CN108900086B - 可程序隔离式电源电路结构及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可程序隔离式电源电路架构，包括测试主系统架构电源电路及多个独立系统架构电源电路。测试主系统架构电源电路包括第一变压器、第一组微处理器及第二组微处理器。第一变压器提供多个第一独立输出电源。多个独立系统架构电源电路各包括第二变压器及控制电路。控制电路用于将输入电源的输入电压转换成输出电压。其中，第一组微处理器控制控制电路将输入电压转换成输出电压，且第二组微处理器控制模拟数字转换电路读取输出电压及对应输出电压的输出电流，以获得各输出电压的数值与各输出电流的数值。

Description

可程序隔离式电源电路结构及系统
技术领域
本发明涉及一种电源系统与电路架构，特别是涉及一种可程序隔离式电源的系统与电路架构。
背景技术
一般非隔离式电源设计，无法应用于隔离式产品测试，且具有电源输出组数不足的缺点。再者，典型的隔离式电源供应电路只能在输出端提供单一默认的输出电压，无法因应不同的负载需求而在输出端提供不同默认的输出电压。
因此，需要提出具备可程序多组隔离式电源输出，并且容易扩充电源输出组数的电源系统与电路架构。
发明内容
有鉴于此，为在输出端提供多个默认输出电压，改善电源输出组数不足的缺点，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有可程序功能的隔离式电源供应电路及其控制方法。
本发明的一实施例提出一种可程序隔离式电源电路架构，其包括测试主系统架构电源电路及多个独立系统架构电源电路。测试主系统架构电源电路，包括第一变压器、第一组微处理器、及第二组微处理器。第一变压器，提供多个第一独立输出电源。第一组微处理器及第二组微处理器分别连接至第一变压器。多个散热风扇电性连接至该第一变压器。多个独立系统架构电源电路各包括第二变压器及控制电路。第二变压器提供多个第二独立输出电源及输入电源。控制电路电性连接第一组微处理器、第二组微处理器、多个第二独立输出电源及输入电源，控制电路用于将输入电源的输入电压转换成输出电压。其中，第一组微处理器经配置以控制控制电路将输入电压转换成输出电压，且第二组微处理器经配置以控制模拟数字(A/D)转换电路读取各多个独
优选地，所述控制电路包括一隔离电路、一数字模拟转换电路、一比较器电路及一功率晶体管，其中所述第一组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述数字模拟转换电路产生一参考电压，且控制所述比较器依据所述参考电压监控所述输出电压，所述比较器控制所述功率晶体管于一导通状态及一关断状态之间切换，以控制所述输出电压及所述输出电流分别在一需求电压范围及一限流条件内。
优选地，所述第一组微处理器使用集成电路间(I2C)接口通过各多个所述独立系统架构电源电路的所述控制电路将所述输入电压转换成所述输出电压。
优选地，所述第二组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及所述输出电流。
本发明的另一实施例提出了一种串接输出电源的可程序隔离式电源系统，包括计算机系统及分别电性连接于计算机系统的多个可程序隔离式电源电路架构。多个可程序隔离式电源电路架构，各包括测试主系统架构电源电路及多个独立系统架构电源电路。测试主系统架构电源电路，包括第一变压器、第一组微处理器、第二组微处理器。第一变压器，提供多个第一独立输出电源。第一组微处理器及第二组微处理器，分别连接至第一变压器。多个散热风扇电性连接至该第一变压器。多个独立系统架构电源电路各包括第二变压器及控制电路。第二变压器提供多个第二独立输出电源及输入电源。控制电路电性连接第一组微处理器、第二组微处理器、多个第二独立输出电源及输入电源，控制电路用于将输入电源的输入电压转换成输出电压。其中，第一组微处理器经配置以控制控制电路将输入电压转换成输出电压，且第二组微处理器经配置以控制模拟数字(A/D)转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的输出电压及对应该输出电压的输出电流，并将各该输出电压的数值与各该输出电流的数值显示于该计算机系统的一显示屏幕上。
优选地，所述控制电路包括所述数字模拟转换电路、所述模拟数字转换电路、一比较器电路及一功率晶体管，其中所述第一组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述数字模拟转换电路产生一参考电压，且控制所述比较器依据所述参考电压监控所述输出电压，所述比较器控制所述功率晶体管于一导通状态及一关断状态之间切换，以控制所述输出电压及所述输出电流分别在一需求电压范围及一限流条件内。
优选地，所述第一组微处理器使用集成电路间(I2C)接口通过各多个所述独立系统架构电源电路的所述控制电路将所述输入电压转换成所述输出电压。
优选地，所述第二组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及所述输出电流。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是依据本发明第一实施例的可程序隔离式电源电路架构的示意图。
图2是依据本发明第一实施例的控制电路的电路图。
图3是依据本发明第二实施例的串接输出电源的可程序隔离式电源系统示意图。
具体实施方式
在下文将参看说明书附图更充分地描述各种例示性实施例，在说明书附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供这些例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明概念的范围。
第一实施例
请参照图1，图1是依据本发明第一实施例的可程序隔离式电源系统1 的示意图。如图1所示，可程序隔离式电源电路架构1可将输入电压A_Vin、 B_Vin、C_Vin、D_Vin与E_Vin转换成输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、 D_Vout与E_Vout，并包括一测试主系统架构电源电路10及五个独立系统架构电源电路11、12、13、14、15。以测试主系统架构电源电路10而言，其包括第一变压器101、第一组微处理器160与一第二组微处理器161。第一变压器101提供三个第一独立输出电源5V、3.3V与5V_VREF、同时供应电力于四个散热风扇102、第一组微处理器160与第二组微处理器161。五组独立系统架构电源电路11、12、13、14、15各包括多个第二变压器111、121、 131、141、151，分别连接至输入电压A_Vin、B_Vin、C_Vin、D_Vin与E_Vin 转换成五个输出电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout。其中，独立系统架构电源电路11、12、13、14、15还各包括用于独立输出电压的控制电路113、123、133、143、153，分别电性连接第一组微处理器160、第二组微处理器161。
第二变压器111、121、131、141、151提供有多个第二独立输出电源，如图所示的ISO_5V_A、ISO_5V_B、ISO_5V_C、ISO_5V_D、ISO_5V_E、 ISO_VREF_5P0_A、ISO_VREF_5P0_B、ISO_VREF_5P0_C、 ISO_VREF_5P0_D、ISO_VREF_5P0_E，以及输入电源A_Vin、B_Vin、C_Vin、D_Vin、E_Vin，多个第二独立输出电源用于提供控制电路113、123、133、 143、153将输入电源A_Vin、B_Vin、C_Vin、D_Vin、E_Vin转换为输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout所需的电源。
详细来说，第一组微处理器160可经配置以控制控制电路113、123、133、 143、153将输入电源A_Vin、B_Vin、C_Vin、D_Vin、E_Vin提供的输入电压转换成输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout，而第二组微处理器161可经配置以控制控制电路113、123、133、143、153的模拟数字(A/D)转换电路读取各独立系统架构电源电路11、12、13、14、15的输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout及对应输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout的输出电流，以获得各输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout的数值与各输出电流的数值。
更详细而言，控制电路113、123、133、143、153可包括隔离电路、数字模拟(D/A)转换电路DAC、模拟数字(A/D)转换电路ADC、比较器电路 COMP及功率晶体管PT。
因此，在此配置下，第一组微处理器160可经配置以通过隔离电路控制数字模拟(D/A)转换电路产生参考电压，且控制比较器依据参考电压监控输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout。比较器COMP可连接于功率晶体管PT的控制端，经配置以控制该功率晶体管PT于导通状态及关断状态之间切换，进而控制输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout 与E_Vout及它们的输出电流分别在需求电压范围及限流条件内。
举例而言，比较器COMP可经配置以将输出电源电压A_Vout、B_Vout、 C_Vout、D_Vout与E_Vout与参考电压进行比较，而参考电压可设定为需求电压范围，当输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout 超过参考电压，则比较器根据比较结果输出控制信号，以控制功率晶体管切换为关断状态。通过此反馈架构，可控制输出电源电压A_Vout、B_Vout、 C_Vout、D_Vout与E_Vout及它们的输出电流分别在需求电压范围及限流条件内。
可参照如图2所示，图2是依据本发明第一实施例的控制电路的电路图。以控制电路113为例，可包括数字模拟(D/A)转换电路DAC、模拟数字(A/D) 转换电路ADC、比较器电路COMP及功率晶体管PT，其中，第一组微处理器160经由数字模拟(D/A)转换电路DAC产生参考电压VREF_A，功率晶体管PT连接于输入电源A_Vin与接地端GND_A之间，比较器COMP将输出电源电压A_Vout与参考电压VREF_A进行比较，当输出电源电压A_Vout 超过参考电压VREF_A，则比较器COMP根据比较结果输出控制信号，以控制功率晶体管PT切换为关断状态，可控制输出电源电压A_Vout及其输出电流分别在需求电压范围及限流条件内。
另一方面，第二组微处理器161可经配置以通过隔离电路控制控制电路 113、123、133、143、153的模拟数字(A/D)转换电路ADC读取输出电压与输出电流数值，并将其显示于显示屏幕130上，在图1中所示的内容为“VBATT0＝12600I0＝3000，VBATT1＝8400I1＝500，VBATT2＝4200 I2＝100，VBATT3＝3300I3＝50”，这些输出电压即被当作五个电源电压 A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout。上述组件的数量只是用于举例，而非用于限制本发明。图1中所示的计算机系统120在此实施例中，举例来说，可通过RS232接口操作第一组微处理器160与第二组微处理器161。在此实施例中，第一组微处理器使用集成电路间(I2C)接口是通过五个控制电路113、123、133、143、153将输入电压A_Vin、B_Vin、C_Vin、D_Vin与 E_Vin转换成输出电压，当作五个输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、 D_Vout与E_Vout。第二组微处理器161通过五个独立输出电压的控制电路 113、123、133、143、153的模拟数字(A/D)转换电路将输出电源电压A_Vout、 B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout转换为读取电压。在其他实施例中，第二组微处理器161会包括隔离电路(无图标)，且隔离电路会通过模拟数字转换将输出电源电压A_Vout、B_Vout、C_Vout、D_Vout与E_Vout转换为读取电压。
另外，在其他实施例中，隔离电路(无图标)可包括于控制电路113、123、 133、143、153或第一组微处理器160中，类似的，其可通过数字模拟转换电路产生一参考电压，以及通过比较器电路监控输出电压，并且直接对可程序隔离式电源电路架构1中的功率晶体管(无图示)作开关(ON\OFF)控制，以提供电压反馈补偿(remote sense)功能，帮助正确地提供输出电压。
第二实施例
请参照图3，图3是依据本发明第二实施例的串接输出电源的可程序隔离式电源系统示意图。如图3所示，计算机系统120可同时操作多个可程序隔离式电源电路架构1，每一可程序隔离式电源电路架构1包括测试主系统架构电源电路10及独立系统架构电源电路11、12、13、14、15，如先前实施例中所描述的多个输出电压可作为多个输出电源20。多个输出电源20的串接控制方法，在此实施例中是五组输出电源20，原理主要是以计算机系统120经由RS232接口传送信号至上述第一组微处理器160与第二组微处理器 161中的各微处理器接收端，且其中的各个微处理器需写入各自控制指令不可与其他微处理器重复，当各个微处理器辨识到属于自己的指令方可执行指令。
综上所述，本发明的可程序隔离式电源系统与电路架构主要是包括一组交流-直流(AC-DC)变压器，其用于提供微处理器、显示屏幕、散热风扇所需的系统电源。为达到电源隔离的效果，须使用第一组微处理器通过隔离电路，对各组交流-直流变压器进行数字模拟转换，以提供所需的隔离参考电压与比较器的监控输出电压，并且直接对功率晶体管作开关(ON\OFF)控制。另外，上述的独立输出电压的控制电路将用于隔离变压器的输入电压转换成所需要的输出电压及限流大小。隔离的输出电压及电流经由第二组微处理器使用隔离电路通过模拟数字转换电路转换成读取电压/电流数值，并将其显示于显示屏幕上。
此电路应用于多组可隔离电源的控制方式，主要将AC-DC变压器的输出电压经由此方式转换成所需的输出电压及限流大小并将输出电压及限流大小的数值显示于显示屏幕上。
本发明的可程序隔离式电源系统与电路架构除了能通过串接增加电源输出组数，还能通过RS232接口的可程控提供产线自动化测试，也可降低仪器成本及增加产能，另外，也同时具有供电(power)及耗电(sink)功能，供电功能即作为电源供应，当耗电功能即可用于仿真电池负载，可运用于手持式产品测试。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可程序隔离式电源电路结构，其特征在于，所述一种可程序隔离式电源电路结构包括：
一测试主系统架构电源电路，包括：
一第一变压器，提供多个第一独立输出电源；
一第一组微处理器及一第二组微处理器，分别连接至所述第一变压器；以及
多个独立系统架构电源电路，各包括：
一第二变压器，提供多个第二独立输出电源及一输入电源；
一控制电路，电性连接所述第一组微处理器、所述第二组微处理器、多个所述第二独立输出电源及所述输入电源，所述控制电路包括用于将所述输入电源的一输入电压转换成一输出电压；
其中，所述第一组微处理器经配置以控制所述控制电路将所述输入电压转换成所述输出电压，且所述第二组微处理器经配置以控制所述控制电路的一模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及对应所述输出电压的一输出电流，以获得各所述输出电压的数值与各所述输出电流的数值；
其中，所述控制电路包括一隔离电路、一数字模拟转换电路、一比较器电路及一功率晶体管，其中所述第一组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述数字模拟转换电路产生一参考电压，且控制所述比较器依据所述参考电压监控所述输出电压，所述比较器控制所述功率晶体管于一导通状态及一关断状态之间切换，以控制所述输出电压及所述输出电流分别在一需求电压范围及一限流条件内。
2.根据权利要求1所述的可程序隔离式电源电路结构，其特征在于，所述第一组微处理器使用集成电路间接口通过各多个所述独立系统架构电源电路的所述控制电路将所述输入电压转换成所述输出电压。
3.根据权利要求1所述的可程序隔离式电源电路结构，其特征在于，所述第二组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及所述输出电流。
4.一种可程序隔离式电源系统，其特征在于，所述可程序隔离式电源系统包括：
一计算机系统；
多个可程序隔离式电源电路结构，分别电性连接于所述计算机系统，各包括：
一测试主系统架构电源电路，包括：
一第一变压器，提供多个第一独立输出电源；
一第一组微处理器及一第二组微处理器，分别连接至所述第一变压器；及
多个独立系统架构电源电路，各包括：
一第二变压器，提供多个第二独立输出电源及一输入电源；
一控制电路，电性连接所述第一组微处理器、所述第二组微处理器及所述输入电源，所述控制电路用于将所述输入电源的一输入电压转换成一输出电压；
其中，所述计算机系统经配置以分别控制各多个所述测试主系统架构电源电路的所述第一组微处理器、所述第二组微处理器，所述第一组微处理器经配置以控制一数字模拟转换电路产生一参考电压，且所述第二组微处理器经配置以控制一模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及对应所述输出电压的一输出电流，并将各所述输出电压的数值与各所述输出电流的数值显示于所述计算机系统的一显示屏幕上；
其中，所述控制电路包括所述数字模拟转换电路、所述模拟数字转换电路、一隔离电路、一比较器电路及一功率晶体管，其中所述第一组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述数字模拟转换电路产生一参考电压，且控制所述比较器依据所述参考电压监控所述输出电压，所述比较器控制所述功率晶体管于一导通状态及一关断状态之间切换，以控制所述输出电压及所述输出电流分别在一需求电压范围及一限流条件内。
5.根据权利要求4所述的可程序隔离式电源系统，其特征在于，所述第一组微处理器使用集成电路间接口通过各多个所述独立系统架构电源电路的所述控制电路将所述输入电压转换成所述输出电压。
6.根据权利要求4所述的可程序隔离式电源系统，其特征在于，所述第二组微处理器经配置以通过所述隔离电路控制所述模拟数字转换电路读取各多个独立系统架构电源电路的所述输出电压及所述输出电流。
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