CN109474180A - 非隔离升降压电源电路及电源模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源电路技术领域，实施例公开一种非隔离升降压电源电路及电源模块。本申请提供的非隔离升降压电源电路，将两片升降压稳压器并联连接，通过SYNCI、SYNCO两个引脚实现MOSFET同步开关，通过EN引脚实现同步启动，通过EAIN引脚共用反馈电阻实现同步输出电压，该电源电路能够提供宽输入、高功率、稳定可靠的电源，且结构简单适合广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种非隔离升降压电源电路及电源模块。
背景技术
非隔离电源是指输入端和负载端之间没有变压器进行电气隔离，直接将输入端和负载端共地，与隔离电源相比有如下优点：1、效率高：一般的非隔离电源效率能达到92％以上，而隔离电源一般只能达到85％左右。在带大功率负载情况下，非隔离电源的发热量更小。2、体积小：由于非隔离电源不需要变压器，所以整个产品尺寸可以做的非常小，在对设计尺寸要求比较高的应用场景中，非隔离电源能起到重要的作用。3、成本低：非隔离电源外围电路简单、器件种类少，设计简单易用，在各类产品中得到广泛的应用。
在一些控制系统场景中，由于控制系统包括大功率的射频功放、步进电机驱动和高主频的ARM处理器，如何设计一款高效、简单、稳定可靠的电源成为急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种非隔离升降压电源电路及电源模块，能够解决或者至少部分解决上述存在的问题。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种非隔离升降压电源电路，包括第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2，所述第一升降压稳压器N1和所述第二升降压稳压器N2并联连接，其中，
所述第一升降压稳压器N1的SYNCI引脚和所述第二升降压稳压器N2的SYNCI引脚电连接；
所述第一升降压稳压器N1的SYNCO引脚和所述第二升降压稳压器N2的SYNCO引脚电连接；
所述第一升降压稳压器N1的EN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EN引脚电连接后连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电压输入端；
所述第一升降压稳压器N1的EAIN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EAIN引脚电连接后连接在电阻R4一端和电阻R8一端的连接电路上，电阻R4另一端连接电压输出端，电阻R8另一端接地；
所述第一升降压稳压器N1的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L1；
所述第二升降压稳压器N2的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L2。
更优地，所述第一升降压稳压器N1和所述第二升降压稳压器N2均采用PI3749升降压稳压器芯片。
更优地，所述电源电路还包括MCU，所述第一升降压稳压器N1的JMON引脚分别电连接MCU的第一ADC引脚和电容C6一端，电容C6另一端接地，所述第二升降压稳压器N2的JMON引脚分别电连接MCU的第二ADC引脚和电容C9一端，电容C9另一端接地。
更优地，所述第一升降压稳压器N1的TRK引脚和所述第二升降压稳压器N2的TRK引脚电连接后连接电容C5一端，电容C5另一端接地。
更优地，所述电源电路还包括与电压输出端电连接的软启动电路，所述软启动电路包括P型MOS管V1和三极管V2，所述电压输出端与所述P型MOS管V1的衬底电连接，所述P型MOS管的衬底与栅极之间并联有电阻R2和电容C4，所述P型MOS管的源极分别连接射频电压输出端和电容C3一端，电容C3另一端接地，所述P型MOS管的栅极通过电阻R8连接到三极管V2的集电极，三极管V2的基集和发射极之间连接有电阻R7，三极管V2的发射极接地，三极管V2的基极通过电阻R6连接到射频电压输出EN信号端。
更优地，所述P型MOS管V1的源极和漏极之间连接有寄生寄生二极管。
本发明还提供一种非隔离升降压电源模块，包括上述的电源电路，所述电源电路设置在PCB板上。
更优地，所述PCB板上的第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2分散布置，所述第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2的表面加有导热体填隙。
更优地，所述PCB板为四层板，所述PCB板的电压输入端走线宽度为24mm，所述电压输入端走线露铜，且在露铜处加有焊锡。
本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供的非隔离升降压电源电路，将两片升降压稳压器并联连接，通过SYNCI、SYNCO两个引脚实现MOSFET同步开关，通过EN引脚实现同步启动，通过EAIN引脚共用反馈电阻实现同步输出电压，该电源电路能够提供宽输入、高功率、稳定可靠的电源，且结构简单适合广泛推广。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种非隔离升降压电源电路；
图2为本发明实施例2提供的另一种非隔离升降压电源电路；
图3为本发明实施例2提供的电源电路在未加入软启动电路时输出电压波形；
图4为本发明实施例2提供的电源电路在加入软启动电路后输出电压波形；
图5为本发明实施例3提供的一种非隔离升降压电源模块。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供一种非隔离升降压电源电路，包括第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2，第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2并联连接。
其中，第一升降压稳压器N1的SYNCI引脚和第二升降压稳压器N2的SYNCI引脚电连接；第一升降压稳压器N1的SYNCO引脚和第二升降压稳压器N2的SYNCO引脚电连接；第一升降压稳压器N1的EN引脚和第二升降压稳压器N2的EN引脚电连接后连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电压输入端；第一升降压稳压器N1的EAIN引脚和第二升降压稳压器N2的EAIN引脚电连接后连接在电阻R4一端和电阻R8一端的连接电路上，电阻R4另一端连接电压输出端，电阻R8另一端接地；第一升降压稳压器N1的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L1；第二升降压稳压器N2的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L2。
需要说明的是，第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2均采用PI3749升降压稳压器芯片。
这里举例具体说明，某控制系统要求电源输入范围为+24V～+32V，主控单元功率最大72W，天线部分功率最大240W，电源输出总功率不小于320W。由于该设备要求工作温度为-40℃～55℃，考虑高温时电源输出功率的降额，因此设计的电源输出功率应达到400W。
鉴于目前市面上暂时没有单片能达到输出功率400W的非隔离芯片，所以设计中采用两片PI3749升降压稳压器芯片并联输出。PI3749芯片输入电压范围+16V～+34V，输出电压范围+12V～+28V，单片最大输出功率240W，效率最高能到98.5％，因此并联输出完全能满足系统设计要求。
两片PI3749芯片通过SYNCI、SYNCO两个引脚实现MOSFET同步开关，通过EN引脚实现同步启动，并且能够通过EAIN引脚共用反馈电阻实现同步输出电压。
PI3749芯片设置有过压输出保护功能：PI3749芯片配备了两种检测输出过压条件的方法：1，如果输出电压超过EAIN脚规定的值20％；2，输出电压超过了输出门限。PI3749芯片的调节器将完成当前循环，关闭开关并上报过压故障。
PI3749芯片还设置有过温保护功能：PI3749芯片内部温度被监控，如果超过过温保护阈值，PI3749芯片的调节器将完成当前的开关周期，进入低功率模式，当温度下降到一定温度后重新启动。
如图2所示，非隔离升降压电源电路还包括MCU，第一升降压稳压器N1的JMON引脚分别电连接MCU的第一ADC引脚和电容C6一端，电容C6另一端接地；第二升降压稳压器N2的JMON引脚分别电连接MCU的第二ADC引脚和电容C9一端，电容C9另一端接地。
具体的，PI3749芯片还设置有负载电流检测功能：通过PI3749芯片内部运算放大器可以实时监测负载电流大小，PI3749芯片检测负载电流大小，并将检测值通过JMON引脚发送到MCU的ADC引脚，若MCU检测到负载电流值超过预设阈值，则通过JMON引脚控制PI3749芯片停止工作并上报过流故障。
需要说明的是，在非隔离升降压电源电路中，第一升降压稳压器N1的TRK引脚和第二升降压稳压器N2的TRK引脚电连接后连接电容C5一端，电容C5另一端接地。
需要说明的是，非隔离升降压电源电路还包括与电压输出端电连接的软启动电路，所述软启动电路包括P型MOS管V1和三极管V2，其中，电压输出端与P型MOS管V1的衬底电连接；P型MOS管的衬底与栅极之间分别并联有电阻R2和电容C4；P型MOS管的源极分别连接射频电压输出端和电容C3一端，电容C3另一端接地；P型MOS管的栅极通过电阻R8连接到三极管V2的集电极；三极管V2的基集和发射极之间连接有电阻R7；三极管V2的发射极接地；三极管V2的基极通过电阻R6连接到射频电压输出EN信号端。
具体的，P型MOS管V1的源极和漏极之间连接有寄生二极管。寄生二极管的正极连接P型MOS管V1的源极，寄生二极管的负极连接P型MOS管V1的漏极，该寄生二极管能够起到保护MOS管的作用，当电源电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过寄生二极管导出来，不至于击穿MOS管。
这里，由于该电源电路负载不仅有高功率射频功放，还有步进电机这样的感性负载，在开机瞬间会有很大的负载电流。为了避免这样的冲击电流，在设计中加入了软启动设计。首先通过设置PI3749芯片TRK管脚到地的电容C5来调整芯片的输出上升时间，然后加入MOSFET作为天线部分的电源开关，用以缓冲开机瞬间的大电流。通过调整图2中C4、R2和R3的值来实现加大输出电压上升时间的目的。
图3为该电源电路在未加入软启动电路时输出电压波形，图4为该电源电路在加入软启动电路后输出电压波形，可见在加入软启动电路之后输出电压上升时间提高到200ms左右，经实测在天线供电开启瞬间控制系统能够正常稳定工作。该电源电路输入电压范围为+16V～+34V，输出电压范围为+12V～+28V，经过测试，最大输出功率满足设计要求(400W)。
如图5所示，本发明实施例还提供一种非隔离升降压电源模块，包括上述的电源电路，该电源电路设置在PCB板上。
需要说明的是，PCB板上的第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2分散布置，第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2的表面加有导热体填隙。
需要说明的是，PCB板可以为四层板，PCB板上的电压输入端走线宽度为24mm，电压输入端走线露铜，且在露铜处加有焊锡。
这里，由于整个电源输出功率达400W，所以在PCB设计中需要考虑散热、走线载流问题。首先将发热量大的元器件比如芯片、电感、采样电阻等分散摆放，在芯片和电感表面加导热体填隙，将热量直接导入金属结构。在满负荷工作时，电源输入的走线需要通过近17A的电流。为了达到这个要求，将走线宽度扩宽到24mm，并且采用4层PCB叠层结构，在顶层、内层和底层同时布大电流走线并通过多个通孔使上下层连接。除此之外将大电流走线进行露铜，后期通过在露铜部分加焊锡的方式可以进一步提升走线的载流能力。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种非隔离升降压电源电路，其特征在于，包括第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2，所述第一升降压稳压器N1和所述第二升降压稳压器N2并联连接，其中，
所述第一升降压稳压器N1的SYNCI引脚和所述第二升降压稳压器N2的SYNCI引脚电连接；
所述第一升降压稳压器N1的SYNCO引脚和所述第二升降压稳压器N2的SYNCO引脚电连接；
所述第一升降压稳压器N1的EN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EN引脚电连接后连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电压输入端；
所述第一升降压稳压器N1的EAIN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EAIN引脚电连接后连接在电阻R4一端和电阻R8一端的连接电路上，电阻R4另一端连接电压输出端，电阻R8另一端接地；
所述第一升降压稳压器N1的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L1；
所述第二升降压稳压器N2的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L2。
2.根据权利要求1所述的非隔离升降压电源电路，其特征在于，所述第一升降压稳压器N1和所述第二升降压稳压器N2均采用PI3749升降压稳压器芯片。
3.根据权利要求1所述的非隔离升降压电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括MCU，所述第一升降压稳压器N1的JMON引脚分别电连接MCU的第一ADC引脚和电容C6一端，电容C6另一端接地，所述第二升降压稳压器N2的JMON引脚分别电连接MCU的第二ADC引脚和电容C9一端，电容C9另一端接地。
4.根据权利要求1所述的非隔离升降压电源电路，其特征在于，所述第一升降压稳压器N1的TRK引脚和所述第二升降压稳压器N2的TRK引脚电连接后连接电容C5一端，电容C5另一端接地。
5.根据权利要求1所述的非隔离升降压电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括与电压输出端电连接的软启动电路，所述软启动电路包括P型MOS管V1和三极管V2，所述电压输出端与所述P型MOS管V1的衬底电连接，所述P型MOS管的衬底与栅极之间并联有电阻R2和电容C4，所述P型MOS管的源极分别连接射频电压输出端和电容C3一端，电容C3另一端接地，所述P型MOS管的栅极通过电阻R8连接到三极管V2的集电极，三极管V2的基集和发射极之间连接有电阻R7，三极管V2的发射极接地，三极管V2的基极通过电阻R6连接到射频电压输出EN信号端。
6.根据权利要求5所述的非隔离升降压电源电路，其特征在于，所述P型MOS管V1的源极和漏极之间连接有寄生寄生二极管。
7.一种非隔离升降压电源模块，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的电源电路，所述电源电路设置在PCB板上。
8.根据权利要求7所述的非隔离升降压电源模块，其特征在于，所述PCB板上的第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2分散布置，所述第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2的表面加有导热体填隙。
9.根据权利要求7所述的非隔离升降压电源模块，其特征在于，所述PCB板为四层板，所述PCB板的电压输入端走线宽度为24mm，所述电压输入端走线露铜，且在露铜处加有焊锡。
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