一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源的制作方法
【专利摘要】本发明属于制冷型红外热像仪电子学技术领域，具体涉及一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源。本电源系统采用电源总线结构，包括外部电源输入，电源管理模块和二次电源；其中，在制冷型红外热像仪的电源电路中，外部电源输入为12～28V的直流供电；通过电源管理模块对输入的外部电源进行保护和监测并将外部电源输出到二次电源；通过二次电源将外部输入的直流电源转换成图像处理电路、信号收集电路、制冷机控制所需的不同电压的电源。上述技术方案根据热像仪各电源种类实际使用情况，优化了电源种类，动态调整供电模式，具有高电源转换效率，低电源噪声等特点。
【专利说明】
一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源
技术领域
[0001]本发明属于制冷型红外热像仪电子学技术领域，具体涉及一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源。
【背景技术】
[0002]制冷型红外热像仪具有良好的环境适应性，在军事夜视侦查，武器瞄具，红外制导，搜索与跟踪，边海防，卫星遥感等领域有广泛的应用。随着制冷型红外成像技术的不断发展，各个应用领域对红外单机的成像性能要求越来越高，功能要求越来越丰富，对热像仪的成像噪声，工作功耗，单机尺寸都提出了更高的要求。由于电学系统所使用的高性能可编程器件越来越多，电路板密度越来越高，信号速率越来越快，这就对系统的电源提出来更高的要求。
[0003]传统的热像仪单机电源结构大量采用集成式电源模块，这种电源结构电源总效率较低，电源纹波大，且电源重量重体积大，不能很好满足现代热像仪单机的设计要求。
[0004]因此需要结合开关电源与线性电源的自身特点，结合热像仪单机内不同电源的不同需求，设计一种高电源效率，低噪声的热像仪电源解决方案，以改善热像仪整机成像性能，降低设备功耗，减小单机重量，更好的助力制冷型红外热像仪发展。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供为热像仪提供一种高效率低噪声的电源方案，同时保证系统电源的高可靠性。
[0006]为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是:
[0007]—种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，包括外部电源输入，电源管理模块和二次电源；
[0008]其中，在制冷型红外热像仪的电源电路中，外部电源输入为12?28V的直流供电；通过电源管理模块对输入的外部电源进行保护和监测并将外部电源输出到二次电源;通过二次电源将外部输入的直流电源转换成图像处理电路、信号收集电路、制冷机控制所需的不同电压的电源；
[0009 ] 二次电源包括隔离DCDC模块，非隔离DCDC模块，电源滤波模块，非隔离DCDC模拟电源，非隔离DCDC数字电源，LDO模拟电源；
[0010]其中，非隔离DCDC模块为制冷机控制提供电源，非隔离DCDC模块的电源转换效率>90% ；
[0011 ]隔离Drac模块，电源滤波模块，非隔离D⑶C模拟电源，非隔离D⑶C数字电源，LDO模拟电源共同组成三级电源拓扑结构:
[0012]第一级中的隔离DCDC模块用于控制隔离热像仪系统电源与总体电源的电气隔离；[0013 ]隔离DCDC模块输出电源经过电源滤波模块进入包括η个非隔离DCDC模拟电源和m个非隔离D⑶C数字电源的第二级，n2 1，m2 1，其中的非隔离DCDC数字电源用于产生图像处理电路所需的电源；
[0014]第三级包括η个LDO模拟电源，通过第二级中的非隔离DCDC模拟电源将LDO模拟电源的输入输出电压差控制在10mV级别，用于产生信号收集电路所需的电源。
[0015]进一步的，如上所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其中:制冷机控制电源需要的工作电压为24V，工作电流为1Α;图像处理电路需要的工作电压为3.3V，工作电流为2Α;信号收集电路需要的工作电压的是10mV级别。
[0016]进一步的，如上所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其中:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源产生图像处理电路所需的电源的电源转换效率>90%。
[0017]进一步的，如上所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其中:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源产生信号收集电路所需的电源的电源转换效率>90%。
[0018]进一步的，如上所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其中:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源的总电源效率> 85 %。
[0019]与传统方式比较，本发明技术方案的有益效果在于:
[0020]本电源系统采用电源总线结构，具有三级电源拓扑，根据热像仪各电源种类实际使用情况，优化了电源种类，动态调整供电模式，具有高电源转换效率，低电源噪声等特点。
[0021]本电源方案在牺牲一定成本及系统空间的前提下，最大限度的降低了系统功耗，使得红外单机的整机功耗较之前传统方案降低超过30%。在功耗敏感型应用领域如手持型红外热像仪，弹载红外系统的电源系统设计方向提供了新颖的解决方案。
【附图说明】
[0022]图1为本发明电源网络组成示意框图。
[0023]图中:I外部电源输入，2电源管理模块，3隔离DCDC模块，4非隔离DCDC模块，5外部制冷剂，6电源滤波模块，7非隔离D⑶C模拟电源，8非隔离D⑶C数字电源，9LD0模拟电源。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
[0025]如图1所示，本发明一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，包括外部电源输入，电源管理模块和二次电源；
[0026]其中，在制冷型红外热像仪的电源电路中，外部电源输入为12?28V的直流供电；通过电源管理模块对输入的外部电源进行保护和监测并将外部电源输出到二次电源;通过二次电源将外部输入的直流电源转换成图像处理电路、信号收集电路、制冷机控制所需的不同电压的电源；
[0027]在本实施例中，制冷机控制电源需要的工作电压为24V，工作电流为1Α;图像处理电路需要的工作电压为3.3V，工作电流为2Α;信号收集电路需要的工作电压的是10mV级别。
[0028]本着提高总电源效率，且保证电源噪声要求的设计思路，本实施例技术方案将采用线性电源与DC-DC相结合的方案，来实现高的电源效率与低的输出纹波的要求。即对输入输出压降大和功耗比较大的部分采用DC-DC电源，以减小尺寸、提高效率，而对部分小功耗、低噪声要求的模拟电路采用线性电源以提高电源质量。
[0029]针对数字电路电源种类较多，对电源质量要求相对不高的特点，选择二次非隔离DC-DC芯片来实现多重电源的供给，同时针对热像仪不同工作时期各个电源的工作状态的差异，动态切换各个DC-DC的工作模式，以保证在热像仪工作时，各分支电源效率始终保持在90%，以上总电源效率超过85%。
[0030]二次电源包括隔离DCDC模块，非隔离DCDC模块，电源滤波模块，非隔离DCDC模拟电源，非隔离DCDC数字电源，LDO模拟电源；
[0031]其中，非隔离DCDC模块为制冷机控制提供电源，非隔离DCDC模块的电源转换效率>90% ；
[0032]隔离Drac模块，电源滤波模块，非隔离D⑶C模拟电源，非隔离D⑶C数字电源，LDO模拟电源共同组成三级电源拓扑结构:
[0033 ]第一级中的隔离DCDC模块用于控制隔离热像仪系统电源与总体电源的电气隔离；
[0034]隔离DCDC模块输出电源经过电源滤波模块进入包括η个非隔离DCDC模拟电源和m个非隔离D⑶C数字电源的第二级，n2 1，m2 1，其中的非隔离DCDC数字电源用于产生图像处理电路所需的电源；
[0035]第三级包括η个LDO模拟电源，通过第二级中的非隔离DCDC模拟电源将LDO模拟电源的输入输出电压差控制在10mV级别，用于产生信号收集电路所需的电源。
[0036]红外图像的采集实际上是微弱电压信号的采集过程，因此系统对信号采集部分的模拟电源质量精度要求极高，因此该部分电源采用了线性电源供给的方式，同时为了尽可能提高电源效率，在第一级中的隔离DCDC模块与第三级的LDO模拟电源之间增加第二级的非隔离DCDC模拟电源，降低第三级的LDO模拟电源的输入输出压差，即保证了电源质量，同时提高了电源转换效率。该种供电方式在保证了模拟电源低纹波的基础上，通过非隔离DCDC模拟电源将LDO电源输入输出电压差控制在I OOmV级别。该种电源方案在牺牲一定成本及系统空间的前提下，最大限度的降低了系统功耗，使得红外单机的整机功耗较之前传统方案降低超过30 %。
【主权项】
1.一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其特征在于: 包括外部电源输入，电源管理模块和二次电源； 其中，在制冷型红外热像仪的电源电路中，外部电源输入为12?28V的直流供电；通过电源管理模块对输入的外部电源进行保护和监测并将外部电源输出到二次电源;通过二次电源将外部输入的直流电源转换成图像处理电路、信号收集电路、制冷机控制所需的不同电压的电源； 二次电源包括隔离DCDC模块，非隔离DCDC模块，电源滤波模块，非隔离DCDC模拟电源，与巨隔离DCDC数字电源，LDO模拟电源； 其中，非隔离DCDC模块为制冷机控制提供电源，非隔离DCDC模块的电源转换效率>90% ； 隔离DCDC模块，电源滤波模块，非隔离DCDC模拟电源，非隔离DCDC数字电源，LDO模拟电源共同组成三级电源拓扑结构: 第一级中的隔离DCDC模块用于控制隔离热像仪系统电源与总体电源的电气隔离； 隔离DCDC模块输出电源经过电源滤波模块进入包括η个非隔离DCDC模拟电源和m个非隔离D⑶C数字电源的第二级，n2 1，m2 1，其中的非隔离D⑶C数字电源用于产生图像处理电路所需的电源； 第三级包括η个LDO模拟电源，通过第二级中的非隔离DCDC模拟电源将LDO模拟电源的输入输出电压差控制在10mV级别，用于产生信号收集电路所需的电源。2.如权利要求1所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其特征在于:制冷机控制电源需要的工作电压为24V，工作电流为1Α;图像处理电路需要的工作电压为3.3V，工作电流为2Α;信号收集电路需要的工作电压的是10mV级别。3.如权利要求1所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其特征在于:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源产生图像处理电路所需的电源的电源转换效率>90%。4.如权利要求3所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其特征在于:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源产生信号收集电路所需的电源的电源转换效率>90%。5.如权利要求4所述的一种用于制冷型红外热像仪的低功耗低噪声电源，其特征在于:在热像仪工作时，该低功耗低噪声电源的总电源效率> 85 %。
【文档编号】G01J5/02GK105865635SQ201610217554
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】刘晗, 何锁纯, 董斐, 林森, 傅强
【申请人】北京航天计量测试技术研究所, 中国运载火箭技术研究院