CN218633335U - 一种传感器低纹波正负电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传感器低纹波正负电源装置，属于电源技术领域，包括电源输入端、顶层电源电路、底层电源电路和低纹波电源输出端；顶层电源电路包括保护电路单元和单电源转正负电源单元；底层电源电路包括低纹波正电源单元和低纹波负电源单元，底层电源电路由顶层电源电路进行供电；保护电路单元包括输入电源总开关、电源指示灯、自恢复保险丝、防反接二极管和防浪涌TVS二极管；分别在单电源转正负电源单元、低纹波正电源单元、低纹波负电源单元配置有启停控制开关，便于对传感器设备的检修、调试。同时有效地保护电源装置不受浪涌电压的干扰；通过调整分压器实现对电源输出电压范围的精准调整，提高了系统的集成度。

Description

一种传感器低纹波正负电源装置

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，特别是涉及到一种传感器低纹波正负电源装置。

背景技术

随着生产制造业、航空航天探索、海洋探测、环境监测、医学诊疗等领域的不断发展，对自动化控制系统工程的需求不断增加，自动化控制系统需要稳定、可靠的完成各种复杂的工作。这些自动化控制系统高度依赖于高性能、高可靠性的传感器来获取所需要的各种信息，而这些传感器的性能又非常依赖于系统电源的质量。当传感器应用系统附近的大型交流电力设备的启停时将产生频率很高的浪涌电压叠加在电网电压上。此外，雷电感应也会在电网上产生幅值很高的高频浪涌电压。这些噪声将通过电源施加到传感器上，作为传感器核心部件的感应器件或者控制器IC将无法达到最高性能，甚至是损毁。即使是少量的电源噪声，也会对传感器性能产生极大的负面影响。

传感器电路通常用来测量微弱的信号，具有很高的灵敏度，如果不能解决好干扰的影响，这些干扰信号沿着电源线进入传感器接口电路内部，直接影响传感器中的运放电路、检波电路、A/D转换电路，将给电路及其测量带来较大误差，甚至会因干扰信号淹没正常测量信号而干扰其正常工作，影响传感器的精度，直接影响到现代化工业生产装置的安全、稳定运行。因此电源电路是传感器性能是否优越的关键因素，加强传感器电源电路的低纹波设计尤为重要。

在自动化系统中，需要应用到各种类型的传感器，而各厂家的传感器供电压又各不相同，有+2.5V、+3.3V、+5V、+12V、-2.5V、-3.3V、-5V、-12V等多种规格，现有技术通常控制系统需要配置多个开关电源以满足不同厂家传感器的使用需求，即增加了使用成本，又占用了空间，不利于提高系统的集成度和稳定性。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种传感器低纹波正负电源装置，用于解决浪涌电压干扰大，且系统的集成度不高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种传感器低纹波正负电源装置，包括电源输入端、顶层电源电路、底层电源电路和低纹波电源输出端；所述顶层电源电路包括保护电路单元和单电源转正负电源单元；所述底层电源电路包括低纹波正电源单元和低纹波负电源单元，底层电源电路由顶层电源电路进行供电；

所述保护电路单元包括输入电源开关、电源指示灯、自恢复保险丝、防反接二极管和防浪涌TVS二极管；

所述单电源转正负电源单元包括第一启停控制开关；所述低纹波正电源单元包括第二启停控制开关；所述低纹波负电源单元包括第三启停控制开关。

所述单电源转正负电源单元还包括第一输入滤波电容、电平移动控制器IC、电源开关频率配置电阻、输出电感、慢启动电容、启动电容、续流二极管、第一电阻分压器、第一输出滤波电容。

所述低纹波正电源单元还包括第二输入滤波电容、正电压线性和低压降稳压器IC、第一降噪电容、第二电阻分压器、第二输出滤波电容和低纹波正电源输出端；所述正电压线性和低压降稳压器IC的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元的正电源输出端，正电压线性和低压降稳压器IC的接地引脚连接到单电源转正负电源单元的参考地。

所述低纹波负电源单元还包括第三输入滤波电容、负电压线性和低压降稳压器IC、第二降噪电容、第三电阻分压器、第三输出滤波电容和低纹波负电源输出端；所述负电压线性和低压降稳压器IC的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元的负电源输出端，负电压线性和低压降稳压器IC的接地引脚连接到单电源转正负电源单元的参考地。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：

1、通过采用自恢复保险丝、防反接二极管和防浪涌TVS二极管，有效地保护传感器低纹波正负电源装置不受浪涌电压的干扰，避免浪涌电压对电源装置的安全性和稳定性的影响；

2、电源电路配置有四个开关，可以根据需要对电源电路进行分区通电、断电操作，便于对传感器设备的检修、调试。

3、通过调整低纹波正电源单元的分压器、低纹波负电源单元的分压器，可轻松实现对低纹波正电源输出电压范围+2.5至+15V、低纹波负电源输出电压范围-2.5至-15V的精准调整，提高了系统的集成度。

附图说明

图1为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的结构框图。

图2为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的顶层电源电路的电路图。

图3为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的低纹波负电源单元的电路图。

图4为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的低纹波正电源单元的电路图。

图5为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的顶层电源电路的电平移动控制器IC高频范围开关频率与RT/CLK电阻关系曲线图。

图6为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的顶层电源电路的电平移动控制器IC低频范围开关频率与RT/CLK电阻关系曲线图。

图7为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的顶层电源电路的电平移动控制器IC的SS/TR引脚在电源启动时的动作图。

图8为本实用新型一种传感器低纹波正负电源装置的PCB图。

图中1-电源输入端、2-顶层电源电路、21-保护电路单元、211-输入电源开关、212-电源指示灯、213-自恢复保险丝、214-防反接二极管、215-防浪涌TVS二极管、22-单电源转正负电源单元、221-第一启停控制开关、222-第一输入滤波电容、223-电平移动控制器IC、224-电源开关频率配置电阻、225-输出电感、226-慢启动电容、227-启动电容、228-续流二极管、229-第一电阻分压器、2210-第一输出滤波电容、3-底层电源电路、31-低纹波正电源单元、311-第二启停控制开关、312-第二输入滤波电容、313-正电压线性和低压降稳压器IC、314-第一降噪电容、315-第二电阻分压器、316-第二输出滤波电容、317-低纹波正电源输出端、32-低纹波负电源单元、321-第三启停控制开关、322-第三输入滤波电容、323-负电压线性和低压降稳压器IC、324-第二降噪电容、325-第三电阻分压器、326-第三输出滤波电容、327-低纹波负电源输出端、4-低纹波电源输出端。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细的说明

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，在不脱离权利要求中所阐述的发明机理和范围的情况下，使用者可以对下列参数进行各种改变。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法和过程并没有详细的叙述。

由附图1～8所示：一种传感器低纹波正负电源装置，包括电源输入端(1)、顶层电源电路(2)、底层电源电路(3)和低纹波电源输出端(4)；所述顶层电源电路(2)包括保护电路单元(21)和单电源转正负电源单元(22)；所述底层电源电路(3)包括低纹波正电源单元(31)和低纹波负电源单元(32)，底层电源电路(3)由顶层电源电路(2)进行供电；

所述保护电路单元(21)包括输入电源开关(211)、电源指示灯(212)、自恢复保险丝(213)、防反接二极管(214)和防浪涌TVS二极管(215)；保护电路单元21对电源整体起到电路通断控制、过载保护、防反接、防浪涌的作用。经保护电路单元21处理过的电源传输给单电源转正负电源单元22。

所述单电源转正负电源单元(22)包括第一启停控制开关(221)；所述低纹波正电源单元(31)包括第二启停控制开关(311)；所述低纹波负电源单元(32)包括第三启停控制开关(321)。

电源电路配置有四个开关，分别控制电源电路总输入电压通断、单电源转正负电源单元22的通断、低纹波正电源单元31的通断、低纹波负电源单元32的通断，可以根据需要对电源电路进行分区通电、断电操作，便于对传感器设备的检修、调试。

进一步的所述单电源转正负电源单元(22)还包括第一输入滤波电容(222)、电平移动控制器IC(223)、电源开关频率配置电阻(224)、输出电感(225)、慢启动电容(226)、启动电容(227)、续流二极管(228)、第一电阻分压器(229)、第一输出滤波电容(2210)。

进一步的所述低纹波正电源单元(31)还包括第二输入滤波电容(312)、正电压线性和低压降稳压器IC(313)、第一降噪电容(314)、第二电阻分压器(315)、第二输出滤波电容(316)和低纹波正电源输出端(317)；所述正电压线性和低压降稳压器IC(313)的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元(22)的正电源输出端，正电压线性和低压降稳压器IC(313)的接地引脚连接到单电源转正负电源单元(22)的参考地。

进一步的所述低纹波负电源单元(32)还包括第三输入滤波电容(322)、负电压线性和低压降稳压器IC(323)、第二降噪电容(324)、第三电阻分压器(325)、第三输出滤波电容(326)和低纹波负电源输出端(327)；所述负电压线性和低压降稳压器IC(323)的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元(22)的负电源输出端，负电压线性和低压降稳压器IC(323)的接地引脚连接到单电源转正负电源单元(22)的参考地。

实际应用中电源电路输入电压+9～30V，能够应用于DC12V、DC15V、DC24V、DC28V等常用供电场景，适应性强。提供多种低纹波电源输出类型，有+2.5V、+3.3V、+5V、+12V、+15V、-2.5V、-3.3V、-5V、-12V、-15V，能够满足不同类型传感器对电源的供电电压及低纹波的需求。通过调整低纹波正电源单元31的第二电阻分压器(315)、低纹波负电源单元32的第三电阻分压器(325)，可轻松实现对低纹波正电源输出电压范围+2.5至+15V、低纹波负电源输出电压范围-2.5至-15V的精准调整，灵活多变，能够满足传感器的运算放大器、DAC、ADC和其他高精度模拟电路对电源的苛刻要求。非常适合高准确度、高精度仪器仪表应用，在这些应用中，干净的电压轨对于最大限度地提高系统性能至关重要。本发明是为运算放大器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和其他高性能模拟电路供电的绝佳选择。可在敏感仪器、测试和测量、音频和射频应用中提供最大的系统性能。

具体实施中，根据图1电路结构框图可以了解本发明的整体结构、各部分所包含的具体功能器件、工作原理和构成概况。

顶层电源电路实施方式：

如图2所示，由电源输入端P1端子引入电源，采用电源开关SW1进行通断控制，电源开关SW1一键同时控制输入电源的正负极的通断。

过流保护功能通过采用自恢复保险F1，如图2所示，F1连接到电源输入端，即起到过载保护功能，又无需人员维护，在过载解除后自行恢复。选用自恢复保险丝时，需要考虑的参数是本发明的最大输入电压VINMAX、额定最大工作电流IMAX，在满足正常工作电流和最大输入电压的前提下，留一定的富裕值，就近选取自恢复保险F1。

防反接保护采用二极管D1反向接在输入电源端，当电源正常接入时，二极管D1反向截止，不产生额外的功耗，当电源接反时，二极管D1正向导通，形成回路，并且二极管接在自恢复保险丝F1的后面，有大电流通过自恢复保险F1时，自恢复保险丝瞬间断开，从而形成断路，保护后续电路不受影响。在接线恢复正常后，自恢复保险丝F1恢复导通，二极管D1反向截止。

为了避免浪涌对本发明的安全和稳定性的影响，D2为TVS二极管。TVS二极管的反向截止电压(Vrwm)大于等于被保护VIN的正常工作电压，反向截止电压(Vrwm)比被保护VIN的工作电压越大，漏电流越小；TVS的Vrwm越低，对应的钳位电压Vc越低，对信号的保护作用越好。交流信号选择双向TVS，直流信号选择单向TVS。双向的优势是灵活，IO和地随意接；单向的优势是反向钳位电压比双向的更低。本发明的供电标准为直流电，固采用单向TVS二极管。本发明TVS二极管采用SMBJ45A，反向截止电压(Vrwm)为45V，击穿电压(最小值)为50V，击穿电压(最大值)为55.3V。电平移动控制器ICU1的输入电压范围3.5V至60V，所以TVS二极管D2能够有效的保护顶层电源电路的运行。

为了现场使用便于知晓本发明是否正常工作，在电源输入端使用发光管LED1，通过限流电阻R1接到输入电源两端。在正常接入电源，开关SW1开启后，发光管LED1指示灯亮起。

电容C1、C2、C3为VCC滤波电容，经过滤波处理后引入到电平移动控制器ICU1的VIN引脚。

可以通过控制电平移动控制器ICU1的EN引脚，拉到1.2V以下以禁用。本发明采用开关S1进行控制，也可连接到外部控制器进行控制。

选择电源开关频率,提高开关频率可以降低电感量和电容值，同时也会对器件体积进行优化，其实质是频率提高，单次需要储存的能量更少，这样就降低了对储能元件的要求；另外，频率越高，输出纹波越小，还可以提高电源质量。增加电源开关频率也会增加损耗，并直接影响电源电路的三个核心指标：开关电源损耗、效率和散热。而开关频率直接影响开关损耗和驱动损耗。

所以电源开关频率得选择也不是越高越好，还受限于电平移动控制器IC的开关最小开启时间、输入电压、输出电压的限制。电平移动控制器IC U1的最小可控制时间通常为135ns。

电平移动控制器IC U1的开关频率与RT/CLK电阻关系曲线如图5、图6所示。U1通过连接在RT/CLK引脚上的电阻R2对开关频率可在100kHz到2500kHz的大范围内进行调节。根据开关频率确定配置电阻，使用公式1进行运算。

本发明主要应用于自动化控制系统为传感器供电，控制系统要求低功耗，系统效率高，尽量降低损耗。所以选择300KHz作为开关频率。使用公式1计算出R2的阻值约为412KΩ。

设定顶层电源电路输出正、负电压和电阻分压器的R5、R6、R7阻值。输出电压的设置是通过电阻分压器从输出节点到VSENSE引脚。为了提高电压的精度和降低温漂的影响，使用E96系列电阻1％的公差、1210封装的分压器电阻。底层电源电路输出正电源最大值+12V、负电源最大值-12V，压差即24V，所以顶层电源电路输出电压VOUT＞24V，并且满足正电压线性和低压降(LDO)稳压器U3和负电压线性和低压降(LDO)稳压器U2的输入输出压差要求。本设计选择顶层电源电路输出电压VOUT＝30V。

R5电阻从1kΩ开始，并使用公式2来计算R6+R7的阻值。为了提高轻负荷下的效率，可以考虑使用更大的值电阻。但是如果这些值过高，调节器将更容易受到外部噪声和来自VSENSE输入电流的电压误差将会很明显。VREF取平均值0.8V。

根据公式1进行运算，得出R6+R7＝36.5KΩ，R6取35.7KΩ，R7＝36.5KΩ-35.7KΩ＝0.8KΩ，取E96系列相近电阻806Ω。

配置慢启动，使输出滤波电容有足够的充电时间达到输出电压等级。有效地利用电平移动控制器IC U1内部电压参考电压的较低电压作为电源的参考电压，并相应地调节输出。SS/TR引脚与接地之间的电容器C4实现了慢启动时间。电平移动控制器IC U1有一个2μA的内部上拉电流源，为外部慢启动电容器C4充电。慢启动时间(10％至90％)的计算结果如公式3所示。电压基准(VREF)为0.8V，慢速启动电流(ISS)为2μA。慢启动电容器C4应保持在0.47μF以下，并大于0.47nF。

在启动总电源及开关S1通电时，电平移动控制器IC U1将不会开始开关，直到慢启动引脚电压小于40mV，以确保适当的通电，见图7电平移动控制器IC的SS/TR引脚在电源启动时的动作图。在正常运行期间，电平移动控制器IC U1将停止开关，而SS/TR引脚必须是放电的。

在电平移动控制器IC U1的PH和BOOT引脚之间连接一个陶瓷电容C7，用以电平移动控制器IC U1内部的MOS管提供门驱动电压。

电平移动控制器IC U1的PWRGD引脚上连接一个电阻R4，电阻R4的另一端接到VCC。

电平移动控制器IC U1的COMP引脚实施电流模型控制，通过电阻R3、电容C5、C6实现。首先要使用公式4确定补偿电阻R3。假设功率级跨导率gmps为10.5s。输出电压VOUT、参考电压VREF和放大器跨导率gmea分别为3.3V、0.8V和310μS。R3计算为9.5kΩ，使用最接近的标准值9.62kΩ。使用公式5将补偿零设置为调制器极频率。公式5得到800nF作为补偿电容器C6，该发明使用了820nF。

电容C5通过公式6进行计算,C5使用470pF。

在电平移动控制器IC U1的PH引脚和GNG引脚之间接一个续流二极管D3，本发明选用B360B-13-F，此二极管为肖特基二极管，具有正向导通电压低、封装大散热好的特点。

在L1的4脚和P16V之间接1个二极管D4，起到保护的作用。

输出电感器选择(L1)，应用于电平移动控制器IC U1的PH引脚上，用来平滑电流。KIND是表示相对于最大输出电流的电感纹波电流量的系数。电感器的纹波电流将被输出电容器进行滤波。因此，选择高电感器纹波电流将影响输出电容器C8、C9、C10、C11的选择，因为输出电容器的纹波电流等级必须等于或大于电感器纹波电流。对于使用低ESR输出电容器的设计，如陶瓷，可以使用高达KIND＝0.3的值。当使用更高的ESR输出电容器时，KIND＝0.2会产生更好的结果。由于电感器纹波电流是PWM控制系统的一部分，因此电感器纹波电流应始终大于140mA才能可靠运行。使用公式7计算输出电感器L1的最小值。

在本发明中为宽输入稳压器中，选择较大侧的电感纹波电流。这使得电感器仍然具有一个可测量的纹波电流，且输入电压为其最小值。如公式7所示，较低的纹波电流将降低电平移动控制器IC U1的输出电压纹波，但将需要较大的电感值。选择较高的纹波电流将增加电平移动控制器IC U1的输出电压纹波，但允许一个较低的电感值。流过电感器的电流是电感器纹波电流加上输出电流。在通电、故障或瞬态负载条件下，电感电流可以增加超过上述计算的峰值电感电流水平。在瞬态条件下，电感器电流可以增加到开关电流极限。因此，指定一个饱和电流额定值等于或大于开关电流限制的电感器，而不是峰值电感器电流。本发明输出电感L1使用150μH。

底层电源电路-低纹波负电源单元实施方式：

如图3所示，顶层电源电路输出的N16V电源通过滤波电容C12后，接入到负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2的IN引脚，C12电容采用1μF瓷片电容。负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2包括一个CMOS逻辑电平兼容的使能引脚和电容可编程软启动功能，允许定制电源管理方案。其他可用功能包括内置电流限制和热关断保护，以在故障条件下保护设备和系统。

本发明使用开关S2的公共端2号引脚接到负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2的EN引脚，开关S2的1号引脚接到N16V，开关S2的3号引脚接到GND，当开关S2的公共端引脚2与引脚1连通时，负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2开始输出，当开关S2的公共端引脚2与引脚3连通时，负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2停止输出。如果为VEN≥VEN(高)，即开关S2的公共端引脚1与引脚3连通时，则调节器已启用。

将外部电容器C16连接到负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2的NRSS引脚,可绕过由内部带隙产生的噪声。该电容可以将RMS噪声降低到非常低的水平，并且还可以控制软启动功能。C16电容器还用作软启动电容器以减慢输出的上升时间。使用C16电容器时输出的上升时间由公式8进行计算。在公式8中，tSS是以毫秒为单位的软启动时间，C16是以纳法为单位的NRSS引脚电容。

t_SS(ms)＝1.4×C₁₆(nF) 公式8

输出电压的设置是通过电阻分压器从负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2的OUT引脚到FB引脚。为了提高电压的精度和降低温漂的影响，使用E96系列电阻1％的公差、1210封装的分压器电阻。

负电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U2的输出电压范围为-1.2V至-35V。器件的标称输出电压由电阻分压器设置，见图3所示。本发明输出为多种电压，采用R8阻值不变(619KΩ)，变换另一组电阻阻值以达到改变输出电压。采用两个电阻串联的方式，以便于精准调试输出电压，R13+R29用于配置-2.5V输出，R12+R28用于配置-3.3V输出，R11+R27用于配置-5V输出，R10+R26用于配置-12V输出，R9+R25用于配置-15V输出，串联电阻在公式9中用R串表示，VREF为反馈电压，VREF典型值为-1.184V，可以使用公式9中所示的公式计算任何输出电压范围。为确保空载条件下的稳定性，该电阻网络必须提供大于或等于5μA的电流。

根据公式9进行运算，得出R13+R29＝557.806KΩ，R12+R28＝346.815KΩ，R11+R27＝192.271KΩ，R10+R26＝67.824KΩ，R9+R25＝53.095KΩ。取E96系列电阻进行串联，取近似阻值。在使用时可通过板载排针接口J4进行配置，便于使用。

在FB引脚和OUT引脚之间添加一个电容器C13，C13做为前馈电容器来实现稳定性，使用10nF。可以最大限度地提高交流性能。对于10Hz至200kHz的频段，该电容器极大地改善了低频下的电源抑制。将输输出电容C14、C15尽可能靠近U2引脚放置，与U2器件在同一侧。

低纹波负电源单元通过P3端子输出。

底层电源电路-低纹波正电源单元实施方式：

如图4所示，顶层电源电路输出的P16V电源通过滤波电容C21后，接入到正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3的IN引脚，C21电容采用1μF瓷片电容。正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3包括一个CMOS逻辑电平兼容的使能引脚和电容可编程软启动功能，允许定制电源管理方案。其他可用功能包括内置电流限制和热关断保护，以在故障条件下保护设备和系统。

本发明使用开关S3的公共端2号引脚接到负电压线性和正压降(LDO)稳压器IC U3的EN引脚，开关S3的1号引脚接到P16V，开关S3的3号引脚接到GND，当开关S3的公共端引脚2与引脚1连通时，正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3开始输出，当开关S2的公共端引脚2与引脚3连通时，正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3停止输出。如果为VEN≥VEN(高)，即开关S3的公共端引脚1与引脚3连通时，则调节器已启用。

将外部电容器C20连接到正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3的NRSS引脚,可绕过由内部带隙产生的噪声。该电容可以将RMS噪声降低到非常低的水平，并且还可以控制软启动功能。C20电容器还用作软启动电容器以减慢输出的上升时间。使用C20电容器时输出的上升时间由公式10进行计算。在公式10中，tSS是以毫秒为单位的软启动时间，C20是以纳法为单位的NRSS引脚电容。

t_SS(ms)＝1.4×C₂₀(nF) 公式10

输出电压的设置是通过电阻分压器从正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3的OUT引脚到FB引脚。为了提高电压的精度和降低温漂的影响，使用E96系列电阻1％的公差、1210封装的分压器电阻。

正电压线性和低压降(LDO)稳压器IC U3的输出电压范围为1.2V至33V。器件的标称输出电压由电阻分压器设置，见图3所示。本发明输出为多种电压，采用R19阻值不变(619KΩ)，变换另一组电阻阻值以达到改变输出电压。采用两个电阻串联的方式，以便于精准调试输出电压，R14+R24用于配置2.5V输出，R15+R23用于配置3.3V输出，R16+R22用于配置5V输出，R17+R21用于配置12V输出，R18+R20用于配置15V输出，串联电阻在公式11中用R串表示，VFB为反馈电压，VFB典型值为1.185V，可以使用公式11中所示的公式计算任何输出电压范围。为确保空载条件下的稳定性，该电阻网络必须提供大于或等于5μA的电流。

根据公式11进行运算，得出R14+R24＝557.806KΩ，R15+R23＝346.815KΩ，R16+R22＝192.271KΩ，R17+R21＝67.824KΩ，R18+R20＝53.095KΩ。取E96系列电阻进行串联，取近似阻值。在使用时可通过板载排针接口J8进行配置，便于使用。

在FB引脚和OUT引脚之间添加一个电容器C19，C19做为前馈电容器来实现稳定性，使用10nF。可以最大限度地提高交流性能。对于10Hz至200kHz的频段，该电容器极大地改善了低频下的电源抑制。将输输出电容C17、C17尽可能靠近U3引脚放置，与U3器件在同一侧。

低纹波正电源单元通过P2端子输出。

遵循PCB设计的一般原则，并符合抗干扰设计的要求。要使一种传感器低纹波正负电源电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。

根据电路结构图放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如输入接口端子P1布局在板子的边缘位置，便于接线。保护电路单元布局在接口端子P1的周边，其次放置单电源正负电源单元，最后放置低纹波正电源单元和低纹波负电源单元，低纹波电源输出端布局在板子的另一侧，符合电流走向，同时避免输入、输出接线错误。

进行PCB布线时要有合理的走向，它们的走向应该是呈线形的，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最终完成本发明的PCB设计，如图8所示。

显然，上述所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (4)

1.一种传感器低纹波正负电源装置，包括电源输入端(1)、顶层电源电路(2)、底层电源电路(3)和低纹波电源输出端(4)；其特征在于：所述顶层电源电路(2)包括保护电路单元(21)和单电源转正负电源单元(22)；所述底层电源电路(3)包括低纹波正电源单元(31)和低纹波负电源单元(32)，底层电源电路(3)由顶层电源电路(2)进行供电；

所述保护电路单元(21)包括输入电源开关(211)、电源指示灯(212)、自恢复保险丝(213)、防反接二极管(214)和防浪涌TVS二极管(215)；

所述单电源转正负电源单元(22)包括第一启停控制开关(221)；所述低纹波正电源单元(31)包括第二启停控制开关(311)；所述低纹波负电源单元(32)包括第三启停控制开关(321)。

2.根据权利要求1所述一种传感器低纹波正负电源装置，其特征在于：所述单电源转正负电源单元(22)还包括第一输入滤波电容(222)、电平移动控制器IC(223)、电源开关频率配置电阻(224)、输出电感(225)、慢启动电容(226)、启动电容(227)、续流二极管(228)、第一电阻分压器(229)、第一输出滤波电容(2210)。

3.根据权利要求1所述一种传感器低纹波正负电源装置，其特征在于：所述低纹波正电源单元(31)还包括第二输入滤波电容(312)、正电压线性和低压降稳压器IC(313)、第一降噪电容(314)、第二电阻分压器(315)、第二输出滤波电容(316)和低纹波正电源输出端(317)；所述正电压线性和低压降稳压器IC(313)的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元(22)的正电源输出端，正电压线性和低压降稳压器IC(313)的接地引脚连接到单电源转正负电源单元(22)的参考地。

4.根据权利要求1所述一种传感器低纹波正负电源装置，其特征在于：所述低纹波负电源单元(32)还包括第三输入滤波电容(322)、负电压线性和低压降稳压器IC(323)、第二降噪电容(324)、第三电阻分压器(325)、第三输出滤波电容(326)和低纹波负电源输出端(327)；所述负电压线性和低压降稳压器IC(323)的电源输入引脚连接到所述单电源转正负电源单元(22)的负电源输出端，负电压线性和低压降稳压器IC(323)的接地引脚连接到单电源转正负电源单元(22)的参考地。

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