[發明專利]融合開關電源和線性電源的可編程數字電源系統及方法

有效

• 申請號: 202010500518.7
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111464027B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 王鵬舉;陳國平;何豐;張祥;包偉
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157;H02M1/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了融合開關電源和線性電源的可編程數字電源系統及方法，該系統包括前級的預調節模塊和后級的線性穩壓模塊，所述預調節模塊輸入側接入輸入電壓信號，所述預調節模塊輸出側連接線性穩壓模塊，線性穩壓模塊的輸出側通過編程輸出連接線性穩壓模塊；同時，線性穩壓模塊的輸出側還連接預調節模塊，線性穩壓模塊的輸出作為預調節模塊的反饋指導；前級的預調節模塊，用于高效地降低輸入電壓、跟蹤輸出電壓和監控電流；預調節模塊采用降壓Buck拓撲，通過脈沖寬度調制PWM控制方法控制輸出電壓；后級的線性調節模塊采用基于MOSFET的分離式線性穩壓結構，用于降低輸出電壓的紋波和隔離前級的預調節模塊的噪聲，實現精度電壓輸出。

技術領域

本發明涉及電源技術領域，尤其涉及融合開關電源和線性電源的可編程數字電源系統及方法。

背景技術

隨著科技和經濟的發展，二十世紀以來，人類社會電氣化程度日益增高，電氣化設備在生產生活中的應用也越來越廣泛。與此同時，對電源的要求也越來越高。電源并不會向以往一樣，單純的靠硬件電子電路完成，如果單純的靠硬件電子電路，勢必會影響著電源的穩定性、精度、美觀和輕便性。而隨著數字控制技術的發展和市場需求的驅動，在電源領域里，數字電源的優勢將會越來越明顯，缺陷也將逐步得到克服改善。當然，從模擬電源到數字電源的完全轉換還有待時間漸進，因此模擬和數字控制技術將在未來數年內共存。

當今社會任何一個高校實驗室、電子加工廠都離不開電源，而傳統的直流穩壓電源輸出電壓是通過粗調波段開關及細調電位器來調節的，并由電壓表指示電壓值的大小。這種直流穩壓電源存在讀數不直觀、電位器易磨損、穩壓精度不高、不易調準、電路構成復雜、體積大等缺點。單純的開關電源有轉換效率高、體積小、輸入電壓范圍寬的優點但是卻存在輸出紋波大、難以進行幾十毫伏調節、易產生干擾等缺點。而單純的線性電源有輸出紋波小、能夠進行幾十毫伏調節、設計簡單的優點但是卻存在笨重、轉換效率低、成本高等缺點。

發明內容

針對背景技術中單純的開關電源和單純的線性電源各自存在的弊端，本發明提供了解決上述問題的融合開關電源和線性電源的可編程數字電源系統及方法，通過比較兩種電源可以發現開關電源和線性電源剛好能優勢互補，于是本發明考慮設計一款基于開關電源和線性電源混合的電源系統。

本發明通過下述技術方案實現：

融合開關電源和線性電源的可編程數字電源系統，包括前級的預調節模塊和后級的線性穩壓模塊，所述預調節模塊輸入側接入輸入電壓信號，所述預調節模塊輸出側連接線性穩壓模塊，線性穩壓模塊的輸出側通過編程輸出連接線性穩壓模塊；同時，線性穩壓模塊的輸出側還連接預調節模塊，線性穩壓模塊的輸出作為預調節模塊的反饋指導；

前級的預調節模塊，用于高效地降低輸入電壓、跟蹤輸出電壓和監控電流；預調節模塊采用降壓Buck拓撲，通過脈沖寬度調制PWM控制方法控制輸出電壓；

后級的線性調節模塊采用基于MOSFET的分離式線性穩壓結構，用于降低輸出電壓的紋波和隔離前級的預調節模塊的噪聲，實現精度電壓輸出。

工作原理是：基于單純的開關電源有轉換效率高、體積小、輸入電壓范圍寬的優點，但是卻存在輸出紋波大、難以進行幾十毫伏調節、易產生干擾等缺點；而單純的線性電源有輸出紋波小、能夠進行幾十毫伏調節、設計簡單的優點，但是卻存在笨重、轉換效率低、成本高等缺點。針對單純的開關電源和單純的線性電源各自存在的弊端，通過比較兩種電源可以發現開關電源和線性電源剛好能優勢互補，本發明設計一款基于開關電源和線性電源混合的電源系統；具體地，預調節模塊和線性穩壓模塊兩部分前后自適應混合構成，前級的預調節模塊采用降壓Buck拓撲，通過脈沖寬度調制(PWM)控制方法控制輸出電壓，高效的降低電壓，較少整個系統的損耗；后級的線性調節模塊采用基于MOSFET的分離式線性穩壓結構，不僅可以實現精準低紋波輸出，而且極大抑制開關電源帶來的噪音和干擾。