專利名稱：儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流和直流之間用于電源的變換設(shè)備，特別是涉及一種交流功率輸入變換為直流功率輸出的電源設(shè)備，具體地說是一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，用作進(jìn)行高精度測量時(shí)的儀器儀表的直流電源。
背景技術(shù)：
隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，工業(yè)自動(dòng)化程度也越來越高。相應(yīng)的對自動(dòng)化過程中所使用儀器儀表的要求也越來越苛刻，智能化和數(shù)字化已發(fā)展到了非常滿意和理想的程度，小型化卻由于供電電源所存在的問題而一直不能進(jìn)一步得到突破。目前市場上所出現(xiàn)的具有智能化功能的儀器儀表中，有的采用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，雖然達(dá)到了輸入動(dòng)態(tài)范圍寬、功率轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕的要求，但由于開關(guān)穩(wěn)壓電源存在著輸出紋波噪聲大、穩(wěn)壓精度低的缺點(diǎn)，致使這些儀器儀表的測量精度一直不能得到提高。也有采用線性穩(wěn)壓電源供電的，雖然達(dá)到了輸出紋波噪聲低、穩(wěn)壓精度高的要求，但由于線性穩(wěn)壓電源存在著輸入動(dòng)態(tài)范圍窄、轉(zhuǎn)換效率低、體積大、重量重的缺點(diǎn)，致使這些儀器儀表一直不能小型化。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決目前開關(guān)穩(wěn)壓電源存在的紋波噪聲大、穩(wěn)壓精度低；線性穩(wěn)壓電源存在的輸入動(dòng)態(tài)范圍窄、功率轉(zhuǎn)換效率低、體積大、重量重等缺點(diǎn)，提供一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，它可以克服現(xiàn)有裝置的上述不足，實(shí)現(xiàn)輸入動(dòng)態(tài)范圍寬、功率轉(zhuǎn)換效率高、輸出紋波小、穩(wěn)壓精度高、體積小、重量輕等目的。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的充分利用現(xiàn)有的開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)，將開關(guān)穩(wěn)壓電源作為前級降壓電路，線性穩(wěn)壓電源作為后級穩(wěn)壓電路，將其串聯(lián)起來，并在該兩穩(wěn)壓電源中增加一些電路，最后通過快速采樣反饋控制電路將前級和后級連接起來，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，即為本實(shí)用新型儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置。具體地說，該裝置包括雙向?yàn)V波電路、AC/DC變換電路、開關(guān)功率變換電路和線性穩(wěn)壓電路，還包括特別設(shè)計(jì)的PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路、高精度基準(zhǔn)源和快速采樣反饋控制電路；雙向?yàn)V波電路、AC/DC變換電路、開關(guān)功率變換電路和PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路組成前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路接收由快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并向開關(guān)功率變換電路送去信號控制其工作狀態(tài)；高精度基準(zhǔn)源和線性穩(wěn)壓電路組成后級線性穩(wěn)壓電源，高精度基準(zhǔn)源給線性穩(wěn)壓電路提供參考信號；前級開關(guān)穩(wěn)壓電源與后級線性穩(wěn)壓電源相串聯(lián)構(gòu)成了本儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源相連接，并從后級線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，使該裝置的主系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。
上述的儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置中，所述的PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路，由將驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)功能集成于一體的集成電路和外圍引線組成，該混合模式驅(qū)動(dòng)電路接收來自快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并傳送給開關(guān)功率變換電路。
上述的儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置中，所述的高精度基準(zhǔn)源，由集成穩(wěn)壓器、高精度集成基準(zhǔn)源以及外圍的電阻和電容組成，該基準(zhǔn)源給線性穩(wěn)壓電路提供參考信號。
上述的儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置中，所述的快速采樣反饋控制電路由高速運(yùn)算放大器、光電耦合器以及外圍的電阻和電容組成。它與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源相聯(lián)接，從后級線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路。
本實(shí)用新型取得的有益效果是由于本實(shí)用新型采用了開關(guān)穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法，并讓開關(guān)穩(wěn)壓電源承擔(dān)前級功率變換和降壓任務(wù)，讓線性穩(wěn)壓電源承擔(dān)后級穩(wěn)壓任務(wù)，兩者取長補(bǔ)短。因此，該實(shí)用新型就具有輸入動(dòng)態(tài)范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、紋波噪聲小、穩(wěn)壓精度高、體積小和重量輕的特點(diǎn)。另外，功率變換電路又采用了PWM和PFM相結(jié)合的混合調(diào)制模式，因此使該實(shí)用新型在整個(gè)輸出負(fù)載范圍內(nèi)，不論是輕載還是重載均具有較高的轉(zhuǎn)換效率。解決了工業(yè)自動(dòng)化中儀器儀表不能小型化的關(guān)鍵問題，促進(jìn)了我國電源技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)的發(fā)展。


圖1是本實(shí)用新型組成的框圖示意圖圖2是本實(shí)用新型裝置的電路原理圖具體實(shí)施方式
參照圖1，它是本實(shí)用新型組成的框圖示意圖，它由前級開關(guān)穩(wěn)壓電源、后級線性穩(wěn)壓電源和快速采樣反饋控制電路組成。前級開關(guān)穩(wěn)壓電源包括由雙向?yàn)V波電路C、AC/DC變換電路B、開關(guān)功率變換電路A組成的傳統(tǒng)開關(guān)穩(wěn)壓電源和特別設(shè)計(jì)的PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路D組成，它主要承擔(dān)前級功率變換和降壓任務(wù)。后級線性穩(wěn)壓電源由線性穩(wěn)壓電路G組成的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源和特別設(shè)計(jì)的高精度基準(zhǔn)源F組成，它主要承擔(dān)后級穩(wěn)壓任務(wù)。前級開關(guān)穩(wěn)壓電源與后級線性穩(wěn)壓電源相串聯(lián)構(gòu)成了本儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源相連接，并從后級線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，使該裝置的主系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型裝置的信號傳遞、各部分的連接和工作過程為雙向?yàn)V波電路C從輸電電網(wǎng)上獲得電壓，并將該電壓上的雜散電波干擾以及其它噪聲信號濾除干凈后輸送給AC/DC變換電路B，AC/DC變換電路B將其整流和濾波成直流高壓作為開關(guān)功率變換電路A供電電源。開關(guān)功率變換電路A以PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路D提供的混合調(diào)制模式啟動(dòng)工作，將直流高壓變換成后級線性穩(wěn)壓電源所能接受的直流低壓，并且輸送給線性穩(wěn)壓電路G。線性穩(wěn)壓電路G結(jié)合高精度基準(zhǔn)源F對所接收的帶有高頻紋波噪聲的直流電壓進(jìn)行線性穩(wěn)壓處理后的輸出電壓一部分作為電源輸出，另一部分輸送給快速采樣反饋控制電路E作為輸出電壓的采樣信號，經(jīng)過快速采樣反饋控制電路E處理后直接反饋給前級開關(guān)穩(wěn)壓電源中的PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路D，最后控制開關(guān)功率變換電路A的工作狀態(tài)。這樣以來就構(gòu)成了前級開關(guān)穩(wěn)壓電源與后級線性穩(wěn)壓電源之間的反饋控制閉環(huán)系統(tǒng)，也就是在輕載時(shí)，開關(guān)功率變換電路A工作在PFM模式狀態(tài)；在重載時(shí)，工作在PWM模式狀態(tài)，保證了在一個(gè)較寬的負(fù)載電流范圍內(nèi)具有較高的轉(zhuǎn)換效率。
參照圖2，它是本實(shí)用新型裝置的電路原理圖。它主要是由雙向?yàn)V波電路，AC/DC變換電路，開關(guān)功率變換電路，PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路，快速采樣反饋控制電路，線性穩(wěn)壓電路和高精度基準(zhǔn)源組成。圖中的框圖部分均采用現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)的電路，沒有畫出，畫出的是本實(shí)用新型特別設(shè)計(jì)的部分電路。其中PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路由集成電路IC1(TOP227)及外圍引線組成，它接收快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，同時(shí)送給開關(guān)功率變換電路信號并控制其工作狀態(tài)。高精度基準(zhǔn)源由集成穩(wěn)壓器IC3(LM7812)、高精度集成基準(zhǔn)源IC4(TL431)以及外圍的電阻和電容組成，高精度基準(zhǔn)源給線性穩(wěn)壓電路提供參考信號，使后級線性穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓精度進(jìn)一步提高?？焖俨蓸臃答伩刂齐娐酚筛咚龠\(yùn)算放大器IC5(TL431)、光電耦合器IC2(P521)以及外圍的電阻和電容組成，它從線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓中獲取采樣信號，經(jīng)過處理后將輸出信號反饋給PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路。
權(quán)利要求1.一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，包括雙向?yàn)V波電路、AC/DC變換電路、開關(guān)功率變換電路和線性穩(wěn)壓電路，其特征在于還包括PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路、高精度基準(zhǔn)源和快速采樣反饋控制電路；雙向?yàn)V波電路、AC/DC變換電路、開關(guān)功率變換電路和PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路組成前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路接收由快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并向開關(guān)功率變換電路送去信號控制其工作狀態(tài)；高精度基準(zhǔn)源和線性穩(wěn)壓電路組成后級線性穩(wěn)壓電源，高精度基準(zhǔn)源給線性穩(wěn)壓電路提供參考信號；前級開關(guān)穩(wěn)壓電源與后級線性穩(wěn)壓電源相串聯(lián)構(gòu)成了本儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置的主系統(tǒng)；快速采樣反饋控制電路與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源相連接，并從后級線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，使該裝置的主系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，其特征在于，所述的PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路，由集成電路(IC1)和外圍引線組成，該混合模式驅(qū)動(dòng)電路接收來自快速采樣反饋控制電路送來的反饋信號，并傳送給開關(guān)功率變換電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，其特征在于，所述的高精度基準(zhǔn)源，由集成穩(wěn)壓器(IC3)、高精度集成基準(zhǔn)源(IC4)以及外圍的電阻和電容組成，該基準(zhǔn)源給線性穩(wěn)壓電路提供參考信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，其特征在于，所述的快速采樣反饋控制電路由高速運(yùn)算放大器(IC5)、光電耦合器(IC2)以及外圍的電阻和電容組成。它與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源聯(lián)接，從后級線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓中取得采樣信號，經(jīng)過處理后將信號反饋給PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種儀器儀表專用穩(wěn)壓電源裝置，它涉及交流和直流之間用于電源的變換設(shè)備，特別是涉及一種交流功率輸入變換為直流功率輸出的電源設(shè)備。本裝置主要解決傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源裝置中所存在的輸出紋波大、穩(wěn)壓精度低和體積大、重量重的問題。它是在傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源中增加了PWM/PFM混合模式驅(qū)動(dòng)電路之后作為前級開關(guān)穩(wěn)壓電源，在傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源中增加了高精度基準(zhǔn)源之后作為后級線性穩(wěn)壓電源，并將兩者相串聯(lián)構(gòu)成了新的穩(wěn)壓電源裝置系統(tǒng)；同時(shí)，采用了快速采樣反饋控制電路，將它與前級開關(guān)穩(wěn)壓電源和后級線性穩(wěn)壓電源相聯(lián)接，使系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。該裝置可作為進(jìn)行高精度測量時(shí)所用儀器儀表的穩(wěn)壓電源。
文檔編號H02M7/12GK2814478SQ20052007919
公開日2006年9月6日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者王水平 申請人:西安電子科技大學(xué)