CN100511937C - 一种dc-dc模块电源及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超小型DC-DC模块电源及制作方法，包括封装体和引线框架，位于封装体中的电源电路为由振荡变压器、功率输出变压器和一对推挽晶体管组成的井森(Jensen)电路，井森电路中的振荡变压器和功率输出变压器采用由环形磁芯绕制的环形变压器，外体封装成形为具有双排引脚的表面贴装式(SMD)DC-DC模块电源产品。本发明结构简单，体积小巧，加工方便，可实现功率达2W，且转换电压可做到输入电压为24VDC、输出电压为24VDC。
Description
技术领域
本发明涉及一种超小型DC-DC模块电源，另外还涉及该种超小型DC-DC模块电源制作方法。
背景技术
模块电源广泛用于工控机、现场总线、仪器仪表、接入设备、通讯设备、医疗设备以及汽车电子、航空航天等。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点，模块电源的应用越来越广泛。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广，模块电源的增幅已经超出了一次电源。但伴随着产品的小型化、便携式发展，要求模块电源的体积更小、效率更高。目前常用微功率DC-DC模块电源有表面贴装(SMT)、单列直插式(SIP)或双列直插式(DIP)，内部电路采用Royar电路(如图1)。电路原理如下：接入电压时，经电阻Rb分压后，由电阻R1、R2为晶体管TR1，TR2提供正向偏压，由变压器T利用磁芯的饱和特性形成自振荡频率和驱动功能，能量再经过变压器T上绕组p3传递至输出端，经二极管D2整流输出，完成电压的转换。自动振荡频率由变压器T的铁芯特性和三极管开关基—射极间的电压决定。这种电路的主要优点是电路结构简单，所需元件较少。
根据电路原理，在此电路中对变压器的应用是要求变压器在不饱和状态进行能量转换，同时又利用变压器的饱和特性形成振荡，一物两用，增加了磁芯的物理损耗，降低了变压器的使用效率。且由于两种状态无法兼顾，很难通过功能匹配来实现电路优化，达到提高转换功率，缩小产品体积的目的，造成现有DC-DC模块电源体积偏大，通常在19.6*6.0*10.0mm以上。另由于此电路用同一磁芯做两个变压器使用，当输入输出电压高时，绕线圈数多，小磁芯在工艺上满足不了，所以现有表面贴装(SMT)封装的模块电源功率只能实现功率在1W及1W以下，转换电压在输入电压为12VDC、输出电压为15VDC及此电压范围以下的产品，功率要求在2W及2W以上的产品只能选用单列直插式(SIP)或双列直插式(DIP)等体积更大的模块电源产品。而且这种插装式产品在加工时，需人手工进行插端子，因各人工的操作习惯不同，熟练度不同，对产品的认识程度不同，插装的产品也会有细微的差异。这一人为因素无形中影响着产品的品质稳定性，最为重要的是增加了产品的加工工序，降低了产品的加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，体积小巧，加工方便的超小型DC-DC模块电源，可实现功率达2W，且转换电压可做到输入电压为24VDC、输出电压为24VDC。本发明的另一个目的在于提供该模块电源的制作方法。
本发明可通过以下的技术措施来实现：该DC-DC模块电源包括封装体和引线框架，其特征在于：位于封装体中的电源电路为由振荡变压器、功率输出变压器和一对推挽晶体管组成的井森(Jensen)电路，井森电路中的振荡变压器和功率输出变压器采用由环形磁芯绕制的环形变压器，封装体成形为具有双排引脚的表面贴装式(SMD)DC-DC模块电源产品；按井森电路的连接将电子元器件贴到引线框架上每个框架单元中相应的焊盘位置。
采用井森(Jensen)电路作为电源电路，其工作原理是：接入电压时，由振荡变压器T2利用磁芯的饱和特性形成自振荡频率，驱动晶体管的交替导通，实现电压的转换功能。而由功率输出变压器T1将能量由输入端传至输出端，实现能量的变换，并保证输入与输出无直接接触，实现电路的隔离。自激振荡频率由变压器T2的铁芯特性和三极管开关基-射极间的电压决定；变压器T1工作在不饱和状态，从而最佳地变换能量，传递至输出端。根据上述工作原理，通过对电路中电子元器件的性能参数进行优化匹配，可方便地实现电路工作性能的优化，达到提高转换功率，缩小产品的体积的目的。
对井森(Jensen)电路还可以作一些改进，进一步提高产品的性能，在井森(Jensen)电路的输入端连接有软启动电路，改善产品的启动性能。在井森(Jensen)电路的输出端连接有稳压输出回路，改善产品的输出性能。
制作上述小型DC-DC模块电源的方法为：采用井森(Jensen)电路作为电源电路，在引线框架中的每个框架单元上按此电路将电子元器件贴到相应的焊盘位置，将两个环形变压器上各绕组的输入输出端焊接到框架单元中相应的端子上，变压器的环形磁芯叠放在贴好元器件的框架单元上；整个引线框架组装完毕后，通过塑封成形，最后将引线框架上连成一体的产品进行切脚分离，制成一个个独立的具有双排引脚的表面贴装型DC-DC模块电源产品。由于采用表面贴装(SMT)工艺，可实现机械化生产，减少了人为因素的影响，更重要的是大大提高生产效率，并更好的保证产品品质的稳定性。
经对样品的性能测试表明本发明具有以下的主要优点：(1)可以实现输入电压为24VDC、输出电压为24VDC的电压转换，功率可达2W的表面贴装(SMT)封装的模块电源。(2)本发明的产品体积可以做到15.24*7.5*6.0mm及以下，比目前市面的产品小近一倍，能更好的满足小空间布板的需要，以实现产品的小型化及高集成度；(3)可以实现机械化生产，大大提高生产效率，同时更好的保证了产品品质的稳定性；(4)产品的性能好、效率高；(5)电路简单，容易实现。
附图说明
图1为现有模块电源采用的Royar电源电路；
图2为在井森(Jensen)电路基础上具有软启动的定压系列产品电路原理图；
图3为在井森(Jensen)电路基础上具有软启动和稳压输出的稳压系列产品电路原理图；
图4为本发明模块电源半剖结构示意图。
具体实施方式
如图2～3所示，模块电源电路是由振荡变压器、功率输出变压器和一对推挽晶体管组成的井森(Jensen)电路，井森(Jensen)电路中的振荡变压器和功率输出变压器采用由环形磁芯绕制的环形变压器，并在电路的输入端连接有由电阻R1和电容C1组成的软启动电路，输出为双路非稳压输出。制做时，首先按此电路将电子元器件3贴到引线框架上每个框架单元5中相应的焊盘位置，再将环形变压器2上各绕组的输入输出端焊接到框架单元中相应的端子上，变压器的环形磁芯叠放在贴好元件的引线框架上。整个引线框架组装好后，通过机械设备完成注塑过程，用注塑料4塑封成形，并将引线框架上的产品进行切脚分离，制成一个个独立的具有双排引脚的表面贴装型DC-DC模块电源产品。
通过对电路元器件之间的参数以及对两个环形变压器绕制参数、绕制组数的不同选择，采用本发明可以制作出的不同封装引脚的产品。
定压系列产品列举如下：
定电压输入单路非稳压输出的表面贴装(SMD)型DC-DC模块电源产品。该产品能实现输入电压为3.3、5、9、12、15、24，输出电压为5、9、12、15，输入电压变化率≤10％、隔离电压≤1000VDC、线性电压调节率≤1.2％(输入电压变化率≤1％)、负载调节率≤15％(从10％的负载到100％的负载)。
定电压输入独立双路非稳压输出的表面贴装(SMD)型DC-DC模块电源产品。该产品能实现输入电压为3.3、5、9、12、15、24，输出电压为5、9、12、15，输入电压变化率≤10％、隔离电压≤1000VDC、线性电压调节率≤1.2％(输入电压变化率≤1％)、负载调节率≤15％(从10％的负载到100％的负载)。
定电压输入3000VDC隔离单路非稳压输出的表面贴装(SMD)型DC-DC模块电源产品。该产品能实现输入电压为3.3、5、9、12、15、24，输出电压为5、9、12、15，输入电压变化率≤10％、隔离电压≤3000VDC、线性电压调节率≤1.2％(输入电压变化率≤1％)、负载调节率≤15％(从10％的负载到100％的负载)、输出路数为1路、封装方式为表面贴装(SMD)的DC-DC模块电源产品。
定电压输入3000VDC隔离双路非稳压输出的表面贴装(SMD)型DC-DC模块电源产品。该产品是指：实现输入电压为3.3、5、9、12、15、24，输出电压为5、9、12、15，输入电压变化率≤10％、隔离电压≤3000VDC、线性电压调节率≤1.2％(输入电压变化率≤1％)、负载调节率≤15％(从10％的负载到100％的负载)。
定电压输入两路非稳压输出的表面贴装(SMD)型DC-DC模块电源产品。该产品能实现输入电压为3.3、5、9、12、15、24，输出电压为5、9、12、15，输入电压变化率≤10％、隔离电压≤1000VDC、线性电压调节率≤1.2％(输入电压变化率≤1％)、负载调节率≤15％(从10％的负载到100％的负载)。
另外在如图3的电路的功率输出变压器后级连接一个稳压输出器W，这样可将上述产品成为稳压系列。
Claims (4)
1、一种DC-DC模块电源，包括封装体和引线框架，其特征在于：位于封装体中的电源电路为由振荡变压器、功率输出变压器和一对推挽晶体管组成的井森(Jensen)电路，井森电路中的振荡变压器和功率输出变压器采用由环形磁芯绕制的环形变压器，封装体成形为具有双排引脚的表面贴装式(SMD)DC-DC模块；按井森电路的连接将电子元器件贴到引线框架上每个框架单元中相应的焊盘位置。
2、根据权利要求1所述的DC-DC模块电源，其特征在于：所述井森(Jensen)电路的输入端连接有软启动电路。
3、根据权利要求1所述的DC-DC模块电源，其特征在于：所述井森(Jensen)电路的输出端连接有稳压输出回路。
4、制作上述DC-DC模块电源的方法，其特征在于：采用井森(Jensen)电路作为电源电路，在引线框架中的每个框架单元上按此电路将电子元器件贴到相应的焊盘位置，将两个环形变压器上各绕组的输入输出端焊接到框架单元中相应的端子上，变压器的环形磁芯叠放在贴好元器件的框架单元上；整个引线框架组装完毕后，通过塑封成形，最后将引线框架上连成一体的产品进行切脚分离，制成一个个独立的具有双排引脚的表面贴装型DC-DC模块电源产品。
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