基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路的制作方法

1.本发明涉及室外移动机器人高空或者远距离异物清扫领域技术领域，尤其涉一种基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路。


背景技术：

2.随着科技的发展进步以及人们生活水平的提高，外界环境中有时候会受到空中漂浮垃圾以及一些重要场所禁止飞行物运行的场所，受到这些外界环境的影响，因此需要一种简易轻便的激光器驱动电路发出脉冲，清扫掉高空或者远距离人触及不到的地方的异物、飞行物。
3.现在市面上的激光器驱动方式有两种，一种是使用恒压源进行驱动，另一种是采用恒流源进行驱动。
4.市面上的激光器驱动电路大多采用线性恒流源和大功率数字开关电源，线性电源设计复杂，能量转换效率低，功耗大，需要外接散热，控制反馈缓慢；大功率数字开关电源设计也很复杂，成本高，开关电源产生的噪声大，纹波系数控制不稳定等一系列因素。
5.小功率的多采用线性电源，利用功率管来进行线性恒流输出，大功率开关电源多采用数字mcu进行控制，产生pwm波形控制功率管开断达到稳压效果。


技术实现要素：

6.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路。
7.本发明的技术方案是：
8.一种基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路，包括开关电源电路、巴特沃斯低通滤波电路，采集电阻pi电流反馈电路、给定量pwm电压调节电路、软启动控制电路、mos管输出pwm脉冲尖峰滤波电路和漏感滤波电路、高频滤波电路。其中恒流反馈电路使整个回路电流恒流稳定，恒压电路使电路供电电压恒定，软启动电路使电路启动缓慢，减少电流过冲量，巴特沃斯滤波电路使电路文波减少，电压平稳，漏感电路减少尖峰脉冲，mos管输出pwm脉冲尖峰滤波电路消除后级自激振荡，高频滤波电路滤除掉线路中的高频分量。
9.进一步的，所述开关电源电路包括电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容e2、开关电源u7、静电管tvs1、续流二极管d4，限流电阻r22、电解电容c24、电解电容c25、电解电容c26、分压反馈电阻r26、分压反馈电阻r27和电感l1；开关电源u7的电压输入端分别与电容c18的正极一端连接、电容c19的正极一端连接、电容c20的一端连接、电容c21的一端连接、电容c22的一端连接、电容e2的正极一端连接、静电管tvs1的正极一端连接，开关电源u7的接地输入端分别与电容c18的负极一端连接、电容c19的负极一端连接、电容c20的一端连接、电容c21的一端连接、电容c22的一端连接、电容e2的负极一端连接、静电管tvs1的负极一端连接，开关电源u7的片选使能输入端与电容c22的一端连接，开关电源u7的
电压输出端与电感l1一端连接、续流二极管d4一端连接，开关电源u7的电压反馈输入端与分压反馈电阻r26一端连接、分压反馈电阻r27一端连接，电感l1一端与反馈电阻r26一端连接、电解电容c24的一端连接、电解电容c25的一端连接、电解电容c26的一端连接、续流二极管d4的一端与电阻r22一端连接，接地与电阻r22一端连接、接地与反馈电阻r27一端连接。3.根据权利要求2所述的一种基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路装置，其特征在于，所述漏感滤波电路包括二极管d5，电阻r25，二极管d5的正向端与电阻r25一端连接，二极管d5的负向端与电感l1的一端连接，电阻r25与电感l1的一端连接。
10.进一步的，所述mos管输出pwm脉冲尖峰滤波电路包括电容c23，电阻r23，电容c23一端与电阻r23一端连接，电容c23一端与电感l1的一端连接，电阻r23与接地端连接。
11.5.根据权利要求4所述的一种基于开关电源设计的机器人异物清扫激光器恒流驱动电路装置，其特征在于，所述五阶巴特沃斯滤波器电路包括电容c27、电容e3、电容e4、电感l2、电感l3，电容c27一端与电感l2一端连接，电容e3一端与电感l2的另一端连接，电容e3一端与电感l3的一端连接、电容e4一端与电感l3的另一端连接、电容e3一端与接地端连接、电容c27一端与接地端连接、电容e4一端与接地端连接、电感l2一端与电感l1一端连接。
12.进一步的，所述高频滤波电路包括电容c28、电容c29、电容c31、电容c33、电容c30、电容c32、采样电阻r28、激光器d6，电容c28一端与电感l3一端连接、电容c29一端与电感l3一端连接、电容c31一端与电感l3一端连接、电容c33一端与电感l3一端连接、激光器d6一端与电感l3一端连接，采样电阻r28一端与激光器d6另一端、电容c30一端与激光器d6另一端、电容c32一端与激光器d6另一端、电容c30一端与地端相连、电容c32一端与地端相连、采样电阻r28一端2一端与地端相连。
13.进一步的，所述给定量pwm电压调节电路包括电容c34、电容c39、电容c40、电容c41、电容c37、电阻r31、电阻r34、运算放大器u27a，电阻r31一端与pwm输入端一端连接、电阻r31一端与电阻r34一端连接、电阻r34一端与远算放大器的同相输入端一端连接、电容c37一端与远算放大器的同相输入端一端连接、电容c34一端与远算放大器的输出端一端连接、远算放大器的反相输入端一端与远算放大器的输出端一端连接、电容c41一端与远算放大器的输出端一端连接、电容c39和电容c41一端与电源一端相连、c39和电容c41一端与地一端相连、远算放大器的输出端一端与开关电源芯片电压反馈端连接。
14.进一步的，所述采集电流pi反馈电路包括电容c47、电容c48、电容c49、电容c50、电容c35、电容c38、电容c36、电容c42、电容c43、电容c45、电容c44、电容c46、电阻r43、电阻r44、、电阻r32、电阻r35、电阻r33、、电阻r41、电阻r42、电阻r38、电阻r36、电阻r37、电阻r39、电阻r40、二极管d8、运算放大器u11b、运算放大器u28b、运算放大器u29b、运算放大器u30b，电阻r43一端与电流ia输入端一端连接、电阻r43一端与电阻r44一端连接、电阻r44一端与电容c48一端连接、电容c47一端与电阻r44一端连接、电容c47一端与远算放大器u11b的输出端一端连接、远算放大器u11b的反相输入端一端与远算放大器u11b的输出端一端连接、电容c49和电容c50一端与电源一端相连、电阻r32一端与采样电阻r28一端连接、电阻r32一端与远算放大器u28b的同相输入端一端相连、电阻r35一端与远算放大器u28b的反相输入端一端相连、电阻r35一端与远算放大器u28b的输出端一端相连、电容c35一端与远算放大器u28b的反相输入端一端相连、电容c35一端与远算放大器u28b的输出端一端相连、电阻r33一端与远算放大器u28b的反相输入端一端相连、电阻r33一端与接地端一端相连、电
阻r37一端与远算放大器u29b的反相输入端一端相连、电阻r37一端与远算放大器u29b的输出端一端相连、电阻r39一端与远算放大器u29b的同相输入端一端相连、电阻r39一端与地相连、电阻r36一端与远算放大器u29b的反相输入端一端相连、电阻r36一端与远算放大器u30b的输出端一端相连、电阻r39一端与远算放大器u29b的输出端一端相连、电阻r39一端与地相连、电阻r41一端与地相连、电阻r41一端与运算放大器u30b的同相输入端一端相连、电阻r40一端与运算放大器u29b的同相输入端一端相连、电阻r40一端与运算放大器u29b的输出端一端相连、电阻r38一端与运算放大器u30b的输出端一端相连、电阻r38一端与运算放大器u30b的反相输入端一端相连、电阻r42一端与运算放大器u30b的反相输入端一端相连、电阻r42一端与运算放大器u29b的输出端一端相连、电容c42一端与运算放大器u30b的反相输入端一端相连、电容c42一端与运算放大器u30b的输出端一端相连、二极管d7一端与运算放大器u30b的反相输入端一端相连、二极管d7一端与运算放大器u30b的输出端一端相连。
15.进一步的，所述软启动电路包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、、电阻r21、电阻r24、电容c1、电容c2、mos管q1、三极管q2、稳压二极管d2、开关sw1、接线端子j1，电阻r19一端与地连接、电阻r19一端与电容c1一端连接、电阻r20一端与地连接、电阻r20一端与电容c1一端连接、电阻r24一端与电容c1一端连接、电阻r24一端与开关sw1一端连接、开关sw1一端与电阻r18的一端连接、电阻r18的一端与地连接、电阻r18一端与二极管d1一端连接、二极管d1一端与u7电压输入端连接、电容c2一端与电阻r18一端连接、电容c2一端与地连接、mos管q1的源极与电源芯片u7输入端连接、mos管q1的漏级与电源j1一端连接、mos管q1的栅极一端与电阻r21一端连接、电阻r21一端与三极管q2集电极一端连接、三极管q2发射极一端与地连接、三极管q2基极一端与稳压二极管d2一端连接、稳压二极管d2一端与电阻r7一端连接、电阻r7一端与电阻r18一端连接、接线端子j1一端与地连接。
16.本发明的有益效果是
17.其应用于常规中小型功率激光器当中，克服了线性电源的功率小、调节缓慢不稳定等问题，同时也解决了大功率恒流源采用mcu控制的复杂性问题。利用现成的开关电源芯片外接电路实现中小功率恒流输出，外接滤波电路实现了较小的电流文波波动、提升了电压反馈调节等功能。
附图说明
18.图1为本发明的开关电源主原理图；
19.图2为本发明的电流信号、电压信号反馈以及软启动原理图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.通过不断地调节开关电源的反馈电压管脚来实现电压的不断调整，进一步实现后级电路的恒流输出。利用pi电流反馈调节、五阶巴特沃斯滤波器、rc无源滤波、mos管pwm脉
冲输出rc滤波电路、漏感滤波电路和高频滤波电路，使电压纹波系数进一步降低，达到电源的高精度要求。
22.电路组成部分：恒流源由开关电源电路、五阶巴特沃斯低通滤波电路、采集电阻pi电流反馈电路、给定量反馈电压电路、软启动控制电路、mos管pwm脉冲输出rc滤波电路、漏感滤波电路、高频滤波电路八部分组成。
23.本电路适合开关电源带fb反馈端的芯片电路，由于开关电源内部集成了比较器、振荡器，功率mos管等电路，本发明就是在其基础上面添加了平滑度调节的pi电路实现恒流功能，外加给定量实现的恒压功能。在后级电路驱动激光器电路时为了消除电流文波和电压文波，采取了五阶巴特沃斯滤波电路，使工作电流更平滑，纹波系数更小。在实际工作当中，针对不同的产品性价比不一样的电路采用了同一种解决方案，在续流二极管并联rc滤波电容，使后级产生的pwm波形更稳定，开关电源输出波形更稳定，减少电路的自己震荡现象。另外为了减少电路的尖峰脉冲和电流超调量，在电感附近增加了一个小功率电流泄放回路，减少过冲量产生的影响。
24.开关电源电路
25.本发明设计的开关电源电路适合很多公司生产的开关电源芯片，只要开关电源芯片具备电压输入端口，电压输出端口、电压反馈端口就可以实现功能。主要针对降压/升压开关电源电路。开关频率大于500khz的电路效果更好，纹波系数更小。使用频段为300khz～2000khz的效果更佳。
26.五阶巴特沃斯低通滤波电路
27.本发明采用巴特沃斯滤波电路，更高阶的滤波电路实现的频带越窄，滤波效果越好，品质因数越明显。电路中的电流纹波越小，造成后端的冲击越简单。利用更高阶巴特沃斯滤波电路的平滑度来使电路流通的噪声更少，电路更稳定。
28.采集电阻pi电流反馈电路
29.本发明采用的是硬件pi调节电路，不同于一般的软件调节电路，硬件调节电路更稳定，效果更好，反应速度更快。
30.给定量pwm电压调节电路
31.为了实现电压的调节，需要外接给定量，并采用运放的跟随作用来提高反馈能力。
32.软启动控制电路
33.为了使激光器启动电路减少浪涌电流，电流过冲量，需要在回路当中设置软启动方式，延长回路启动时间，本设计电路软启动时间为5ms，电流为斜度上升曲线。
34.mos管pwm脉冲输出rc滤波电路
35.在现实测试当中发现很多开关电源性能不一样，在开关电源输出端出现很多的谐波，导致pwm电压波形不稳定，造成不稳定的主要原因有：(1)芯片内部的震荡电路波形产生不稳定，(2)电压pwm输出端反馈电路形成闭环自激振荡。在续流二极管并联一个rc滤波电路消除震荡。
36.漏感滤波电路
37.在回路当中，当开关电源的输出端关闭时，电感和电容续流，叠加到二极管两端的电压为两者之和，利用二极管的箝位作用使电压保持在二极管压降附近，但是现实电路当中会存在电压尖峰脉冲作用，产生尖峰进一步影响后级电路产生振铃，主要是漏感引起产
生。为了消除漏感尖峰，使其平滑度在电感附近叠加二极管和电阻，其作用是泄放一部分尖峰电流。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。