專利名稱：一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電源產(chǎn)品，尤其是涉及一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源。
背景技術(shù)：
在電子實(shí)驗(yàn)室中，由于需要用于測試多種不同的產(chǎn)品，通常選用的電源需要有一定的余量，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下很難預(yù)料到將來可能出現(xiàn)的各種測試要求。所以，目前市場上現(xiàn)狀就是，很多實(shí)驗(yàn)室必須備多個型號的電源來實(shí)現(xiàn)測試需求，因?yàn)槌Ｒ?guī)的DC電源包括線性電源和開關(guān)電源，線性電源的隔離變壓器和開關(guān)電源的高頻變壓器起著電氣隔離和功率傳輸?shù)碾p重作用，其功率輸出能力都是正比于它的磁芯截面積和繞線窗口的面積，對于確定的變壓器，其傳遞的最大功率受限于磁芯的有效截面積和繞線窗口的面積，這個最大功率限制了其輸出電壓電流的乘積，如果一定的輸出電壓下需要更大的輸出電流，就必須更大的變壓器，而更換更大的變壓器需要更高的成本，且需要更大的機(jī)箱來放置，即占用實(shí)驗(yàn)室空間、浪費(fèi)測試成本，又造成接線的麻煩，因?yàn)閷τ诠こ處熞馕吨?，每測試一種產(chǎn)品，就需要更換一種電源?？傮w來說，目前市場上的此類電源產(chǎn)品在一定功率范圍內(nèi)的電壓/電流量程范圍窄的缺陷造成客戶需要購買多臺不同功率的電源實(shí)現(xiàn)測試要求，造成了購置電源成本的提高和資源浪費(fèi)，同時頻繁更換電源操作十分的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決在小體積機(jī)箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一定功率范圍內(nèi)非常寬廣的高電壓/ 低電流或者低電壓/高電流的輸出工作范圍，以及實(shí)現(xiàn)電源更快的、可調(diào)特性的輸出電壓或輸出電流的下降特性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源， 包括前級電源和CPU控制電路，還包括降壓電路，所述降壓電路包括MOS管Q1、二極管D1、 蓄能電感Li、負(fù)載電阻R4、電流取樣電阻R5、電容C3、輸出電容C2、驅(qū)動電路、PWM電路；
MOS管Ql的漏極和前級電源的輸出正極連接，源極和驅(qū)動電路的一個輸出端、二極管 Dl的負(fù)極和蓄能電感Ll的一端連接，柵極和驅(qū)動電路的另一端連接；
蓄能電感Ll的另一端和負(fù)載電阻R4的一端、電容C3的一端和輸出電容C2的正極連接，用于作為自動量程電源的輸出正極；
前級電源的輸出負(fù)極和二極管Dl的正極、負(fù)載電阻R4的另一端、電容C3的另一端和電流取樣電阻R5的一端連接；
電流取樣電阻R5的另一端和輸出電容C2的負(fù)極連接，用于作為自動量程電源的輸出負(fù)極；
PWM電路的輸入端接收CPU控制電路的電壓或電流比較信號輸出PWM脈沖到驅(qū)動電路的輸入端，再由驅(qū)動電路的輸出端分別連接MOS管Ql的源極和柵極，控制MOS管Ql的通斷。還包括至少一個電子負(fù)載、電子負(fù)載包括MOS管Q2、電子負(fù)載誤差放大器和限流電阻R6 ；
MOS管Q2的漏極和輸出電容C2的正極連接，柵極和電子負(fù)載誤差放大器的輸出端連接，源極和限流電阻R6的一端和電子負(fù)載運(yùn)算放大器的負(fù)端連接，限流電阻R6的另一端和前級電源的負(fù)極連接；
CPU控制電路和電子負(fù)載誤差放大器的正輸入端連接，用于控制MOS管Q2的通斷。所述CPU控制電路包括電流誤差放大器、電壓誤差放大器、電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路、分壓電阻Rl、R2、R3、三極管Q3、PWM狀態(tài)比較器、狀態(tài)比較電平端和電子負(fù)載使能信號端；
PWM狀態(tài)比較器的輸出端和三極管Q3的基極連接，三極管Q3的基極設(shè)置有電子負(fù)載使能信號端，三極管Q3的發(fā)射極和自動量程電源的負(fù)極連接，三極管Q3的集電極依次串聯(lián)連接分壓電阻R2、R3后，再和電子負(fù)載誤差放大器的正輸入端連接，分壓電阻Rl的一端連接在分壓電阻R2、R3之間，另一端和電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路連接，PWM狀態(tài)比較器的一個輸入端設(shè)置為狀態(tài)比較電平端，另一個輸入端和電流誤差放大器及電壓誤差放大器的輸出端連接；
電流誤差放大器的輸入端并聯(lián)在電流取樣電阻R5的兩端，采集電流信號后經(jīng)電流誤差放大器輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管Ql的通斷；
電壓誤差放大器的輸入端并聯(lián)在輸出電容C2的兩端，采集到電壓信號后經(jīng)電壓誤差放大器的輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管Ql的通斷；
電流誤差放大器的輸出端、電壓誤差方大器的輸出端和PWM電路的輸入端相連。PWM電路包括PWM比較器，PWM比較器的輸入端為PWM電路的輸入端。MOS管Ql的漏極和源極上跨接有吸收電容Cl。前級電源為常規(guī)開關(guān)電源或常規(guī)線性電源。本發(fā)明的工作原理是在常規(guī)開關(guān)電源或常規(guī)線性電源的信號輸出端基礎(chǔ)上增加了一級降壓電路，通過控制MOS管Ql的通斷和利用蓄能電感Ll控制輸出電壓或輸出電流的大小。當(dāng)PWM電路中的PWM比較器接收的輸出信號值和設(shè)定值比較的誤差電壓低于(或高于)某一值時，PWM比較器將調(diào)整PWM輸出脈沖寬度到0% (或100%)，此時MOS管Ql導(dǎo)通 (或關(guān)斷)，同時由于輸出電容C2的存在，輸出電壓需要一段時間才會到OV ；當(dāng)PWM比較器的誤差電流低于(或高于)某一值時，PWM比較器將調(diào)整PWM輸出脈沖寬度到100% (或0%)， 此時MOS管Ql導(dǎo)通(或關(guān)斷)，在關(guān)斷狀態(tài)下，通過蓄能電感Ll的充放電控制輸出電流的大小。當(dāng)調(diào)整PWM狀態(tài)比較器的狀態(tài)比較電平端到合適值并加到PWM狀態(tài)比較器的反相 (或同相)端時，若電子負(fù)載使能端的信號為低，則三極管Q3是關(guān)斷的。電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路根據(jù)需要產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，其產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓通過分壓電阻Rl、R3加到電子負(fù)載誤差放大器的同相端，電子負(fù)載誤差放大器將驅(qū)動MOS管Q2開啟使電子負(fù)載器(可多路并聯(lián))拉電流，使輸出電壓可調(diào)地、極快地得到需要的動態(tài)特性。當(dāng)前級電源有高頻噪聲的時候，該高頻噪聲將通過吸收電容Cl (Cl為MOS管Ql 的吸收電容、分布電容等的等效電容)、輸出電容C2、負(fù)載電阻R4的分壓回路分壓，在輸出電流為0、負(fù)載電阻R4阻值較大(由于功耗限制其不可能很小)時，即使MOS管Ql是完全關(guān)閉的，輸出也會有一個浮動電壓。此時即使電子負(fù)載使能端信號為高，電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電壓仍會通過分壓電阻Rl、R2的分壓產(chǎn)生一個小的信號加到電子負(fù)載誤差放大器的同相端，使電子負(fù)載(可多路并聯(lián))作為一個恒流源將輸出的浮動電壓拉到極接近 OV (只要限流電阻R6和MOS管Q2的導(dǎo)通電阻足夠小)。同時在電路正常工作時負(fù)載電阻 R4也是電路的死負(fù)載，可以使負(fù)載電阻R4使用較大阻值甚至不用，也能保持電路的穩(wěn)定。本發(fā)明的有益效果是在一定體積的電源機(jī)箱內(nèi)、一定功率的電源輸出功率下，可以分別實(shí)現(xiàn)高電壓/低電流或高電流/低電壓的很寬的高電壓或高電流的輸出能力，同時可以得到極快的、可調(diào)特性的輸出電壓或輸出電流的下降特性，且正常工作時在電流取樣之前不對輸出電流的測量精度產(chǎn)生影響，電源與外接的負(fù)載設(shè)備交叉工作，不會引起前級電源瞬態(tài)過功率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的降壓電路和CPU控制電路的示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)開關(guān)電源的原理框圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源輸出動態(tài)特性的波形圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的電源輸出動態(tài)特性的波形圖。其中1-電流誤差放大器，2-電壓誤差放大器，3-PWM比較器，4-PWM狀態(tài)比較器， 5-電子負(fù)載誤差放大器。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例提供一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，包括前級開關(guān)電源、CPU控制電路和降壓電路，所述開關(guān)電源采用常規(guī)開關(guān)電源，或者也可以采用常規(guī)線性電源，常規(guī)開關(guān)電源額定功率為1200W;所述CPU控制電路包括電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路、分壓電阻Rl、R2、R3，三極管Q3、PWM狀態(tài)比較器4、狀態(tài)比較電平端、電子負(fù)載使能信號端、電流誤差放大器1和電壓誤差放大器2 ；所述降壓電路包括MOS 管Q1、二極管D1、蓄能電感Li、負(fù)載電阻R4、電流取樣電阻R5、電容C3、輸出電容C2、吸收電容Cl、驅(qū)動電路、PWM電路和電子負(fù)載。MOS管Ql的漏極和前級電源的輸出正極連接，源極和驅(qū)動電路的一個輸出端、二極管Dl的負(fù)極和蓄能電感Ll的一端連接，柵極和驅(qū)動電路的另一端連接，MOS管Ql的漏極和源極上跨接有吸收電容Cl。蓄能電感Ll的另一端和負(fù)載電阻R4的一端、電容C3的一端和輸出電容C2的正極連接，用于作為自動量程電源的輸出正極。前級電源的輸出負(fù)極和二極管Dl的正極、負(fù)載電阻R4的另一端、電容C3的另一端和電流取樣電阻R5的一端連接。電流取樣電阻R5的另一端和輸出電容C2的負(fù)極連接，用于作為自動量程電源的輸出負(fù)極。
CPU控制電路中的電流誤差放大器1的輸入端并聯(lián)在電流取樣電阻R5的兩端，采集電流信號后經(jīng)電流誤差放大器1輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管Ql的通斷；
CPU控制電路中的電壓誤差放大器2的輸入端并聯(lián)在輸出電容C2的兩端，采集到電壓信號后經(jīng)電壓誤差放大器2的輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管Ql的通斷；
電流誤差放大器1的輸出端、電壓誤差方大器的輸出端和PWM電路的PWM比較器3的輸入端相連。電子負(fù)載包括MOS管Q2、電子負(fù)載誤差放大器5和限流電阻R6，M0S管Q2的漏極和輸出電容C2的正極連接，柵極和電子負(fù)載誤差放大器5的輸出端連接，源極和限流電阻 R6的一端和電子負(fù)載運(yùn)算放大器的負(fù)端連接，限流電阻R6的另一端和前級電源的負(fù)極連接，或者也可以同時并聯(lián)多個電子負(fù)載；
CPU控制電路中的PWM狀態(tài)比較器4的輸出端和三極管Q3的基極連接，三極管Q3的基極設(shè)置有電子負(fù)載使能信號端，三極管Q3的發(fā)射極和自動量程電源的負(fù)極連接，三極管Q3 的集電極依次串聯(lián)連接分壓電阻R2、R3后，再和電子負(fù)載誤差放大器5的正輸入端連接，分壓電阻Rl的一端連接在分壓電阻R2、R3之間，另一端和電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路連接，PWM 狀態(tài)比較器4的一個輸入端設(shè)置為狀態(tài)比較電平端，另一個輸入端和電流誤差放大器1及電壓誤差放大器2的輸出端連接，通過CPU控制電路和電子負(fù)載誤差放大器5的正輸入端連接，用于控制MOS管Q2的通斷起到電子負(fù)載的拉電流作用，實(shí)現(xiàn)不同的電源輸出動態(tài)特性，從圖4傳統(tǒng)的緩慢輸出波形圖可以看出，本實(shí)施例圖5的輸出波形可以實(shí)現(xiàn)波形的快速輸出變化。本實(shí)施例的有益效果是在IU高度的電源機(jī)箱內(nèi)，1200W的電源輸出功率下，可以分別實(shí)現(xiàn)80V高電壓/低電流或60A高電流/低電壓的輸出能力，相當(dāng)于具備一臺同時具備 80V/60A的常規(guī)電源的輸出工作范圍，同時還可以得到極快的、可調(diào)特性的輸出電壓和輸出電流的下降特性，且正常工作時在電流取樣之前不對輸出電流的測量精度產(chǎn)生影響，電源與外接的負(fù)載設(shè)備交叉工作，不會引起前級電源瞬態(tài)過功率。
權(quán)利要求
1.一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，包括前級電源和CPU控制電路，其特征在于還包括降壓電路，所述降壓電路包括MOS管(Q1)、二極管(D1)、蓄能電感(Li)、 負(fù)載電阻(R4)、電流取樣電阻(R5)、電容(C3)、輸出電容(C2)、驅(qū)動電路、PWM電路；MOS管(Ql)的漏極和前級電源的輸出正極連接，源極和驅(qū)動電路的一個輸出端、二極管(Dl)的負(fù)極和蓄能電感L的一端連接，柵極和驅(qū)動電路的另一端連接；蓄能電感(Li)的另一端和負(fù)載電阻(R4)的一端、電容(C3)的一端和輸出電容(C2)的正極連接，用于作為自動量程電源的輸出正極；前級電源的輸出負(fù)極和二極管(Dl)的正極、負(fù)載電阻(R4)的另一端、電容(C3)的另一端和電流取樣電阻(R5)的一端連接；電流取樣電阻(R5)的另一端和輸出電容(C2)的負(fù)極連接，用于作為自動量程電源的輸出負(fù)極；PWM電路的輸入端接收CPU控制電路的電壓或電流比較信號輸出PWM脈沖到驅(qū)動電路的輸入端，再由驅(qū)動電路的輸出端分別連接MOS管(Ql)的源極和柵極，控制MOS管(Ql)的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，其特征在于還包括至少一個電子負(fù)載、電子負(fù)載包括MOS管(Q2)、電子負(fù)載誤差放大器(5)和限流電阻(R6)；MOS管(Q2)的漏極和輸出電容(C2)的正極連接，柵極和電子負(fù)載誤差放大器(5)的輸出端連接，源極和限流電阻(R6)的一端和電子負(fù)載運(yùn)算放大器的負(fù)端連接，限流電阻(R6) 的另一端和前級電源的負(fù)極連接；CPU控制電路和電子負(fù)載誤差放大器(5)的正輸入端連接，用于控制MOS管(Q2)的通斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，其特征在于所述CPU控制電路包括電流誤差放大器(1)、電壓誤差放大器(2 )、電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路、分壓電阻(R1、R2、R3)，三極管(Q3)、PWM狀態(tài)比較器(4)、狀態(tài)比較電平端和電子負(fù)載使能信號端；PWM狀態(tài)比較器(4)的輸出端和三極管(Q3)的基極連接，三極管(Q3)的基極設(shè)置有電子負(fù)載使能信號端，三極管(Q3)的發(fā)射極和自動量程電源的負(fù)極連接，三極管(Q3)的集電極依次串聯(lián)連接分壓電阻(R2、R3)后再和電子負(fù)載誤差放大器(5)的正輸入端連接，分壓電阻(Rl)的一端連接在分壓電阻(R2、R3)之間，另一端和電子負(fù)載基準(zhǔn)電壓電路連接， PWM狀態(tài)比較器(4)的一個輸入端設(shè)置為狀態(tài)比較電平端，另一個輸入端和電流誤差放大器(1)及電壓誤差放大器(2)的輸出端連接；電流誤差放大器(1)的輸入端并聯(lián)在電流取樣電阻(R5)的兩端，采集電流信號后經(jīng)電流誤差放大器(1)輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管(Ql)的通斷；電壓誤差放大器(2)的輸入端并聯(lián)在輸出電容(C2)的兩端，采集到電壓信號后經(jīng)電壓誤差放大器(2)的輸出端輸入PWM電路的輸入端后，再由PWM電路的輸出端輸出到驅(qū)動電路的輸入端，由驅(qū)動電路輸出信號控制MOS管(Ql)的通斷；電流誤差放大器(1)的輸出端、電壓誤差方大器的輸出端和PWM電路的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，其特征在于PWM電路包括PWM比較器(3)，PWM比較器(3)的輸入端為PWM電路的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，其特征在于M0S管(Ql)的漏極和源極上跨接有吸收電容(Cl)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，其特征在于前級電源為常規(guī)開關(guān)電源或常規(guī)線性電源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種寬范圍高精度低噪音的自動量程直流電源，包括前級電源和CPU控制電路，還包括降壓電路，所述降壓電路包括MOS管Q1、二極管D1、蓄能電感L1、負(fù)載電阻R4、電流取樣電阻R5、電容C3、輸出電容C2、驅(qū)動電路、PWM電路；實(shí)現(xiàn)在一定體積的電源機(jī)箱內(nèi)、一定功率的電源輸出功率下，可以分別實(shí)現(xiàn)高電壓/低電流或高電流/低電壓的很寬的高電壓或高電流的輸出能力，同時可以得到極快的、可調(diào)特性的輸出電壓或輸出電流的下降特性。
文檔編號H02M3/158GK102195480SQ201110052699
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者張順龍 申請人:艾德克斯電子(南京)有限公司