CN105790592A - 一种高性能小型化高度表多路输出dc/dc电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，电源模块包括输入滤波电路、电源控制电路、电压变换电路、输出整流滤波电路、输出稳压电路、反馈电路、隔离电路、补偿电路和保护电路，电源模块输入电压18Vdc～36Vdc，经输入滤波电路、电源控制电路、电压变换电路、输出整流滤波电路、反馈电路、隔离电路、补偿电路和保护电路，通过输出稳压电路分三路输出电压；电源模块封装采用LTCC技术；电源控制电路采用高度集成PWM电源控制芯片。本发明通过上述方式，使得电源模块体积小、可靠性强、重量轻。

Description

一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块

技术领域

本发明涉及一种电源模块，尤其是一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块。

背景技术

高度表是一种测量与指示飞行器距海拔面或地面垂直距离的仪表，从其工作原理来划分，可分为气压高度表与无线电高度表两种。根据大气层的组成及特点，可知大气的气压随着高度的增加而减小，气压高度表就是通过测量气压间接测量出飞行器的飞行高度(距海拔面高度)，目前广泛应用于各类飞行器中。现在对飞行器的应用要求越来越高(小型化、便携式、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面)，实现的功能越来越多，增加功能意味着要增加更多的器件或增加器件的功能及性能，这样势必造成整体方案体积、重量的增加，如何减少这些是一个长期研究的工作。

对于机载电源，重量和体积要求都越来越高，随着开关电源的发展，小体积、高功率密度越来越成为开关电源的追求目标和发展方向，各种减小电源体积、提高电源功率密度的技术应运而生。对于隔离电源来说，相应的可提高的技术也很多，例如变压器技术，通过改善磁芯磁粉中的各种材料成份的比例来改善磁芯磁粉的特性，从而减少变压器尺寸，变压器绕组从骨架转到印制板上使变压器尺寸更小；拓扑结构的新技术，让损耗更小，效率更高；控制电路的高度集成化使外围电路更简单，外部器件更少，等等。这些方法都使得电源的尺寸越来越小，重量越来越轻。

传统的比较成熟的开关电源采用的是多层印制板技术，通过焊接或者其他方式将全部元器件(有源及无源器件)放置在各种板材的印制板表面上，这种方式在设计及调试过程中很方便，可根据需求更换元器件。由于器件全部在印制板的表面上，使整个电源的尺寸不能减少更多。

另外，在传统的高度表应用中，电源使用的是单路输出的组合来实现多路电源的供电需求，每个电源可能重复使用相同功能的器件，这样不仅增加了器件数量及重量，而且也增加了体积。

于是如何在保证电源功能性能的情况下让DC/DC电源模块的体积重量更小更轻是一个研究方向。LTCC低温共烧陶瓷基板和小型化叠层技术让电源模块的体积大大减少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，采用LTCC技术及高度集成电源控制芯片的结合方式让电源体积更小，重量更轻。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，电源模块包括输入滤波电路、电源控制电路、电压变换电路、输出整流滤波电路、输出稳压电路、反馈电路、隔离电路、补偿电路和保护电路，电源模块输入电压18Vdc～36Vdc，经输入滤波电路、电源控制电路、电压变换电路、输出整流滤波电路、反馈电路、隔离电路、补偿电路和保护电路，通过输出稳压电路分三路输出电压；电源模块封装采用LTCC技术；电源控制电路采用高度集成PWM电源控制芯片。

进一步地，输出稳压电路包括转换电压变压器、采样反馈电路和LDO，转换电压变压器实现三路输出电压变换，一路主路输出经采样反馈电路进行稳压调节，两路辅路输出分别使用LDO增加一级电压变换来稳压。

进一步地，两路辅路输出之间没有中间抽头。

进一步地，电源模块采用功率金属管壳，管壳采用10#钢材料。

本发明的有益效果：采用LTCC技术及高度集成电源控制芯片的结合方式让电源体积更小，重量更轻。高度集成的电源控制芯片使整个电源模块的外围电路简单，元器件更少，需要调整的地方也更少；LTCC技术是将各种无源器件，如电容、电阻、阻抗转换器、滤波器等器件埋入多层陶瓷基板中，形成三度空间且互不干扰的高集成度电路，以平行式印刷涂布制造工艺烧结，形成集成式陶瓷器件，可进一步将电路小型化与高集成度化，减少了表面贴装无源元件的数量，贴装和电气互连所导致的不同材料的界面数量大幅减少。因而，也使封装密度和可靠性大幅度提高；减少了焊点，增加了可信度；减少了腐蚀及湿度的影响；其耐高温、散热佳，对功率器件的散热有着很大的帮助。由于是多路输出DC/DC电源模块，且对于电源的精度要求很高，在本发明中，电压变换中只使用一个转换电压变压器来完成所有电压的变换，为了保证每路输出电压的稳压精度为1％，其中一路为输出主路，采用比较反馈电路，另外两路输出使用LDO对其稳压，以达到减少体积的目的。

附图说明

图1为一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块的原理框图；

图2为一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块的输出稳压电路框图；

图3为一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块的封装概貌图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

如图1所示，为一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块的原理框图。该电源模块包括输入滤波电路1、电源控制电路2、电压变换电路3、输出整流滤波电路4、输出稳压电路5、反馈电路6、隔离电路7、补偿电路8和保护电路9。保护电路9包括输出过压保护、输出过流保护、过温保护、短路保护及输入反接保护。该电源模块输入电压28Vdc(范围：18Vdc～36Vdc)，经输入滤波电路1、电源控制电路2、电压变换电路3、输出整流滤波电路4、反馈电路6、隔离电路7、补偿电路8和保护电路9，经输出稳压电路5输出三路工作电压：+15V、-15V和+5V，输出功率约为28W。

电源控制电路2采用高度集成PWM电源控制芯片，控制芯片内提供相应的高频开关信号并内部集成开关功率管及内部相应控制信号，外部电路只有几个电阻和几个低容值电容用于调节电路的环路补偿。

为进一步减小体积重量，同时保证对输出电压精度的高要求，采用一个转换电压变压器51完成多路输出电压的变换，同时增加低压差稳压电路(LDO)的方式来完成。其中一路主路输出为输出电流较大的5V，稳压方式为采样反馈电路52进行稳压调节；另外两路辅路输出15V和-15V，分别使用LDO来增加一级电压变换来达到稳压的目的。见图2，其中，15V和-15V没有中间抽头，故这两路输出不会随着任意一路电流的增减而产生输出电压的变化，使该电源模块的输出稳定性和可靠性得到保障。

如图3所示，为一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块采用LTCC技术封装的概貌图，根据设计原理，将小容值电容、电阻、电感等无源器件埋入陶瓷基板中，其它有源器件，如电源控制芯片、电压转换芯片等则放置在陶瓷基板表面，功率转换变压器则使用高频平面变压器方式放置在陶瓷基板外部。因LTCC可适应大电流及耐高温特性要求，具有良好的温度特性，如较小的热膨胀系数，较小的介电常数稳定系数，LTCC基板材料的热导率是有机叠层板的20倍，故可简化热设计，明显提高电路的寿命和可靠性。

该电源模块采用功率金属管壳，所选材料为质量密度较小的10#钢，除玻璃绝缘子处的厚度为1.5mm外，壳底及四周边厚度均为0.5mm。该管壳具有良好的散热性能，将热耗元器件通过导热系数2.0以上的导热材料紧贴管壁，达到更好的散热效果。

该电源模块封装采用LTCC低温共烧陶瓷基板、功率金属管壳和小型化叠层工艺技术。电源模块体积45mm×30mm×8.0mm，重量50g。通过上述方式，使得本发明的体积小、可靠性强、重量轻。

Claims (4)

1.一种高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，其特征在于：所述电源模块包括输入滤波电路(1)、电源控制电路(2)、电压变换电路(3)、输出整流滤波电路(4)、输出稳压电路(5)、反馈电路(6)、隔离电路(7)、补偿电路(8)和保护电路(9)，电源模块输入电压18Vdc～36Vdc，经输入滤波电路(1)、电源控制电路(2)、电压变换电路(3)、输出整流滤波电路(4)、反馈电路(6)、隔离电路(7)、补偿电路(8)和保护电路(9)，通过输出稳压电路(5)分三路输出电压；所述电源模块封装采用LTCC技术；所述电源控制电路(2)采用高度集成PWM电源控制芯片。

2.根据权利要求1所述的高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，其特征在于：所述输出稳压电路(5)包括转换电压变压器(51)、采样反馈电路(52)和LDO(53)，转换电压变压器(51)实现三路输出电压变换，一路主路输出经采样反馈电路(52)进行稳压调节，两路辅路输出分别使用LDO(53)增加一级电压变换来稳压。

3.根据权利要求2所述的高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，其特征在于：所述两路辅路输出之间没有中间抽头。

4.根据权利要求1所述的高性能小型化高度表多路输出DC/DC电源模块，其特征在于：所述电源模块采用功率金属管壳，管壳采用10#钢材料。