CN106787840A - 一种电源转换器模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源转换器模块包括连接在直流电路A两端的功率转换电路B、第一工作电压电路D、第二工作电压电路F、过零点检测调制电路E、过零点信号隔离电路G、过零点信号取样电路C。实现功率传输和电压转换，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号进行实时同步过零点检测，并同步输出矩形脉冲波，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号和输出的同步脉冲低压小信号进行安全隔离。解决了传统电路无法同步监测输入交变信号的上升沿和下降沿的过零点，并且将监测低压小信号与输入交变高压大信号之间安全隔离的问题，本发明可以实现上述功能且总体成本低，安全可靠。

Description

一种电源转换器模块
技术领域
本发明涉及一种电源转换器模块，尤其涉及一种可以检测交变信号正负相位过零点检测功能的电源转换器模块。
背景技术
随着开关电源技术的不断成熟和普及，其应用领域也越来越广，从1947年底晶体管问世，电源技术大约经历几个大的技术更新和换代，从20世纪60年代末开始，高耐压，大电源的双极型电子晶体管（亦称巨型晶体管，BJT、GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源成为可能，在此阶段，工作在非典型开关状态的线性电源（Linear power supply）成为主流，得到广泛应用，但线性电源固有的体积大，质量重，效率低的缺点，促使真正意义上的第一代开关电源技术迅速发展，到20世纪70年代，开关频率终于突破了人耳听觉极限的20kHz,，主要以自激式振荡开关电源RCC（Ringing Choke convertor）为代表的第一代开关电源满足了市场的大部份需求，但分立元件固有的参数离散性，导致模块的性能稳定性和一致性受到很大局限，同时产品功率无法进一步提高，为了解决RCC电源技术的缺点，以脉宽调节技术PWM（Pulse Width Modulation）为核心的芯片集成技术的产生促进了第二代硬开关电源技术的迅速发展，此阶段，各种电源拓扑技术不断涌现，模块功率进一步提升，工作频率进一步提高，体积却进一步减少，稳定性也更好，到20世纪80年代，随着软开关技术的研究成果的不断突破，采用准谐振技术QR（quasi-resonant ）为代表的零电压和零电流开关电路代表了第三代开关电源技术，此技术特点为开关状态接近软开关，所以电源工作频率可以达到MHz以上，转换效率更高，转换功率进一步提升，体积可以做到更小，在准谐振技术基础上，真正的软开关技术取得长足发展和进步，其中代表性的技术为LLC谐振半桥（LLC Half Bridge Resonant Convertor）技术。从电源技术发展的历程可以看出，未来电源技术也会进一步向着集成化，小型化，高频化以及功能多样化方向发展。
从上面的电源技术的发展来看，几乎所有的电子设备都需用到电源模块，特别是现在许多电子和计算机应用系统中，不仅需要电源模块提供高质量的稳定电压，维持系统的稳定工作，同时为了实现交变信号的监测、控制或调节等目的，往往需要同步对交变信号进行正负半周过零点信号进行检测。但目前大部分电源模块应用都没有此种功能，具体原因在于出于安全要求和考虑，电源模块的初次和次级电路之间都需进行双重安全绝缘，具体要求可参见IEC60950-1 1.2.9-1.2.10中关于绝缘的安全要求，所以无法直接对输入交变的高压信号进行取样和使用。到目前为止，还没有一款电源模块，既能进行精确的电压转换，功率传输和阻抗匹配，同时还可以精确对输入交变信号的上升沿和下降沿的过零点进行检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电源转换器模块，具有可以检测交变信号正负相位过零点检测功能的特点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种电源转换器模块，其创新点在于：所述电源转换器模块包括连接在直流电路A两端的功率转换电路B、与所述功率转换电路B分别相连的第一工作电压电路D和第二工作电压电路F、与所述第一工作电压电路D相连的过零点检测调制电路E、与所述第二工作电压电路F相连的过零点信号隔离电路G、连接在直流电路A的火线和所述过零点检测调制电路E之间的过零点信号取样电路C，所述过零点信号隔离电路G与MCU控制器相连，所述MCU控制器与被控执行设备I相连。
优选的，所述功率转换电路B包括连接在直流电路A两端的桥式整流电路、与所述桥式整流电路相连的变压器初级侧主绕组，该变压器包含一个所述初级侧主绕组、一个第一辅助绕组、一个第二辅助绕组、与所述初级侧主绕组相耦合的次级辅助绕组，该初级侧主绕组的输出连接在由PWM控制的IC模块上，所述IC模块连接在所述第一辅助绕组上，所述第二辅助绕组与过零点检测调制电路E相连，所述次级辅助绕组输出其他设备所需的电压，所述第一工作电压电路D位于所述第二辅助绕组与所述过零点检测调制电路E之间，所述第二工作电压电路F位于所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间。
优选的，所述第一工作电压电路D由所述第二辅助绕组与二极管D3和限流电阻R4串联组成。
优选的，所述第二工作电压电路F由串接在所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间的限流电阻R8组成。
优选的，所述过零点检测调制电路E由NPN三极管Q1或者带有N通道的MOS管组成。
优选的，所述过零点信号隔离电路G由光耦或者同匝比的驱动变压器组成。
优选的，所述过零点信号取样电路C由二极管D1和限流电阻R1串联组成。
本发明的优点在于：实现功率传输和电压转换，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号进行实时同步过零点检测，并同步输出矩形脉冲波，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号和输出的同步脉冲低压小信号进行安全隔离。解决了传统电路无法同步监测输入交变信号的上升沿和下降沿的过零点，并且将监测低压小信号与输入交变高压大信号之间安全隔离的问题，本发明可以实现上述功能且总体成本低，安全可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明一种电源转换器模块的结构框图。
图2是本发明一种电源转换器模块中过零点信号隔离电路采用光耦隔离的原理图。
图3是本发明一种电源转换器模块中输入交变信号与输出过零点检测信号相位关系图。
图4是本发明一种电源转换器模块中过零点信号隔离电路采用隔离驱动变压器的原理图。
具体实施方式
本发明中电源转换器模块包括连接在直流电路A两端的功率转换电路B、与所述功率转换电路B分别相连的第一工作电压电路D和第二工作电压电路F、与所述第一工作电压电路D相连的过零点检测调制电路E、与所述第二工作电压电路F相连的过零点信号隔离电路G、连接在直流电路A的火线和所述过零点检测调制电路E之间的过零点信号取样电路C，所述过零点信号隔离电路G与MCU控制器相连，所述MCU控制器与被控执行设备I相连。实现功率传输和电压转换，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号进行实时同步过零点检测，并同步输出矩形脉冲波，过零点检测电路可以实现对输入交变高压大信号和输出的同步脉冲低压小信号进行安全隔离。解决了传统电路无法同步监测输入交变信号的上升沿和下降沿的过零点，并且将监测低压小信号与输入交变高压大信号之间安全隔离的问题，本发明可以实现上述功能且总体成本低，安全可靠。
如图2所示，其中过零点检测调制电路E采用NPN三极管Q1的具体原理图，如图4所示，其中过零点检测调制电路E采用N通道的MOS管的具体原理图。过零点检测调制电路E的工作原理，二极管D1和限流电阻R1构成取样电路，同时限流电阻R1还与限流电阻R2串联构成分压电路，为过零点信号调制电路E提供合适的工作电压，具体要求为当输入交变信号由正半周最高值到负半周最低值变化过程中，当接近过零点时，R2对地的电压会存在一个电压低于MOS 管或者NPN三极管Q1的开启门限电压，MOS 管或者三极管Q1截止，光耦输入发光二极管也截止，光耦输出端三极管Q1也截止，相应输入到MCU数据输入IO口的电平为由高电平翻转到低电平，同时由于过零点信号取样电路为半波整流，故输入交变信号的负半周，取样信号为0电平，MCU数据输入IO口的低电平将会保持到下一个正半周开始， MCU接收到翻转信号后，经过一系列逻辑运算，输出相应指令去驱动后级执行元件工作，当输入交变信号由负半周最低值到正半周最高值变化过程中，当接近过零点时，R2对地的电压大于MOS 管Q1的开启门限电压，MOS 管Q1将开启，光耦输入发光二极管也不常导通发光，光耦输出端三极管也导通，相应输入到MCU数据输入IO口的电平为由低电平翻转到高电平，此高电平一直会持续到输入交变信号由正半周最高值到负半周最低值变化过程中，经过过零点， MCU接收到数据IO口信号由低电平翻转到高电平后，经过一系列逻辑运算，输出相应指令去驱动后级执行元件工作，此过程周而复始，实现对输入交变信号的监测，调制和控制。具体波形如图3所示，AC表示输入交变信号波形，X 表示经过取样调制和隔离后的过零点信号波形。
上述的功率转换电路B包括连接在直流电路A两端的桥式整流电路、与所述桥式整流电路相连的变压器初级侧主绕组，该变压器包含一个所述初级侧主绕组、一个第一辅助绕组、一个第二辅助绕组、与所述初级侧主绕组相耦合的次级辅助绕组，该初级侧主绕组的输出连接在由PWM控制的IC模块上，所述IC模块连接在所述第一辅助绕组上，所述第二辅助绕组与过零点检测调制电路E相连，所述次级辅助绕组输出其他设备所需的电压，所述第一工作电压电路D位于所述第二辅助绕组与所述过零点检测调制电路E之间，所述第二工作电压电路F位于所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间。
上述的第一工作电压电路D由所述第二辅助绕组与二极管D3和限流电阻R4串联组成。第二工作电压电路F由串接在所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间的限流电阻R8组成。过零点检测调制电路E由NPN三极管Q1或者带有N通道的MOS管组成。过零点信号隔离电路G由光耦或者同匝比的驱动变压器组成。过零点信号取样电路C由二极管D1和限流电阻R1串联组成。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电源转换器模块，其特征在于：所述电源转换器模块包括连接在直流电路A两端的功率转换电路B、与所述功率转换电路B分别相连的第一工作电压电路D和第二工作电压电路F、与所述第一工作电压电路D相连的过零点检测调制电路E、与所述第二工作电压电路F相连的过零点信号隔离电路G、连接在直流电路A的火线和所述过零点检测调制电路E之间的过零点信号取样电路C，所述过零点信号隔离电路G与MCU控制器相连，所述MCU控制器与被控执行设备I相连。
2.如权利要求1所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述功率转换电路B包括连接在直流电路A两端的桥式整流电路、与所述桥式整流电路相连的变压器初级侧主绕组，该变压器包含一个所述初级侧主绕组、一个第一辅助绕组、一个第二辅助绕组、与所述初级侧主绕组相耦合的次级辅助绕组，该初级侧主绕组的输出连接在由PWM控制的IC模块上，所述IC模块连接在所述第一辅助绕组上，所述第二辅助绕组与过零点检测调制电路E相连，所述次级辅助绕组输出其他设备所需的电压，所述第一工作电压电路D位于所述第二辅助绕组与所述过零点检测调制电路E之间，所述第二工作电压电路F位于所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间。
3.如权利要求2所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述第一工作电压电路D由所述第二辅助绕组与二极管D3和限流电阻R4串联组成。
4.如权利要求2所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述第二工作电压电路F由串接在所述次级辅助绕组与所述过零点信号隔离电路G之间的限流电阻R8组成。
5.如权利要求2所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述过零点检测调制电路E由NPN三极管Q1或者带有N通道的MOS管组成。
6.如权利要求2所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述过零点信号隔离电路G由光耦或者同匝比的驱动变压器组成。
7.如权利要求1所述的一种电源转换器模块，其特征在于：所述过零点信号取样电路C由二极管D1和限流电阻R1串联组成。
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