一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源的制作方法
【專利摘要】本發明屬于制冷型紅外熱像儀電子學技術領域，具體涉及一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源。本電源系統采用電源總線結構，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12～28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監測并將外部電源輸出到二次電源；通過二次電源將外部輸入的直流電源轉換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源。上述技術方案根據熱像儀各電源種類實際使用情況，優化了電源種類，動態調整供電模式，具有高電源轉換效率，低電源噪聲等特點。
【專利說明】
一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源
技術領域
[0001]本發明屬于制冷型紅外熱像儀電子學技術領域，具體涉及一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源。
【背景技術】
[0002]制冷型紅外熱像儀具有良好的環境適應性，在軍事夜視偵查，武器瞄具，紅外制導，搜索與跟蹤，邊海防，衛星遙感等領域有廣泛的應用。隨著制冷型紅外成像技術的不斷發展，各個應用領域對紅外單機的成像性能要求越來越高，功能要求越來越豐富，對熱像儀的成像噪聲，工作功耗，單機尺寸都提出了更高的要求。由于電學系統所使用的高性能可編程器件越來越多，電路板密度越來越高，信號速率越來越快，這就對系統的電源提出來更高的要求。
[0003]傳統的熱像儀單機電源結構大量采用集成式電源模塊，這種電源結構電源總效率較低，電源紋波大，且電源重量重體積大，不能很好滿足現代熱像儀單機的設計要求。
[0004]因此需要結合開關電源與線性電源的自身特點，結合熱像儀單機內不同電源的不同需求，設計一種高電源效率，低噪聲的熱像儀電源解決方案，以改善熱像儀整機成像性能，降低設備功耗，減小單機重量，更好的助力制冷型紅外熱像儀發展。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供為熱像儀提供一種高效率低噪聲的電源方案，同時保證系統電源的高可靠性。
[0006]為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是:
[0007]—種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；
[0008]其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源；
[0009 ] 二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數字電源，LDO模擬電源；
[0010]其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉換效率>90% ；
[0011 ]隔離Drac模塊，電源濾波模塊，非隔離D⑶C模擬電源，非隔離D⑶C數字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結構:
[0012]第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統電源與總體電源的電氣隔離；[0013 ]隔離DCDC模塊輸出電源經過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離DCDC數字電源用于產生圖像處理電路所需的電源；
[0014]第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產生信號收集電路所需的電源。
[0015]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。
[0016]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產生圖像處理電路所需的電源的電源轉換效率>90%。
[0017]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產生信號收集電路所需的電源的電源轉換效率>90%。
[0018]進一步的，如上所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其中:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源的總電源效率> 85 %。
[0019]與傳統方式比較，本發明技術方案的有益效果在于:
[0020]本電源系統采用電源總線結構，具有三級電源拓撲，根據熱像儀各電源種類實際使用情況，優化了電源種類，動態調整供電模式，具有高電源轉換效率，低電源噪聲等特點。
[0021]本電源方案在犧牲一定成本及系統空間的前提下，最大限度的降低了系統功耗，使得紅外單機的整機功耗較之前傳統方案降低超過30%。在功耗敏感型應用領域如手持型紅外熱像儀，彈載紅外系統的電源系統設計方向提供了新穎的解決方案。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明電源網絡組成示意框圖。
[0023]圖中:I外部電源輸入，2電源管理模塊，3隔離DCDC模塊，4非隔離DCDC模塊，5外部制冷劑，6電源濾波模塊，7非隔離D⑶C模擬電源，8非隔離D⑶C數字電源，9LD0模擬電源。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案進行詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發明一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源；
[0026]其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源；
[0027]在本實施例中，制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。
[0028]本著提高總電源效率，且保證電源噪聲要求的設計思路，本實施例技術方案將采用線性電源與DC-DC相結合的方案，來實現高的電源效率與低的輸出紋波的要求。即對輸入輸出壓降大和功耗比較大的部分采用DC-DC電源，以減小尺寸、提高效率，而對部分小功耗、低噪聲要求的模擬電路采用線性電源以提高電源質量。
[0029]針對數字電路電源種類較多，對電源質量要求相對不高的特點，選擇二次非隔離DC-DC芯片來實現多重電源的供給，同時針對熱像儀不同工作時期各個電源的工作狀態的差異，動態切換各個DC-DC的工作模式，以保證在熱像儀工作時，各分支電源效率始終保持在90%，以上總電源效率超過85%。
[0030]二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數字電源，LDO模擬電源；
[0031]其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉換效率>90% ；
[0032]隔離Drac模塊，電源濾波模塊，非隔離D⑶C模擬電源，非隔離D⑶C數字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結構:
[0033 ]第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統電源與總體電源的電氣隔離；
[0034]隔離DCDC模塊輸出電源經過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離DCDC數字電源用于產生圖像處理電路所需的電源；
[0035]第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產生信號收集電路所需的電源。
[0036]紅外圖像的采集實際上是微弱電壓信號的采集過程，因此系統對信號采集部分的模擬電源質量精度要求極高，因此該部分電源采用了線性電源供給的方式，同時為了盡可能提高電源效率，在第一級中的隔離DCDC模塊與第三級的LDO模擬電源之間增加第二級的非隔離DCDC模擬電源，降低第三級的LDO模擬電源的輸入輸出壓差，即保證了電源質量，同時提高了電源轉換效率。該種供電方式在保證了模擬電源低紋波的基礎上，通過非隔離DCDC模擬電源將LDO電源輸入輸出電壓差控制在I OOmV級別。該種電源方案在犧牲一定成本及系統空間的前提下，最大限度的降低了系統功耗，使得紅外單機的整機功耗較之前傳統方案降低超過30 %。
【主權項】
1.一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于: 包括外部電源輸入，電源管理模塊和二次電源； 其中，在制冷型紅外熱像儀的電源電路中，外部電源輸入為12?28V的直流供電；通過電源管理模塊對輸入的外部電源進行保護和監測并將外部電源輸出到二次電源;通過二次電源將外部輸入的直流電源轉換成圖像處理電路、信號收集電路、制冷機控制所需的不同電壓的電源； 二次電源包括隔離DCDC模塊，非隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，與巨隔離DCDC數字電源，LDO模擬電源； 其中，非隔離DCDC模塊為制冷機控制提供電源，非隔離DCDC模塊的電源轉換效率>90% ； 隔離DCDC模塊，電源濾波模塊，非隔離DCDC模擬電源，非隔離DCDC數字電源，LDO模擬電源共同組成三級電源拓撲結構: 第一級中的隔離DCDC模塊用于控制隔離熱像儀系統電源與總體電源的電氣隔離； 隔離DCDC模塊輸出電源經過電源濾波模塊進入包括η個非隔離DCDC模擬電源和m個非隔離D⑶C數字電源的第二級，n2 1，m2 1，其中的非隔離D⑶C數字電源用于產生圖像處理電路所需的電源； 第三級包括η個LDO模擬電源，通過第二級中的非隔離DCDC模擬電源將LDO模擬電源的輸入輸出電壓差控制在10mV級別，用于產生信號收集電路所需的電源。2.如權利要求1所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:制冷機控制電源需要的工作電壓為24V，工作電流為1Α;圖像處理電路需要的工作電壓為3.3V，工作電流為2Α;信號收集電路需要的工作電壓的是10mV級別。3.如權利要求1所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產生圖像處理電路所需的電源的電源轉換效率>90%。4.如權利要求3所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源產生信號收集電路所需的電源的電源轉換效率>90%。5.如權利要求4所述的一種用于制冷型紅外熱像儀的低功耗低噪聲電源，其特征在于:在熱像儀工作時，該低功耗低噪聲電源的總電源效率> 85 %。
【文檔編號】G01J5/02GK105865635SQ201610217554
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】劉晗, 何鎖純, 董斐, 林森, 傅強
【申請人】北京航天計量測試技術研究所, 中國運載火箭技術研究院