一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于制冷型紅外熱像儀電子學技術(shù)領域，具體涉及一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源。本電源系統(tǒng)采用電源總線結(jié)構(gòu)，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12～28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監(jiān)測并將外部電源輸出到二次電源；通過二次電源將外部輸入的直流電源轉(zhuǎn)換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源。上述技術(shù)方案根據(jù)熱像儀各電源種類實際使用情況，優(yōu)化了電源種類，動態(tài)調(diào)整供電模式，具有高電源轉(zhuǎn)換效率，低電源噪聲等特點。
【專利說明】
一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明屬于制冷型紅外熱像儀電子學技術(shù)領域，具體涉及一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源。
【背景技術(shù)】
[0002]制冷型紅外熱像儀具有良好的環(huán)境適應性，在軍事夜視偵查，武器瞄具，紅外制導，搜索與跟蹤，邊海防，衛(wèi)星遙感等領域有廣泛的應用。隨著制冷型紅外成像技術(shù)的不斷發(fā)展，各個應用領域?qū)t外單機的成像性能要求越來越高，功能要求越來越豐富，對熱像儀的成像噪聲，工作功耗，單機尺寸都提出了更高的要求。由于電學系統(tǒng)所使用的高性能可編程器件越來越多，電路板密度越來越高，信號速率越來越快，這就對系統(tǒng)的電源提出來更高的要求。
[0003]傳統(tǒng)的熱像儀單機電源結(jié)構(gòu)大量采用集成式電源模塊，這種電源結(jié)構(gòu)電源總效率較低，電源紋波大，且電源重量重體積大，不能很好滿足現(xiàn)代熱像儀單機的設計要求。
[0004]因此需要結(jié)合開關電源與線性電源的自身特點，結(jié)合熱像儀單機內(nèi)不同電源的不同需求，設計一種高電源效率，低噪聲的熱像儀電源解決方案，以改善熱像儀整機成像性能，降低設備功耗，減小單機重量，更好的助力制冷型紅外熱像儀發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供為熱像儀提供一種高效率低噪聲的電源方案，同時保證系統(tǒng)電源的高可靠性。
[0006]為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；
[0008]其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監(jiān)測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉(zhuǎn)換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源；
[0009 ] 二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數(shù)字電源，LDO模擬電源；
[0010]其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉(zhuǎn)換效率>90% ；
[0011 ]隔離Drac模塊，電源濾波模塊，非隔離D⑶C模擬電源，非隔離D⑶C數(shù)字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結(jié)構(gòu):
[0012]第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統(tǒng)電源與總體電源的電氣隔離；[0013 ]隔離DCDC模塊輸出電源經(jīng)過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數(shù)字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離DCDC數(shù)字電源用于產(chǎn)生圖像處理電路所需的電源；
[0014]第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產(chǎn)生信號收集電路所需的電源。
[0015]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。
[0016]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產(chǎn)生圖像處理電路所需的電源的電源轉(zhuǎn)換效率>90%。
[0017]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產(chǎn)生信號收集電路所需的電源的電源轉(zhuǎn)換效率>90%。
[0018]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源的總電源效率> 85 %。
[0019]與傳統(tǒng)方式比較，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于:
[0020]本電源系統(tǒng)采用電源總線結(jié)構(gòu)，具有三級電源拓撲，根據(jù)熱像儀各電源種類實際使用情況，優(yōu)化了電源種類，動態(tài)調(diào)整供電模式，具有高電源轉(zhuǎn)換效率，低電源噪聲等特點。
[0021]本電源方案在犧牲一定成本及系統(tǒng)空間的前提下，最大限度的降低了系統(tǒng)功耗，使得紅外單機的整機功耗較之前傳統(tǒng)方案降低超過30%。在功耗敏感型應用領域如手持型紅外熱像儀，彈載紅外系統(tǒng)的電源系統(tǒng)設計方向提供了新穎的解決方案。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明電源網(wǎng)絡組成示意框圖。
[0023]圖中:I外部電源輸入，2電源管理模塊，3隔離DCDC模塊，4非隔離DCDC模塊，5外部制冷劑，6電源濾波模塊，7非隔離D⑶C模擬電源，8非隔離D⑶C數(shù)字電源，9LD0模擬電源。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；
[0026]其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監(jiān)測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉(zhuǎn)換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源；
[0027]在本實施例中，制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。
[0028]本著提高總電源效率，且保證電源噪聲要求的設計思路，本實施例技術(shù)方案將采用線性電源與DC-DC相結(jié)合的方案，來實現(xiàn)高的電源效率與低的輸出紋波的要求。即對輸入輸出壓降大和功耗比較大的部分采用DC-DC電源，以減小尺寸、提高效率，而對部分小功耗、低噪聲要求的模擬電路采用線性電源以提高電源質(zhì)量。
[0029]針對數(shù)字電路電源種類較多，對電源質(zhì)量要求相對不高的特點，選擇二次非隔離DC-DC芯片來實現(xiàn)多重電源的供給，同時針對熱像儀不同工作時期各個電源的工作狀態(tài)的差異，動態(tài)切換各個DC-DC的工作模式，以保證在熱像儀工作時，各分支電源效率始終保持在90%，以上總電源效率超過85%。
[0030]二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數(shù)字電源，LDO模擬電源；
[0031]其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉(zhuǎn)換效率>90% ；
[0032]隔離Drac模塊，電源濾波模塊，非隔離D⑶C模擬電源，非隔離D⑶C數(shù)字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結(jié)構(gòu):
[0033 ]第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統(tǒng)電源與總體電源的電氣隔離；
[0034]隔離DCDC模塊輸出電源經(jīng)過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數(shù)字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離DCDC數(shù)字電源用于產(chǎn)生圖像處理電路所需的電源；
[0035]第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產(chǎn)生信號收集電路所需的電源。
[0036]紅外圖像的采集實際上是微弱電壓信號的采集過程，因此系統(tǒng)對信號采集部分的模擬電源質(zhì)量精度要求極高，因此該部分電源采用了線性電源供給的方式，同時為了盡可能提高電源效率，在第一級中的隔離DCDC模塊與第三級的LDO模擬電源之間增加第二級的非隔離DCDC模擬電源，降低第三級的LDO模擬電源的輸入輸出壓差，即保證了電源質(zhì)量，同時提高了電源轉(zhuǎn)換效率。該種供電方式在保證了模擬電源低紋波的基礎上，通過非隔離DCDC模擬電源將LDO電源輸入輸出電壓差控制在I OOmV級別。該種電源方案在犧牲一定成本及系統(tǒng)空間的前提下，最大限度的降低了系統(tǒng)功耗，使得紅外單機的整機功耗較之前傳統(tǒng)方案降低超過30 %。
【主權(quán)項】
1.一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于: 包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源； 其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監(jiān)測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉(zhuǎn)換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源； 二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，與巨隔離DCDC數(shù)字電源，LDO模擬電源； 其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉(zhuǎn)換效率>90% ； 隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數(shù)字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結(jié)構(gòu): 第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統(tǒng)電源與總體電源的電氣隔離； 隔離DCDC模塊輸出電源經(jīng)過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數(shù)字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離D⑶C數(shù)字電源用于產(chǎn)生圖像處理電路所需的電源； 第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產(chǎn)生信號收集電路所需的電源。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。3.如權(quán)利要求1所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產(chǎn)生圖像處理電路所需的電源的電源轉(zhuǎn)換效率>90%。4.如權(quán)利要求3所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產(chǎn)生信號收集電路所需的電源的電源轉(zhuǎn)換效率>90%。5.如權(quán)利要求4所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源的總電源效率> 85 %。
【文檔編號】G01J5/02GK105865635SQ201610217554
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】劉晗, 何鎖純, 董斐, 林森, 傅強
【申請人】北京航天計量測試技術(shù)研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院