一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统的制作方法

本技术涉及电子，具体涉及一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、在智能巡逻机器人电气系统的设计方案中，包含有多种类型的综合控制单元、各类传感器和大功率直流驱动电机，这些设备的的运行既对电源的分配管理和可靠控制有较高要求，又会对电源系统的质量和稳定性产生不良影响，加大电源系统的电压尖峰和纹波扰动。

3、在目前市场同类型产品中，电源系统大多直接通过设备电池取电，并通过共模降压电路产生各个功能电路的电源电压。这种电路设计方式虽然成本相对较低，电路复杂度也大幅下降，但是这种方案中电源系统受电池电压稳定性影响大，尤其在大功率直流电机运行过程中，电池端电压纹波大，后端电源模块因为共地扰动的原因受干扰程度大，输出的电源质量低，易对综合控制单元及传感器等后端用电设备的稳定性和通讯及控制功能、性能展开造成不利影响，甚至导致整个设备瘫痪，无法正常工作。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于：针对在大功率直流电机工作中对电源系统造成扰动，进而影响到电源管理模块的通讯及控制功能，以及后端设备正常工作的问题，提供了一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，采用隔离电源架构，将大功率直流电机工作产生的电压扰动信号完全隔离在输入回路外，为后端通讯、控制功能电路及用电设备提供低纹波的供电电源。

2、本实用新型的技术方案如下：

3、一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，包括：+12v降压电源电路、+3.3v隔离电源电路、微控制器、mos管开关驱动电路、mos管boost电压升压电路和mos管开关电路；所述+12v降压电源电路用于将+72v电池端电压降压为+12v；所述+3.3v隔离电源电路用于将+12v降压为+3.3v，并对电压扰动信号进行隔离，降低纹波；所述微控制器用于控制+3.3v隔离电源电路的通断以及通过mos管开关驱动电路和mos管boost电压升压电路控制mos管开关电路的通断；所述mos管开关电路用于为+3.3v隔离电源电路提供隔离电压。

4、进一步地，所述+12v降压电源电路，包括：降压电源芯片u5，所述降压电源芯片u5的型号为lt8631；降压电源芯片u5的pin1连接+72v电池端输入电压，通过电容c21、电容c22、电容c23进行滤波和退耦；降压电源芯片u5的pin3为使能引脚，通过电阻r7和电阻r10的分压电压为降压电源芯片u5提供使能信号；降压电源芯片u5的pin16外接电容c26，为内部电压提供稳压；降压电源芯片u5的pin8为频率设置引脚，外接电阻r9；降压电源芯片u5的pin7通过接地，为降压电源芯片u5设置工作模式；降压电源芯片u5的pin10通过外接电容c27实现软启动延时设置；降压电源芯片u5的pin18和pin20连接buck电路储能元件电感l2和电容c20；降压电源芯片u5的pin14上连接有续流二极管d10，并通过降压电源芯片u5的pin14和pin12输出+12v电源；降压电源芯片u5的pin12连接有储能电容器e3、滤波c25和滤波电容c24；降压电源芯片u5的pin11为反馈参考电压输入引脚，通过电阻r5和电阻r11分压电压实现反馈电压采样。

5、进一步地，所述+3.3v隔离电源电路，包括：驱动芯片u7和线性稳压电源芯片u6；所述驱动芯片u7的型号为mcp1416t-e/ot；所述驱动芯片u7的pin2与降压电源芯片u5的pin12连接，其中还设置有电容c31和电容c32，提供滤波和退耦；驱动芯片u7的pin4接地；驱动芯片u7的pin3用于与微控制器连接，用于接收微控制器输出的100khz/50％duty pwm方波信号；驱动芯片u7的pin5输出12v的100khz/50％duty pwm方波信号驱动mos管q1关断和导通；mos管q1输出端与隔离电源变压器t2连接，通过电容c28进行滤波；当mos管q1导通时，为隔离电源变压器t2的初级线圈充能，隔离电源变压器t2的次级线圈输出12v隔离电压；当mos管q1关断时，初级线圈存储的能量通过初级同名端线圈放电，实现初级线圈退磁，同时隔离电源变压器t2的次级线圈维持输出12v隔离电压；次级线圈输出的电压经防反二极管d11和滤波电感l3后，存储到储能电容c33；所述线性稳压电源芯片u6的型号为tlv70433dbvr，+12v电源经线性稳压电源芯片u6的pin2输入后，由线性稳压电源芯片u6的pin3输出+3.3v电源电压。

6、进一步地，所述微控制器，包括：微控制器芯片u3，所述微控制器芯片u3的型号为atmega328pb；所述微控制器芯片u3的pin4和pin5分别为vcc电源正负极，通过电容c8、电容c9进行滤波和退耦；微控制器芯片u3的pin7、pin8连接有晶振电容c11、晶振电容c12和晶振y1作为晶振启动电路；微控制器芯片u3的pin18、pin21分别为avcc电源正负极，通过电感l1、电容c7进行电感滤波和电容退耦；微控制器芯片u3的pin20为芯片内基准电压引脚，通过电容c10接地；微控制器芯片u3的pin29为芯片复位引脚，通过电阻r5连接到+5v电源，并通过电容c13接地滤波；微控制器芯片u3的pin14与mos管boost电压升压电路连接，输出100khz/50％duty pwm方波信号；微控制器芯片u3的pin10与驱动芯片u7的pin3连接，输出100khz/50％duty pwm方波信号；微控制器芯片u3的pin13与mos管开关驱动电路连接，为mos管开关驱动电路提供mos管驱动开关信号。

7、进一步地，所述mos管开关驱动电路，包括：驱动芯片u10，所述驱动芯片u10的型号为si8220；驱动芯片u10的pin2连接+5v外接电源；驱动芯片u10的pin3连接三极管开关电路，所述三极管开关电路与微控制器芯片u3的pin13连接，通过微控制器芯片u3的pin13连接电阻r23驱动mos管q4为驱动芯片u10提供开关信号；驱动芯片u10的pin8与mos管boost电压升压电路连接，通过mos管boost电压升压电路为驱动芯片u10提供vdd电源；驱动芯片u10的pin7通过电阻r20、电阻r21与mos管开关电路连接，为后端mos管提供栅极驱动电压。

8、进一步地，所述mos管boost电压升压电路，包括：驱动芯片u11，所述驱动芯片u11的型号为tc4420eoa713；驱动芯片u11的pin1、pin8连接+12v电源，并通过c46、c47电容进行滤波和退耦；驱动芯片u11的pin4、pin5连接gnd；微控制器芯片u3的pin14通过电阻r27与驱动芯片u11的pin2连接，输出12v 100khz/50％duty pwm方波信号，驱动高频电容器c45，利用电容电压不可突变的原理，通过单向二极管d22为电容c43、电容c44充电，并通过15v稳压二极管d20产生相对于load+端的+12v悬浮电压loadboost+为mos管供电。

9、进一步地，所述mos管开关电路，包括：驱动芯片u10、mos管q2、mos管q3；所述驱动芯片u10的型号为si8220；所述mos管q2、mos管q3的型号为stp80nf70；mos管q2、mos管q3的ldrv1和ldrv2分别连接mos管栅极，通过施加栅极驱动电压实现ubat和load+导通。

10、与现有的技术相比本实用新型的有益效果是：

11、非电源隔离型通讯控制模块电源输出纹波可达500mv以上，信号采集、通讯及控制功能均受到严重影响，故障率高，不能正常工作。通过本实用新型实际工作效果测试验证得出，电源隔离型通讯控制模块电源输出纹波可降低至30mv以内，信号采集、通讯及控制功能正常，未出现故障；很好的解决了电磁兼容性差的问题，也解决了模块本身抗干扰性差的问题，并实现了空间的合理利用，显著提高了系统的安装便利性和可靠性。

技术特征：

1.一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，包括：+12v降压电源电路、+3.3v隔离电源电路、微控制器、mos管开关驱动电路、mos管boost电压升压电路和mos管开关电路；所述+12v降压电源电路用于将+72v电池端电压降压为+12v；所述+3.3v隔离电源电路用于将+12v降压为+3.3v，并对电压扰动信号进行隔离，降低纹波；所述微控制器用于控制+3.3v隔离电源电路的通断以及通过mos管开关驱动电路和mos管boost电压升压电路控制mos管开关电路的通断；所述mos管开关电路用于为+3.3v隔离电源电路提供隔离电压。

2.根据权利要求1所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述+12v降压电源电路，包括：降压电源芯片u5，所述降压电源芯片u5的型号为lt8631。

3.根据权利要求2所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述降压电源芯片u5的pin1连接+72v电池端输入电压，通过电容c21、电容c22、电容c23进行滤波和退耦；降压电源芯片u5的pin3为使能引脚，通过电阻r7和电阻r10的分压电压为降压电源芯片u5提供使能信号；降压电源芯片u5的pin16外接电容c26，为内部电压提供稳压；降压电源芯片u5的pin8为频率设置引脚，外接电阻r9；降压电源芯片u5的pin7通过接地，为降压电源芯片u5设置工作模式；降压电源芯片u5的pin10通过外接电容c27实现软启动延时设置；降压电源芯片u5的pin18和pin20连接buck电路储能元件电感l2和电容c20；降压电源芯片u5的pin14上连接有续流二极管d10，并通过降压电源芯片u5的pin14和pin12输出+12v电源；降压电源芯片u5的pin12连接有储能电容器e3、滤波c25和滤波电容c24；降压电源芯片u5的pin11为反馈参考电压输入引脚，通过电阻r5和电阻r11分压电压实现反馈电压采样。

4.根据权利要求3所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述+3.3v隔离电源电路，包括：驱动芯片u7和线性稳压电源芯片u6。

5.根据权利要求4所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述驱动芯片u7的型号为mcp1416t-e/ot；所述驱动芯片u7的pin2与降压电源芯片u5的pin12连接，其中还设置有电容c31和电容c32，提供滤波和退耦；驱动芯片u7的pin4接地；驱动芯片u7的pin3用于与微控制器连接，用于接收微控制器输出的100khz/50％duty pwm方波信号；驱动芯片u7的pin5输出12v的100khz/50％duty pwm方波信号驱动mos管q1关断和导通；mos管q1输出端与隔离电源变压器t2连接，通过电容c28进行滤波；当mos管q1导通时，为隔离电源变压器t2的初级线圈充能，隔离电源变压器t2的次级线圈输出12v隔离电压；当mos管q1关断时，初级线圈存储的能量通过初级同名端线圈放电，实现初级线圈退磁，同时隔离电源变压器t2的次级线圈维持输出12v隔离电压；次级线圈输出的电压经防反二极管d11和滤波电感l3后，存储到储能电容c33；所述线性稳压电源芯片u6的型号为tlv70433dbvr，+12v电源经线性稳压电源芯片u6的pin2输入后，由线性稳压电源芯片u6的pin3输出+3.3v电源电压。

6.根据权利要求5所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述微控制器，包括：微控制器芯片u3，所述微控制器芯片u3的型号为atmega328pb。

7.根据权利要求6所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述微控制器芯片u3的pin4和pin5分别为vcc电源正负极，通过电容c8、电容c9进行滤波和退耦；微控制器芯片u3的pin7、pin8连接有晶振电容c11、晶振电容c12和晶振y1作为晶振启动电路；微控制器芯片u3的pin18、pin21分别为avcc电源正负极，通过电感l1、电容c7进行电感滤波和电容退耦；微控制器芯片u3的pin20为芯片内基准电压引脚，通过电容c10接地；微控制器芯片u3的pin29为芯片复位引脚，通过电阻r5连接到+5v电源，并通过电容c13接地滤波；微控制器芯片u3的pin14与mos管boost电压升压电路连接，输出100khz/50％duty pwm方波信号；微控制器芯片u3的pin10与驱动芯片u7的pin3连接，输出100khz/50％duty pwm方波信号；微控制器芯片u3的pin13与mos管开关驱动电路连接，为mos管开关驱动电路提供mos管驱动开关信号。

8.根据权利要求7所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述mos管开关驱动电路，包括：驱动芯片u10，所述驱动芯片u10的型号为si8220；驱动芯片u10的pin2连接+5v外接电源；驱动芯片u10的pin3连接三极管开关电路，所述三极管开关电路与微控制器芯片u3的pin13连接，通过微控制器芯片u3的pin13连接电阻r23驱动mos管q4为驱动芯片u10提供开关信号；驱动芯片u10的pin8与mos管boost电压升压电路连接，通过mos管boost电压升压电路为驱动芯片u10提供vdd电源；驱动芯片u10的pin7通过电阻r20、电阻r21与mos管开关电路连接，为后端mos管提供栅极驱动电压。

9.根据权利要求8所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述mos管boost电压升压电路，包括：驱动芯片u11，所述驱动芯片u11的型号为tc4420eoa713；驱动芯片u11的pin1、pin8连接+12v电源，并通过c46、c47电容进行滤波和退耦；驱动芯片u11的pin4、pin5连接gnd；微控制器芯片u3的pin14通过电阻r27与驱动芯片u11的pin2连接，输出12v100khz/50％duty pwm方波信号，驱动高频电容器c45，利用电容电压不可突变的原理，通过单向二极管d22为电容c43、电容c44充电，并通过15v稳压二极管d20产生相对于load+端的+12v悬浮电压loadboost+为mos管供电。

10.根据权利要求9所述的一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，其特征在于，所述mos管开关电路，包括：驱动芯片u10、mos管q2、mos管q3；所述驱动芯片u10的型号为si8220；所述mos管q2、mos管q3的型号为stp80nf70；mos管q2、mos管q3的ldrv1和ldrv2分别连接mos管栅极，通过施加栅极驱动电压实现ubat和load+导通。

技术总结
本技术公开了一种抗干扰电源隔离型通讯控制系统，包括：+12V降压电源电路、+3.3V隔离电源电路、微控制器、MOS管开关驱动电路、MOS管BOOST电压升压电路和MOS管开关电路；所述微控制器用于控制+3.3V隔离电源电路的通断以及通过MOS管开关驱动电路和MOS管BOOST电压升压电路控制MOS管开关电路的通断；所述MOS管开关电路用于为+3.3V隔离电源电路提供隔离电压；本技术，采用隔离电源架构，将大功率直流电机工作产生的电压扰动信号完全隔离在输入回路外，为后端通讯、控制功能电路及用电设备提供低纹波的供电电源。

技术研发人员：陈仪恒,卜智勇,秦辉,陶佳,张超,唐光辉
受保护的技术使用者：成都中科微信息技术研究院有限公司
技术研发日：20240202
技术公布日：2024/9/23