CN109188941B - 空间遥感相机ccd电源硬时序控制电路 - Google Patents

Abstract

空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，输入保护电路防止电源和地接反烧毁电路板，上电控制电路控制正电电源转换电路使能端的电压来控制二次正电电源的上电顺序，负电电源转换电路输入端接经过输入保护电路滤波后的一次负电电源的电压端，将一次负电电源转换为CCD器件需要的二次负电电压值，并输出给CCD，正电电源转换电路使能端接上电控制电路的输出负端，输入端连接上电控制电路的输出正端，当使能端为高电平时，正电电源转换电路接通，输出二次正电电压值至CCD，当使能端为低电平时，正电电源转换电路断开。

Description

空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路

技术领域

本发明涉及一种空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路。

背景技术

目前空间遥感CCD相机使用的CCD器件及其配套焦面电路，需要多种不同的供电电压，且对电压有上电顺序要求。CCD器件由外部二次电源控制，一旦二次电源加电顺序出现错误，特别是CCD衬底电压后于其他电压上电，就会造成CCD器件不可逆的损坏，可能导致整个遥感相机无法正常工作。

为了满足CCD器件的供电要求，并且不影响其它系统的供电，需要为CCD器件单独设计供配电系统，以保证CCD器件的安全。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，解决了现有技术不具有上电顺序控制功、电源保护功能、如果先上其他电压后再上衬底电压可能损坏CCD器件，造成遥感相机不可逆转的无法工作的问题。

本发明的技术解决方案是：空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，包括输入保护电路、上电控制电路、负电电源转换电路、正电电源转换电路，其中：

输入保护电路，对外部输入的一次电源进行共模噪声滤波、差模噪声滤波后分别送至负电电源转换电路、正电电源转换电路，防止电源和地接反烧毁电路板；

上电控制电路，输入负端接经过负电电源转换电路的二次负电电源，输入正端接输入保护电路输出的一次正电电源的地端，输出正端接经过输入保护电路滤波后的一次正电电源的电压端，输出负端接正电电源转换电路的使能端，控制正电电源转换电路使能端的电压来控制二次正电电源的上电顺序；

负电电源转换电路，输入端接经过输入保护电路滤波后的一次负电电源的电压端，将一次负电电源转换为CCD器件需要的二次负电电压值，并输出给CCD；

正电电源转换电路，使能端接上电控制电路的输出负端，输入端连接上电控制电路的输出正端，当使能端为高电平时，正电电源转换电路接通，输出二次正电电压值至CCD，当使能端为低电平时，正电电源转换电路断开。

所述的输入保护电路包括共模扼流圈COMMON，差模扼流圈DIFFERENCE，二极管D1、D2，电阻R1、R2，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14；共模扼流圈的输入正端+V_IN接一次输入电源V1或V2，输入负端接GND_IN，共模扼流圈的输出端一端连接差模扼流圈的输入端+VD_IN，另一端连接GND_OUT，二极管D1和D2串联，D2阳极连接GND_IN，D1阴极连接一次输入电源V1或V2，电阻R1和R2串联，R1一端一次输入电源V1或V2，R2一端连接GND_IN，电容C1和C8串联，C1一端连接一次输入电源V1或V2，C8一端连接GND_IN，陶瓷电容C2和C10串联，C2一端连接一次输入电源V1或V2，C10一端连接GND_IN，差模扼流圈的输入端+VD_IN接共模扼流圈的输出端，差模扼流圈的输出端+V_OUT为经过滤波的电源V1或V2，电容C3和C4串联，C3一端连接差模扼流圈输入端+VD_IN，C4一端连接GND_OUT，电容C5和C6串联，C5一端连接差模扼流圈输入端+VD_IN，C6一端连接GND_OUT，电容C9和C14串联，C9一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C14一端连接GND_OUT，电容C7和C13串联，C7一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C13一端连接GND_OUT，电容C11和C12串联，C11一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C12一端连接GND_OUT。

所述的共模扼流圈为电感量大于1mH，最大额定电流不超过3000mA，差模扼流圈为电感量大于100×(1±10％)μH，最大额定电流不超过3000mA。

所述的上电控制电路包括光耦隔离器，电阻R3，电容C15，二极管D3；光耦隔离器的正向输入端+IN连接V1的地，反向输入端-IN连接V3的电源，正向输出端+OUT连接V2的地，反向输出端-OUT连接V2的电源，电阻R3一端连接光耦隔离器的正向输入端+IN，另一端连接光耦隔离器的反向输入端-IN，电容C15一端连接光耦隔离器的正向输入端+IN，另一端连接光耦隔离器的反向输入端-IN，二极管D3阴极连接光耦隔离器的正向输入端+IN，阳极连接光耦隔离器的反向输入端-IN。

所述的光耦隔离器为最大反向输入电压不超过5V，最大输入电流不超过20mA，最大输出电压范围0到90V，最大输出电流不超过1.6A。。

所述的负电电源转换电路包括负电电压线性调节器，电阻R4、R5、R6、R7，电容C16、C17、C18、C19、C20；负电电压线性调节器的输入端连接负电电源V1，电阻R4、R6一端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，另一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，电阻R5、R7一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，电容C16一端连接负电电压线性调节器的VIN管脚，另一端连接地，电容C17一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，电容C20一端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，另一端连接地，C18和C19串联，C18的负端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，C19的正端连接地。

所述的负电电压线性调节器为负电压输出可调节LDO。

所述的正电电源转换电路包括正电电压线性调节器，磁珠B1、B2，电阻R8、R9、R10，电容C21、C22、C23、C24、C25、C26；磁珠B1、B2一端连接输入电源V2，另一端连接正电电压线性调节器的输入端VIN，电阻R8一端连接上电控制电路中光耦隔离器的+OUT管脚5、+OUT管脚8，另一端连接正电电压线性调节器的使能管脚，电阻R9、R10串联，R9一端连接正电电压线性调节器的输出端VOUT，R10一端连接地，电容C22、C23、C24并联，一端连接正电电压线性调节器的输入端VIN，另一端连接地，C25一端连接正电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，C26一端连接正电电压线性调节器的输出端VOUT，另一端连接地，C21一端连接输入电源V2，另一端连接地。

所述的正电电压线性调节器为正电压输出可调节LDO。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明电路提高了电源上电的可靠性以及上电控制，减少了人工干预所带来的偏，解决了现有技术不具有上电顺序控制功、电源保护功能、如果先上其他电压后再上衬底电压可能损坏CCD器件，造成遥感相机不可逆转的无法工作的问题；

(2)本发明可以完成单个电路同时控制多个CCD器件的上电顺序，与现有电路相比大大减少了上电控制电路的数量，如果该电路经扩展，可以完成更多数量的电源保护和上电顺序控制。

附图说明

图1为本发明空间遥感相机CCD电源硬时序控制方法原理框图；

图2为本发明电路中输入保护电路原理图；

图3为本发明电路中上电控制电路原理图；

图4为本发明电路中负电电源转换电路原理图；

图5为本发明电路中正电电源转换电路原理图；

图6为本发明电路中电源上电顺序时序图。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提出一种空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，可以完成单个电路同时控制多个CCD器件的上电顺序，与现有电路相比，大大减少了上电控制电路的数量，如果该电路经扩展，可以完成更多数量的电源保护和上电顺序控制，本发明空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，包括输入保护电路、上电控制电路、负电电源转换电路、正电电源转换电路，其中：

输入保护电路，防止电源和地接反烧毁电路板，对外部输入的一次电源分别进行共模噪声滤波、差模噪声滤波后送至负电电源转换电路、正电电源转换电路；

上电控制电路，输入负端接经过负电电源转换电路的二次负电电源，输入正端接输入保护电路输出的一次正电电源的地端，输出正端接经过输入保护电路滤波后的一次正电电源的电压端，输出负端接正电电源转换电路的使能端，控制正电电源转换电路使能端的电压来控制二次正电电源的上电顺序；

负电电源转换电路，输入端接经过输入保护电路滤波后的一次负电电源的电压端，将一次负电电源转换为CCD器件需要的二次负电电压值，并输出给CCD；

正电电源转换电路，使能端接上电控制电路的输出负端，输入端连接上电控制电路的输出正端，当使能端为高电平时，正电电源转换电路接通，输出二次正电电压值至CCD，当使能端为低电平时，正电电源转换电路断开。

如图1所示，为本发明空间遥感相机CCD电源硬时序控制方法的原理框图，包括输入保护电路、上电控制电路、负电电源转换电路和正电电源转换电路。本发明电路采用光耦隔离器控制电源上电顺序技术，完成两种电源按照既定顺序上电过程。初始输入电源一共有V1和V2两个，其中V1为负电电源，V2为正电电源。V2经过输入保护电路滤波后连接正电电压线性调节器，此时由于正电电压线性调节器的使能为低电平(小于1.2V)导致正电电压线性调节器处于不工作状态，此时正电电源转换电路并不导通，继而无法输出V4。V1经过输入保护电路滤波后输出给CCD，同时经过负电电源转换电路变为V3再输出给CCD,同时V3经过上电控制电路连接正电电源转换电路，此时V2导通，通过正电电源转换电路变为V4输出，最终实现了CCD器件的加电顺序为V3上电，V4再上电。

如图2所示，为本发明电路中输入保护电路原理图。输入保护电路包括对输入电源共模噪声、差模噪声采用共模扼流圈和差模扼流圈进行滤波、电容去耦，并且隔离输入电源的地平面和通过扼流圈后的地平面，获得干净的输入电源和地平面，同时两个二极管串联反接能够保护电路板在电源和地接反的情况下电路不会导通。共模扼流圈和差模扼流圈都选用最大可以承受3000mA电流的扼流圈，以防止由于电流过大而烧毁扼流圈。电阻R1和R2串联并分别与二极管D1、D2并联，可以限制导通电流过大，R1、R2选用阻值千欧级；C1、C2、C5、C6、C9、C10选用uF级陶瓷电容；C3、C4、C7、C8、C11、C12选用nF级陶瓷电容；C13、C14选用钽电容。

如图3所示，为本发明电路中上电控制电路原理图。光耦隔离器为一路输入一路输出，具体接法如图3所示，其中C15选择0805封装耐压值50V或100V的1nF表贴陶瓷电容，D3选择反向工作峰值电压(VRWM)大于50V、正向导通电流的二极管小于10mA，反向导通电流小于5uA、1206表贴封装的二极管，电阻R3的选择范围为：[(IN+)-(IN-)]/0.02≤R3≤[(IN+)-(IN-)]/0.01。上电控制电路中光耦隔离器的正向输入端IN+连接V1的地，反向输入端IN-连接电源V3的电源。光耦隔离器的正向输出端OUT+连接正电电源转换电器的输入端，即经过输入保护电路的一次电源V2，反向输出端OUT-连接正电电压线性调节器的使能端管脚ADJ。

如图4所示，为本发明电路中负电电压转换电路原理图。经过输入保护电路后的V1连接负电电压线性调节器的输入端VIN，电容C16一端连接负电电压线性调节器的VCC_I管脚，另一端连接地。电容C17一连端接负电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地。电容C20一端连接负电电压线性调节器的输出端VCC_O，另一端连接地。电容C18、C19串联，C18一端连接负电电压线性调节器的输出端VCC_O，C19一端连接地。C16滤除负电电压线性调节器输入端的噪声，C17滤除负电电压线性调节器调节管脚的噪声，C18、C19、C20滤除负电电压线性调节器输出端的噪声。电阻R1和R2串联，R3和R4串联，R1一端连接负电电压线性调节器的输出端，R2一端连接地，R3一端连接负电电压线性调节器的输出端，R4一端连接地，通过调节这四个电阻的阻值最终输出期望得到的电源V3，并输出给CCD。R3和R4具体阻值计算如下：

其中，C16、C17、C20选用nF级的陶瓷电容，C18、C19选用uF级的钽电容。R4和R5为调试电阻，R6和R7分为压电阻。计算输出电压的公式为：

首先选取R7＝120Ω，根据公式计算出粗调电阻R6的阻值。根据实测输出电压与目标电压的偏差，计算出细调电阻R4和R5。如果实测输出电压绝对值偏大，那么需要在R6端并联一个小电阻，以降低R6两端电阻，从而降低VOUT，根据公式(1)可以计算出调节电阻R4的阻值；反之，若实测输出电压偏小，那么需要在R7端并联一个小电阻，以降低R7两端的电阻，从而增加VOUT，根据公式(1)可以计算出调节电阻R5的阻值。

如图5所示，为本发明电路中正电电压转换电路原理图。经过上电控制电路输出的正电电源通过磁珠B1、B2和电容C21、C22、C23、C24组成π型滤波后接到正电电压线性调节器的输入端VIN，输入端VIN接待上电电源V2，使能端ENABLE通过电阻R8接光耦隔离器的反向输出端，该处电压略小于光耦隔离器的正向输出端，电阻R9一端接输出端，另一端接电压调节管脚ADJ，电阻R10一端接电压调节管脚ADJ，另一端接输入电源V2的地，电阻R9和R10的阻值根据需要转换输出的电源值来计算。输出端VOUT为变换后的正电电源V4，并输出给CCD，R9和R10具体阻值的计算方法如下：

计算输出电压的公式为：

首先确定需要转换的电源电压，根据公式(2)计算出R9/R10的大小，再选取R10的阻值，最后通过R9/R10的比例计算出R9的阻值。

最终的上电顺序如图6所示，V3先上电并达到稳定后，V4再上电并达到稳定后，实现两路电源上电顺序自动控制。

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 (6)

1.空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于包括输入保护电路、上电控制电路、负电电源转换电路、正电电源转换电路，其中：

输入保护电路，对外部输入的一次电源进行共模噪声滤波、差模噪声滤波后分别送至负电电源转换电路、正电电源转换电路，防止电源和地接反烧毁电路板；

上电控制电路，输入负端接经过负电电源转换电路的二次负电电源，输入正端接输入保护电路输出的一次正电电源的地端，输出正端接经过输入保护电路滤波后的一次正电电源的电压端，输出负端接正电电源转换电路的使能端，控制正电电源转换电路使能端的电压来控制二次正电电源的上电顺序；

负电电源转换电路，输入端接经过输入保护电路滤波后的一次负电电源的电压端，将一次负电电源转换为CCD器件需要的二次负电电压值，并输出给CCD；

正电电源转换电路，使能端接上电控制电路的输出负端，输入端连接上电控制电路的输出正端，当使能端为高电平时，正电电源转换电路接通，输出二次正电电压值至CCD，当使能端为低电平时，正电电源转换电路断开；

所述的上电控制电路包括光耦隔离器，电阻R3，电容C15，二极管D3；光耦隔离器的正向输入端+IN连接V1的地，反向输入端-IN连接V3的电源，正向输出端+OUT连接V2的地，反向输出端-OUT连接V2的电源，电阻R3一端连接光耦隔离器的正向输入端+IN，另一端连接光耦隔离器的反向输入端-IN，电容C15一端连接光耦隔离器的正向输入端+IN，另一端连接光耦隔离器的反向输入端-IN，二极管D3阴极连接光耦隔离器的正向输入端+IN，阳极连接光耦隔离器的反向输入端-IN；

所述的负电电源转换电路包括负电电压线性调节器，电阻R4、R5、R6、R7，电容C16、C17、C18、C19、C20；负电电压线性调节器的输入端连接负电电源V1，电阻R4、R6一端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，另一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，电阻R5、R7一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，电容C16一端连接负电电压线性调节器的VIN管脚，另一端连接地，电容C17一端连接负电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，电容C20一端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，另一端连接地，C18和C19串联，C18的负端连接负电电压线性调节器的VOUT管脚，C19的正端连接地；

所述的正电电源转换电路包括正电电压线性调节器，磁珠B1、B2，电阻R8、R9、R10，电容C21、C22、C23、C24、C25、C26；磁珠B1、B2一端连接输入电源V2，另一端连接正电电压线性调节器的输入端VIN，电阻R8一端连接上电控制电路中光耦隔离器的+OUT管脚5、+OUT管脚8，另一端连接正电电压线性调节器的使能管脚，电阻R9、R10串联，R9一端连接正电电压线性调节器的输出端VOUT，R10一端连接地，电容C22、C23、C24并联，一端连接正电电压线性调节器的输入端VIN，另一端连接地，C25一端连接正电电压线性调节器的ADJ管脚，另一端连接地，C26一端连接正电电压线性调节器的输出端VOUT，另一端连接地，C21一端连接输入电源V2，另一端连接地。

2.根据权利要求1所述的空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于：所述的输入保护电路包括共模扼流圈COMMON，差模扼流圈DIFFERENCE，二极管D1、D2，电阻R1、R2，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14；共模扼流圈的输入正端+V_IN接一次输入电源V1或V2，输入负端接GND_IN，共模扼流圈的输出端一端连接差模扼流圈的输入端+VD_IN，另一端连接GND_OUT，二极管D1和D2串联，D2阳极连接GND_IN，D1阴极连接一次输入电源V1或V2，电阻R1和R2串联，R1一端一次输入电源V1或V2，R2一端连接GND_IN，电容C1和C8串联，C1一端连接一次输入电源V1或V2，C8一端连接GND_IN，陶瓷电容C2和C10串联，C2一端连接一次输入电源V1或V2，C10一端连接GND_IN，差模扼流圈的输入端+VD_IN接共模扼流圈的输出端，差模扼流圈的输出端+V_OUT为经过滤波的电源V1或V2，电容C3和C4串联，C3一端连接差模扼流圈输入端+VD_IN，C4一端连接GND_OUT，电容C5和C6串联，C5一端连接差模扼流圈输入端+VD_IN，C6一端连接GND_OUT，电容C9和C14串联，C9一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C14一端连接GND_OUT，电容C7和C13串联，C7一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C13一端连接GND_OUT，电容C11和C12串联，C11一端连接差模扼流圈输出端+V_OUT，C12一端连接GND_OUT。

3.根据权利要求2所述的空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于：所述的共模扼流圈为电感量大于1mH，最大额定电流不超过3000mA，差模扼流圈为电感量大于100×(1±10％)μH，最大额定电流不超过3000mA。

4.根据权利要求1所述的空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于：所述的光耦隔离器为最大反向输入电压不超过5V，最大输入电流不超过20mA，最大输出电压范围0到90V，最大输出电流不超过1.6A。

5.根据权利要求4所述的空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于：所述的负电电压线性调节器为负电压输出可调节LDO。

6.根据权利要求4所述的空间遥感相机CCD电源硬时序控制电路，其特征在于：所述的正电电压线性调节器为正电压输出可调节LDO。

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