集成式一体化程控电源的制作方法

本发明涉及一种针对自动化电子测试设备使用的一种在功能上具有集成化、一体化，在结构上具有标准化、小型化的集成式一体化程控电源。

背景技术：

程控电源和程控电子负载在市场上已有较成熟的产品，但价格较高，体积较大，且集成不便。此发明将二者集成，可契合自动化电子测试设备的个性需求，便于实现电子测试设备的集成化、自动化，具有一定的社会效益和经济效益。

技术实现要素：

为解决上述问题，提供一种对集成化、一体化、标准化、小型化的集成式一体化程控电源。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种集成式一体化程控电源，包括机箱，所述机箱包括前面板和后面板，所述机箱内置电路板，所述电路板包括背板和分别插接在背板上的直流程控负载部件板、低压直流程控电源部件板、高压直流程控电源部件板、辅助电源部件板，所述背板上设置有与外部设备进行通信和电压输入、输出的设备接口。

所述的直流程控负载部件板上设有与cpu通过spi接口的adc和dac连接的直流程控负载电路、以及直流程控负载电路上的输入过压、输入过流保护电路；所述的直流程控负载部件板上还设有与cpu连接的温度检测电路。

所述的低压直流程控电源部件板上设有与cpu电路单元、以及与cpu通过spi接口的adc和dac连接的低压直流程控电源电路，所述的cpu通过背板上的与外部设备进行通信的设备接口，接收上位机指令，通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测低压直流程控电源部件2路输出电压，进行过流保护；即cpu设定dac输出给定的程控电压，与输出取样电压比较，再由环路运放放大后输出0～5v电压，调节pwm同步整流降压电路，进行程控输出9v～36v调节。

所述的高压直流程控电源部件板上设有与cpu通过spi接口的adc和dac连接的高压直流程控电源电路；所述的cpu通过背板上的与外部设备进行通信的设备接口，接收上位机指令，通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测高压直流程控电源部件16路输出电压，进行过流保护，即cpu设定dac输出给定的程控电压，与输出取样电压比较，再由环路运放放大后输出0～5v电压，并经隔离后调节高位mos管的导通电阻，该电阻与输出电阻分压后得到预期的输出电压，改变dac输出的电压0～5v，进行程控输出20v～200v。

所述的cpu电路单元包括与辅助电源连接的电源转换模块、与cpu电路单元连接的风机控制电路、rs232/can通信接口电路、温度检测电路和2个风机的风机控制电路。

所述的辅助电源部件板上设有与输入ac220v电源连接的滤波器、以及与滤波器连接的三个ac/dc电源模块，所述的三个ac/dc电源模块分别将输入ac220v转换成dc12v、dc48v、dc220v输出，所述的输出为dc12vac/dc电源模块与cpu单元的电源模块连接，为cpu提供工作电源；所述的输出为dc48v、dc220vac/dc电源模块分别为低压程控直流电源和高压程控直流电源提供所需的dc48v、dc220v电源。

所述的机箱前面板上设有led液晶屏、2对端子、2个调节旋钮和一个第一风机，所述的led液晶屏通过液晶屏驱动连接在高压直流程控电源部件上内置的cpu电路单元，用以显示直流程控负载部件、低压直流程控电源部件、高压直流程控电源部件的输入电压、输出电压；所述的2对端子中1对端子作为低压程控直流电源的电压输出端子，1对作为直流程控负载的电压输入端子；所述的2个调节旋钮中1个用以手动调节低压程控直流电源部件输出电压，1个用以手动调节直流程控负载部件负载电压大小；所述的第一风机与风机控制电路连接，向直流程控负载部件吹风；所述的前面板上还设有ac220v电源开关。

所述的机箱后面板上设有所述背板上的与外部设备进行通信的设备接口，所述的设备接口包括一个50芯连接器插座，用以输出高压程控直流电源部件16路电源输出、低压程控直流电源2路电源输出和直流程控负载4路电压输入，和一个9芯db9插座，用以对外进行rs232/can通信；所述的后面板上还安装一个第二风机，所述的第二风机与风机控制电路连接，向直流程控负载部件抽风。

所述的直流程控负载部件共4路，每路：0vdc～30vdc/5a/72w程控可调；

所述的低压程控直流电源部件共2路，每路：9vdc～36vdc/0a～4a/36w程控可调；

所述的高压程控直流电源部件共16路，每路：20vdc～200vdc/0.16w程控可调。

本发明的有益效果：设备实现集成化、一体化、标准化、小型化程控电源；

（1）cpu接收程序指令，通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测，提供2路：9vdc～36vdc/0a～4a/36w程控负载可调；

（2）通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测，根据系统设定的输出电压值控制电源输出，实现输出9vdc～36vdc电压的调节；

（3）通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测，根据系统设定的输出电压值控制电源输出，实现输出20vdc～200vdc电压的调节。

附图说明

图1集成式一体化程控电源外形及部件组成图。

图2集成式一体化程控电源电路结构图。

图3直流程控负载部件电路结构图。

图4低压程控直流电源部件电路结构图。

图5高压程控直流电源部件电路结构图。

其中1是背板，2是高压直流程控电源部件板，3是低压直流程控电源部件板,4是直流程控负载部件板，5是辅助电源部件板，6是电压输入接口，7是50芯连接器插座，8是db9插座，9是第二风机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种集成式一体化程控电源，它包括机箱，所述机箱包括前面板和后面板，所述机箱内置电路板，所述电路板包括背板1和分别插接在背板上的直流程控负载部件板4、低压直流程控电源部件板3、高压直流程控电源部件板2、辅助电源部件板，所述背板1上设置有与外部设备进行通信和电压输入、输出的设备接口。

所述的直流程控负载部件板4上设有与cpu通过spi接口的adc和dac连接的直流程控负载电路、以及直流程控负载电路上的输入过压、输入过流保护电路；所述的直流程控负载部件板4上还设有与cpu连接的温度检测电路。

所述的低压直流程控电源部件板3上设有cpu电路单元、以及与cpu通过spi接口的adc和dac连接的低压直流程控电源电路，所述的cpu通过背板上的与外部设备进行通信的设备接口，接收上位机指令，通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测低压直流程控电源部件2路输出电压，进行过流保护。即cpu设定dac输出给定的程控电压，与输出取样电压比较，再由环路运放放大后输出0～5v电压，调节pwm同步整流降压电路，进行程控输出9v～36v调节。

所述的高压直流程控电源部件板2上设有与cpu通过spi接口的adc和dac连接的高压直流程控电源电路；所述的cpu通过背板1上的与外部设备进行通信的设备接口，接收上位机指令，通过spi接口的adc和dac进行输出控制和检测高压直流程控电源部件16路输出电压，进行过流保护，即cpu设定dac输出给定的程控电压，与输出取样电压比较，再由环路运放放大后输出0～5v电压，并经隔离后调节高位mos管的导通电阻，该电阻与输出电阻分压后得到预期的输出电压，改变dac输出电压0～5v，进行程控输出20v～200v。

所述的cpu电路单元包括与辅助电源连接的电源转换模块、与cpu电路单元连接的风机控制电路、rs232/can通信接口电路、温度检测电路和2个风机的风机控制电路。

所述的辅助电源部件板上设有与输入ac220v电源连接的滤波器、以及与滤波器连接的三个ac/dc电源模块，所述的三个ac/dc电源模块分别将输入ac220v转换成dc12v、dc48v、dc220v输出，所述的输出为dc12vac/dc电源模块与cpu单元的电源模块连接，为cpu提供工作电源；所述的输出为dc48v、dc220vac/dc电源模块分别为低压程控直流电源和高压程控直流电源提供所需的dc48v、dc220v电源。

所述的机箱前面板上设有led液晶屏、2对端子、2个调节旋钮和一个第一风机，所述的led液晶屏通过液晶屏驱动连接在高压直流程控电源部件上内置的cpu电路单元，用以显示直流程控负载部件、低压直流程控电源部件、高压直流程控电源部件的输入电压、输出电压；所述的2对端子中1对端子作为低压程控直流电源的电压输出端子，1对作为直流程控负载的电压输入端子；所述的2个调节旋钮中1个用以手动调节低压程控直流电源部件输出电压，1个用以手动调节直流程控负载部件负载电压大小；所述的第一风机与风机控制电路连接，向直流程控负载部件吹风，对其进行风冷；所述的前面板上还设有ac220v电源开关。

所述的机箱后面板上设有所述背板上的与外部设备进行通信的设备接口，所述的设备接口包括一个50芯连接器插座，用以输出高压程控直流电源部件16路电源输出、低压程控直流电源2路电源输出和直流程控负载4路电压输入，和一个9芯db9插座，用以对外进行rs232/can通信；所述的后面板上还安装一个第二风机，所述的第二风机与风机控制电路连接，向直流程控负载部件抽风，对其进行风冷。

所述的直流程控负载部件共4路，每路：0vdc～30vdc/5a/72w程控可调；

所述的低压程控直流电源部件共2路，每路：9vdc～36vdc/0a～4a/36w程控可调；

所述的高压程控直流电源部件共16路，每路：20vdc～200vdc/0.16w程控可调。

本发明提供的集成式一体化程控电源由直流程控负载部件、低压直流程控电源部件、高压直流程控电源部件、辅助电源部件集成在一个2u标准19英寸机架式机箱中。2u标准19英寸机架式机箱安装有输入接口、输出接口和人机交互等零部件。具备与上位机的通信接口，在功能上具有集成化、一体化的特点；集成式一体化程控电源在结构上具有标准化、小型化的特点，方便与测试设备或平台进行集成和使用。

集成式一体化程控电源cpu电路单元通过对外通信接口接收上位机指令，通过spi接口的adc和dac对其3个功能部件进行电压、电流控制和检测。同时，进行输入过压、过流及温度检测及过温关闭及根据温度，启停风机运转；cpu电路单元还检测置于前面板的调节旋钮数字信号，可控制程控低压电源部件和直流程控负载部件，实现各1路的手动调节功能；cpu电路单元还驱动液晶显示器，显示各功能部件电压、电流等状态。

各功能部件功能如下：

直流程控负载部件共4路，每路：0vdc～30vdc/5a/72w程控可调，负载电流、电压准确度±0.5%fs。

低压程控直流电源部件共2路，每路：9vdc～36vdc/0a～4a/36w程控可调，输出电压线性度±0.5%fs。

高压程控直流电源部件共16路，每路：20vdc～200vdc/0.25w程控可调，输出电压线性度±1%fs。

辅助电源部件包括三个ac220v转dc12v、ac220v转dc48v、ac220v转dc220v自设计电源模块及输入、输出滤波电路和承载这些单元电路的单板；具体如附图2所示。

直流程控负载部件外部被测电压输入后经过输入电压取样电路到12位adc电路单元，通过spi到达cpu进行调节输出，再经过spi到达12位dac电路，经过电压比较，电流取样电路进行调节mos管导通程度实现程控负载功能。当温度检测电路检测到部件散热器温度升高到设定温度或低于设定温度时，cpu输出信号控制风机转动或停止风机转动，具体如图3所示。

低压直流程控电源部件包括cpu单元电路（即此电路放置在此部件，亦可放置于其它部件或单独放置）、spi接口、12位adc、输出电压取样、基准电压、程控电压、程控电流、同步pwm控制器、驱动电路、电流防护、输出电路。

cpu输出信号经过spi在到达12位adc电路，经过程控电流控制电路达到输出电路部分，该电路与输出电压取样电路，基准电路共同工作达到输出电压调节的功能，可实现低压直流程控电源，具体如图4所示。

高压直流程控电源部件包括spi接口、16通道dac、输出及oc保护、16通道输出、电压取样、16通道adc。

cpu输出信号经过spi接口到达12位adc电路，经过程控电流控制电路再到达输出电路部分，该电路与输出电压取样电路，基准电路共同工作达到输出电压调节的功能，可实现高压直流程控电源，具体如图5所示。

辅助电源部件包括三个ac220v转dc12v、ac220v转dc48v、ac220v转dc220v自设计电源模块及输入、输出滤波电路和承载这些单元电路的单板。

2u标准19英寸机架式机箱部件内部安装直流程控负载部件、低压直流程控电源部件、高压直流程控电源部件、辅助电源部件及部件之间互联的背板。此部件还安装显示单元、前后2个风机、对外的电压输入、输出接口、db9型通信接口，ac220v带灯指示开关、电压/电流调节旋钮，具体如图1所示。

cpu单元电路还包括与cpu连接的cpu温度检测电路、时钟芯片，用于实时获取cpu周边的温度信息，cpu还连接直流程控负载部件的温度检测电路和直流程控负载部件、高压程控电源部件、低压程控电源部件的id获取电路。

集成式一体化程控电源工作时，cpu根据上位机指令，通过cpu单元电路启动启停控制电路，对直流程控负载部件进行4路负载电压程控调节，另外还可通过调节前面板编码器旋钮进行1路负载电压手动调节，可实现模拟直流电源输出电压的不同负载用电状态。通过程控负载的功能控制电路，能模拟直流电源的恒定电流工作状态，可提供直流电压、直流电流和直流功率测量功能，具体如图3所示。

集成式一体化程控电源工作时，cpu根据上位机指令，通过cpu电源单元启动启停控制电路，对低压和高压直流程控电源部件进行程控，起到稳压作用，另外还可通过调节前面板编码器进行1路9v～36v输出电压手动调节，可实现对外不同输出电压，实现电压调节功能。电压调节范围9v～36v；20v～200v。

安装于机箱前面板的led液晶屏通过液晶rs232接口连接cpu，用以显示输入电压、输出电压、输出电流等信息。

在设计时，集成式一体化程控电源内部隔离电路和部件之间留有足够的安全距离，电源ac220v输入和低压电路之间电气隔离。rs232/can通信接口与内部主电路之间电气隔离。电源输入设置磁环和滤波器。对外接口设置磁珠，对辐射骚扰进行衰减。机箱整体考虑整体导电性和屏蔽性，外壳接地设计。

综上的描述可知：本发明可实现以下功能：

直流程控负载功能：模拟直流电源输出电压的不同负载用电状态。通过程控负载的功能控制电路，能模拟直流电源的恒定电流工作状态，可提供直流电压、直流电流和直流功率测量功能；可根据机箱内温度高低，对风机进行控制，实现温控功能和板件id识别功能。程控负载具备被测电压输入过压、输入过流及过温保护功能。

低压直流程控电源功能：通过低压程控直流电源的功能控制电路，能在设定范围内输出稳定的直流电压；可提供直流电压、直流电流和直流功率测量功能。2路9v～36v程控电源需具备输出过压、过流保护功能。

高压直流程控电源功能：通过高压程控直流电源的功能控制电路，能在设定范围内输出稳定的直流电压；可提供直流电压、直流电流和直流功率测量功能。16路20v～200v程控程控电源需具备输出过流保护功能。

集成式一体化程控电源设备功能：

直流程控负载：

（1）输入电压：ac220v±20%；

（2）具备四路负载，可测试电源板四路输出；

（3）一路rs232接口，用于外部控制电路通信；

（4）工作温度：0℃～50℃；

（5）负载电流、电压准确度：±0.5%fs；

（6）保护功能：具备输出过压、过流两种保护功能。

低压直流程控电源：

（1）输入电压范围：ac220v±20%，输出电压范围：dc9v～36v可调；

（2）功率：20w；

（3）具备两路can总线通信接口，一路rs232接口，用于外部控制电路通信；

（4）工作温度：0℃～50℃；

（5）直流输出电压线性度：±1%fs；

（6）保护功能：具备输出过压、过流、过功率三种保护功能。

高压直流程控电源：

（1）电压范围：ac220v±20%，输出电压范围：dc20v～200v可调；

（2）功率：5w；

（3）具备两路can总线通信、一路rs232接口，用于外部控制电路通信；

（4）工作温度：0℃～50℃；

（5）直流输出电压线性度：±1%fs；

（6）保护功能：具备输出过压、过流、过功率三种保护功能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。