CN108347172A - 一种符合gjb181标准的隔离dc-dc电源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种符合GJB181标准的隔离DC‑DC电源模块，包括依次连接的保险管、EMI滤波电路、防反接保护电路、瞬态尖峰脉冲泄放电路、浪涌电流抑制电路、Buck‑Boost电路、LLC谐振变换电路；本发明选用可自恢复型保险管，避免输入过流；瞬态尖峰脉冲泄放电路，使正负浪涌尖峰电压控制到DC‑DC开关电源可接受的程度；有源浪涌电流抑制电路解决浪涌电流过大问题；Buck‑Boost宽压电路应对输入出现电压过/欠压情况；LLC谐振转换器拓扑实现软开关，减小开关MOSFET的过电压应力同时可使储存的电磁能量增大，有效提高变换器的开关频率和效率。

Description

一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块
技术领域
本发明涉及一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，属于DC-DC电源模块的技术领域。
背景技术
开关电源在体积、效率、成本以及可靠性等方面具有众多优点，已经在各行业中得到广泛应用，普通的使用环境几乎不需要多余的设计就能满足要求，但是，在军用机载使用环境中，供电存在过/欠压浪涌、瞬态尖峰以及瞬时供电中断等情况，由于环境特殊性其对瞬时启动浪涌电流也有明确要求。机载设备使用的特殊性，GJB181对机载用电设备提出了明确要求并保证其在恶劣供电条件下能稳定工作。以浪涌电流测试为例，普通用电设备通常采用负温度系数的热敏电阻进行控制，但是，其缺陷是有间隔时间要求，连续开关下负温度系数的热敏电阻会失去浪涌电流抑制能力，所以不满足GJB181的要求，必须要采用更加可靠的浪涌抑制电路。
中国专利文献CN2664278Y公开了欠压和限流保护的DC/DC电源模块，其特点是，包括：浪涌抑制电路、输入滤波电路、反接保护电路、开关主电路、输出整流电路、输出滤波电路、低电压保护电路、驱动控制电路、过电流检测电路以及取样反馈电路；浪涌抑制电路、输入滤波电路、反接保护电路、开关主电路、输出整流电路、输出滤波电路顺序连接；低电压保护电路的输入端与输入滤波电路连接，其输出端与驱动控制电路连接；驱动控制电路的输入端还连接过电流检测电路以及取样反馈电路，其输出端与开关主电路连接；取样反馈电路的输入端与输出滤波电路连接。
中国专利文献CN202513825U公开了一种具有抗欠压浪涌功能的DC/DC电源模块，包括：防电流倒灌电路(1)；储能电路(2)；EMI滤波电路(3)；开关主电路(4)；输出整流电路(5)；输出滤波电路(6)；取样反馈电路(9)；过流检测电路(8)；驱动控制电路(7)。具有抗欠压浪涌功能的DC/DC电源模块，在母线电压通过8V/50mS欠压浪涌时，仍能正常工作；且能快速泄放正负600V尖峰脉冲，不影响后级用电设备。
但是，上述两篇专利都存在的缺陷是有间隔时间要求，连续开关下负温度系数的热敏电阻会失去浪涌电流抑制能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块；
本发明的技术方案为：
一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，包括依次连接的保险管、EMI滤波电路、防反接保护电路、瞬态尖峰脉冲泄放电路、浪涌电流抑制电路、Buck-Boost电路、LLC谐振变换电路、二次整流及滤波电路、反馈及零检测电路、控制及保护电路、隔离驱动电路，所述隔离驱动电路连接所述LLC谐振变换电路。
所述保险管用于防止电源异常工作引起输入电流过大；避免影响同一系统的内其它用电设备；
所述EMI滤波电路用于防止DC-DC电源模块的EMI干扰；避免影响系统内其它用电设备；
所述防反接保护电路用于防止输入端正、负反接引起的DC-DC电源模块损害；
所述瞬态尖峰脉冲泄放电路用于抑制输入线缆拔插引起的瞬时尖峰电压对DC-DC电源模块的过压冲击；
所述浪涌电流抑制电路用于控制电容充电的电流；所述Buck-Boost电路用于应对输入电压过/欠压浪涌；利用其宽范围的输入特性，保证在电压过/欠压浪涌下其输入电压满足后级开关电路的要求；
所述LLC谐振变换电路用于实现初级开关管零电压开通和次级输出整流管的零电流关断，降低开关损耗，提高功率转换效率；
所述二次整流及滤波电路位于变压器次级即二次侧，用于实现电压整流，保留脉动电压的上半周，并通过滤波电路对其进行平滑，使之输出低纹波的稳定电压；
所述反馈及零检测电路用于调整在不同负载下其输出电压的稳定性，并对输出电压及电流进行检测，对输出过压或过流异常进行保护操作；
所述控制及保护电路用于芯片端的开关控制及过热保护；
所述隔离驱动电路主要是指变压器部分电路，用于实现一二次侧的物理隔离。
LLC谐振变换电路包括两个功率MOSFET(Q1和Q2)，其占空比都为0.5；谐振电容Cr；匝比为n:1的变压器T1，等效电感Lr，励磁电感Lm。采用LLC拓扑结构有如下优点：
1)在宽负载范围内可以实现零电压开关。
2)允许在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，且开关频率变化相对很小。
3)采用频率控制，上下管的占空比都为50％。
4)有效减小次级同步整流MOSFET的电压应力，可采用更低电压MOSFET，进一步提升效率。
5)无需输出电感，可降低系统成本并提高可靠性。
根据本发明优选的，所述防反接保护电路包括通流量大、压降小的肖特基二极管；
所述瞬态尖峰脉冲泄放电路包括通流量大的TVS二极管；利用其反向击穿原理保护后级敏感电路，此处要注意TVS的工作电压及嵌位电压。
本发明的有益效果为：
本发明选用可自恢复型保险管，避免输入过流；瞬态尖峰脉冲泄放电路，使正负浪涌尖峰电压控制到DC-DC开关电源可接受的程度；浪涌电流抑制电路，解决浪涌电流过大问题；Buck-Boost宽压电路应对输入出现电压过/欠压情况；采用LLC谐振转换器拓扑实现软开关，减小开关MOSFET的过电压应力同时可使储存的电磁能量增大，有效提高变换器的开关频率和效率。
附图说明
图1为本发明隔离DC-DC电源模块的结构框图；
图2为本发明LLC谐振变换电路拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，用于满足机载小功率设备供电要求。如图1所示，包括依次连接的保险管、EMI滤波电路、防反接保护电路、瞬态尖峰脉冲泄放电路、浪涌电流抑制电路、Buck-Boost电路、LLC谐振变换电路、二次整流及滤波电路、反馈及零检测电路、控制及保护电路、隔离驱动电路，所述隔离驱动电路连接所述LLC谐振变换电路。
保险管用于防止电源异常工作引起输入电流过大；避免影响同一系统的内其它用电设备；选用可自恢复型保险管，避免输入过流；
EMI滤波电路用于防止DC-DC电源模块的EMI干扰；避免影响系统内其它用电设备；
防反接保护电路用于防止输入端正、负反接引起的DC-DC电源模块损害；
瞬态尖峰脉冲泄放电路用于抑制输入线缆拔插引起的瞬时尖峰电压对DC-DC电源模块的过压冲击；使正负浪涌尖峰电压控制到DC-DC开关电源可接受的程度；
浪涌电流抑制电路用于控制电容充电的电流；
Buck-Boost电路用于应对输入电压过/欠压浪涌；利用其宽范围的输入特性，保证在电压过/欠压浪涌下其输入电压满足后级开关电路的要求；
LLC谐振变换电路用于实现初级开关管零电压开通和次级输出整流管的零电流关断，降低开关损耗，提高功率转换效率；
二次整流及滤波电路位于变压器次级即二次侧，用于实现电压整流，保留脉动电压的上半周，并通过滤波电路对其进行平滑，使之输出低纹波的稳定电压；
反馈及零检测电路用于调整在不同负载下其输出电压的稳定性，并对输出电压及电流进行检测，对输出过压或过流异常进行保护操作；
控制及保护电路用于芯片端的开关控制及过热保护；
隔离驱动电路主要是指变压器部分电路，用于实现一二次侧的物理隔离。
图2为LLC谐振变换电路拓扑结构，包括两个功率MOSFET(Q1和Q2)，其占空比都为0.5；谐振电容Cr；匝比为n:1的变压器T1，等效电感Lr，励磁电感Lm。采用LLC拓扑结构有如下优点：
1)在宽负载范围内可以实现零电压开关。
2)允许在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，且开关频率变化相对很小。
3)采用频率控制，上下管的占空比都为50％。
4)有效减小次级同步整流MOSFET的电压应力，可采用更低电压MOSFET，进一步提升效率。
5)无需输出电感，可降低系统成本并提高可靠性。
采用本方法设计的电源模块，其浪涌电流满足GJB181的5倍额定电流的要求，实测为2.5倍额定电流；其效率相对通用电源模块提高3～5个百分点；可有效应对±600V尖峰脉冲测试，对负载即用电设备无任何影响；在过压(80V/50ms)浪涌及欠压(8/50ms)浪涌测试条件下，其输出电压稳定，负载即用电设备不会掉电。
实施例2
根据实施例1所述的一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，其区别在于，防反接保护电路包括通流量大、压降小的肖特基二极管；瞬态尖峰脉冲泄放电路包括通流量大的TVS二极管；利用其反向击穿原理保护后级敏感电路，此处要注意TVS的工作电压及嵌位电压。

Claims (3)

1.一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，其特征在于，包括依次连接的保险管、EMI滤波电路、防反接保护电路、瞬态尖峰脉冲泄放电路、浪涌电流抑制电路、Buck-Boost电路、LLC谐振变换电路、二次整流及滤波电路、反馈及零检测电路、控制及保护电路、隔离驱动电路，所述隔离驱动电路连接所述LLC谐振变换电路。
2.根据权利要求1所述的一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述保险管用于防止电源异常工作引起输入电流过大；
所述EMI滤波电路用于防止DC-DC电源模块的EMI干扰；
所述防反接保护电路用于防止输入端正、负反接引起的DC-DC电源模块损害；
所述瞬态尖峰脉冲泄放电路用于抑制输入线缆拔插引起的瞬时尖峰电压对DC-DC电源模块的过压冲击；
所述浪涌电流抑制电路用于控制电容充电的电流；所述Buck-Boost电路用于应对输入电压过/欠压浪涌；
所述LLC谐振变换电路用于实现初级开关管零电压开通和次级输出整流管的零电流关断，降低开关损耗，提高功率转换效率；
所述二次整流及滤波电路位于变压器次级即二次侧，用于实现电压整流，保留脉动电压的上半周，并通过滤波电路对其进行平滑，使之输出低纹波的稳定电压；
所述反馈及零检测电路用于调整在不同负载下其输出电压的稳定性，并对输出电压及电流进行检测，对输出过压或过流异常进行保护操作；
所述控制及保护电路用于芯片端的开关控制及过热保护；
所述隔离驱动电路主要用于实现一二次侧的物理隔离。
3.根据权利要求1或2所述的根据权利要求1所述的一种符合GJB181标准的隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述防反接保护电路包括通流量大、压降小的肖特基二极管；所述瞬态尖峰脉冲泄放电路包括TVS二极管。
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