一种高性能电泳仪电源的拓扑电路的制作方法

本实用新型涉及分子生物学电泳领域，具体而言，涉及一种高性能电泳仪电源的拓扑电路。

背景技术：

电泳仪电源的基本功能为一台电流、电压、功率从零起调的连续可调直流电源。直流电源从原理上分为线性电源、开关电源。市场流行的电泳仪电源大部分为开关电源。开关电源通过改变功率管的开和关的时间即改变占空比来改变输出，开关频率较高。它的优点是体积小、重量轻、效率高、稳定可靠。但是，相对于线性电源来说纹波较大，特别是在低电压、小电流时。同时，由于pwm最小脉宽的限制，很难做到电压、电流、功率从零起调。电泳仪电源的较大纹波会影响电泳实验的效果。

线性电源通过调整管的压降来调整输出，可以达到很高的稳定度、波纹很小。但因为工作在工频(50hz)、变压器的体积比较大,效率偏低。线性电源的输出电压越低，输出电压与输入电压的压差越大、效率越低。因此，线性电源不适合大范围内电压可调的电源。也有少量输出电压调整范围小、功率不大的电泳实验用到线性电源。

因此现有技术缺少一种既有开关电源的高效率，又有线性电源的低纹波，可以满足较高要求的电泳实验的电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高性能电泳仪电源的拓扑电路，其具有精度高、纹波小，稳定性极高、效率高的优点。可省去电源散热风扇或降低散热风扇的转速，减小电源的噪声。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种高性能电泳仪电源的拓扑电路，其包括整流电路、控制电源、调整控制电路和人机对话电路，还包括一级拓扑电路、二级拓扑电路、第一电压取样电路、第二电压取样电路以及电流取样电路；整流电路的输出端与一级拓扑电路的输入端连接；一级拓扑电路的输出端通过第一电压取样电路与二级拓扑电路的输入端连接；调整控制电路的第一输出端与一级拓扑电路的输入端连接，第二输出端与二级拓扑电路的输入端连接，第三输出端与人机对话电路的输入端连接，调整控制电路的第一输入端与第一电压取样电路的第一输出端连接，第二输入端与电流取样电路的第一输出端连接，第三输入端与第二电压取样电路的第一输出端连接；人机对话电路与调整控制电路交互连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括保护与上电电路，保护与上电电路的输入端接电源，输出端与整流电路的输入端连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括显示电路，显示电路与人机对话电路交互连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述一级拓扑电路包括：nmos管q31、nmos管q32以及变压器t31，nmos管q31与nmos管q32组成半桥电路，nmos管q31、nmos管q32与变压器t31串联。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括：电感lr，nmos管q31、nmos管q32通过电感lr与变压器t31串联。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括：电容cr1和电容cr2，电容cr1的一端与nmos管q31连接，另一端与变压器t31连接，电容cr2的一端与nmos管q32连接，另一端与变压器t31连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括：二极管d31和二极管d32，二极管d31的正极与电容cr1的一端连接，负极与电容cr1的另一端连接，二极管d32的正极与电容cr2的一端连接，负极与电容cr2的另一端连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述还包括：二极管d33、二极管d34、二极管d35、二极管d36、电容c31和电容c32，变压器t31的输出端经二极管d33、二极管d34、二极管d35、二极管d36、电容c31和电容c32与二级拓扑电路的输入端连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述第一电压取样电路包括：电阻r41、电阻r42、光电隔离电路组件u41；电阻r41的一端与一级拓扑电路连接，另一端与光电隔离电路组件u41连接；电阻r42的一端与一级拓扑电路连接，另一端与光电隔离电路组件u41连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述电流取样电路包括电阻r61和光电隔离电路组件u61，电阻r61的一端与二级拓扑电路连接，另一端与光电隔离电路组件u61连接；第二电压取样电路包括电阻r81、电阻r82和光电隔离电路组件u81，电阻r81的一端与二级拓扑电路连接，另一端与光电隔离电路组件u81连接，电阻r82的一端与二级拓扑电路连接，另一端与光电隔离电路组件u81连接。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

电泳仪电源采用了开关电源电路为前级、线性电源电路作为后级的两级调整电源拓扑电路。电泳仪电源为连续可调的直流电源，本专利根据用户设置参数、电源输出电压、电源输出电流动态调整作为前级的开关电源电路的输出电压，来减小作为后级的线性电源电路中调整管的功耗。

本专利的电泳仪电源具有精度高、纹波小，稳定性极高、效率高的优点。可省去电源散热风扇或降低散热风扇的转速，减小电源的噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电泳仪电源原理框示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一级拓扑电路与第一电压取样的电路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的二级拓扑电路与电流取样及第二电压取样的电路示意图。

图标：100-保护与上电电路；110-整流电路；120-控制电源电路；130-一级拓扑电路；140-第一电压取样电路；150-二级拓扑电路；160-电流取样电路；170-第二电压取样电路；180-调整控制电路；190-人机对话电路；200-显示电路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的电泳仪电源原理框示意图，其如下所示：

包括保护与上电电路100、整流电路110、控制电源电路120、一级拓扑电路130、第一电压取样电路140、二级拓扑电路150、电流取样电路160、第二电压取样电路170、调整控制电路180、人机对话电路190和显示电路200。

所述上电电路的输入端接电源，输出端接整流电路110的输入端，保护与上电由电源开关、保险管、ntc电阻等组成；

整流电路110的输出端与一级拓扑电路130的输入端连接，整流电路110包括全波整流、滤波电容；

控制电源电路120的输入端与整流电路110的输出端连接，控制电源电路120输出两路独立的dc+5v电源、一路dc+12v电源，一路dc+5v电源为人机对话电路190和显示电路200供电，其他电源为调整控制电路180、一级拓扑电路130、二级拓扑电路150供电。

一级拓扑电路130的输出端通过第一电压取样电路140与二级拓扑电路150连接，二级拓扑电路150的输出端通过电流取样电路160与第二电压取样电路170连接；一级拓扑电路130采用开关电源电路，二级拓扑电路150采用线性调整电路，在调整控制电路180有效的控制下组成两级调整的拓扑电路，实现稳定可调、高性能的直流输出。

调整控制电路180的第一输出端与一级拓扑电路130的输入端连接，调整控制电路180第二输出端与二级拓扑电路150的输入端连接，调整控制电路180第三输出端与人机对话电路190的输入端连接，调整控制电路180的第一输入端与第一电压取样电路140连接，调整控制电路180的第二输入端与电流取样电路160连接，调整控制电路180的第三输入端与第二电压取样电路170连接，调整控制电路180的第四输入端与人机对话电路190连接。调整控制电路180由微处理器与外围电路、两路电压采集电路、一路或两路电流采集电路以及两路控制给定电路组成。调整控制电路180通过串口通讯与人机对话电路190实现数据交换。显示电路200显示人机对话的信息。

调整控制电路180根据给定参数与二级拓扑电路150的第二电压取样、电流取样的反馈值，动态调整一级拓扑电路130的输出电压。二级拓扑电路150的调整管压差保持在合理范围。本专利的电泳仪电源充分利用了开关电源电路的高效率与线性电源电路的低纹波的特点，输出性能优良。

本实施例中，一级拓扑电路130采用双电容llc软开关拓扑电路，损耗很小，电源温升低。电泳仪电源的输出最大参数为600v、600ma、360w，环境温度为30℃以下时可不用散热风扇。

实施例2

请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的一级拓扑电路130与第一电压取样的电路示意图，其如下所示：

一级拓扑电路130由nmos管q31、nmos管q32、电感lr、变压器t31原边电感lm、cr2以及cr1组成谐振电路，实现nmos管q31、nmos管q32的zvs零电压开关。二极管d31、d32为电容cr1、cr2负压钳位。

变压器t31副边输出变压后的交流电压，经由二极管d33、二极管d34、二极管d35、二极管d36整流为直流，并经电容c31、电容c32滤波后给二级拓扑电路150。电阻r31、电阻r32为电容c31、c32的均压电阻。

nmos管q31与nmos管q32组成半桥电路，nmos管q31、nmos管q32与变压器t31串联，nmos管q31、nmos管q32通过电感lr与变压器t31串联。电容cr1的一端与nmos管q31连接，另一端与变压器t31连接，电容cr2的一端与nmos管q32连接，另一端与变压器t31连接，二极管d31的正极与电容cr1的一端连接，负极与电容cr1的另一端连接，二极管d32的正极与电容cr2的一端连接，负极与电容cr2的另一端连接。变压器t31的输出端经二极管d33、二极管d34、二极管d35、二极管d36、电容c31和电容c32整流为直流，再经过电容c31、电容c32滤波后与二级拓扑电路150连接，电阻r31的一端与电容c31的一端连接，另一端与电容c31的另一端连接，电阻r32的一端与电容c32的一端连接，另一端与电容c32的另一端连接，电阻r31、电阻r32为电容c31、电容c32的均压电阻。

第一电压取样的电路包括电阻r41、电阻r42、光电隔离电路组件u41，分别输出给控制电路、调整控制电路180。控制电路通过驱动电路、驱动电路分别控制nmos管q31、nmos管q32的通断。光电隔离电路组件u41采用线性光电隔离电路。

实施例3

请参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的二级拓扑电路150与电流取样及第二电压取样的电路示意图，其如下所示：

二级拓扑电路150由电容c51、nmos管q51、电容c51、电容c52、电容c53、电容c54、电阻r51、电阻r52、电感l51、电容c55、电容c56、电容c57、电阻r53、电阻r54组成。

nmos管q51为线性调整电路的调整管。电容c51、电容c52、电容c53、电容c54为调整电路的滤波电容，电阻r51、电阻r52为电容c53、电容c54的均压电阻。由电感l51、电容c55、电容c56、电容c57组成输出lc滤波电路，电阻r53、电阻r54为电容c55、电容c56的均压电阻。

电容c51的一端与nmos管q51连接，另一端与电感l51连接；电容c52的一端与nmos管q51连接，另一端与电感l51连接；nmos管q51的一端与驱动电路连接，另一端与电感l51连接；电容c53的一端与驱动电路连接，另一端与电容c54连接，电容c54的一端与电容c53连接，另一端与电感l51连接；电阻r51的一端与电容c53的一端连接，另一端与电容c53的另一端连接，电阻r52的一端与电容c54的一端连接，另一端与电容c54的另一端连接。电容c55的一端与电感l51连接，另一端经电容c56与电流取样电路160连接，电容c56的一端与电容c55连接，另一端与电流取样电路160连接；电阻r53的一端与电容c55的一端连接，另一端与电容c55的另一端连接，电阻r54的一端与电容c56的一端连接，另一端与电容c56的另一端连接；电容c57的一端与电感l51连接，另一端与第二电压取样电路170连接。

电流取样电路160由电阻r61、光电隔离电路组件u61组成，电阻r61的一端与二级拓扑电路150连接，另一端与光电隔离电路组件u61连接。光电隔离电路组件u61采用线性光电隔离电路，光电隔离电路组件u61的输出端与调整控制电路180的第一输入端连接。

第二电压取样电路170由电阻r81、电阻r82、光电隔离电路组件u81组成，电阻r81的一端与二级拓扑电路150连接，另一端与光电隔离电路组件u81连接，电阻r82的一端与二级拓扑电路150连接，另一端与光电隔离电路组件u81连接。光电隔离电路组件u81采用线性光电隔离电路，光电隔离电路组件u81的输出端与调整控制电路180的第二输入端连接。

电流取样电路160、第二电压取样电路170的输出给调整控制电路180。调整控制电路180通过驱动电路控制nmos管q51的电压vgs、改变nmos管q51的vds电压实现稳压输出。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，电泳仪电源还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

综上所述，本申请实施例提供的一种高性能电泳仪电源的拓扑电路，电泳仪电源采用了开关电源电路为前级、线性电源电路作为后级的两级调整电源拓扑电路。电泳仪电源为连续可调的直流电源，本专利根据用户设置参数、电源输出电压、电源输出电流动态调整作为前级的开关电源电路的输出电压，来减小作为后级的线性电源电路中调整管的功耗。

本专利的电泳仪电源具有精度高、纹波小，稳定性极高、效率高的优点。可省去电源散热风扇或降低散热风扇的转速，减小电源的噪声。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。