專利名稱：一種精密數(shù)字電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密數(shù)字電源，屬于電源設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
精密數(shù)字電源是一種直流電源，通常用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和精密儀器的調(diào)試。該電源設(shè) 備穩(wěn)定度高，噪聲小，單位時(shí)間內(nèi)漂移小，是一種精密的電源設(shè)備?，F(xiàn)有精密數(shù)字電源的電路結(jié)構(gòu)通常如圖4所示，其包括MCU控制電路、DAC參考電 壓輸出電路、模擬輸出電路，ADC檢測(cè)電路、MCU控制電路。其中，MCU控制電路一般還連接 有鍵盤控制電路和屏幕顯示電路。用戶通過(guò)鍵盤控制電路、屏幕顯示電路設(shè)定電源所要輸 出的電壓電流。MCU控制電路處理鍵盤控制電路所提交的數(shù)據(jù)，控制DAC參考電壓輸出電 路，為模擬輸出電路提供相應(yīng)的參考控制電壓。ADC檢測(cè)電路將模擬輸出電路所輸出的電 壓、電流等信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后送給MCU控制電路，MCU控制電路將其數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的 處理后送給屏幕顯示電路顯示。除了上述基本結(jié)構(gòu)外，精密數(shù)字電源為了建立與外部設(shè)備的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè) 備的遠(yuǎn)程編程控制或監(jiān)測(cè)。MCU控制電路往往還會(huì)連接有通信接口控制電路。為了避免來(lái) 自外部設(shè)備或者工頻的干擾，通常在MCU控制電路和通信接口控制電路之間往往還串聯(lián)有 一個(gè)數(shù)字隔離電路。這種數(shù)字隔離電路通常是由建立在MCU控制電路和通信接口控制電路 之間的電磁耦合器件構(gòu)成的。眾所周知，這種數(shù)字隔離電路僅適用于總線數(shù)目少的串行通 信方式。并且，由于這種數(shù)字隔離電路的通信速度較慢，往往會(huì)影響數(shù)據(jù)吞吐能力。然而與 之相矛盾的是，隨著精密數(shù)字電源技術(shù)的不斷進(jìn)步，其所需要的接口數(shù)量也隨之增加。如在 具有較多接口的情況下，采用上述隔離方法進(jìn)行隔離會(huì)造成硬件資源上的極大浪費(fèi)。這一 問(wèn)題極大的限制了精密數(shù)字電源的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種精密數(shù)字電源。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的—種精密數(shù)字電源，其特征在于該精密數(shù)字電源由數(shù)字控制部分、數(shù)字隔離電路 和模擬輸出控制部分構(gòu)成；所述數(shù)字控制部分包括第一控制器、外圍接口、鍵盤控制電路和屏幕顯示電路；所 述第一控制器為該數(shù)字控制部分的核心控制部件，用以對(duì)整個(gè)數(shù)字控制部分中的各個(gè)部件 進(jìn)行控制；所述外圍接口、鍵盤控制電路和屏幕顯示電路分別與該第一控制器相連接；所述模擬輸出控制部分包括第二控制器、DAC參考電壓輸出電路、ADC檢測(cè)電路和 模擬輸出電路；所述第二控制器為該模擬輸出控制部分的核心控制部件，用以對(duì)整個(gè)模擬 輸出控制部分中的各個(gè)部件進(jìn)行控制；該第二控制器一路通過(guò)所述DAC參考電壓輸出電路 與模擬輸出電路相連；該第二控制器另一路通過(guò)所述ADC檢測(cè)電路115與模擬輸出電路相 連；所述模擬輸出電路還通過(guò)一路直接與該第二控制器相連；
所述第一控制器和第二控制器通過(guò)所述數(shù)字隔離電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。所述模擬輸出電路具有至少兩路輸出通道；在所述DAC參考電壓輸出電路與模擬 輸出電路之間串聯(lián)有DAC選擇開(kāi)關(guān)電路；在所述ADC檢測(cè)電路與模擬輸出電路之間串聯(lián)有 ADC選擇開(kāi)關(guān)電路。在所述模擬輸出電路中的至少一路輸出通道的輸入前端還串聯(lián)有一個(gè)通道隔離 電路，用以實(shí)現(xiàn)該通道與其他輸出通道間的電路隔離。所述通道隔離電路為由數(shù)字光耦和線性光耦所組成的隔離電路。在所述DAC選擇開(kāi)關(guān)電路與模擬輸出電路之間還設(shè)有緩沖器電路。所述第二控制器采用的是FPGA處理器。所述數(shù)字隔離器采用的是ADI的ADuml301數(shù)字隔離器。所述數(shù)字隔離器采用兩端獨(dú)立供電的方式對(duì)其進(jìn)行供電。所述第一控制器采用DSP處理器或MCU處理器。本發(fā)明的有益效果是該精密數(shù)字電源通過(guò)主從式處理器架構(gòu)將電源電路中的數(shù) 字部分和模擬部分相分離，并在數(shù)字、模擬部分之間設(shè)置隔離電路，既滿足電源對(duì)數(shù)字和模 擬部分進(jìn)行電路隔離的要求，又滿足外圍接口對(duì)數(shù)據(jù)流處理能力的要求，提供了一種數(shù)據(jù) 處理能力強(qiáng)且具有良好抗干擾性的精密數(shù)字電源。


圖1為精密數(shù)字電源的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為精密數(shù)字電源第二實(shí)施例電路圖；圖3為精密數(shù)字電源第三實(shí)施例電路圖；圖4為現(xiàn)有精密數(shù)字電源的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如前所述，本發(fā)明主要的設(shè)計(jì)思想是采用主從式處理器架構(gòu)將電源電路中的數(shù)字 部分和模擬部分相分離，并通過(guò)隔離電路進(jìn)行隔離，從而提高電源系統(tǒng)整體抗干擾性和安 全性。圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)精密數(shù)字電源的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該精密數(shù)字電源由 數(shù)字控制部分119、數(shù)字隔離電路113和模擬輸出控制部分120構(gòu)成。所述數(shù)字控制部分119包括第一控制器110、外圍接口 109、鍵盤控制電路111和 屏幕顯示電路112。其中，第一控制器110為該數(shù)字控制部分119的核心控制部件，用以對(duì) 整個(gè)數(shù)字控制部分119中的各個(gè)部件進(jìn)行控制?？梢杂脕?lái)作為此處第一控制器110的處理 器形式有很多，如常見(jiàn)的DSP處理器、MCU處理器等，均可用來(lái)作為該電路中的第一控制器。 所述外圍接口 109、鍵盤控制電路111和屏幕顯示電路112分別與該第一控制器110相連 接。所述外圍接口 109用以連接上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)，使用戶可以通過(guò)發(fā)命令等方式來(lái)遠(yuǎn)程控制 和監(jiān)控電源。該外圍接口 109可以包括RS232、GPIB、USB、LAN等接口形式。所述鍵盤控制 電路111是人機(jī)交互最直接最常用的方式，用戶可通過(guò)鍵盤控制電源的輸出以及進(jìn)行其它 功能的設(shè)置。所述屏幕顯示電路112用以監(jiān)控電源的參數(shù)和狀態(tài)，包括設(shè)置參數(shù)、輸出參數(shù)、輸出狀態(tài)等等。所述模擬輸出控制部分120包括第二控制器114、DAC參考電壓輸出電路116、ADC 檢測(cè)電路115和模擬輸出電路117。其中，第二控制器114為該模擬輸出控制部分120的 核心控制部件，用以對(duì)整個(gè)模擬輸出控制部分120中的各個(gè)部件進(jìn)行控制。該第二控制器 114 一路通過(guò)所述DAC參考電壓輸出電路116將第二控制器114發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模 擬輸出電路117處理的模擬信號(hào)，并由模擬輸出電路117進(jìn)行輸出。該第二控制器114另 一路則通過(guò)ADC檢測(cè)電路115將模擬輸出電路117實(shí)際輸出的電壓、電流等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)，并反饋回第二控制器114。另外，所述模擬輸出電路117還通過(guò)一路直接將其 過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)信號(hào)發(fā)送給第二控制器114。所述第一控制器110和第二控制器114通過(guò)所述數(shù)字隔離電路113實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。上述結(jié)構(gòu)的精密數(shù)字電源將現(xiàn)有精密數(shù)字電源中由單個(gè)處理器完成的功能分作 兩個(gè)處理器來(lái)完成。由第一控制器Iio負(fù)責(zé)數(shù)字控制部分119方面的信號(hào)處理，由第二控 制器114負(fù)責(zé)模擬輸出控制部分120方面的信號(hào)處理。這樣，可以將對(duì)需要高速數(shù)據(jù)處理 的接口數(shù)據(jù)流的處理，在數(shù)字控制部分119即可完成。而數(shù)字控制部分119與模擬輸出控 制部分120之間所需的數(shù)據(jù)傳輸量就降到很小，通過(guò)一般的串行通信方式即可實(shí)現(xiàn)。這樣 在第一控制器110和第二控制器114之間設(shè)置數(shù)字隔離電路113，就既可以滿足電源對(duì)數(shù)字 和模擬部分進(jìn)行電路隔離的要求，又可以滿足外圍接口對(duì)數(shù)據(jù)流處理能力的要求?？梢?jiàn)，通 過(guò)上述本發(fā)明所提出的電源結(jié)構(gòu)的改造，可以有效的解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，提供 一種數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)且具有良好抗干擾性的精密數(shù)字電源。應(yīng)當(dāng)指出，在本實(shí)施例中所述第二控制器114采用的是FPGA處理器。這主要是因 為FPGA處理器接口豐富，外圍電路簡(jiǎn)單。并且，F(xiàn)PGA處理器具有優(yōu)秀的擴(kuò)展能力。用戶可 以在不改變硬件電路的情況下，通過(guò)軟件對(duì)FPGA處理器進(jìn)行在線更新。這大大縮短了設(shè) 計(jì)、開(kāi)發(fā)的成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)然，在對(duì)電源電路的擴(kuò)展性要求不高或是接口資 源要求不是很高的情況下，所述第二控制器114也可以由CPLD、MCU或單片機(jī)來(lái)替代，亦能 完成其基本設(shè)計(jì)功能。因此，無(wú)論使用上述任何一種處理器設(shè)計(jì)該第二控制器114，均應(yīng)在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，所述數(shù)字隔離電路113是完成本發(fā)明主從兩個(gè)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn) 電路隔離的重要器件。因此，本發(fā)明中該數(shù)字隔離器113采用的是ADI的ADuml301數(shù)字隔 離器。該數(shù)字隔離器采用了 iCoupler技術(shù)，具有三通道隔離。這種隔離器件相較于一般所 用的數(shù)字光耦器件具有壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、功耗較低，外圍驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，具有較強(qiáng) 的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和可靠性。另外，本發(fā)明中該數(shù)字隔離電路113還采用了兩端獨(dú)立供電的供電 方式，即由數(shù)字控制部分119和模擬輸出控制部分120分別向該數(shù)字隔離電路113供電，以 進(jìn)一步保證數(shù)字隔離電路113兩端電路的完全隔離。圖2為本發(fā)明精密數(shù)字電源第二實(shí)施例電路圖。該實(shí)施例主要針對(duì)模擬輸出電路 117具有多路輸出所設(shè)計(jì)。如圖2所示，該模擬輸出電路117具有至少兩路輸出通道。在所 述DAC參考電壓輸出電路116與模擬輸出電路117之間串聯(lián)有DAC選擇開(kāi)關(guān)電路125。在 所述ADC檢測(cè)電路115與模擬輸出電路117之間串聯(lián)有ADC選擇開(kāi)關(guān)電路122。所述DAC 選擇開(kāi)關(guān)電路125用以根據(jù)第二控制器114發(fā)出的控制信號(hào)選擇DAC參考電壓輸出電路116的輸出通道。所述ADC選擇開(kāi)關(guān)電路122用以根據(jù)第二控制器114發(fā)出的控制信號(hào)選 擇ADC檢測(cè)電路115的輸入通道。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的精密數(shù)字電源就 可以僅通過(guò)一組DAC參考電壓輸出電路116和ADC檢測(cè)電路115實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道模擬輸出電 路117進(jìn)行支持。除此之外，為了進(jìn)一步保證模擬輸出電路117中各個(gè)通道間的電路隔離。我們還 可以如圖2所示，在所述模擬輸出電路117中的至少一路輸出通道的輸入前端串聯(lián)有一個(gè) 通道隔離電路127，以實(shí)現(xiàn)該通道與其他輸出通道間的電路隔離。這里，所述通道隔離電路127可以采用與前述數(shù)字隔離電路113相同的數(shù)字隔離 電路。但是，由于此處隔離電路所需的數(shù)據(jù)處理速度和穩(wěn)定性要求都較數(shù)字隔離電路113 處要低。因此，處于成本考慮，本實(shí)施例所采用的通道隔離電路127是由數(shù)字光耦和線性光 耦所組成的隔離電路。其中，數(shù)字光耦用以傳遞數(shù)字信號(hào)，線性光耦用以傳遞模擬信號(hào)。圖3為本發(fā)明精密數(shù)字電源第三實(shí)施例電路圖。如圖3所示，該精密數(shù)字電源的 第三實(shí)施例是在第二實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在所述DAC選擇開(kāi)關(guān)電路125與模擬輸出電路117 之間還設(shè)有緩沖器電路124。通過(guò)該緩沖器電路IM可以保證DAC選擇開(kāi)關(guān)電路125在切 換時(shí)參考輸出信號(hào)的短時(shí)穩(wěn)定，同時(shí)還可以參考噪聲起到一定過(guò)濾作用。這樣就可以保證 選擇開(kāi)關(guān)系統(tǒng)按照嚴(yán)格的切換步驟與時(shí)序，將要處理的信號(hào)切換到ADC的輸入端和DAC的 輸出端。綜上所述，本發(fā)明是通過(guò)采用主從式處理器架構(gòu)將電源電路中的數(shù)字部分和模擬 部分相分離，利用電源數(shù)字處理部分與模擬處理部分的數(shù)據(jù)處理量上的差距，在數(shù)字控制 部分和模擬輸出控制部分之間設(shè)置了隔離電路。這樣做既可以滿足電源對(duì)數(shù)字和模擬部分 進(jìn)行電路隔離的要求，又可以滿足外圍接口對(duì)數(shù)據(jù)流處理能力的要求，提供了一種數(shù)據(jù)處 理能力強(qiáng)且具有良好抗干擾性的精密數(shù)字電源。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在此設(shè)計(jì)思想之下所 做的任何不具有創(chuàng)造性的改造，均應(yīng)視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種精密數(shù)字電源，其特征在于該精密數(shù)字電源包括數(shù)字控制部分、數(shù)字隔離電 路和模擬輸出控制部分；所述數(shù)字控制部分包括第一控制器、外圍接口、鍵盤控制電路和屏幕顯示電路；所述第 一控制器為該數(shù)字控制部分的核心控制部件，用以對(duì)整個(gè)數(shù)字控制部分中的各個(gè)部件進(jìn)行 控制；所述外圍接口、鍵盤控制電路和屏幕顯示電路分別與該第一控制器相連接；所述模擬輸出控制部分包括第二控制器、DAC參考電壓輸出電路、ADC檢測(cè)電路和模擬 輸出電路；所述第二控制器為該模擬輸出控制部分的核心控制部件，用以對(duì)整個(gè)模擬輸出 控制部分中的各個(gè)部件進(jìn)行控制；該第二控制器一路通過(guò)所述DAC參考電壓輸出電路與模 擬輸出電路相連；該第二控制器另一路通過(guò)所述ADC檢測(cè)電路與模擬輸出電路相連；所述 模擬輸出電路還通過(guò)一路直接與該第二控制器相連；所述第一控制器和第二控制器通過(guò)所述數(shù)字隔離電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
2.如權(quán)利要求1所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述模擬輸出電路具有至少兩路 輸出通道；在所述DAC參考電壓輸出電路與模擬輸出電路之間串聯(lián)有DAC選擇開(kāi)關(guān)電路； 在所述ADC檢測(cè)電路與模擬輸出電路之間串聯(lián)有ADC選擇開(kāi)關(guān)電路。
3.如權(quán)利要求2所述的精密數(shù)字電源，其特征在于在所述模擬輸出電路中的至少一 路輸出通道的輸入前端還串聯(lián)有一個(gè)通道隔離電路，用以實(shí)現(xiàn)該通道與其他輸出通道間的 電路隔離。
4.如權(quán)利要求3所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述通道隔離電路為由數(shù)字光耦 和線性光耦所組成的隔離電路。
5.如權(quán)利要求2或3所述的精密數(shù)字電源，其特征在于在所述DAC選擇開(kāi)關(guān)電路與 模擬輸出電路之間還設(shè)有緩沖器電路。
6.如權(quán)利要求1所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述第二控制器采用的是FPGA處 理器。
7.如權(quán)利要求1所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述數(shù)字隔離器采用的是ADI的 ADuml 301數(shù)字隔離器。
8.如權(quán)利要求1所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述數(shù)字隔離器采用兩端獨(dú)立供 電的方式對(duì)其進(jìn)行供電。
9.如權(quán)利要求1所述的精密數(shù)字電源，其特征在于所述第一控制器采用DSP處理器 或MCU處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種精密數(shù)字電源，該電源由數(shù)字控制部分、數(shù)字隔離電路和模擬輸出控制部分構(gòu)成；該數(shù)字控制部分和模擬輸出控制部分分別采用第一控制器和第二控制器兩個(gè)控制器進(jìn)行獨(dú)立控制；所述第一控制器和第二控制器通過(guò)所述數(shù)字隔離電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。該精密數(shù)字電源通過(guò)采用這種主從式處理器架構(gòu)將電源電路中的數(shù)字部分和模擬部分相分離，并在數(shù)字、模擬部分之間設(shè)置隔離電路，既滿足電源對(duì)數(shù)字和模擬部分進(jìn)行電路隔離的要求，又滿足外圍接口對(duì)數(shù)據(jù)流處理能力的要求，提供了一種數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)且具有良好抗干擾性的精密數(shù)字電源。
文檔編號(hào)H02M1/10GK102075084SQ20091023851
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者李維森, 王悅, 王鐵軍 申請(qǐng)人:北京普源精電科技有限公司