CN220857937U - 一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，包括电源机箱，以及设置在其内的外部电源模块，还包括：将220V交流电压转换成24V直流电压的电压转换组件；为稳态数据采集器、动态数据采集器提供电源的板载电源；为采集控制器供电的隔离电源；所述电压转换组件还与交换机、散热风扇、控制器通信连接。本实用新型提供一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，将电源分为三个部分，一个部分是用于电压的转换，以将外部电压转换成可从应用的低压，一个部分是将降压后的电压转换成特定稳态数据采集器、动态数据采集器可以直接使用的电压，另外一个是提供独立的采集控制器电源，使得本实用新型能专用于特定数据采集环境下的供电需要。

Description

一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源

技术领域

本实用新型涉及电源模块领域。更具体地说，本实用新型涉及一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源。

背景技术

根据风洞试验数据采集器总体设计，机箱内部需要给稳态数据采集器、动态数据采集器、交换机、控制器等部件供电，同时数据采集器输入电源采用交流市电220V供电，以使得其通用性好。

现有技术中虽然也有很多能提供供电的电源，但其不能直接应用于风洞试验领域，其原因在于，数据采集属于精密仪器，而电源是保证数据采集器正常工作的首要部件，电源的精度、稳定度、性噪比是确保数据采集精度和稳定性的核心保障，而现有的这种电源，其外部电源对数据采集会产生影响，使得数据采集器的稳定性得不到保证，即缺少专用于风洞试验数据采集器且带隔离效果的专用电源。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决上述问题和/或缺陷，并提供后面将说明的优点。

为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，包括电源机箱，以及设置在其内用于提供220V交流电压的外部电源模块，还包括：

将220V交流电压转换成24V直流电压的电压转换组件；

与电压转换组件电性连接，以为风洞试验中的稳态数据采集器、动态数据采集器提供1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V数字电源，以及1.8V、±5V、±15V模拟电源的板载电源；

为与稳态数据采集器、动态数据采集器通信连接的采集控制器供电的隔离电源；

其中，所述电压转换组件还与交换机、散热风扇、控制器通信连接。

优选的是，所述电压转换组件包括：

与外部电源模块电性连接的电源滤波器；

将220V交流电压转换成24V直流电压的交流转直流模块Ⅰ，交流转直流模块Ⅱ；

设置在各交流转直流模块与电源滤波器之间的AC-DC转换模块；

其中，所述交流转直流模块Ⅰ被配置为与板载电源、交换机、散热风扇电性连接；

所述交流转直流模块Ⅱ被配置为与控制器电性连接。

优选的是，所述隔离电源被配置为采用功率为180.5W,输出电压为19V的型号。

优选的是，所述板载电源被配置为包括：

将直流单电源转换成直流双极性电源的DC-DC电源转换模块；

与DC-DC电源转换模块电性连接，以将接收到的电压按极性降压至对应工作电压的LDO电源电路；

其中，LDO电源电路包括数字电源电路和模拟电源电路。

优选的是，所述数字电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为5V、5A的DC/DC电源；

与DC/DC电源电性连接，且具有四通道DC/DC降压型μModule稳压器；

与DC/DC电源电性连接的低压降线性稳压器。

优选的是，所述模拟电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为18V、5A电源的稳压器；

与稳压器电性连接的多块低压差稳压器；

与稳压器电性连接，且带故障保护功能的多块PWM DC/DC转换器；

与各PWM DC/DC转换器电性连接的多块降压型开关稳压器；

与各低压差稳压器、降压型开关稳压器电性连接的运算放大器；

将其中一块降压型开关稳压器与模数转换器电性连接的低压差线性稳压器。

本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型将电源分为三个部分，一个部分是用于电压的转换，以将外部电压转换成可从应用的低压，一个部分是将降压后的电压转换成特定稳态数据采集器、动态数据采集器可以直接使用的电压，另外一个是提供独立的采集控制器电源，即按照设备的应用功能进行划分，使得本实用新型能专用于特定数据采集环境下的供电需要，适配性满足使用要求。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源的系统组成框图；

图2为本实用新型的一个实施例中板载电源的原理示意图；

图3为本实用新型的一个板载电源中数字电源电路的结构示意图；

图4为本实用新型的一个板载电源中模拟电源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“Ⅰ”、“Ⅱ”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其结构如图1所示，包括电源机箱(未示出)，以及设置在其内用于提供220V交流电压的外部电源模块1，还包括：

将220V交流电压转换成24V直流电压的电压转换组件2；

与电压转换组件电性连接，以为风洞试验中的稳态数据采集器3、动态数据采集器4提供1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V数字电源，以及1.8V、±5V、±15V模拟电源的板载电源5；

为与稳态数据采集器、动态数据采集器通信连接的采集控制器60供电的隔离电源6，为避免外部系统电源对数据采集的影响，采用隔离方式将外部系统电源与机箱内部电源隔离，尽可能保证数据采集器电源的稳定性，隔离电源选用金升阳180.5W LOF350-20B19输出19V电源用于采集控制器供电；

其中，所述电压转换组件还与交换机7、散热风扇8、控制器9通信连接。

工作原理：在实际的应用中，本方案将电源分为三个功能性部分，一个部分是用于电压的转换，以将外部电压转换成可从应用的低压，一个部分是将降压后的电压转换成特定稳态数据采集器、动态数据采集器可以直接使用的电压，另外一个是提供独立的采集控制器电源，即按照设备的应用功能进行划分，使得本实用新型能专用于特定数据采集环境下的供电需要，适配性满足使用要求。

实施例2

本实施方式2作为本实用新型的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式1的基础上公开了如下改进：

所述电压转换组件包括：

与外部电源模块电性连接的电源滤波器20，作为前级输入电源首先选用YB410TL-40A电源滤波器，滤波器安装于机箱内，电源经滤波后给AC-DC转换模块及散热风扇供电；

将220V交流电压转换成24V直流电压的交流转直流模块Ⅰ21，交流转直流模块Ⅱ22，220V交流通过交流转直流模块转换为24V电源，选用两个金升阳75WLM75-22B24输出24V电源，一个模块给24V电源用于交换机、稳态数据采集器、动态数据采集器、散热风扇供电，另一个模块给控制器供电24V；

设置在各交流转直流模块与电源滤波器之间的AC-DC转换模块23；

其中，所述交流转直流模块Ⅰ被配置为与板载电源、交换机、散热风扇电性连接；

所述交流转直流模块Ⅱ被配置为与控制器电性连接。

本方案通过电压转换组件的结构进行限定，使得其电压转换时的稳定性更好，更能满足特殊场景的使用需要。

实施例3

本实施方式3作为本实用新型的一较佳实施例，如图2-4，其在实施方式1的基础上公开了如下改进：

所述板载电源被配置为包括：

将直流单电源转换成直流双极性电源的DC-DC电源转换模块51；

与DC-DC电源转换模块电性连接，以将接收到的电压按极性降压至对应工作电压的LDO电源电路；

其中，LDO电源电路包括数字电源电路52和模拟电源电路53。

在上述方案中，稳态数据采集器与动态数据采集器板载电源需求1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V数字电源，以及1.8V、±5V、±15V模拟电源。为避免数字和模拟电源相互干扰，将模拟电源和数字电源需分离。针对系统的双极性电源电压需求，电源模块先通过DC-DC电源转换为双极性电源，再通过LDO电源芯片降压至各模块所需电源电压，

在实际的应用时，板载的数字电源电路就是把输入的DC 24V/3A电源转换为1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V数字电源，故所述数字电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为5V、5A的DC/DC电源520，DC/DC电源型号为LTM4612，采用LTM4612产生5V、5A电源，LTM4612是一款符合EN55022 Class B规格的高电压输入和输出、5A开关模式DC/DC电源，封装中内置了开关控制器、功率FET、电感器和所有的支持元件。LTM4612的工作输入电压范围为5V至36V，可支持一个3.3V至15V的输出电压范围(由单个外部电阻器来设定)，仅需采用大容量的输入和输出电容器便可完成设计，进一步把5V电源通过LTM4644和TPS74401用于1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V等DC-DC数字电源转换；

与DC/DC电源电性连接，且具有四通道DC/DC降压型μModule稳压器521，这里的型号采用LTM4644，其是一款每路输出可提供4A电流的四通道DC/DC降压型μModule稳压器，输出可通过并联形成一个阵列以提供高达16A的电流能力；封装中内置了开关控制器、功率FET、电感器和支持组件。LTM4644可在一个4V至14V或2.375V至14V(采用一个外部偏置电源)的输入电压范围内运作，LTM4644支持一个0.6V至5.5V的输出电压范围。该器件的高效率设计使每个通道能够提供4A连续(5A峰值)输出电流,需要说明的是，在本方案主要利用LTM4644得到SOC核心1V和DDR 1.5V工作电压，该器件为四通道输出，每通道最大输出电流为3A，采用两通道并联给ZYNQ 523内核共1V电压，其余两通道分别产生1.5V和1.8V给DDR3和ZYNQ具有IO的BANK供电；1.2V、1.8V、3.3V数字电源用TPS74401产生，给ZYNQ和外围数字芯片(或称为外围数字器件)524供电；

与DC/DC电源电性连接的低压降线性稳压器522，这里采用的型号为TPS74401低压降(LDO)线性稳压器，用于提供一套面向多种应用的易用稳健型电源管理解决方案，用户可编程的软启动功能可降低器件启动时的电容浪涌电流，从而以最大限度减小输入电源的应力。

进一步地，板载模拟电源主要是给信号调理电路、模数转换器、电压参考源供电，模拟电源是信号最敏感电源，全部采用超低噪声的线路稳压器实现，输入机箱内DC 24V电源通过LTM4612，把电压转换为18V 5A电源，其他电源通过LTC1764、LTC3581、LTC3091、LTC3045等超低噪声线性稳压器实现转换，具体来说，所述模拟电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为18V、5A电源的稳压器530，其型号采用LTM4612；

与稳压器电性连接的多块低压差稳压器531，其型号采用LTC1764，LTC1764是一款低压差稳压器，专为实现快速瞬态响应而优化的，该器件能提供3A输出电流和一个340mV的压差电压，工作静态电流为1mA，并在停机模式中减小至<1μA。静态电流处于良好受控状态；与其他许多稳压器不同，此器件的静态电流在压差情况下不会增大，除了快速瞬态响应之外，LT1764还拥有非常低的输出电压噪声，从而使其非常适合于敏感的RF电源应用；

与稳压器电性连接，且带故障保护功能的多块PWM DC/DC转换器532，其型号采用LTC3581是一款具有内置故障保护功能的PWM DC/DC转换器，旨在帮助提供针对输出短路、输入/输出过压和过热情况的保护作用。该器件包括一个42V主开关和一个可连接在一起的42V从开关，以提供一个3.3A的总电流限值。它可以容易地通过配置而成为升压、SEPIC、负输出或反激式结构，并能够从一个5V输入产生12V/830mA或-12V/625mA输出，此外，LTC3581的从开关还允许将该器件配置成高电压、高功率充电泵拓扑结构，这种拓扑结构具有非常高的效率，而且所需的组件少于传统电路；

与各PWM DC/DC转换器电性连接的多块降压型开关稳压器533，其型号采用LTC3091，LTC3091是一款高性能、降压型开关稳压器DC/DC控制器，用于驱动一个全N沟道同步功率MOSFET级。该器件运用了一种恒定频率电流模式架构，因而可提供一个高达750kHz的可锁相频率；50μA的无负载静态电流延长了电池供电型系统中的工作寿命；OPTI-LOOP补偿的运用允许在一个很宽的输出电容和ESR数值范围内对瞬态响应进行优化。LTC3091具有一个精准的0.8V基准和电源良好输出指示器；4V至60V的宽输入电源范围囊括了众多的中间总线电压和电池化学组成；LTC3891的输出电压可以设置在0.8V至24V之间；

与各低压差稳压器、降压型开关稳压器电性连接的运算放大器534；

将其中一块降压型开关稳压器与模数转换器535电性连接的低压差线性稳压器536，其型号采用LT3045，LT3045是一款高性能低压差线性稳压器，采用LTC的超低噪声和超高PSRR架构以便为噪声敏感应用供电。LT3045设计用作后接高性能电压缓冲器的精密电流基准电压源，可轻松并联以便进一步降低噪声，增加输出电流并在PCB上散热，该器件在260mV典型压差下提供500mA电流。工作静态电流标称为2.2mA，关断时降至<<1μA。LT3045具有宽输出电压范围(0V至15V)，同时保持单位增益操作，可提供几乎恒定的输出噪声、PSRR、带宽和负载调整性能，不受编程输出电压的影响。此外，该稳压器具有可编程限流、快速启动能力和可编程电源良好以指示输出电压调节。

在本方案中，通过对各部分结构进行细化设计，将数据采集器供电，采用多级电源信号处理，最终可将系统各需求电源性能做到下表性能，保证了数据采集的精度和设备工作的稳定性。

以上各方案均只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，包括电源机箱，以及设置在其内用于提供220V交流电压的外部电源模块，其特征在于，还包括：

将220V交流电压转换成24V直流电压的电压转换组件；

与电压转换组件电性连接，以为风洞试验中的稳态数据采集器、动态数据采集器提供1V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V数字电源，以及1.8V、±5V、±15V模拟电源的板载电源；

为与稳态数据采集器、动态数据采集器通信连接的采集控制器供电的隔离电源；

其中，所述电压转换组件还与交换机、散热风扇、控制器通信连接。

2.如权利要求1所述的用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其特征在于，所述电压转换组件包括：

与外部电源模块电性连接的电源滤波器；

将220V交流电压转换成24V直流电压的交流转直流模块Ⅰ，交流转直流模块Ⅱ；

设置在各交流转直流模块与电源滤波器之间的AC-DC转换模块；

其中，所述交流转直流模块Ⅰ被配置为与板载电源、交换机、散热风扇电性连接；

所述交流转直流模块Ⅱ被配置为与控制器电性连接。

3.如权利要求1所述的用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其特征在于，所述隔离电源被配置为采用功率为180.5W,输出电压为19V的型号。

4.如权利要求1所述的用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其特征在于，所述板载电源被配置为包括：

将直流单电源转换成直流双极性电源的DC-DC电源转换模块；

与DC-DC电源转换模块电性连接，以将接收到的电压按极性降压至对应工作电压的LDO电源电路；

其中，LDO电源电路包括数字电源电路和模拟电源电路。

5.如权利要求4所述的用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其特征在于，所述数字电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为5V、5A的DC/DC电源；

与DC/DC电源电性连接，且具有四通道DC/DC降压型μModule稳压器；

与DC/DC电源电性连接的低压降线性稳压器。

6.如权利要求4所述的用于风洞试验数据采集器的隔离稳压电源，其特征在于，所述模拟电源电路被配置为包括：

与DC-DC电源转换模块电性连接，以把24V电压转换为18V、5A电源的稳压器；

与稳压器电性连接的多块低压差稳压器；

与稳压器电性连接，且带故障保护功能的多块PWM DC/DC转换器；

与各PWM DC/DC转换器电性连接的多块降压型开关稳压器；

与各低压差稳压器、降压型开关稳压器电性连接的运算放大器；

将其中一块降压型开关稳压器与模数转换器电性连接的低压差线性稳压器。