CN2574078Y

CN2574078Y - 数字控制多路电压源装置

Info

Publication number: CN2574078Y
Application number: CN 02248650
Authority: CN
Inventors: 李劲松; 严百平
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2003-09-17
Anticipated expiration: 2012-10-11

Abstract

一种数字控制多路电压源装置，其功率调节电路包括至少两个高压线性稳压器，它们的电源输入端连接直流电源，它们的调节输入端分别连接各自的调整电阻的输出端，所述调整电阻是能接受至少6位并行数据作线性控制的电阻串，并且有专用控制电路将输入的串口数据控制信号变换为至少两组并口数据控制信号，将其分别输出连接至所述调整电阻的控制输入端；所述专用控制电路包括至少两块将串口信号转换为至少6位并口数据的电路芯片、相应的锁存电路芯片和记数电路芯片；所述串/并转换芯片的并行输出连接相应锁存芯片的输入端。本实用新型具有以下优点：电压源的成本明显降低，体积大幅度减小；与上位机接口简单、灵活，通讯协议可以根据用户自己的需要制定。

Description

数字控制多路电压源装置

技术领域本实用新型涉及电压源，特别是涉及用数字信号输入来控制输出电压的电源装置。

背景技术随着信息化时代的来临，数字控制电压源因为其易于控制和与系统接口方便等诸多优点而使得其需求越来越大，但是迄今为止，实现数字控制电压源的主要方法都是基于采用D/A转换，即先将控制电压输出的数字信号转换为模拟信号，然后对其进行处理以得到需要的输出电压，这种方法由于使用了D/A器件，所以输出电压的精度主要由D/A器件的精度决定，而高精度的D/A器件价格不菲，使得整个电压源的成本较高，特别是如果需要多路输出的数字控制电压源，则由于使用的D/A及其外围器件的增加，一方面导致电压源成本的增加和体积的增大，另一方面使得整个电压源的控制会变得极为复杂。

发明内容本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种将控制电压输出的数字信号转换为模拟信号不使用D/A器件、对于多路输出的数字控制电压源使用同一芯片控制的数字控制多路电压源装置。

本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、使用一种数字控制多路电压源装置，其功率调节电路包括至少两个高压线性稳压器，它们的电源输入端连接直流电源Vin，它们的调节输入端分别连接各自的调整电阻的输出端R_A，所述调整电阻是一种接受至少6位并行数据作线性控制的电阻串，并且有专用控制电路将输入的串口数据控制信号SDI变换为至少两组并口数据控制信号Q1和Q3，将其分别输出连接至所述调整电阻的控制输入端；所述专用控制电路包括至少两块将串口信号转换为至少6位并口数据的电路芯片和相应的锁存电路芯片以及记数电路芯片；所述串/并转换芯片的至少6位并行输出直接连接相应锁存芯片的至少6位输入端。

本实用新型数字控制多路电压源装置因在输出电压控制中多路输出采用同一芯片控制，没有采用通常使用的先将数字控制信号转换为模拟信号的方法(即前面提到的D/A)，与现有技术相比较，具有以下优点：

1.电压源的成本明显降低，体积大幅度减小；

2.与上位机接口简单、灵活，通讯协议可以根据用户自己的需要制定。

附图说明

图1是本实用新型数字控制多路电压源装置的外部端口图；

图2是所述数字控制多路电压源装置的原理框图；

图3是所述数字控制多路电压源装置的高压功率调节电路的原理图；

图4是所述数字控制多路电压源装置的调整电阻的原理图；

图5所述数字控制多路电压源装置的专用控制电路19的电路原理图

图6是所述数字控制多路电压源装置的专用控制电路19实现串口数据转换、计数器及数据锁存功能原理图；

图7是本实用新型的控制电路电源20的原理图。

具体实施方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

如图2所示，本实施例中的数字控制多路电压源装置，其功率调节电路包括四个高压线性稳压器10、30、50和70，它们的电源输入端连接直流电源Vin，它们的调节输入端分别连接各自的调整电阻12、32、52和72的输出端R_A；所述专用控制电路80包括四块串/并转换芯片81、83、85和87以及相应锁存芯片82、84、86和88。

所述调整电阻12、32、52和72是一种接受8位并行数据作线性控制的电阻串，并且有专用控制电路80将输入的串口数据控制信号SDI变换为四组并口数据控制信号Q1、Q3、Q5、Q7，将其分别输出连接至所述调整电阻12、32、52和72的控制输入端Q1P<0>-Q1P<7>、Q3P<0>-Q3P<7>、Q5P<0>-Q5P<7>和Q7P<0>-Q7P<7>。

所述专用控制电路80包括四块将串口信号转换为8位并口数据的电路芯片81、83、85和87和相应的锁存电路芯片82、84、86和88，以及计数电路芯片89；所述串/并转换芯片81、83、85或87的8位并行输出Q_A-Q_H直接连接相应锁存芯片82、84、86和88的8位输入端D7-D0。

所述各调整电阻12、32、52和72分别是一个电阻串，由8个电阻串联组成，他们的电阻值分别为R、2¹R、2²R...2⁷R，并且每个电阻都并联在一个光耦合器件OC的光敏三极管集电极和发射极之间，各光耦合器件OC的发光二极管阳极经电阻接控制电源V_CC，它们的阴极QP<0>-QP<7>连接专用控制电路80内相应锁存芯片82、84、86和88的八位并行输出端Q0，...，Q7。

在本实施例中，数字控制电压源的四路电压输出主要通过四个高压线性稳压器实现，输出电压的调整分别通过改变可以调节高压线性稳压器输出值的调整电阻实现；四路电压源的调整电阻分别由8个电阻和8个开关的并串联网络组成，所有开关的开通和关断由一专用控制电路统一控制，通过输入的32位串口数据控制开关的开通和关断可以改变调整电阻的电阻值以调节电压源的输出电压值。专用控制电路的实现方式如下：首先将32个串口控制数据转换成四个8位并口数据的串并转换电路，并且将转换得到的并口数据锁存，当32个控制数据全部转换完后，统一将锁存的并口数据输出，以控制调节输出电压值的调整电阻控制开关。

所述专用控制电路80功能主要由一片复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片来实现，控制串口数据和时钟信号先经过串接的4个8位串并转换芯片81、83、85或87(型号为74HC164)进行串并转换，同时4位计数器开始对时钟信号进行计数，当计满32个时钟周期时，即所有控制数据全部进入CPLD后，计数器89产生控制信号将32位串口数据转换成的4个8位并口数据进行锁存并且通过CPLD的I/O口输出，这4个8位并口数据即为调整电阻中开关的控制信号，其中D7-D0分别控制电阻值2⁷R-R的开关，由此根据控制数据值就可以得到与之对应的电阻值来控制电压源的输出。

图1为使用本多通道数字控制电压源时和外部连接端口示意图，输入端接110V直流电压，控制数据SDI和时钟CLK信号分别接上位机的控制数据线和时钟信号线，通讯协议采用比较通用的I²C总线协议。Vout1-Vout4分别为输出的四通道电压。

所述高压线性稳压器10、30、50至70采用美国TEXAS INRTRUMENTS公司的高压可调整三端线性稳压器TL783芯片，它的输出电压可以根据调整电阻的变化在1.25V-125V范围间变化，其输出电压的调整率典型值为0.15％，因此本实用新型的电压源输出的电压精度很高。如图3所示，TL783的1脚接输入电压Vin的正极，为滤波在输入Vin正和地之间接一0.1μF/200V的电容C1滤波，TL783的2脚和输出电压源的输出正极相接，同时为使输出电压的动态响应良好，在输出Vout的正极和地之间接一0.1μF/200V的电容C2，TL783的2脚和3脚之间接一电阻R1，阻值为82Ω，TL783的3脚和地之间接图示意的输出电压调整电阻，其电阻的改变可以改变输出电压值，输出电压调整电阻的阻值由图1中专用控制电路80送出的8位控制信号控制。

所述调整电阻的实现如图4所示，RA和RB分别对应于输出电压调整电阻的两端，VCC接图2中控制电路电源90，对应于四路输出Q0-Q7分别接图2中专用控制电路80的4个8位控制数据，前面所述的和电阻并联的8个开关采用光耦0C1-0C8实现，光耦选用TOSHIBA公司的TLP521，开关控制采用光藕上的发光二极管实现，开关采用光藕上的三极管实现，其具体接法如图4中所示，光藕0C1-0C8的二极管阴极分别接专用控制电路的输出Q0-Q8，二极管的阳极分别通过一电阻和VCC相接；光藕0C1-0C8的三极管的集电极和发射极分别并联电阻R2-R9构成前面所述的开关和电阻并串联网络，R2、R3到R9电阻的取值关系为R、2¹R...2⁷R，8个光藕和电阻并联网络串联，得到0C1的集电极即为输出电压调整电阻的RA端，0C8的发射极即为输出电压调整电阻的RB端，这样通过专用控制电路的输出信号Q0-Q8就可以输出电压调整电阻的阻值了，并且其阻值和控制数据呈正比。

所述专用控制电路80的主要功能为先将32个串口控制数据转换成四个8位并口数据的串并转换电路，并且将转换得到的并口数据锁存，当32个控制数据全部转换完后，统一将锁存的并口数据输出，选用XILINX的CPLD 95144-15-PQ160C可以满足上述专用控制电路80功能，其原理图如附图5所示，U2为CPLD 95144-15-PQ160C，其连接关系为：脚156接控制数据输入SDI，脚155接时钟信号输入CLOCK，脚1、10、41、61、81、94、121、141、157接VCC，脚20、31、40、41、51、70、80、99、100、110、120、137、160接地，脚159接RESET信号，脚3、5、7、9、12、14、16、18分别接第一通道输出Vout1的调整电阻控制信号Q1P<0>-Q1P<7>，脚42、44、47、49、52、54、56、58分别接第二通道输出Vout2的调整电阻控制信号Q2P<0>-Q2P<7>，脚82-89分别接第三通道输出Vout3的调整电阻控制信号Q3P<0>-Q3P<7>，脚112、114、116、118、123、125、128、130接第四通道输出Vout4的调整电阻控制信号Q4P<0>-Q4P<7>。CPLD实现专用控制的实现方法如图6所示，32位串口数据转换成4个8位并口数据电路由芯片U22、U24、U26和U28串接实现，U22、U24、U26和U28的型号为X74-164，4个8位数据锁存路由芯片U23、U25、U27和U29实现，芯片型号为FD8，计数器电路由芯片U21 CB2RE实现，控制数据SDI、控制数据时钟信号CLOCK、复位信号RESET输入后先经过缓冲器IBUF缓冲后，分别得到SDIN、CLK和RSET信号，RSET再经过一级缓冲且取反后得到CLR；U22输入端A、输入端B、CK和CLR分别接SDIN、VCC、CLK和CLR，U22的输出端QA-QH(即分别对应于串口数据转换成的并口数据QA的QA7-QA0分别接至锁存器U23的输入端D7-0；U24输入端A、输入端B、CK和CLR分别接U22的QH输出端、VCC、CLK和CLR，U24的输出端QA-QH(即分别对应于串口数据转换成的并口数据QA的QC7-QC0)分别接至锁存器U25的输入端D7-D0；U26输入端A、输入端B、CK和CLR分别接U24的QH输出端、VCC、CLK和CLR，U26的输出端QA-QH(即分别对应于串口数据转换成的并口数据QE的QE7-QE0)分别接至锁存器U27的输入端D7-D0；U28输入端A、输入端B、CK和CLR分别接U26的QH输出端、VCC、CLK和CLR，U28的输出端QA-QH(即分别对应于串口数据转换成的并口数据QG的QG7-QG0)分别接至锁存器U29的输入端D7-D0。计数器U21的输入C端接CIK，输出Q0为OUT-CTL信号，接到锁存器U23、U25、U27和U29的C脚。当上位机发出控制数据和时钟信号时间，一方面芯片U22、U24、U26和U28依次对数据SDI进行串转并和进行锁存，同时计数器芯片U21对CLK信号的上升沿进行计数，当控制数据全部输入到CPLD后，计数值等于32时，U21的输出端Q0输出高电平，此高电平和RSET信号相或运算使OUT-CTL信号为高；这样OUT-CTL就会控制锁存器U23、U25、U27和U29将各自锁存的数据QA[0..7]、QC[0..7]、QE[0..7]和QG[0..7]输出，分别得到并口形式的数据QB[0..7]、QD[0..7]、QF[0..7]和QH[0..7]，经过缓冲后分别得到4个8位并口数据Q1P<0>-Q1P<7>、Q2P<0>-Q2P<7>、Q3P<0>-Q3P<7>和Q4P<0>-Q4P<7>，这四个8位数据的输出分别作为前面所述的四路输出的调整电阻控制信号，先改变调整电阻值，继而调节各通道的输出电压值。

上述图4、5、6中使用的控制电源VCC的实现如图7所示，VIN为输入的110V直流电压，R18和R19作为调节输出电压的电阻，C3作为输入电压滤波电容，C4可以提高输出电压VCC的动态响应，VCC即为所要的控制电路电压。

由于在本发明中采用了TI公司的TL783芯片作为输出电压产生芯片，其良好的特性保证了本实用新型多通道数字控制电压源输出性能，特别是输出电压调整率典型值为0.15％，因此本发明的电压源输出电压精度很高，同时由于本实用新型采用CPLD实现多路输出控制电路，因此本装置体积小，成本低，同时控制方便。

Claims

1.一种数字控制多路电压源装置，其特征在于：

其功率调节电路包括至少两个高压线性稳压器(10)、(30)，它们的电源输入端连接直流电源Vin，它们的调节输入端分别连接各自的调整电阻(12)、(32)的输出端R_A，所述调整电阻(12)、(32)是一种接受至少6位并行数据作线性控制的电阻串，并且有专用控制电路(80)将输入的串口数据控制信号SDI变换为至少两组并口数据控制信号Q1和Q3，将其分别输出连接至所述调整电阻(12)、(32)的控制输入端；

所述专用控制电路(80)包括至少两块将串口信号转换为至少6位并口数据的电路芯片(81)、(83)和相应的锁存电路芯片(82)、(84)，以及记数电路芯片(89)；所述串/并转换芯片(81)、(83)的至少6位并行输出直接连接相应锁存芯片(82)、(84)的至少6位输入端。

2.如权利要求1所述的数字控制多路电压源装置，其特征在于：所述多路电压源装置包括四个高压线性稳压器(10)、(30)、(50)和(70)，它们的调节输入端分别连接各自的调整电阻(12)、(32)、(52)和(72)的输出端R_A；所述专用控制电路(8 0)包括四块串/并转换芯片(81)、(83)、(85)和(87)以及相应锁存芯片(82)、(84)、(86)和(88)。

3.如权利要求2所述的数字控制多路电压源装置，其特征在于：

所述各调整电阻(12)、(32)、(52)和(72)分别是一个电阻串，由8个电阻串联组成，它们的电阻值分别为R、2¹R、2²R...2⁷R，并且每个电阻都并联在一个光耦合器件OC的光敏三极管集电极和发射极之间，各光耦合器件OC的发光二极管阳极经电阻接控制电源V_CC，它们的阴极QP<0>-QP<7>连接专用控制电路(80)内相应锁存芯片(82)或(84)的八位并行输出端Q1[0，...，7]和Q3[0，...，7]。