CN104600989A - 一种集成式电源变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种集成式电源变换电路；本发明目的是提供一种8路输出的集成式二次电源变换电路，具有闭环调节功能，采用开关型集成二次电源变换电路为功率驱动电路所需的多路电源供电的集成式电源变换电路；包括输入滤波电路、PWM斩波电路、再生能量吸收电路、电压反馈电路、变压器电路、整流输出电路；其中输入滤波电路、再生能量吸收电路、变压器电路、整流输出电路依次相连；变压器电路、电压反馈电路及PWM斩波电路依次相连构成闭合回路。

Description

一种集成式电源变换电路
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种集成式电源变换电路。
背景技术
现如今，随着功率电子技术的成熟与进步，电机控制驱动器的功能愈加强大，功率驱动电源变换电路的设计更为复杂，对二次电源供电的要求也越来越高。在功率器件的选用上，IGBT较为常见，传统设计思路一般直接选用电源模块完成所有功率驱动电源的二次电源变换，但控制驱动IGBT需要4组（8路）独立的+15V和-8V供电电源，若选用电源模块方案，每路驱动电源都需选用一个电源模块，在PCB布局上会占用较大空间，无法满足产品小型化的需求，且电源模块的成本较高。
选用基于变压器的开关型稳压电源变换电路，可有效完成电路的集成化设计，大大降低驱动器的体积和成本，但以往基于变压器的电源电路输出电压波动幅度较大，无法满足电机控制驱动器功能需求。本发明提出了一种具有闭环控制功能的的电源变换电路，具有输出电压稳定的特点，能够有效提高电源的输出品质，以体积小、低成本完成多组独立电源供电的功能。
发明内容
本发明的目的，针对现有技术不足，提供一种8路输出的集成式二次电源变换电路，具有闭环调节功能，采用开关型集成二次电源变换电路为功率驱动电路所需的多路电源供电的集成式电源变换电路。
本发明的技术方案是：
一种集成式电源变换电路，包括输入滤波电路、PWM斩波电路、再生能量吸收电路、电压反馈电路、变压器电路、整流输出电路；其中输入滤波电路、再生能量吸收电路、变压器电路、整流输出电路依次相连；变压器电路、电压反馈电路及PWM斩波电路依次相连构成闭合回路。
所述的输入滤波电路中+28V输入线与电阻R6连接，电容C10和电容C11并联后的一端与R6连接，另一端与+28V地（GND28V）连接，组成RC滤波电路，对+28V供电电压滤波，R6与C11连接处的引出线输入到再生能量吸收模块，与U1的8引脚连接，为开关调制管理芯片U1供电；同时，+28V输入线与电容C6连接，电容C6、电感L1和电容C7组成型滤波电路对+28V输入进行滤波，C6与C7的连接处与+28V地连接，L1与C7连接处的引出线经由模块3输入到变压器5的2引脚，再由变压器5的1引脚输出到再生能量吸收模块，并与MOSFET（Q1）的2引脚连接。
所述输入滤波电路的输出线与U1的8引脚连接，为U1芯片供电；U1的7引脚与电阻R10一端连接，R10另一端与+28V地连接，R10阻值为100kΩ；U1的2引脚与电容C17连接，C17与电阻R14串联后与+28V地连；电阻R16与电容C19并联后，一端与U1的3引脚连接，另一端与+28V地连接，U1的3引脚同时与模块4的输入线连接；U1的引脚4和引脚5与+28V地连接；U1的1引脚与电容C21一端连接，C21另一端与+28V地连接，U1的1引脚同时与电阻R15连接，R15和C21组成的RC电路对采集的电压信号进行滤波后送至U1的1引脚；U1的6引脚与电阻R11（10Ω）一端连接，R11的另一端与Q1的栅极（1引脚）连接，Q1的漏极（2引脚）与变压器5的1引脚连接，Q3的源极（3引脚）与R17（0.05Ω）的一端连接，同时与R15连接，R17的另一端与+28V地连接，R17为电流取样电阻，采集的电压信号经RC滤波后送至U1的1引脚，电容C19的一端与Q1的2引脚连接，另一端与R17连接。
所述的电压反馈模块中，变压器5的1引脚与快恢复二极管D5的正极连接，电阻R7、电容C8和瞬态抑制二极管D4并联后，一端与快恢复二极管D5的负极连接，另一端与变压器5的2引脚连接。
所述的电压反馈模块中，变压器5的12引脚与快恢复二极管D1的正极连接，电阻R2、电阻R3、电容C2和电容C3并联后，一端与D1的负极连接，另一端与变压器5的11引脚连接形成回路，主要对变压器5的输出电压进行整流和滤波，变压器5的11引脚与+28V地连接；D1的负极同时与R1一端连接，R1另一端输出至模块2与U1的3引脚连接，将参考电压信号采集至U1。
所述的整流输出模块为4组电路结构相同、各自独立的整流输出电路；变压器5的10引脚与快恢复二极管D2的正极连接；电容C1的正极与稳压二极管D3的负极连接，电容C1的负极与稳压二极管D3的正极连接；电容C5与电阻R4和电阻R5并联；快恢复二极管D2的负极与电容C4的正极、电容C1的正极连接，电容C1的负极与电容C5的正极连接，电容C5的负极与电容C4的负极连接后，与变压器5的9引脚连接；变压器引脚10产生的感应电压经过快恢复二极管D2后变换为+23V直流电压，再经过稳压二极管D3、电阻R4和电阻R5后输出+15V电压（对应+15V_T4）和-8V电压（对应-8V_B4），电容C1、电容C4和电容C5对输出电压进行滤波处理。
本发明的有益效果是：
1.输入滤波电路由经过参数合理匹配的电阻、电容和电感组成，对输入电压起到滤波作用。
2.PWM斩波电路由开关调制管理芯片及其外围电路和MOSFET管组成，用来产生二次电源的励磁电压。
3.再生能量吸收电路由电阻、电容以及二极管组成，对MOSFET管开关工作过程中产生的浪涌电流起到吸收作用。
4.电压反馈电路由整流电路、滤波电路和负载调整电阻组成，用来生成用于闭环控制的反馈电压信号。
5.变压器电路由集成变压器构成，主要用于电压变换。
6.输出电路由整流电路、滤波电路、稳压电路组成，最终生成所需的+15V和-8V输出电压。
附图说明
图1是集成式电源变换电路模块图；
图2是集成式电源变换电路电路总图；
图3是输入滤波模块电路图；
图4是PWM斩波模块；
图5是再生能量吸收模块；
图6是电压反馈模块；
图7是整流输出模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明提出的一种集成式电源变换电路进行进一步的介绍：
一种集成式电源变换电路，包括输入滤波电路、PWM斩波电路、再生能量吸收电路、电压反馈电路、变压器电路、整流输出电路；其中输入滤波电路、再生能量吸收电路、变压器电路、整流输出电路依次相连；变压器电路、电压反馈电路及PWM斩波电路依次相连构成闭合回路。
本发明的工作原理如下：输入电压+28V首先经过电阻R6、电容C10和电容C11组成的RC滤波电路，为开关调制管理芯片U1供电，同时又经过电容C6、电感L1和电容C7组成的滤波电路为MOSFET（Q1）的D极（引脚2）供电。开关调制管理芯片U1上电后从引脚6发出PWM信号驱动MOSFET进行打开和关断动作，从而使变压器5的原边线圈（引脚1对应的线圈）产生励磁电压，进而使变压器的4组副边线圈（引脚4、6、8、10对应得线圈）产生感应电压。以+15V_T4为例，变压器引脚10产生的感应电压经过快恢复二极管D2后变换为+23V直流电压，再经过稳压二极管D3、电阻R4和电阻R5后输出+15V电压（对应+15V_T4）和-8V电压（对应-8V_B4），电容C1、电容C4和电容C5对输出电压进行滤波处理，其它独立的3组+15V和-8V电源工作原理同上。
由快恢复二极管D5、电阻R7、电容C8和瞬态抑制二极管D4组成的再生能量吸收电路主要对MOSFET管开关工作过程中产生的浪涌电流起到吸收作用。变压器反馈线圈（引脚12对应的线圈）生成的感应电压经快恢复二极管D1后变为直流电压，经过电阻R1和电阻R16分压后生成用于闭环控制的反馈电压信号(参考电压为+1.26V)，输入到开关调制管理芯片U1的反馈输入端（引脚4），从而对输出电压的状态进行闭环控制。若电源输出端电压偏高，反馈线圈输出电压也偏高，经过电阻R1和电阻R16分压后的反馈电压信号将大于参考电压＋1.26V，则开关调制管理芯片U1降低输出PWM信号的占空比，从而降低变压器原边线圈的励磁电压，控制各路副边线圈的电源输出电压降低直至输出稳定；若电源输出端电压偏低，经过电阻分压后的反馈电压信号将小于参考电压＋1.26V，则开关调制管理芯片U1提高输出PWM信号的占空比，从而提高变压器原边线圈的励磁电压，控制各路副边线圈的电源输出电压升高直至输出稳定。通过这种闭环控制方式，确保各路电源输出电压的精度。
下面对输入滤波模块1、PWM斩波模块2、再生能量吸收模块3、电压反馈模块4和整流输出模块6进行详细介绍。
模块1：+28V输入线与电阻R6连接，电容C10和电容C11并联后的一端与R6连接，另一端与+28V地（GND28V）连接，组成RC滤波电路，对+28V供电电压滤波，R6与C11连接处的引出线输入到模块2，与U1的8引脚连接，为开关调制管理芯片U1供电；同时，+28V输入线与电容C6连接，电容C6、电感L1和电容C7组成型滤波电路对+28V输入进行滤波，C6与C7的连接处与+28V地连接，L1与C7连接处的引出线经由模块3输入到变压器5的2引脚，再由变压器5的1引脚输出到模块2，并与MOSFET（Q1）的2引脚连接，为Q1的D极供电。
模块2：模块1的输出线与U1的8引脚连接，为U1芯片供电；U1的7引脚与电阻R10一端连接，R10另一端与+28V地连接，R10阻值为100kΩ，通过改变R10的大小，可以调节U1的工作频率；U1的2引脚与电容C17连接，C17与电阻R14串联后与+28V地连接，主要对U1的控制环路起到补偿作用；电阻R16与电容C19并联后，一端与U1的3引脚连接，另一端与+28V地连接，U1的3引脚同时与模块4的输入线连接，从而将反馈电压信号采集至U1，电阻R1和电阻R16分压后生成的反馈电压信号，用于闭环控制；U1的引脚4和引脚5与+28V地连接；U1的1引脚与电容C21一端连接，C21另一端与+28V地连接，U1的1引脚同时与电阻R15连接，R15和C21组成的RC电路对采集的电压信号进行滤波后送至U1的1引脚；U1的6引脚与电阻R11（10Ω）一端连接，R11的另一端与Q1的栅极（1引脚）连接，Q1的漏极（2引脚）与变压器5的1引脚连接，Q3的源极（3引脚）与R17（0.05Ω）的一端连接，同时与R15连接，R17的另一端与+28V地连接，R17为电流取样电阻，采集的电压信号经RC滤波后送至U1的1引脚，电容C19的一端与Q1的2引脚连接，另一端与R17连接，对尖峰电压起滤波作用。
模块3：变压器5的1引脚与快恢复二极管D5的正极连接，电阻R7、电容C8和瞬态抑制二极管D4并联后，一端与快恢复二极管D5的负极连接，另一端与变压器5的2引脚连接。当MOSFET管开关工作过程中产生的浪涌电流时，由以上器件构成的电路可以对变压器的再生能量起到吸收作用。
模块4：变压器5的12引脚与快恢复二极管D1的正极连接，电阻R2、电阻R3、电容C2和电容C3并联后，一端与D1的负极连接，另一端与变压器5的11引脚连接形成回路，主要对变压器5的输出电压进行整流和滤波，变压器5的11引脚与+28V地连接；D1的负极同时与R1一端连接，R1另一端输出至模块2与U1的3引脚连接，将参考电压信号采集至U1。
模块6：该模块为4组电路结构相同、各自独立的整流输出电路。以其中一组+15V_T4为例进行说明，其他3组工作原理与之相同，在电路原理框图中用省略号简化，不再详述。变压器5的10引脚与快恢复二极管D2的正极连接；电容C1的正极与稳压二极管D3的负极连接，电容C1的负极与稳压二极管D3的正极连接；电容C5与电阻R4和电阻R5并联；快恢复二极管D2的负极与电容C4的正极、电容C1的正极连接，电容C1的负极与电容C5的正极连接，电容C5的负极与电容C4的负极连接后，与变压器5的9引脚连接。变压器引脚10产生的感应电压经过快恢复二极管D2后变换为+23V直流电压，再经过稳压二极管D3、电阻R4和电阻R5后输出+15V电压（对应+15V_T4）和-8V电压（对应-8V_B4），电容C1、电容C4和电容C5对输出电压进行滤波处理。

Claims (6)

1.一种集成式电源变换电路，其特征在于：包括输入滤波电路、PWM斩波电路、再生能量吸收电路、电压反馈电路、变压器电路、整流输出电路；其中输入滤波电路、再生能量吸收电路、变压器电路、整流输出电路依次相连；变压器电路、电压反馈电路及PWM斩波电路依次相连构成闭合回路。
2.如权利要求1所述的一种集成式电源变换电路，其特征在于：所述的输入滤波电路中+28V输入线与电阻R6连接，电容C10和电容C11并联后的一端与R6连接，另一端与+28V地（GND28V）连接，组成RC滤波电路，对+28V供电电压滤波，R6与C11连接处的引出线输入到再生能量吸收模块，与U1的8引脚连接，为开关调制管理芯片U1供电；同时，+28V输入线与电容C6连接，电容C6、电感L1和电容C7组成型滤波电路对+28V输入进行滤波，C6与C7的连接处与+28V地连接，L1与C7连接处的引出线经由模块3输入到变压器5的2引脚，再由变压器5的1引脚输出到再生能量吸收模块，并与MOSFET（Q1）的2引脚连接。
3.如权利要求1所述的一种集成式电源变换电路，其特征在于：所述PWM斩波模块中输入滤波电路的输出线与U1的8引脚连接，为U1芯片供电；U1的7引脚与电阻R10一端连接，R10另一端与+28V地连接，R10阻值为100kΩ；U1的2引脚与电容C17连接，C17与电阻R14串联后与+28V地连；电阻R16与电容C19并联后，一端与U1的3引脚连接，另一端与+28V地连接，U1的3引脚同时与模块4的输入线连接；U1的引脚4和引脚5与+28V地连接；U1的1引脚与电容C21一端连接，C21另一端与+28V地连接，U1的1引脚同时与电阻R15连接，R15和C21组成的RC电路对采集的电压信号进行滤波后送至U1的1引脚；U1的6引脚与电阻R11（10Ω）一端连接，R11的另一端与Q1的栅极（1引脚）连接，Q1的漏极（2引脚）与变压器5的1引脚连接，Q3的源极（3引脚）与R17（0.05Ω）的一端连接，同时与R15连接，R17的另一端与+28V地连接，R17为电流取样电阻，采集的电压信号经RC滤波后送至U1的1引脚，电容C19的一端与Q1的2引脚连接，另一端与R17连接。
4.如权利要求1所述的一种集成式电源变换电路，其特征在于：所述的再生能量吸收模块，变压器5的1引脚与快恢复二极管D5的正极连接，电阻R7、电容C8和瞬态抑制二极管D4并联后，一端与快恢复二极管D5的负极连接，另一端与变压器5的2引脚连接。
5.如权利要求1所述的一种集成式电源变换电路，其特征在于：所述的电压反馈模块中，变压器5的12引脚与快恢复二极管D1的正极连接，电阻R2、电阻R3、电容C2和电容C3并联后，一端与D1的负极连接，另一端与变压器5的11引脚连接形成回路，主要对变压器5的输出电压进行整流和滤波，变压器5的11引脚与+28V地连接；D1的负极同时与R1一端连接，R1另一端输出至模块2与U1的3引脚连接，将参考电压信号采集至U1。
6.如权利要求1所述的一种集成式电源变换电路，其特征在于：所述的整流输出模块为4组电路结构相同、各自独立的整流输出电路；变压器5的10引脚与快恢复二极管D2的正极连接；电容C1的正极与稳压二极管D3的负极连接，电容C1的负极与稳压二极管D3的正极连接；电容C5与电阻R4和电阻R5并联；快恢复二极管D2的负极与电容C4的正极、电容C1的正极连接，电容C1的负极与电容C5的正极连接，电容C5的负极与电容C4的负极连接后，与变压器5的9引脚连接；变压器引脚10产生的感应电压经过快恢复二极管D2后变换为+23V直流电压，再经过稳压二极管D3、电阻R4和电阻R5后输出+15V电压（对应+15V_T4）和-8V电压（对应-8V_B4），电容C1、电容C4和电容C5对输出电压进行滤波处理。
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