系统电流监控单元将得到的电流值I，与预先设定好的发射机电源工作电流的上限作比较，当电流值I达到该上限时，便置位所述第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR为高电平H，反之置位CURLIMCTR为低电平L。

作为所述电源系统的一种改进，所述HV分压及储能电路包括分压单元，所述分压单元包括第八电阻R8、第九电阻R9和第十二电容C12，所述分压单元的分压信号HV_PAR为：

R₈为第八电阻R8的电阻值，R₉为第九电阻R9的电阻值，HV为高压发射的高电压值，所述HV的分压HV_PAR值大于1.8V时为高电平H。

作为所述电源系统的一种改进，所述逻辑控制电路的输入端与所述第一处理器的系统电流监控单元、第二处理器的高低压发射控制信号单元和HV分压及储能电路的HV分压单元相连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述多控开关电路的输入端相连接，用于产生所述多控开关电路的第二可控光耦继电器K2控制信号；

所述逻辑控制电路对高低压发射的控制采用的是负逻辑，

所述逻辑控制电路对所述第一处理器的电流监控单元、第二处理器的高低压发射控制单元和HV分压单元的三个信号进行逻辑控制，通过所述第二芯片A2的三个或非门实现，其输出的控制信号Y为：

Y＝(((B+C)’+A)’+GND)’ (3)

其中，所述A为所述第二处理器的高低压发射控制信号，高压发射时为低电平，低压发射时为高电平，B为第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR，C为所述HV 分压单元的分压信号HV_PAR，“+”为或运算，“’”为非运算，“GND”为“0”；

所述信号“1”代表高电平，高电平为高于1.8V的电平，所述信号“0”代表低电平，低电平为低于1.8V的电平。

作为所述装置的一种改进，所述多控开关电路，接收逻辑控制电路输出的控制信号，输出端与HV分压及储能电路相连，高压发射时，第二处理器的高低压发射控制信号为低电平L，在第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR为高电平H时或 HV分压单元的分压信号为高电平H时，所述多控开关电路打开，给储能电容充电；低压发射时，第二处理器的高低压发射控制信号为高电平H，关闭所述多控开关。

作为所述装置的一种改进，所述常规开关电路单元，控制信号端与第二处理器的高低压发射控制单元相连接，输出端连接发射机电源高压HV，高压发射时打开所述常规开关，低压发射时关闭所述常规开关。

本发明的优势在于：

本发明提出的一种低功耗自适应发射机电源与传统的发射机电源相比具有功耗低、可切换高低压发射、高压发射具有自适应的能力等优点，大大提升了发射机电源的通用性与实用性，能满足大多数工业场合的需要。

附图说明

图1是本发明的一种低功耗自适应发射机电源系统框图；

图2是本发明的可控光耦继电器电路；

图3是本发明的电流监控电路；

图4是本发明的DC/DC电压转换电路；

图5是本发明的常规开关电路；

图6是本发明的HV分压及储能电路；

图7是本发明的逻辑控制电路；

图8是本发明的多控开关电路；

图9是本发明的3.3V₀产生电路；

图10是本发明的3.3V_TIMER产生电路；

图11是本发明的HV_PAR自适应效果图；

图12是本发明的CURLIMCTR自适应效果图；

图13是本发明的高压发射切换到低压发射效果图；

图14是本发明的低压发射切换到高压发射效果图。

附图标识

A1、DC/DC模块 A2、第二芯片 A3、电流监控芯片

A4、降压型开关稳压器 A5、模拟开关

C1、第一电容 C2、第二电容 C3、第三电容

C4、第四电容 C5、第五电容 C6、第六电容

C7、第七电容 C8、第八电容 C9、第九电容

C10、第十电容 C11、第十一电容 C12、第十二电容

C13、第十三电容 C14、第十四电容 C15、第十五电容

C16、第十六电容 C17、第十七电容 C18、第十八电容

C19、第十九电容 C20、第二十电容 C21、第二十一电容

C22、第二十二电容 C23、第二十三电容 C24、第二十四电容

C25、第二十五电容 C26、第二十六电容 C27、第二十七电容

C28、第二十八电容 C29、第二十九电容 F1、熔断器

D1、第一二极管 D2、第二二极管 D3、第三二极管

D4、第四二极管 D5、第五二极管 D6、第六二极管

R1、第一电阻 R2、第二电阻 R3、第三电阻

R4、第四电阻 R5、第五电阻 R6、第六电阻

R7、第七电阻 R8、第八电阻 R9、第九电阻

R10、第十电阻 R11、第十一电阻 R12、第十二电阻

R13、第十三电阻 R14、第十四电阻 R15、第十五电阻

R16、第十六电阻 L1、第一电感 L2、二电感

K1、第一可控光耦继电器 K2、第二可控光耦继电器

K3、第三可控光耦继电器

Z1、第一TVS管 Z2、第二TVS管

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对一种低功耗自适应发射机电源进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种低功耗自适应发射机电源系统包括电源、3.3V₀电压产生电路、3.3V_TIMER产生电路、DC/DC电压转换电路、第一处理器和第二处理器，所述系统还包括可控光耦继电器电路和高压发射自适应模块；所述高压发射自适应模块包括电流监控电路、逻辑控制电路、多控开关电路、常规开关电路、HV分压及储能电路、第一处理器的系统电流监控单元和第二处理器的高低压发射控制单元。

电源经第一二极管D1后与可控光耦继电器电路的输入相连接，所述第一处理器的系统开关电控制信号与所述可控光耦继电器电路的控制端相连接，可控光耦继电器电路的输出与电流监控电路相串联。电流监控电路连接到第一处理器的电流监控单元，得到逻辑控制电路的第一处理器的电流监控信号，同时与DC/DC电压转换电路、多控开关电路和常规开关电路的输入端相连接；第二处理器的高低压发射控制单元、第一处理器的系统电流监控单元以及高压HV的分压单元与逻辑控制电路的输入相连接，逻辑控制电路的输出与多控开关的控制电路相连，第二处理器的高低压发射控制单元与常规开关的控制电路相连接，常规开关电路和多控开关电路的输出为发射机电源提供高压HV，而且高压发射时既有自适应功能，DC/DC电压转换电路的输出为发射机电源提供低压LV，低压LV和高压HV组成发射机的电源。

如图2所示，可控光耦继电器电路包括第一二极管D1、第一可控光耦继电器 K1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2和熔断器F1。

本电路要实现的是发射机电源的低功耗功能，需要发射机工作时，才打开此光耦继电器K1，不工作时就关闭，可降低功耗。当所述第一处理器的系统开关电控制信号PWROFF为低电平时，打开发射机的电源；当第一处理器的系统开关电控制信号PWROFF为高电平时，关闭发射机的电源。

所述第一二极管D1的设计是实现插反保护，所述可控光耦继电器K1实现的功能是整个发射机电源的开关；

所述第一电阻R1是可控光耦继电器的发光管端的限流电阻，防止电流太大，损坏光耦继电器的发光管；

所述第一电容C1为去耦电容，一是起到滤除VINPUT所携带的低频杂波的作用，一是起到局部电荷池的作用；

所述第二电阻R2为超低阻大功率贴片电阻，起到电流保护的作用；

所述F1熔断器，若本发射机电源发生故障，起到迅速切断电路的作用，从而保证电路安全。

如图3所示，电流监控电路包括所述第十五电容C15、第十六电容C16，第十电阻R10、第十一电阻R11和电流监控芯片A3。

本电路要实现的功能是获取逻辑控制电路的控制信号CURLIMCTR，第一处理器实时监控发射机电源工作时的电流，一旦工作电流超过设定的上限，将置位 CURLIMCTR为H，辅助实现本设计的高压发射自适应的功能。

所述第十五电容C15为旁路电容，其用于滤除电源3.3V_TIMER所携带的高频杂波；第十六电容C16为去耦电容，用于滤除CUR_TOTAL所携带的低频杂波；

所述电流监控芯片A3为INA168NA，此芯片为高侧单极电流分流监视器，可将一个差分输入电压转换为电流输出，此电流使用外部负载第十电阻R10和外部负载第十一电阻R11转换成电压。根据INA168NA的手册，并结合本电路，可以得出：

R₂为第二电阻R2的电阻值，R₁₀为第十电阻R10的电阻值、R₁₁为第十一电阻 (R11)的电阻值，CUR_TOTAL为第一处理器采集到的电压值；

CUR_TOTAL连接到第一处理器的A/D转换通道，第一处理器根据CUR_TOTAL 及式(1)可反推出发射机电源工作时的电流I。第一处理器将上面计算出来的电流I，与预先设定好的发射机电源工作电流的上限作比较，一旦达到该上限，便置位 CURLIMCTR为H。

参照真值表1，高压发射时(即第二处理器的HVSD-2为L)，一旦CURLIMCTR 为H时，所述第二光耦继电器K2的2脚即为L，此时，所述第二光耦继电器K2将打开，辅助给储能电容充电，以减小常规开关K3的压力，提高充电速度。

如图4所示，DC/DC电压转换电路包括第七电容C7、第八电容C8、第九电容 C9、第十电容C10、第十一电容C11，第七电阻R7，第一电感L1，第二二极管D2 和DC/DC模块A1。

本电路实现的是发射机电源的低压发射的功能，当第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2为H(即低压发射)时，将第一可控光耦继电器K1产生的电源，经过DC/DC模块A1变换，转化为发射机所需的低压电源。

所述第七电容C7和第八电容C8为旁路电容，用于滤除前级携带的高频和低频杂波；

所第十述电容C10和第十一电容C11为去耦电容，一是起到滤除LV所携带的高频和低频杂波的作用，一是起到局部电荷池的作用；

所述第九电容C9和第七电阻R7并联，用于将DC/DC模块A1输入和输出地间接的相连；第一电感L1用于滤波；

所述第二二极管D2的设计是实现高压发射时，防止HV反流到LV；

所述DC/DC模块A1的用于实现电压的变换，将光耦继电器K1输出的电压，变换到发射机所需的低电压。

如图5所示，常规开关电路包括第三电容C3、第五电容C5、第六电容C6，第三电阻R3、第六电阻R6和第三可控光耦继电器K3。

本电路实现的是发射机电源高压发射的功能，具体的说，一是高压发射(第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2为L)时，打开本开关；一是低压发射(第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2为H)时，一定关闭本开关，保证低压发射。

所述第三电容C3为旁路电容，用于滤除前级携带的高频杂波；

所述第五电容C5和第六电容C6为去耦电容，一是起到滤除HV所携带的高频、低频杂波的作用，一是起到局部电荷池的作用；

所述第三电阻R3是可控光耦继电器的发光管端的限流电阻，防止电流太大，损坏光耦继电器的发光管；

所述第六电阻R6是功率电阻，起到电流保护的作用，保证所述第三光耦继电器 K3输出的电流不大于

所述第三可控光耦继电器K3，当控制信号HVSD-2 为高电平时，关闭本开关；当控制信号HVSD-2为低电平时，打开本开关。

如图6所示，HV分压及储能电路包括第八电阻R8、第九电阻R9，第十二电容 C12、第十三电容C13、第十四电容C14，第三二极管D3和第四二极管D4。

本电路实现的是获取HV的分压HV_PAR的功能，具体地说，一是获得HV的分压HV_PAR，做为逻辑控制电路的控制信号，辅助实现本设计的高压发射的自适应的功能；二是给储能电容充电，减小对电池瞬间放电能力的要求。

所述第八电阻R8和第九电阻R9对HV的分压关系：

若第八电阻R8阻值为2.2M欧、第九电阻R9阻值为165K欧，当HV大于25V 时，HV_PAR将大于为1.8V(H)，参照真值表1，高压发射时(即第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2为L)，一旦第八电阻R8和第九电阻R9的分压HV_PAR 为H时，第二光耦继电器K2的2脚即为L，此时第二光耦继电器K2将打开，辅助给储能电容充电，以减小常规开关第三光耦继电器K3的压力，提高充电速度；

所述第十二电容C12为去耦电容，一是起到滤除HV_PAR所携带的高频杂波的作用，二是起到局部电荷池的作用；

所述第十三电容C13和第十四电容C14为储能电容，用来储能。

如图7所示，逻辑控制电路用CD4001UBPW来实现。

本电路要实现的功能是产生多控开关电路的所述第二光耦继电器K2的控制信号，所述第二光耦继电器K2的控制信号与本电路第二芯片A2的10脚的输出控制信号CTRL_H/LV相串联，辅助实现高压发射的自适应功能。

所述第二光耦继电器K2的开关与否与第二芯片A2的10脚的输出控制信号CTRL_H/LV相同，共受三个信号的控制：第二处理器的高低压发射控制单元的信号 HVSD-2；HV分压单元的第八电阻R8和第九电阻R9的分压HV_PAR；第一处理器的电流控制单元的信号CURLIMCTR。

上述逻辑控制是用门电路来实现的，高低压发射的控制采用的是负逻辑，即光耦继电器K2的控制信号为高电平时，关闭高压发射；光耦继电器K2的控制信号为低电平时，开启高压发射。根据上述逻辑，列出真值表1如下表所示：

表1

对上述的真值表进行卡诺图化简如表2：

表2

由表2得出，所述第二芯片A2的10脚的输出控制信号CTRL_H/LV为Y:

Y＝B’C’+A＝(B+C)’+A＝(((B+C)’+A)’+GND)’ (3)

根据上式，可以用三个或非门来实现，设计中选用的是TI公司的CD4001UB，其中，Y为第二芯片A2输出的控制信号，所述A为所述第二处理器的高低压发射控制信号，高压发射时为低电平，低压发射时为高电平，B为第一处理器的电流监控信号，C为所述HV分压单元的分压信号，“+”为或运算，“’”为非运算，“GND”为“0”；

所述信号“1”代表高电平，高电平为高于1.8V的电平，所述信号“0”代表低电平，低电平为低于1.8V的电平；在高压发射时，A值为“0”，当B值为“1”或C值为“1”时，则Y值为“0”，打开多路开关。

如图8所示，多控开关电路包括第二电容C2和第四电容C4，第四电阻R4、第五电阻R5和第二可控光耦继电器K2。

本电路实现的功能是接受逻辑控制电路输出的控制信号CTRL_H/LV，实现高压发射的自适应功能。具体的说，一是高压发射时，辅助给储能电容充电，以减小常规开关第三可控光耦继电器K3的压力，提高充电速度；一是低压发射时，一定关闭本开关，保证低压发射。

所述第二电容C2为旁路电容，用于滤除前级携带的高频杂波；

所述第四电容C4为去耦电容，一是起到滤除HV所携带的低频杂波的作用，一是起到局部电荷池的作用；

所述第四电阻R4是可控光耦继电器的发光管端的限流电阻，防止电流太大，损坏光耦继电器的发光管；

所述第五电阻R5是功率电阻，起到电流保护的作用，保证本光耦继电器输出的电流不大于

所述第二可控光耦继电器K2，其2脚的控制信号与第二芯片A2的10脚的输出控制信号CTRL_H/LV相连，当控制信号CTRL_H/LV为高电平时，关闭本开关；当控制信号CTRL_H/LV为低电平时，打开本开关。

如图9所示，为3.3V₀的产生电路，本电路包括第一TVS管Z1、第二TVS管 Z2，第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第二十八电容C28，第十二电阻 R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14，降压型开关稳压器A4，第二电感L2，第五二极管D5和第六二极管D6。

本电路实现的功能是产生3.3V₀，以便给第一处理器和逻辑控制电路的第二芯片A2(CD4001UBPW)供电。

所述第一TVS管Z1用于防止降压型开关稳压器A4因瞬间的脉冲导致失灵；

所述第十七电容C17和第十八电容C18为旁路电容，其用于滤除VIN’所携带的高频、低频杂波；

所述第十九电容C19、第二十电容C20和第十二电组R12组成所述降压型开关稳压器A4的频率补偿元件，用于完成所述降压型开关稳压器A4的总环路响应；

所述第五二极管D5和第二十一电容C21组成所述降压型开关稳压器A4的升压元件，用于产生一个约比输入端电压VIN’高3.3V0的电压，用于驱动输出级；

所述第二电感L2用于所述降压型开关稳压器A4内部的功率NPN关断期间，将 SW引脚的电压驱动至负值，而第六二极管D6的作用则是对该负值进行嵌位；

所述第二十二电容C22用于确定启动期间的输出电压斜坡上升速率；

所述第十三电阻R13和第十四电阻R14组成所述降压型开关稳压器A4的输出分压器，用于设定输出电压并提供多种过载保护；所述第二十三电容C23为旁路电容，用于滤除3.3V0所携带的高频杂波；

所述第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容 C27、第二十八电容C28为去耦电容，一是起到滤除所述3.3V0电压源所携带的高频和低频杂波的作用，一是起到局部电荷池的作用；

所述第二TVS管Z2用于保护与3.3V0相连接的元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

如图10所示，为3.3V_TIMER的产生电路，本电路包括第十五电阻R15、第十六R16，第二十九电容C29和模拟开关A5。

本电路实现的功能是产生3.3V_TIMER，以便给电流监控芯片A3和第二处理器供电。

所述第十五电阻R15用于关断所述模拟开关A5片内的P沟道增强；

所述第十六电阻R16用于当模拟开关A5的输出电容很小时，软启动所述模拟开关A5；

所述第二十九电容C29用于减缓本模拟开关A5的打开速率。

如图11所示，为HV_PAR辅助实现发射机电源高压发射的自适应功能的效果图。图中通道1为HV、通道2为HV_PAR、通道3为CTR_H/LV。根据图中波形，高压发射时，随着HV的慢慢升高，HV_PAR也在慢慢的升高，当HV升至25V时， HV_PAR也接近1.8V(H)，此时CTR_H/LV处于H和L之间的临界状态，这也是图中通道3的波形有一段不确定态的原因所在，HV稍微再增高一点，CTR_H/LV便可稳定到L状态，此时将打开多控开关，辅助给储能电容充电。

如图12所示，为CURLIMCTR辅助实现发射机电源高压发射的自适应功能的效果图。图中通道1为HV、通道2为CURLIMCTR、通道3为CTR_H/LV。根据图中波形，高压发射时，随着系统电流的慢慢升高，当升至第一处理器的系统电流门限时，CTR_H/LV便由H跳到L状态，此时将打开多控开关，辅助给储能电容充电。

如图13所示，为高压发射切换到低压发射的效果图。图中通道1为HV、通道2为第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2。由图中波形可以看出，当高低压发射控制信号HVSD-2由低电平L跳变为高电平H时，实现的是高压发射到低压发射的切换，理论上HV应该立即从25V跳到5V，没有立即跳变，是因为存在储能电容第十三电容C13和第十四电容C14，读图可知，历时3880s之后储能电容储的电放完，HV变为5V，完成高压发射到低压发射的切换。

如图14所示，为低压发射切换到高压发射的效果图。图中通道1为HV、通道 2为第二处理器的高低压发射控制信号HVSD-2。由图中波形可以看出，当高低压发射控制信号HVSD-2由高电平H跳变为低电平L时，实现的是低压发射到高压发射的切换，理论上HV应该立即从5V跳到25V，没有立即跳变，是因为存在储能电容第十三电容C13和第十四电容C14，读图可知，历时15s之后储能电容储电完毕， HV变为25V，完成低压发射到高压发射的切换。

最后，给出本发射机电源功耗，输入电压为30V时，工作电流为281.2mA，功耗为8.436W；不工作时电流为0.03μA，功耗为0.9μW。

本设计中的第一处理器和第二处理器的说明，第一处理器用于控制本发射机电源的开和关，只有在需要发射机工作时才打开该电源，辅助完成的是低功耗的控制；第二处理器用于控制本发射机电源的高压和低压发射，辅助完成的是高低压发射的切换。实际使用时，第一处理器和第二处理器根据实际使用情况可以用一个处理器来代替。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述系统包括电源、3.3V₀电压产生电路、3.3V_TIMER产生电路、DC/DC电压转换电路、可控光耦继电器电路和高压发射自适应模块；

所述DC/DC电压转换电路与发射机的低压发射端相连接，用于为发射机提供低压；

所述高压发射自适应模块与发射机的高压发射端相连接，用于为发射机提供高压，高压发射具有自适应功能；

所述可控光耦继电器电路的输入端由所述电源供电，用于控制发射机电源系统的打开和关闭；所述可控光耦继电器电路的输出端与高压发射自适应模块的输入端相连接；

所述高压发射自适应模块包括电流监控电路、逻辑控制电路、多控开关电路、常规开关电路、HV分压及储能电路、第一处理器和第二处理器；

所述电流监控电路包括第十五电容(C15)、第十六电容(C16)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)和电流监控芯片(A3)；

所述逻辑控制电路包括第二芯片(A2)；

所述多控开关电路包括第二电容(C2)、第四电容(C4)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第二可控光耦继电器(K2)；

所述常规开关电路包括第三电容(C3)、第五电容(C5)、第六电容(C6)，第三电阻(R3)、第六电阻(R6)和第三可控光耦继电器(K3)；

所述HV分压及储能电路包括HV分压单元、储能电容单元和第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；所述分压单元包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)和第十二电容(C12)；所述储能电容单元包括第十三电容(C13)和第十四电容(C14)、

所述第一处理器包括系统电流监控单元和系统开关电控制单元，系统开关电控制单元与可控光耦继电器电路的控制端连接；

所述第二处理器包括高低压发射控制单元，在低压发射时输出高电平信号，在高压发射时输出低电平信号；

所述第二电容(C2)、第三电容(C3)和第十五电容(C15)为旁路电容；

所述第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第十二电容(C12)和第十六电容(C16)为去耦电容；

所述第十三电容(C13)和第十四电容(C14)为储能电容；

所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)是限流电阻；

所述第五电阻(R5)和第六电阻(R6)是功率电阻；

所述第八电阻(R8)和第九电阻(R9)是分压电阻；

所述第十电阻(R10)和第十一电阻(R11)是负载电阻；

所述第二可控光耦继电器(K2)和第三可控光耦继电器(K3)为开关；所述第二可控光耦继电器(K2)和第三可控光耦继电器(K3)的型号均为AQV252GA；

所述第二芯片(A2)，用于提供门电路实现逻辑运算；所述第二芯片(A2)的型号为CD4001UBPW；

所述电流监控芯片(A3)，用于将输入电压转换为电流输出；所述电流监控芯片(A3)的型号为INA168NA；

所述电流监控电路中，电流监控芯片(A3)的第1引脚与第十电阻(R10)的一端相连接，第十电阻(R10)的另一端分别与第十六电容(C16)、第十一电阻(R11)的一端及第一处理器的系统电流监控单元的输入相连接，第十六电容(C16)、第十一电阻(R11)的另一端与电源的地GND相连接，电流监控芯片(A3)的第2引脚与电源的地GND相连接，所述电流监控芯片(A3)的第5引脚与第十五电容(C15)的一端连接；第十五电容(C15)的另一端与电源的地GND相连接；

所述逻辑控制电路中，第二芯片(A2)的第1引脚与第一处理器的系统电流监控单元的输出信号CURLIMCTR相连接，第二芯片(A2)的第2引脚与HV分压及储能电路的输出HV_PAR相连接，第二芯片(A2)的第3引脚和第5引脚相连接，第二芯片(A2)的第4引脚和第8引脚相连接，第二芯片(A2)的第6引脚与第二处理器的高低压发射控制单元的输出HVSD-2相连接，第二芯片(A2)的第7和第9引脚与电源的地GND相连接，第二芯片(A2)的第10引脚与多控开关电路的第四电阻(R4)的一端相连接；

所述多控开关电路中，第二可控光耦继电器(K2)的第1引脚与3.3V_TIMER产生电路相连接，第二可控光耦继电器(K2)的第2引脚与第四电阻(R4)的一端相连接，第四电阻(R4)的另一端与第二芯片(A2)的第10引脚相连接，第二可控光耦继电器(K2)的第4和第6引脚、第二电容(C2)的一端与可控光耦继电器电路相连接，第二电容(C2)的另一端与HGND相连接，第二可控光耦继电器(K2)的第5引脚分别与第四电容(C4)、第五电阻(R5)的一端相连接，第四电容(C4)的另一端与HGND相连接，第五电阻(R5)的另一端分别与HV分压及储能电路中第八电阻(R8)、常规开关电路中第六电阻(R6)的一端相连接；

所述常规开关电路中，第三可控光耦继电器(K3)的第1引脚与第三电阻(R3)的一端相连接，第三电容(C3)的另一端与3.3V_TIMER产生电路相连接，第三可控光耦继电器(K3)的第2引脚与第二处理器的高低压发射控制单元的输出HVSD-2相连接，第三可控光耦继电器(K3)的第4和第6引脚、第三电容(C3)的一端与可控光耦继电器电路中F1的一端相连接，第三电容(C3)的另一端与HGND相连接，第三可控光耦继电器(K3)的第6引脚分别与第五电容(C5)、第六电容(C6)、第六电阻(R6)的一端相连接，第五电容(C5)、第六电阻(R6)的另一端与HGND相连接，第六电阻(R6)的另一端分别与HV分压及储能电路相连接；

所述HV分压及储能电路中，第八电阻(R8)、第十三电容(C13)、第十四电容(C14)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的一端与常规开关电路中第六电阻(R6)及多控开关电路中第五电阻(R5)的一端相连接，第八电阻(R8)的另一端分别与第二芯片(A2)的第2引脚、第九电阻(R9)、第十二电容(C12)的一端相连接，第九电阻(R9)、第十二电容(C12)的另一端与HGND相连接，第十三电容(C13)、第十四电容(C14)的另一端与HGND相连接，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的另一端与DC/DC电压转换电路相连接；

所述3.3V₀电压产生电路，用于为第一处理器和第二芯片(A2)供电；

所述3.3V_TIMER产生电路，用于为电流监控芯片(A3)和第二处理器供电。

2.根据权利要求1所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述可控光耦继电器电路包括第一二极管(D1)、第一可控光耦继电器(K1)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)、第二电阻(R2)和第一熔断器(F1)；

所述第一二极管(D1)用于实现插反保护；

所述第一电阻(R1)是可控光耦继电器的限流电阻；

所述第一电容(C1)是去耦电容；

所述第二电阻(R2)是超低阻大功率贴片电阻；

所述第一可控光耦继电器(K1)，由第一处理器的系统开关电控制单元的PWROFF控制；所述第一可控光耦继电器(K1)的型号为AQV252GA；

所述第一二极管(D1)的正极与电源相连接，第一二极管(D1)负极与第一可控光耦继电器(K1)的第4和第6引脚相连接；所述第一电阻(R1)的一端与3.3V₀电压产生电路相连接，另一端与第一可控光耦继电器(K1)的第1引脚相连接；所述第一电容(C1)的一端与第一可控光耦继电器(K1)的第5引脚相连接，另一端与HGND相连接；所述第二电阻(R2)的一端与K1的第5引脚相连接，另一端与第一熔断器(F1)的一端相连接，第一熔断器(F1)的另一端分别与多控开关电路中第二电容(C2)的一端、第二可控光耦继电器(K2)的第4和第6引脚相连接；所述第一可控光耦继电器(K1)的第2引脚与第一处理器的系统开关控制单元的PWROFF相连接。

3.根据权利要求1所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述电流监控电路的输入电压由可控光耦继电器电路的第二电阻(R2)两端的电压提供差分输入，经过所述电流监控芯片(A3)将所述差分输入电压转换为电流输出；该电流使用外部负载电阻第十电阻(R10)和第十一电阻(R11)转换回电压CUR_TOTAL，输出到所述第一处理器的系统电流监控单元。

4.根据权利要求3所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述第一处理器的系统电流监控单元采集电压值CUR_TOTAL，根据(1)式得到发射机电源工作时的电流I：

R₂为第二电阻(R2)的电阻值，R₁₀为第十电阻(R10)的电阻值、R₁₁为第十一电阻(R11)的电阻值，CUR_TOTAL为第一处理器采集到的电压值；

所述第一处理器的系统电流监控单元将得到的电流值I，与预先设定好的发射机电源工作电流的上限作比较，当电流值I达到该上限时，便置位所述第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR为高电平H，反之置位CURLIMCTR为低电平L。

5.根据权利要求4所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述HV分压及储能电路的HV分压单元的分压信号HV_PAR为：

R₈为第八电阻(R8)的电阻值，R₉为第九电阻(R9)的电阻值，HV为高压发射的高电压值，所述HV的分压HV_PAR值大于1.8V时为高电平H。

6.根据权利要求5所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述逻辑控制电路的输入端与所述第一处理器的系统电流监控单元、第二处理器的高低压发射控制信号单元和HV分压及储能电路的HV分压单元相连接，所述逻辑控制电路的输出端与多控开关电路的输入端相连接，用于产生所述多控开关电路的第二可控光耦继电器(K2)控制信号；

所述逻辑控制电路对高低压发射的控制采用的是负逻辑，

所述逻辑控制电路对所述第一处理器的电流监控单元、第二处理器的高低压发射控制单元和HV分压单元的三个信号进行逻辑控制，通过所述第二芯片(A2)的三个或非门实现，其输出的控制信号Y为：

Y ＝(((B+C)’+A)’+GND)’ (3)

其中，所述A为第二处理器的高低压发射控制信号，高压发射时为低电平，低压发射时为高电平，B为第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR，C为所述分压单元的分压信号HV_PAR，“+”为或运算，“’”为非运算，“GND”为“0”；

所述信号“1”代表高电平，高电平为高于1.8V的电平，所述信号“0”代表低电平，低电平为低于1.8V的电平。

7.根据权利要求6所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述多控开关电路接收逻辑控制电路输出的控制信号，输出端与HV分压及储能电路相连，高压发射时，第二处理器的高低压发射控制信号为低电平L，在第一处理器的电流监控信号CURLIMCTR为高电平H时或HV分压单元的分压信号为高电平H时，所述多控开关电路打开，给HV分压及储能电路的储能电容单元充电；低压发射时，第二处理器的高低压发射控制信号为高电平H，关闭所述多控开关电路。

8.根据权利要求7所述的低功耗自适应发射机电源系统，其特征在于，所述常规开关电路的控制信号端与第二处理器的高低压发射控制单元相连接，所述常规开关电路的输出端连接HV分压及储能电路，向HV分压及储能电路提供高压HV。

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