一种高精度低功耗的数控电源的制作方法
【专利摘要】一种高精度低功耗的数控电源，包括混合信号处理器，所述混合信号处理器连接触点开关阵列、LCD显示、过流过压保护电路、开关电源转换芯片、主电路以及D/A转换器；所述开关电源转换芯片连接单刀双掷开关S的动端，所述单刀双掷开关S的两个不动端分别连接稳压电路与稳流电路；所述主电路连接稳压电路与稳流电路；所述D/A转换器连接稳压电路与稳流电路。它具有高效率，高精度，低功耗的优点，同时该数控电源的瞬态响应好。
【专利说明】一种高精度低功耗的数控电源
【技术领域】
[0001]本发明属于开关变换器领域，尤其涉及一种高精度低功耗的数控电源。
【背景技术】
[0002]开关变换器又称开关电源，是功率开关器件工作在开关状态下的功率变换器，它通过开关的周期性导通和关断，将输入端的输入电压转换为负载端的输出电压。数控电源是开关变换器的一种，是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。
[0003]随着电子设备的普及和发展，人们对这些设备的精度要求越来越高，这就导致对设备的供电电源精度要求也越来越高，同时还要求供电电源的稳定性越来越好，因此,数控电源也必须随着这些产品一起迈向高精度，高稳定的目标。但是目前的数控电源采用数字反馈，该反馈形式响应速度慢，输出纹波电流大，这就导致了整个电源系统的瞬态响应差。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种高精度低功耗的数控电源，它具有高效率，高精度，低功耗的优点，同时该数控电源的瞬态响应好。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0006]一种高精度低功耗的数控电源，包括混合信号处理器，所述混合信号处理器连接触点开关阵列、LCD显示、过流过压保护电路、开关电源转换芯片、主电路以及D/A转换器；所述开关电源转换芯片连接单刀双掷开关S的动端，所述单刀双掷开关S的两个不动端分别连接稳压电路与稳流电路；所述主电路连接稳压电路与稳流电路；所述D/A转换器连接稳压电路与稳流电路。
[0007]所述混合信号处理器为MSP430，所述开关电源转换芯片为TPS5430，所述D/A转换器为 TLV5618。
[0008]所述主电路包括:所述TPS5430的BOOT引脚与PH引脚之间连接电容C3，所述TPS5430的BOOT引脚通过反向连接的稳压二极管Dl接地，所述TPS5430的BOOT引脚通过电感LI连接输出端Vout，所述输出端Vout通过有极性电容C4接地，所述有极性电容C4的正极连接输出端Vout，所述有极性电容C4并联连接电容C5。
[0009]所述稳压电路包括:所述输出端Vout通过依次串联连接的可调电阻RLl与电阻RSl接地；所述可调电阻RLl并联连接一串联电路，所述串联电路为串联连接的电阻Rl与电阻R2 ;所述电阻Rl与电阻R2之间的节点通过电阻R3连接运算放大器U5的反相输入端，所述运算放大器U5的方向输入端通过电阻R4连接端子0UTB，所述运算放大器U5的正相输入端通过电阻R5接地，所述可调电阻RLl与电阻RSl之间的节点通过电阻Rf3连接运算放大器U5的正相输入端，所述运算放大器U5的输出端连接单刀双掷开关S的不动端Y ;所述单刀双掷开关S的动端连接TPS5430的反馈引脚VSNS。
[0010]所述稳流电路包括:所述输出端Vout通过依次并联连接的可调电阻RL与电阻RS接地，所述可调电阻RL与电阻RS之间的节点连接电流检测芯片INA282的+IN引脚，所述电流检测芯片INA282的-1N引脚接地，所述电流检测芯片INA282的GND、REPl和REP2引脚接地，所述电流检测芯片INA282的V+引脚接VCC，所述电流检测芯片INA282的OUT引脚通过电阻R6连接运算放大器U4的反相输入端，所述运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7连接VCC，所述运算放大器U4的正相输入端通过电阻R8接地，所述运算放大器U4的输出端接单刀双掷开关S的不动端X，所述单刀双掷开关S的不动端X连接端子V0UTA，所述运算放大器U4的输出端与正相输入端之间连接电阻Rf2。
[0011]所述过流过压保护电路包括集成运放芯片LM324，LM324的OUT引脚连接MSP430的P6.0引脚与三极管Tl的基极，三极管Tl的发射极接地，三极管Tl的集电极连接继电器Kl的线圈负极，继电器Kl的线圈正极连接VCC，LM324的OUT引脚与IIN-引脚之间连接电阻R9，LM324的IIN-引脚通过电阻RlO接地，LM324的IIN+引脚通过电阻R12连接端子0UTB，LM324的的IIN+引脚通过电阻R3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻Rl3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻R14连接端子0UTA，LM324的2IN-引脚通过电阻R15接地，LM324的20UT引脚与2IN-引脚之间接电阻R16，LM324的20UT引脚连接MSP430的P6.1引脚，LM324的的20UT引脚连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈负极，继电器K2的线圈正极连接VCC。
[0012]所述TLV5618的/CS引脚连接MSP430的P2.0引脚，所述TLV5618的VDD引脚连接VCC，所述TLV5618的OUTA引脚为端子0UTA，所述TLV5618的OUTB引脚为端子OUTBjjf述TLV5618的AGND引脚接地，所述TLV5618的REF引脚连接基准电压源输出端，所述基准电压源为REF5020，所述REF5020的IN引脚连接供电电源。
[0013]本发明的有益效果为:
[0014]1、采用TPS5430集成稳压芯片，达到了很好的稳压效果，效率高，负载能力强；
[0015]2、反馈方式采用了数字反馈与模拟反馈相结合，集成了 2种反馈方式的优点，系统响应速度快，能够实现数控，稳定性好；
[0016]3、采用过流过压保护电路，实现了对电路的保护，增加了使用寿命；
[0017]4、本发明运用了集成在芯片内部的内置MOS管，故在开关管处的压降较小，功耗低，效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本发明系统框图；
[0019]图2本发明混合信号处理器；
[0020]图3本发明稳压、稳流电路图；
[0021]图4过流过压保护电路；
[0022]图OT/A转换器；
[0023]图6LCD 显示；
[0024]图7触点开关阵列。
【具体实施方式】
[0025]为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0026]如图1所示，一种高精度低功耗的数控电源，包括混合信号处理器，混合信号处理器连接触点开关阵列、LCD显示、过流过压保护电路、开关电源转换芯片、主电路以及D/A转换器；开关电源转换芯片通过单刀双掷开关S连接稳压电路与稳流电路，稳压电路与稳流电路分别连接单刀双掷开关S的不动端；主电路连接稳压电路与稳流电路；D/A转换器连接稳压电路与稳流电路。
[0027]如图2所示，本发明的混合信号处理器为MSP430单片机。它具有超低功耗、运算速度快、处理能力强、片内资源丰富、方便高效的开发环境等优点。
[0028]如图3所示，本发明的稳压稳流电路结构，开关电源转换芯片为TPS5430，TPS5430的VIN弓丨脚连接上级电路输出，TPS5430的VIN引脚与GND引脚之间连接有极性电容Cl，有极性电容的正极连接VIN引脚有极性电容Cl并联连接电容C2，TPS5430的BOOT引脚与PH引脚之间连接电容C3，TPS5430的BOOT引脚通过反向连接的稳压二极管Dl接地，TPS5430的BOOT引脚通过电感LI连接输出端Vout，输出端Vout通过有极性电容C4接地，有极性电容C4的正极连接输出端Vout，有极性电容C4并联连接电容C5，输出端Vout通过依次并联连接的可调电阻RL与电阻RS接地，可调电阻RL与电阻RS之间的节点连接电流检测芯片INA282的+IN引脚，电流检测芯片INA282的-1N引脚接地，INA282的GND、REPI和REP2引脚接地，INA282的V+引脚接VCC，INA282的out引脚通过电阻R6连接运算放大器U4的反相输入端，运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7连接VCC，运算放大器U4的正相输入端通过电阻R8接地，运算放大器U4的输出端接单刀双掷开关S的不动端X，单刀双掷开关S的不动端X连接端子V0UTA，运算放大器U4的输出端与正相输入端之间连接电阻Rf2。输出端Vout通过依次串联连接的可调电阻RLl与电阻RSl接地，可调电阻RLl并联连接一串联电路:串联连接的电阻Rl与电阻R2，电阻Rl与电阻R2之间的节点通过电阻R3连接运算放大器U5的反相输入段，运算放大器U5的方向输入端通过电阻R4连接端子0UTB，运算放大器U5的正相输入端通过电阻R5接地，可调电阻RLl与电阻RSl之间的节点通过电阻Rf3连接运算放大器U5的正相输入端，运算放大器U5的输出端连接单刀双掷开关S的不动端Y。单刀双掷开关S的动端连接TPS5430的反馈引脚VSNS。
[0029]TPS54340工作输入电压宽泛,可提供稳健的输入电压保护，电流模式控制支持简单外部补偿以及高度灵活的原件选择，同时具有了业界精准参考精度，可在各种操作条件下对输出电压更好地进行稳压，整合型高侧MOSFET在高电流下提供高效率，具有长期的可靠性。利用TPS5430降压开关型集成稳压芯片设计的稳流电源，可提供3A连续电流输出，效率高(高达95% )，它集成了固定频率振荡器和基准稳压器，并具有完善的保护电路，包括过流保护及过热保护电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。TPS5430采用高度可靠的散热增强型8引脚SOIC封装，体积小，散热性能优良。
[0030]如图3所示，该电路图如图将稳压反馈接在采样电阻高端，反馈部分如果仅使用模拟反馈，则响应速度快，输出纹波电流小，但不容易实现数控；如果仅使用数字反馈则电路简单，但响应速度慢，输出纹波电流大，所以本系统使用了模拟+数字反馈的形式，使系统同时具有2种反馈形式的优点。INA282为TI公司推出的电流检测芯片，其原理是将采样电阻R两端电压成比例放大，然后输出，比较，U4与R3、R4、R5、Rf2组成加法器，Vc为控制电压，由D/A芯片控制，实现电压的步进。
[0031]如图4所示，过流过压保护电路，包括集成运放芯片LM324，LM324的OUT引脚连接MSP430的P6.0引脚与三极管Tl的基极，三极管Tl的发射极接地，三极管Tl的集电极连接继电器Kl的线圈负极，继电器Kl的线圈正极连接VCC，LM324的OUT引脚与IIN-引脚之间连接电阻R9，LM324的IIN-引脚通过电阻RlO接地，LM324的IIN+引脚通过电阻R12连接端子OUTB，LM324的的IIN+引脚通过电阻R3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻Rl3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻R14连接端子OUTA，LM324的2IN-引脚通过电阻R15接地，LM324的20UT引脚与2IN-引脚之间接电阻R16，LM324的20UT引脚连接MSP430的P6.1引脚，LM324的的20UT引脚连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈负极，继电器K2的线圈正极连接VCC。
[0032]其中OUTA和OUTB分别为电流采样电阻和电压采样电阻所采集到的信号电压，经过LM324的放大或缩小，通过AD采样将数据传给单片机，经过单片机判断后，打开或关闭继电器以控制电路的通断，实现电路保护。
[0033]如图5所示，D/A转换器为TLV5618，TLV5618的/CS引脚连接MSP430的P2.0引脚，TLV5618的VDD引脚连接VCC，TLV5618的OUTA引脚为端子0UTA，TLV5618的OUTB引脚为端子0UTB，TLV5618的AGND引脚接地，TLV5618的REF引脚连接基准电压源输出端，基准电压源为REF5020，REF5020的IN引脚连接供电电源。
[0034]如图6所示，IXD显示，用于显示整个系统的输出输入状态，具体连接关系为:驱动芯片为12864，驱动芯片12864的第3引脚至第16引脚分别接MSP430的P2.4至P2.6引脚、P5.0至P5.7引脚、P2.1至P2.3引脚。
[0035]如图7所示，触点开关阵列的具体排列关系为:MSP430的Pl.0引脚连接触点开关
51、S5、S9、S13的干触点，触点开关S1、S5、S9、S13的另一干触点分别连接MSP430的Pl.4、P1.5、P1.6、P1.7 ;MSP430的PL I引脚连接触点开关S2、S6、S10、S14的干触点，触点开关
52、S6、S10、S14的另一干触点分别连接 MSP430 的 Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7 ；MSP430 的 Pl.2引脚连接触点开关S3、S7、S11、S15的干触点，触点开关S3、S7、S11、S15的另一干触点连接MSP430 的 Pl.4,Pl.5,Pl.6,Pl.7 ；MSP430 的 Pl.3 引脚连接触点开关 S4、S8、S12、S16 的干触点，触点开关S4、S8、S12、S16的另一干触点连接MSP430的Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7。
[0036]触点开关阵列用于输入选择。
[0037]本发明的高效率体现在:
[0038]1、稳流电路部分我们采用基于TPS5430稳压芯片的恒流源方案，克服了使用MOS管时功耗大、发热严重、效率低下的缺点。同时在反馈部分系统采用了模拟+数字反馈形式，使系统同时具有2种反馈形式的优点。模拟反馈，响应速度快，输出纹波电流小。数字反馈，电路简单。从而提高了稳压电路的效率。
[0039]2、对于处理器我们选择MSP430系列单片机，它具有超低功耗、运算速度快、处理能力强、片内资源丰富、方便高效的开发环境等优点。
[0040]3、稳压电路部分我们采用TPS54340稳压芯片，克服了使用TL494时MOS管功耗大、发热严重、效率不足的缺点。从而提高了稳压电路的效率。
[0041]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，包括混合信号处理器，所述混合信号处理器连接触点开关阵列、LCD显示、过流过压保护电路、开关电源转换芯片、主电路以及D/A转换器；所述开关电源转换芯片连接单刀双掷开关S的动端，所述单刀双掷开关S的两个不动端分别连接稳压电路与稳流电路；所述主电路连接稳压电路与稳流电路；所述D/A转换器连接稳压电路与稳流电路。
2.如权利要求1所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述混合信号处理器为MSP430，所述开关电源转换芯片为TPS5430，所述D/A转换器为TLV5618。
3.如权利要求2所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述主电路包括:所述TPS5430的BOOT引脚与PH引脚之间连接电容C3，所述TPS5430的BOOT引脚通过反向连接的稳压二极管Dl接地，所述TPS5430的BOOT引脚通过电感LI连接输出端Vout，所述输出端Vout通过有极性电容C4接地，所述有极性电容C4的正极连接输出端Vout，所述有极性电容C4并联连接电容C5。
4.如权利要求3所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述稳压电路包括:所述输出端Vout通过依次串联连接的可调电阻RLl与电阻RSl接地；所述可调电阻RLl并联连接一串联电路，所述串联电路为串联连接的电阻Rl与电阻R2 ;所述电阻Rl与电阻R2之间的节点通过电阻R3连接运算放大器U5的反相输入端，所述运算放大器U5的方向输入端通过电阻R4连接端子0UTB，所述运算放大器U5的正相输入端通过电阻R5接地，所述可调电阻RLl与电阻RSl之间的节点通过电阻Rf3连接运算放大器U5的正相输入端，所述运算放大器U5的输出端连接单刀双掷开关S的不动端Y ;所述单刀双掷开关S的动端连接TPS5430的反馈引脚VSNS。
5.如权利要求3或4所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述稳流电路包括:所述输出端Vout通过依次并联连接的可调电阻RL与电阻RS接地，所述可调电阻RL与电阻RS之间的节点连接电流检测芯片INA282的+IN引脚，所述电流检测芯片INA282的-1N引脚接地，所述电流检测芯片INA282的GND、REPl和REP2引脚接地，所述电流检测芯片INA282的V+引脚接VCC，所述电流检测芯片INA282的OUT引脚通过电阻R6连接运算放大器U4的反相输入端，所述运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7连接VCC，所述运算放大器U4的正相输入端通过电阻R8接地，所述运算放大器U4的输出端接单刀双掷开关S的不动端X，所述单刀双掷开关S的不动端X连接端子V0UTA，所述运算放大器U4的输出端与正相输入端之间连接电阻Rf2。
6.如权利要求2或3或4所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述过流过压保护电路包括集成运放芯片LM324，LM324的OUT引脚连接MSP430的P6.0引脚与三极管Tl的基极，三极管Tl的发射极接地，三极管Tl的集电极连接继电器Kl的线圈负极，继电器Kl的线圈正极连接VCC，LM324的OUT引脚与IIN-引脚之间连接电阻R9，LM324的IIN-引脚通过电阻RlO接地，LM324的IIN+引脚通过电阻R12连接端子0UTB，LM324的的IIN+引脚通过电阻R3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻Rl3接地，LM324的2IN+引脚通过电阻R14连接端子OUTA, LM324的2IN-引脚通过电阻R15接地，LM324的20UT引脚与2IN-引脚之间接电阻R16, LM324的20UT引脚连接MSP430的P6.1引脚，LM324的的20UT引脚连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极连接继电器K2的线圈负极，继电器K2的线圈正极连接VCC。
7.如权利要求6所述的一种高精度低功耗的数控电源，其特征是，所述TLV5618的/CS引脚连接MSP430的P2.0引脚，所述TLV5618的VDD引脚连接VCC，所述TLV5618的OUTA引脚为端子0UTA，所述TLV5618的OUTB引脚为端子0UTB，所述TLV5618的AGND引脚接地，所述TLV5618的REF引脚连接基准电压源输出端，所述基准电压源为REF5020，所述REF5020的IN引脚连接供电电源。
【文档编号】H02M3/20GK104410277SQ201410783368
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】任宏伟, 刘仍庆, 杨阳, 陈宇菲, 程新功 申请人:济南大学