一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路的制作方法
【專利摘要】一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，包括微處理器芯片、起輝控制電路、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路、恒流電路和反饋電路，實現(xiàn)激光陀螺的起輝和維持功能，使得激光陀螺產(chǎn)生激光，維持激光，保持工作在一定的電流范圍，克服了原激光陀螺高壓電源電路由兩個變壓器實現(xiàn)帶來的功耗大、元器件種類和數(shù)量多等不足，同時有效減小了電路板的尺寸，有效抑制EMI干擾。
【專利說明】一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，屬于電路設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的激光陀螺高壓電源都是通過兩個變壓器分別輸出正高壓和負(fù)高壓，實現(xiàn)激光陀螺的起輝和維持功能，這樣導(dǎo)致激光陀螺高壓電源電路的元器件種類多，數(shù)量大，造成電路板尺寸偏大，電路功耗大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，通過一個變壓器實現(xiàn)激光陀螺的起輝和維持功能。該電路減少了元器件的種類和數(shù)量，簡化了電路的復(fù)雜程度、硬件簡潔、有較高的集成度。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
[0005]一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，包括:微處理器芯片、起輝控制電路、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路、恒流電路和反饋電路；
[0006]外部電源為微處理器芯片、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路和恒流電路供電，微處理器芯片輸出兩個基準(zhǔn)電壓信號給恒流電路，恒流電路為激光陀螺提供工作電流，同時還為微處理器芯片提供兩臂采樣信號，實現(xiàn)對陀螺是否起輝進行判斷，使能或禁止起輝控制電路；
[0007]在起輝控制電路使能的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出PWM波給變壓器整流濾波電路中的變壓器進行倍壓處理；在起輝控制電路禁止的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出低電平給變壓器進行倍壓處理，變壓器整流濾波電路將變壓器倍壓后的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號提供給激光陀螺的陰極，橫流電路為反饋電路提供反饋信號輸入，反饋電路為準(zhǔn)諧振控制器提供反饋量，從而控制PWM輸出的頻率。
[0008]起輝控制電路包括光耦N201、限流電阻R201、電阻R202、電阻R203和三極管V201 ；
[0009]限流電阻R201 —端與微處理器芯片的I/O 口連接，另一端與光耦N201的輸入正端相連，光耦N201的輸入負(fù)端接地，光耦N201的集電極輸出端通過電阻R202連接+15V電源，同時還通過電阻R203連接三極管V201的基極，三極管V201的集電極作為起輝控制電路的輸出與準(zhǔn)諧振控制芯片相連，使能或禁止PWM波的輸出，三極管V201的發(fā)射極和光耦N201的發(fā)射極均接地。
[0010]變壓器整流濾波電路包括變壓器T301、M0S管V301、限流電阻R301、電阻R302、電容C301、電容302和整流二極管V302 ；
[0011]限流電阻R301 —端與準(zhǔn)諧振控制芯片的PWM輸出端連接，另一端與MOS管V301的柵極連接，MOS管V301的源極接地，漏極與變壓器T301原邊輸入端相連，變壓器T301的另一個原邊輸入端連接+15V電源，變壓器T301的一個副邊輸出端接地，另一個副邊輸出端連接整流二極管V302的負(fù)極，整流二極管V302的正極通過電容C301接地，同時整流二極管V302的正極還通過電阻R302輸出到激光陀螺的陰極，電容C302并聯(lián)在地和激光陀螺陰極之間。
[0012]恒流電路包括放大器MO I?N403、三極管V401?V404、電阻R401?R415、三極管V401?V403和三極管V404 ；
[0013]微處理器芯片輸出的一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R416輸入到放大器N403的反向輸入端，另一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R417輸入到放大器N403的正向輸入端,放大器N403的反相輸入端通過電阻R418連接到放大器N403的輸出端，放大器N403的正向輸入端通過電阻R419接地，放大器N403的輸出端通過電阻R409與放大器401的正向輸入端以及放大器402的正向輸入端連接在一起；
[0014]放大器N401的反向輸入端通過電阻R401連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N401的反向輸入端還連接到三極管V401的發(fā)射極，三極管V401的集電極通過電阻R410和R412連接到反饋電路作為輸入，三極管V401的基極連接到三極管V403的發(fā)射極，三極管V403的基極通過電阻R403連接放大器N401的輸出端，三極管V403的集電極通過電阻R414連接激光陀螺的陽極輸入，放大器N401的輸出端還通過串聯(lián)到一起的電阻R405、R407、R408和R406連接到放大器N402的輸出端；
[0015]放大器N402的反向輸入端通過電阻R402連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N402的反向輸入端還連接到三極管V402的發(fā)射極，三極管V402的集電極通過電阻R411和R413連接到反饋電路作為輸入，三極管V402的基極連接到三極管V404的發(fā)射極，三極管V404的基極通過電阻R404連接放大器N402的輸出端，三極管V404的集電極通過電阻R415連接激光陀螺的另一個陽極輸入，放大器N402的輸出端通過電阻R406之后輸入到微處理芯片作為一路采樣信號，放大器N401的輸出端通過電阻R405之后輸入到微處理芯片作為另一路采樣信號。
[0016]反饋電路包括放大器N501、光耦N502、電阻R501、R502、R503、R504、電容C501和C502 ；
[0017]放大器N501的反向輸入端接地，正向輸入端通過電阻R502連接到放大器N501的輸出端，同時，該正向輸入端還通過電阻R501和電容C501連接到放大器N501的輸出端，電阻R501、R502和電容C501構(gòu)成積分運算電路；放大器N501的輸出端通過電阻R503連接到光耦N502的正輸入端，光耦N502的負(fù)輸入端接地，電阻R504和電容C502均并聯(lián)在光耦N502的兩個輸出端之間，光耦N502的發(fā)射極輸出端接地，其集電極輸出端連接到準(zhǔn)諧振控制芯片，作為其反饋輸入。
[0018]所述準(zhǔn)諧振控制芯片為意法公司的L6565芯片。
[0019]三極管V401、V402、V403 和 V404 是 PNP 型晶體管。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0021]本發(fā)明減少了元器件的種類和數(shù)量，簡化了電路的復(fù)雜程度，硬件簡潔，有較高的集成度。且本發(fā)明實現(xiàn)激光陀螺的起輝和維持功能，使得激光陀螺產(chǎn)生激光，維持激光，保持工作在一定的電流范圍，克服了原激光陀螺高壓電源電路由兩個變壓器實現(xiàn)帶來的功耗大、元器件種類和數(shù)量多等不足，同時有效減小了電路板的尺寸，有效抑制EMI干擾【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的電路原理示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明起輝控制電路原理示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明變壓器整流濾波電路原理示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明恒流電路原理示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明反饋電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明提供的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，如圖1所示，包括微處理器芯片、起輝控制電路、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路、恒流電路和反饋電路；
[0028]外部電源為微處理器芯片、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路和恒流電路供電，微處理器芯片輸出兩個基準(zhǔn)電壓信號給恒流電路，恒流電路為激光陀螺提供工作電流，同時還為微處理器芯片提供兩臂采樣信號，實現(xiàn)對陀螺是否起輝進行判斷，使能或禁止起輝控制電路；
[0029]在起輝控制電路使能的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出PWM波給變壓器整流濾波電路中的變壓器進行倍壓處理；在起輝控制電路禁止的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出低電平給變壓器進行倍壓處理，變壓器整流濾波電路將變壓器倍壓后的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號提供給激光陀螺的陰極，橫流電路為反饋電路提供反饋信號輸入，反饋電路為準(zhǔn)諧振控制器提供反饋量，從而控制PWM輸出的頻率。
[0030]本發(fā)明中所采用的微處理器芯片為SILICON公司的C8051F系列的單片機，工作電壓直流3.3V。該芯片輸出兩個基準(zhǔn)電壓信號給恒流電路，用來設(shè)置激光陀螺的工作電流。同時，該芯片通過AD轉(zhuǎn)換接口對恒流電路進行采樣，與內(nèi)部設(shè)置的門限值進行比較。當(dāng)激光陀螺未起輝，采樣值大于門限值，微處理器芯片通過I/O 口輸出低電平；當(dāng)激光陀螺起輝，米樣值小于門限值，微處理器芯片輸出高電平。
[0031]起輝控制電路原理如圖2所示，包括光耦N201、限流電阻R201、電阻R202、電阻R203和三極管V201。限流電阻R201 —端與微處理器芯片的I/O 口連接，另一端與光耦N201的輸入正端相連，光耦N201的輸入負(fù)端接地，光耦N201的集電極輸出端通過電阻R202連接+15V電源，同時還通過電阻R203連接三極管V201的基極，三極管V201的集電極作為起輝控制電路的輸出與準(zhǔn)諧振控制芯片相連，使能或禁止PWM波的輸出，三極管V201的發(fā)射極和光耦N201的發(fā)射極均接地。
[0032]其工作過程:微處理器芯片輸出低電平，光耦N201的內(nèi)部二極管關(guān)斷，光耦N201輸出高電平，經(jīng)電阻R202、電阻R203分壓后將三極管V201打開，輸出低電平給準(zhǔn)諧振控制芯片，關(guān)斷PWM波輸出。微處理器芯片輸出高電平，光耦N201的內(nèi)部二極管導(dǎo)通，光耦N201輸出低電平，經(jīng)電阻R202、電阻R203分壓后將三極管V201關(guān)斷，輸出高電平給準(zhǔn)諧振控制芯片，使能PWM波輸出。
[0033]本發(fā)明中所采用的準(zhǔn)諧振控制芯片為意法公司的L6565，工作電壓直流15V。準(zhǔn)諧振控制芯片具有輸出PWM波的頻率會隨著負(fù)載的變化而變化的特點。當(dāng)負(fù)載增大時，PWM波的頻率會減??；當(dāng)負(fù)載減小時，PWM波的頻率會增大。該芯片具有使能控制端，控制是否輸出PWM波。同時，該芯片內(nèi)部集成了誤差放大器，通過誤差放大器的輸出來實現(xiàn)PWM波的頻率的改變。對于激光陀螺，在起輝過程中，激光陀螺阻抗無窮大，L6565輸出PWM波頻率小，使得變壓器輸出電壓高；當(dāng)起輝完成后，激光陀螺阻抗變?yōu)檎准墸琇6565輸出PWM波頻率高，使得變壓器輸出電壓低，使得激光陀螺處于維持階段。
[0034]變壓器整流濾波電路原理如圖3所示，變壓器整流濾波電路包括變壓器T301、M0S管V301、限流電阻R301、電阻R302、電容C301、電容302和整流二極管V302 ；
[0035]限流電阻R301 —端與準(zhǔn)諧振控制芯片的PWM輸出端連接，另一端與MOS管V301的柵極連接，MOS管V301的源極接地，漏極與變壓器T301原邊輸入端相連，變壓器T301的另一個原邊輸入端連接+15V電源，變壓器T301的一個副邊輸出端接地，另一個副邊輸出端連接整流二極管V302的負(fù)極，整流二極管V302的正極通過電容C301接地，同時整流二極管V302的正極還通過電阻R302輸出到激光陀螺的陰極，電容C302并聯(lián)在地和激光陀螺陰極之間。
[0036]其具體工作過程是:準(zhǔn)諧振控制芯片輸出的PWM波通過MOS的通斷，在變壓器的原邊輸入端形成斬波。該斬波被變壓器放大后，形成高壓脈沖信號，通過高壓整流二極管V302和高壓濾波電容C301轉(zhuǎn)換為直流高壓信號，輸出給激光陀螺的陰極。
[0037]恒流電路如圖4所示，包括放大器N401?N403、三極管V401?V404、電阻R401?R415、三極管V401?V403和三極管V404 ；
[0038]微處理器芯片輸出的一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R416輸入到放大器N403的反向輸入端，另一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R417輸入到放大器N403的正向輸入端,放大器N403的反相輸入端通過電阻R418連接到放大器N403的輸出端，放大器N403的正向輸入端通過電阻R419接地，放大器N403的輸出端通過電阻R409與放大器401的正向輸入端以及放大器402的正向輸入端連接在一起；
[0039]放大器N401的反向輸入端通過電阻R401連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N401的反向輸入端還連接到三極管V401的發(fā)射極，三極管V401的集電極通過電阻R410和R412連接到反饋電路作為輸入，三極管V401的基極連接到三極管V403的發(fā)射極，三極管V403的基極通過電阻R403連接放大器N401的輸出端，三極管V403的集電極通過電阻R414連接激光陀螺的陽極輸入，放大器N401的輸出端還通過串聯(lián)到一起的電阻R405、R407、R408和R406連接到放大器N402的輸出端；
[0040]放大器N402的反向輸入端通過電阻R402連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N402的反向輸入端還連接到三極管V402的發(fā)射極，三極管V402的集電極通過電阻R411和R413連接到反饋電路作為輸入，三極管V402的基極連接到三極管V404的發(fā)射極，三極管V404的基極通過電阻R404連接放大器N402的輸出端，三極管V404的集電極通過電阻R415連接激光陀螺的另一個陽極輸入，放大器N402的輸出端通過電阻R406之后輸入到微處理芯片作為一路采樣信號，放大器N401的輸出端通過電阻R405之后輸入到微處理芯片作為另一路采樣信號
[0041]其工作原理:微處理器芯片輸出兩個基準(zhǔn)電壓信號至電阻R416、R417，經(jīng)過運算轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的電壓信號作用在電阻R409處。電阻R409的另一端連接到放大器N401、N402的正向輸入端。放大器N401、N402分別驅(qū)動三極管V403、V404。三極管V401、V403構(gòu)成達(dá)林頓管，使得電流流向激光陀螺的陽極，并穩(wěn)定電流。同理，三極管V402、V404用來控制激光陀螺的另一個陽極的電流。三極管V401、V402、V403、V404是高耐壓的PNP型晶體管。電阻R401、R402為精密電阻，流過電阻的電流經(jīng)過三極管流向激光陀螺的陽極。電阻R405、R407對放大器N401和放大器N403輸出電壓進行分壓，得到采樣電壓作為微處理器芯片的輸入。電阻R406、R408對放大器N402和放大器N403輸出電壓進行分壓，得到采樣電壓作為微處理器芯片的輸入。電阻R414、R415作為激光陀螺的鎮(zhèn)流電阻，在激光陀螺起輝過程中使得陀螺其特性呈現(xiàn)正阻性。電阻R410、R412、R411、R413構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)對激光陀螺兩陽極電壓進行采樣得到反饋信號V3，作為反饋電路的輸入。
[0042]反饋電路主要是對恒流電路的反饋信號V3進行運算，作為準(zhǔn)諧振控制芯片的反饋輸入，從而控制PWM輸出的頻率，具體原理如圖5所示。反饋電路包括放大器N501、光耦N502、電阻 R501、R502、R503、R504、電容 C501 和 C502 ；
[0043]放大器N501的反向輸入端接地，正向輸入端通過電阻R502連接到放大器N501的輸出端，同時，該正向輸入端還通過電阻R501和電容C501連接到放大器N501的輸出端，電阻R501、R502和電容C501構(gòu)成積分運算電路；放大器N501的輸出端通過電阻R503連接到光耦N502的正輸入端，光耦N502的負(fù)輸入端接地，電阻R504和電容C502均并聯(lián)在光耦N502的兩個輸出端之間，光耦N502的發(fā)射極輸出端接地，其集電極輸出端連接到準(zhǔn)諧振控制芯片，作為其反饋輸入。反饋輸入增大，PWM波頻率變高，變壓器輸出電壓變小；反饋輸入減小，PWM波頻率變低，變壓器輸出電壓變大。
【權(quán)利要求】
1.一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于包括:微處理器芯片、起輝控制電路、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路、恒流電路和反饋電路； 外部電源為微處理器芯片、準(zhǔn)諧振控制芯片、變壓器整流濾波電路和恒流電路供電，微處理器芯片輸出兩個基準(zhǔn)電壓信號給恒流電路，恒流電路為激光陀螺提供工作電流，同時還為微處理器芯片提供兩臂采樣信號，實現(xiàn)對陀螺是否起輝進行判斷，使能或禁止起輝控制電路； 在起輝控制電路使能的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出PWM波給變壓器整流濾波電路中的變壓器進行倍壓處理；在起輝控制電路禁止的狀態(tài)下，準(zhǔn)諧振控制芯片輸出低電平給變壓器進行倍壓處理，變壓器整流濾波電路將變壓器倍壓后的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號提供給激光陀螺的陰極，橫流電路為反饋電路提供反饋信號輸入，反饋電路為準(zhǔn)諧振控制器提供反饋量，從而控制PWM輸出的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:起輝控制電路包括光耦N201、限流電阻R201、電阻R202、電阻R203和三極管V201 ； 限流電阻R201 —端與微處理器芯片的I/O 口連接，另一端與光耦N201的輸入正端相連，光耦N201的輸入負(fù)端接地，光耦N201的集電極輸出端通過電阻R202連接+15V電源，同時還通過電阻R203連接三極管V201的基極，三極管V201的集電極作為起輝控制電路的輸出與準(zhǔn)諧振控制芯片相連，使能或禁止PWM波的輸出，三極管V201的發(fā)射極和光耦N201的發(fā)射極均接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:變壓器整流濾波電路包括變壓器T301、MOS管V301、限流電阻R301、電阻R302、電容C301、電容302和整流二極管V302 ；` 限流電阻R301 一端與準(zhǔn)諧振控制芯片的PWM輸出端連接，另一端與MOS管V301的柵極連接，MOS管V301的源極接地，漏極與變壓器T301原邊輸入端相連，變壓器T301的另一個原邊輸入端連接+15V電源，變壓器T301的一個副邊輸出端接地，另一個副邊輸出端連接整流二極管V302的負(fù)極，整流二極管V302的正極通過電容C301接地，同時整流二極管V302的正極還通過電阻R302輸出到激光陀螺的陰極，電容C302并聯(lián)在地和激光陀螺陰極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:恒流電路包括放大器N401~N403、三極管V401~V404、電阻R401~R415、三極管V401~V403和三極管V404 ； 微處理器芯片輸出的一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R416輸入到放大器N403的反向輸入端，另一個基準(zhǔn)電壓信號通過電阻R417輸入到放大器N403的正向輸入端，放大器N403的反相輸入端通過電阻R418連接到放大器N403的輸出端，放大器N403的正向輸入端通過電阻R419接地，放大器N403的輸出端通過電阻R409與放大器401的正向輸入端以及放大器402的正向輸入端連接在一起； 放大器N401的反向輸入端通過電阻R401連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N401的反向輸入端還連接到三極管V401的發(fā)射極，三極管V401的集電極通過電阻R410和R412連接到反饋電路作為輸入，三極管V401的基極連接到三極管V403的發(fā)射極，三極管V403的基極通過電阻R403連接放大器N401的輸出端，三極管V403的集電極通過電阻R414連接激光陀螺的陽極輸入，放大器N401的輸出端還通過串聯(lián)到一起的電阻R405、R407、R408和R406連接到放大器N402的輸出端； 放大器N402的反向輸入端通過電阻R402連接到所述微處理器芯片的另一個基準(zhǔn)電壓信號輸出，同時，放大器N402的反向輸入端還連接到三極管V402的發(fā)射極，三極管V402的集電極通過電阻R411和R413連接到反饋電路作為輸入，三極管V402的基極連接到三極管V404的發(fā)射極，三極管V404的基極通過電阻R404連接放大器N402的輸出端，三極管V404的集電極通過電阻R415連接激光陀螺的另一個陽極輸入，放大器N402的輸出端通過電阻R406之后輸入到微處理芯片作為一路米樣信號，放大器N401的輸出端通過電阻R405之后輸入到微處理芯片作為另一路采樣信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:反饋電路包括放大器N501、光耦N502、電阻R501、R502、R503、R504、電容C501和 C502 ； 放大器N501的反向輸入端接地，正向輸入端通過電阻R502連接到放大器N501的輸出端，同時，該正向輸入端還通過電阻R501和電容C501連接到放大器N501的輸出端，電阻R50UR502和電容C501構(gòu)成積分運算電路；放大器N501的輸出端通過電阻R503連接到光耦N502的正輸入端，光耦N502的負(fù)輸入端接地，電阻R504和電容C502均并聯(lián)在光耦N502的兩個輸出端之間，光耦N502的發(fā)射極輸出端接地，其集電極輸出端連接到準(zhǔn)諧振控制芯片，作為其反饋輸入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:所述準(zhǔn)諧振控制芯片為意法公司的L6565芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單變壓器實現(xiàn)激光陀螺高壓電源起輝維持功能的電路，其特征在于:三極管V401、V402、V403和V404是PNP型晶體管。
【文檔編號】G01C19/64GK103630128SQ201310547596
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】張宏偉, 楊雨, 李錦成, 尹焱, 王冬梅, 陳慶領(lǐng) 申請人:北京航天時代激光導(dǎo)航技術(shù)有限責(zé)任公司