CN110543208A - 电源和功率级集成电路、悬臂式三轴稳定跟踪平台系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电源与功率级集成电路、悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，将电源电路和功率级电路集成为一体。电源电路包括电源滤波器、尖峰浪涌抑制电路、第一DC/DC变换电路、第二DC/DC变换电路、继电器；直流输入电源经过滤波、尖峰浪涌抑制、DC/DC转换后给外部主控供电；外部主控控制延时开启继电器，将直流输入电源分为三路，一路通过DC/DC转换后为外部数字电路板供电，一路为三轴稳定跟踪平台供电，一路直接为功率级电路供电。功率级电路包括俯仰功率级、方位功率级和滚转功率级，均采用结构相同的H逆变桥。本申请将电源与功率级集成为一体，配套于一种快速换装多传感器集成的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，设计结构紧凑，有利于多种传感器集成。
Description
技术领域
本申请属于电路与控制系统技术领域，尤其涉及一种电源与功率级集成电路以及悬臂式三轴稳定跟踪平台系统。
背景技术
目前，电源板为独立设计，一般集成了输入滤波器、变换器、输出滤波器、控制驱动电路以及保护电路等，将输入交/直流电源电压转换为所需的输出电压，为各电子设备供电。以直流电源在航空等军事领域的应用为例，电子设备普遍采用直流+28V供电，但是受到环境、电磁和开关等因素干扰，这种+28V输入常常伴有噪声、文波和尖峰等不利因素，可能损害电子设备。通常情况，三轴稳定平台将电源转换电路作为单独一块电源电路板，给该平台和全系统供电。但是，当三轴稳定平台在面向快速换装多种传感器载荷应用时，采用单独的电源电路板给各个系统供电的设计方案，势必衍生出大量的连接器，占据了更多的结构空间。
因此，针对上述电源电路板与功率电路板独立设计存在的问题，考虑设计一种集成传统电源电路与功率级电路等多模块的集成电路板是十分必要的。
申请内容
有鉴于此，本申请提供了一种电源与功率级集成电路、悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，将电源电路与功率级电路集成为整体电路板，电源电路具有滤波、尖峰浪涌抑制、DC-DC转换等功能，并与三轴功率级电路一起集成设计，有效节约了结构空间。
一种电源与功率级集成电路，电路集成有电源电路与功率级电路；所述电源电路包括电源滤波器、尖峰浪涌抑制电路、第一DC/DC变换电路、第二DC/DC变换电路以及继电器；所述尖峰浪涌抑制电路输入端连接电源滤波器的输出端，尖峰浪涌抑制电路输出端连接第一DC/DC变换电路输入端，第一DC/DC变换电路输出端连接至外部主控；直流输入电源电压经过电源滤波器滤波后，经过尖峰浪涌抑制电路消除浪涌电压，再经过第一DC/DC变换电路转换为第一可调直流输出电压，给外部主控供电；
所述继电器的输入端连接尖峰浪涌抑制电路以及外部主控，继电器第一输出端连接第二DC/DC变换电路输入端，第二DC/DC变换电路输出端连接至外部数字电路板；外部主控通过上电控制回馈信号延时开启继电器，将浪涌抑制后的直流输入电源电压经过第二DC/DC变换电路转换为第二可调直流输出电压，给外部数字电路板供电；继电器第二输出端连接所述功率级电路，浪涌抑制后的直流输入电源电压给功率级电路供电。
优选的，所述功率级电路包括俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级，所述俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级分别连接至外部俯仰轴电机、方位轴电机以及滚转轴电机。
优选的，所述俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级采用相同结构的H逆变桥，所述H逆变桥的驱动信号采用光耦隔离PWM信号进行驱动。
优选的，所述H逆变桥包括超桥臂与滞后臂，超前臂包括上功率管V1与下功率管V3，滞后臂包括上功率管V2与下功率管V4；
超前臂的上功率管V1与下功率管V3的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动，滞后臂的上功率管V2与下功率管V4的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动；
第一开关周期，超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4导通，超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2截止，电机正转；
第二开关周期，超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2导通，超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4截止，电机反转。
本申请还提供了一种悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，采用所述的电源与功率级集成电路。
优选的，系统还包括外部主控、外部数字电路板、以及外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机；所述电源电路的继电器第三输出端连接至系统平台电源接口，为平台供电；直流输入电源电压通过第一DC/DC变换电路转换，为外部主控供电；直流输入电源电压通过第二DC/DC变换电路转换，为外部数字电路板；外部主控反馈上电控制回馈信号至电源电路的继电器，控制继电器的开启；外部主控反馈PWM驱动信号至功率级电路，控制H逆变桥各功率管的通断，以控制外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机工作。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果在于：
本申请提供了一种电源与功率级集成电路、以及相应的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，将电源电路和功率级电路集成为一体，减少了连接器数量，给多种传感器集成的结构设计创造了有利条件，适应了三轴稳定平台从单一传感器向多传感器集成技术的方向发展。
其中，电源电路包括电源滤波器、尖峰浪涌抑制电路、第一DC/DC变换电路、第二DC/DC变换电路、继电器；功率级电路包括三路结构相同的H桥功率级电路，分别为俯仰功率级、方位功率级和滚转功率级。直流输入电源经过滤波、尖峰浪涌抑制、DC/DC转换后给外部主控供电；外部主控控制延时开启继电器，将滤波、浪涌抑制后的直流输入电源分为三路，一路通过DC/DC转换后为外部数字电路板供电，一路为三轴稳定跟踪平台供电，另一路直接为功率级电路供电。本申请将电源与功率级电路集成为一体，配套于一种快速换装多传感器集成的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，设计结构紧凑，有利于多种传感器集成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的电源和功率级集成电路原理图；
图2为H逆变桥电路。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
参考图1、图2所示，以电源电路板在飞机的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统的应用为例，本申请实施例的集成电路将电源电路和功率级电路集成为一体，由电源电路和功率级电路两个主要功能电路组成。
对于电源电路，电源电路包括逐次连接的电源滤波器、尖峰浪涌抑制电路、第一DC/DC变换电路、第二DC/DC变换电路、继电器。尖峰浪涌抑制电路输入端连接电源滤波器的输出端，尖峰浪涌抑制电路输出端连接第一DC/DC变换电路输入端，第一DC/DC变换电路输出端连接至外部主控。机上直流+28V(飞机)输入电源，通过电源滤波器滤除文波和噪声等成为直流+28V(EMI)，直流+28V(EMI)在通过尖峰浪涌抑制模拟电路抑制开关和电磁干扰成为直流+28V(IN)，然后通过DC/DC变换将直流+28V(IN)转变成直流+5V(Ctrl)，给三轴稳定跟踪平台系统的外部主控供电。
进一步参考图1所示，在电源电路设计中，继电器输入端分别与尖峰浪涌抑制电路与外部主控连接，继电器输出端包括三个输出端，继电器第一输出端连接第二DC/DC变换电路输入端，第二DC/DC变换电路输出端连接至外部数字电路板；继电器第二输出端连接功率级电路，继电器第三输出端连接至三轴稳定平台接口。即：直流+5V(Ctrl)电源电压给外部主控供电，外部主控电路通过上电控制回馈信号延时开启继电器，将+28V(IN)和+28V电源导通，将滤波、浪涌抑制后的直流+28V输入电源分为三路，其中一路将直流+28V电源经DC/DC转换为直流+5V，为三轴稳定跟踪平台系统的外部数字电路板供电；一路将直流+28V电源供给外部平台，为三轴稳定跟踪平台供电；还有一路将直流+28V电源供给功率级电路，直接为功率级电路供电。
对于功率级电路，进一步参考图1、图2所示，功率级电路包括俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级，俯仰功率级、方位功率级、滚转功率级分别连接至外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机。其中，俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级采用相同结构的H逆变桥，H逆变桥的驱动信号采用光耦隔离PWM信号进行驱动，三轴稳定跟踪平台系统的外部主控反馈脉宽调制PWM信号驱动光耦，控制H逆变桥各功率管的通断，进而控制外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机工作。具体的，参考图2所示，对于每一个H逆变桥，其包括超桥臂与滞后臂，超前臂包括上功率管V1与下功率管V3，滞后臂包括上功率管V2与下功率管V4；其中，超前臂的上功率管V1与下功率管V3的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动，滞后臂的上功率管V2与下功率管V4的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动。当超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4导通，超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2截止时，相应电机正转；当超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2导通，超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4截止时，相应电机反转。本实施例的方位轴、滚转轴和俯仰轴功率级电路均采用相同的H逆变桥，利用光耦元件将数字信号和模拟信号隔开，外部主控反馈的PWM信号经过光耦，最终实现H逆变桥通断的控制，进而控制各电机的工作。
本申请还同时提供了一种悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，其采用上述的电源与功率级集成电路，还包括外部主控、外部数字电路板、以及外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机。+28V直流输入电源电压通过第一DC/DC变换电路转换为直流+5V(Ctrl)电源电压，为外部主控供电；外部主控反馈上电控制回馈信号至电源电路的继电器，控制继电器延时开启，+28V直流输入电源电压通过第二DC/DC变换电路转换为直流+5V电源电压，为外部数字电路板；外部主控反馈PWM驱动信号至功率级电路，控制H逆变器各功率管的通断，进而控制相应的外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机工作。
因此，本申请提供的电源与功率级集成电路，是匹配一种快速换装多传感器集成的悬臂式三轴跟踪稳定平台系统，将传统的电源电路和功率级电路集成，保留原各自电路的功能的同时，减少了连接器数量，可有效节约结构空间，利于此三轴稳定平台多传感器集成设计，为多种传感器集成的结构设计创造了有利条件。同时，需要注意的是，本申请提供的电源与功率级集成电路不限于飞机的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统的应用，还可扩展到以+28V直流电源供电的其他相关军事领域，以及其他如+24V、+12V等多种交直流电源电路的设计，应用领域广泛。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非是对本申请作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本申请技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种电源与功率级集成电路，其特征在于，电路集成有电源电路与功率级电路；
所述电源电路包括电源滤波器、尖峰浪涌抑制电路、第一DC/DC变换电路、第二DC/DC变换电路以及继电器；所述尖峰浪涌抑制电路输入端连接电源滤波器的输出端，尖峰浪涌抑制电路输出端连接第一DC/DC变换电路输入端，第一DC/DC变换电路输出端连接至外部主控；直流输入电源电压经过电源滤波器滤波后，经过尖峰浪涌抑制电路消除浪涌电压，再经过第一DC/DC变换电路转换为第一可调直流输出电压，给外部主控供电；
所述继电器的输入端连接尖峰浪涌抑制电路以及外部主控，继电器第一输出端连接第二DC/DC变换电路输入端，第二DC/DC变换电路输出端连接至外部数字电路板；外部主控通过上电控制回馈信号延时开启继电器，将浪涌抑制后的直流输入电源电压经过第二DC/DC变换电路转换为第二可调直流输出电压，给外部数字电路板供电；继电器第二输出端连接所述功率级电路，浪涌抑制后的直流输入电源电压给功率级电路供电。
2.根据权利要求1所述的电源与功率级集成电路，其特征在于，所述功率级电路包括俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级，所述俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级分别连接至外部俯仰轴电机、方位轴电机以及滚转轴电机。
3.根据权利要求2所述的电源与功率级集成电路，其特征在于，所述俯仰功率级、方位功率级以及滚转功率级采用相同结构的H逆变桥，所述H逆变桥的驱动信号采用光耦隔离PWM信号进行驱动。
4.根据权利要求3所述的电源与功率级集成电路，其特征在于，所述H逆变桥包括超桥臂与滞后臂，超前臂包括上功率管V1与下功率管V3，滞后臂包括上功率管V2与下功率管V4；
超前臂的上功率管V1与下功率管V3的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动，滞后臂的上功率管V2与下功率管V4的驱动脉冲控制信号采用相位相差180°的PWM驱动；
第一开关周期，超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4导通，超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2截止，电机正转；
第二开关周期，超前臂的下功率管V3与滞后臂的上功率管V2导通，超前臂的上功率管V1与滞后臂的下功率管V4截止，电机反转。
5.一种悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的电源与功率级集成电路。
6.根据权利要求5所述的悬臂式三轴稳定跟踪平台系统，其特征在于，系统还包括外部主控、外部数字电路板、以及外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机；所述电源电路的继电器第三输出端连接至系统平台电源接口，为平台供电；直流输入电源电压通过第一DC/DC变换电路转换，为外部主控供电；直流输入电源电压通过第二DC/DC变换电路转换，为外部数字电路板；外部主控反馈上电控制回馈信号至电源电路的继电器，控制继电器的开启；外部主控反馈PWM驱动信号至功率级电路，控制H逆变桥各功率管的通断，以控制外部俯仰轴电机、方位轴电机、滚转轴电机工作。
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