CN111682772B - 高压伺服控制器的多路输出开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，包括：整流滤波电路1、缓冲吸收电路2、启动电路3、振荡频率电路4、反馈电路5、电流采样保护电路6、驱动电路7；所述的整流滤波电路1，包括：共模电感L1；所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置能够实现一种或者多种电压输出。本发明采用基于UC2844多路输出反激式开关电源电路、自主绕制的变压器、集成的结构封装技术，可以满足IPM四路独立+15V电源需求，多路电流传感器±15V电源需求，控制电路提供+28V电源需求，该开关电源具有电压输入范围宽、输入输出电气隔离、性能稳定、可靠性高、纹波小、成本低等优点，完全能够满足0～200kW交流伺服驱动器的使用，能够产生良好的经济效益。

Description

高压伺服控制器的多路输出开关电源装置
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体地，涉及一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置。
背景技术
随着电力电子技术、交流伺服电机技术的发展，大功率机电伺服系统因具有结构简单、存储方便、维护成本低、可检测性好、重量轻及高可靠性等优势，能适应航天运载器和远程战略导弹对快速发射、快速测试、可维护性、可靠性等方面的需求，在航天运输器控制系统越来越多的大功率机电伺服系统场合采用交流伺服控制器。而270V直流输入的高压交流伺服控制器正常工作需要一个多路输出隔离的电源给控制系统、驱动系统、通信系统等功能模块提供稳定的直流电源，全部采用DC-DC电源模块，会造成伺服控制器的成本高，结构复杂，且系统的可靠性降低，因此提出一种满足高压伺服控制器的多路输出的开关电源。
专利文献CN106452132B公开了一种开关电源，包括维也纳整流电路、全桥电路以及控制电路；三相交流电通过维也纳整流电路整流，后经全桥电路逆变，再通过二次整流输出直流电。采样电路采样信号，作为控制电路的输入端，全桥电路受到控制电路的控制，控制全桥电路输出信号的移相。该专利显然在适用于高压伺服控制器的多路输出开关电源。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置。
根据本发明提供的一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，包括：整流滤波电路1、缓冲吸收电路2、启动电路3、振荡频率电路4、反馈电路5、电流采样保护电路6、驱动电路7；所述的整流滤波电路1；所述的整流滤波电路1，包括：共模电感L1；所述共模电感L1串接在外部输入的直流母线电压端的正极中，共模电感L1的另外一端与电阻R1、电阻R2、电容C2、电阻R3的一端相连接，且与变压器TR1的初级线圈相连接；所述的RCD缓冲吸收电路2包括：电阻R1、电阻R2、电容C2以及二极管D2；外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R1、电阻R2、电容C2的一端相连接；所述电阻R1、电阻R2、电容C2的另外一端互相连接后与二极管D2的负极连接；所述二极管D2的正极与MOSFET Q1的漏极连接；所述启动电路3包括：电阻R3、电阻R8、电容C25以及电容C26；所述外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R3的一端相连接；所述电阻R3的另外一端与电阻R8串联；所述电阻R8另外一端与电容C25和电容C26串联；所述电容C25和电容C26的另外一端接入母线电压端的地；所述振荡频率电路4包括：电阻R22、电容C18；所述电阻R22的一端与控制芯片U5的第4脚连接，电阻R22的另外一端与控制芯片U5的第8脚连接，电容C18一端与控制芯片U5的第4脚连接，电容C18另外一端接入母线电压端的地；所述控制芯片U5采用UC2844电源控制芯片；所述的反馈电路5包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R14，电容C6、电容C13、电容C14，光耦U2以及三端稳压二极管U4；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R6和电阻R10串联，多路输出电压的主输出端的正极通过电阻R10的一端接地；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R4一端连接，电阻R4的另外一端与光耦U2的1脚连接；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R5一端连接，电阻R5的另外一端与光耦U2的2脚连接；电容C6的一端与光耦U2的2脚连接，电容C6的另外一端与电阻R7一端连接；所述电阻R7另外一端与电阻R6和电阻R10的一端连接，且与三端稳压二极管U4的1脚连接；所述三端稳压二极管U4的3脚与光耦U2的2脚连接；所述三端稳压二极管U4的2脚接地；光耦U2的4脚与控制芯片U5的第8脚连接，光耦U2的3脚与电阻R9和R11的一端连接；电阻R9的另外一端接地；电阻R11的另外一端与控制芯片U5的第2脚连接，且与电阻R14的一端连接；电阻R14的另外一端与控制芯片U5的第1脚连接；电容C13跨接在地与控制芯片U5的第8脚之间；电容C14跨接在控制芯片U5的第1脚和第2脚之间；所述的电流采样保护电路6包括：MOSFET Q1、电阻R16、电阻R18、电容C19组成；所述MOSFET Q1的3脚与电阻R18和电阻R16的一端连接；所述电阻R18的另外一端接入母线电压端的地；所述电阻R16的另外一端连接控制芯片U5的第3脚，且与电容C19的一端连接；电容C19的另外一端接入母线电压端的地；所述的驱动电路7包括:MOSFET Q1、控制芯片U5、电阻R17、电阻R19、电阻R20、二极管D9；所述MOSFET Q1的1脚与电阻R17、电阻R19和电阻R20的另外一端连接；所述MOSFET Q1的2脚与二极管D2的正极连接；所述MOSFET Q1的2脚也与自主绕制的变压器TR1的初级线圈相连接；所述电阻R17的一端与控制芯片U5的6脚连接；所述电阻R19的一端接入母线电压端的地；所述电阻R20的另外一端与二极管D9的正极相连接；二极管D9的负极与控制芯片U5的6脚连接；所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置能够实现一种或者多种电压输出。
优选地，包括：输出滤波电路8、第一电源输出单元9、第二电源输出单元10、第三电源输出单元；所述的输出滤波电路8包括：二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D6、二极管D8、二极管D10、二极管D12、电容C3、电容C5、电容C9、电容C11、电容C15、电容C20、电容C23、电容C1、电容C4、电容C8、电容C7、电容C10、电容C12、电容C16、电容C22、电容C24、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R21、电阻R23；变压器副边绕组FR1输出的+18V与二极管D1的正极连接；所述二极管D1的负极与电容C3的正极连接；所述二极管D1与芯片U1的1脚相连接；所述芯片U1的型号为LM7815；所述电容C3的负极与绕组FR1的地相连接；所述电容C1的正极与芯片U1的3脚相连；所述电容C1的负极与绕组FR1的地相连接；所述电容C4的一端与芯片U1的3脚相连，电容C4的另一端与绕组FR1的地相连接；变压器副边绕组FR2输出的-18V与二极管D3的负极连接；所述二极管D3的正极与电容C5的负极连接，二极管D3的正极与芯片U3的1脚相连接；所述芯片U3的型号为LM7915；所述电容C8的负极与芯片U3的3脚相连，电容C8的正极与绕组FR2的地相连接；所述电容C7的一端与U3的3脚相连；所述电容C7的另一端与绕组FR2的地相连接；所述芯片U1的2脚和芯片U3的2脚都与地相连接；所述变压器副边绕组FR3输出端与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极与电容C9的正极连接，二极管D5的负极与电容C10和电阻R12的一端相连接，电容C9的负极、电容C10和电阻R12的另外一端与变压器副边绕组FR3输出端地连接；所述变压器副边绕组FR4输出端与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与电容C11的正极连接，且二极管D6的负极与电容C12和R13的一端相连接，而电容C11的负极、电容C12和电阻R13的另外一端与变压器副边绕组FR4输出的地1连接；变压器副边绕组FR5输出端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与电容C15的正极连接，且二极管D8的负极与电容C16和电阻R15的一端相连接，而电容C15的负极、电容C16和电阻R15的另外一端与变压器副边绕组FR5输出的地连接；变压器副边绕组FR6输出端与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极与电容C20的正极连接，且二极管D10的负极与电容C21和电阻R21的一端相连接，电容C20的负极、电容C21和R21的另外一端与变压器副边绕组FR6输出的地连接；所述变压器副边绕组FR7输出端与二极管D12的正极连接，二极管D12的负极与电容C23的正极连接，二极管D12的负极与电容C24和R23的一端相连接，电容C23的负极、电容C24和R23的另外一端与变压器副边绕组FR7输出端的地连接。
优选地，所述第一电源输出单元9能够输出±15V的电压；所述第二电源输出单元10能够输出+28V的电压；所述第三电源输出单元能够输出+15V的电压；所述第三电源输出单元包括：第一电源输出部件11、第二电源输出部件12、第三电源输出部件13以及第四电源输出部件14；所述第一电源输出部件11、第二电源输出部件12、第三电源输出部件13以及第四电源输出部件14相互独立。
优选地，所述直流母线电压端的电压为270V。
优选地，多路输出电压的主输出端的电压为+18V。
优选地，所述变压器副边绕组FR3输出端的电压为+28V。
优选地，所述变压器副边绕组FR4输出端的电压为+15V。
优选地，所述变压器副边绕组FR5输出端的电压为+15V。
优选地，所述变压器副边绕组FR6输出端的电压为+15V；所述变压器副边绕组FR7输出端的电压为+15V。
优选地，所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置的封装结构包括：铝合金壳体、PCB电路板、电路元器件单元以及焊针封装部件；所述焊针封装部件采用14个脚。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明设计合理，使用方便，现有军工行业普遍采用分立DC-DC模块和EMI滤波器模块实现交流伺服驱动器多路输出隔离的电源需求，具有成本高，散热结构复杂，系统可靠性低的缺点。采用基于UC2844多路输出反激式开关电源电路、自主绕制的变压器、集成的结构封装技术，可以满足IPM四路独立+15V电源需求，多路电流传感器±15V电源需求，控制电路提供+28V电源需求，该开关电源具有电压输入范围宽、输入输出电气隔离、性能稳定、可靠性高、纹波小、成本低等优点，完全能够满足0～200kW交流伺服驱动器的使用，能够产生良好的经济效益；
2、本发明采用了反激式变换器拓扑结构，因此可以做到结构紧凑，体积较小，满足输出功率5～150W电源需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中开关电源的构成示意图。
图2为本发明中开关电源的主要构成编号示意图。
图3为本发明中开关电源的封装结构示意图。
图4为本发明中基于UC2844的开关电源原理示意图。
图5为本发明中磁芯外形图ER28变压器骨架示意图。
图6为本发明中ER28变压器骨架示意图。
图7为本发明中变压器绕组结构示意图。
图中：
整流滤波电路1 输出滤波电路8
缓冲吸收电路2 第一电源输出单元9
启动电路3 第二电源输出单元10
振荡频率电路4 第一电源输出部件11
反馈电路5 第二电源输出部件12
电流采样保护电路6 第三电源输出部件13
驱动电路7 第四电源输出部件14
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图7所示，根据本发明提供的一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，包括：整流滤波电路1、缓冲吸收电路2、启动电路3、振荡频率电路4、反馈电路5、电流采样保护电路6、驱动电路7；所述的整流滤波电路1；所述的整流滤波电路1，包括：共模电感L1；所述共模电感L1串接在外部输入的直流母线电压端的正极中，共模电感L1的另外一端与电阻R1、电阻R2、电容C2、电阻R3的一端相连接，且与变压器TR1的初级线圈相连接；所述的RCD缓冲吸收电路2包括：电阻R1、电阻R2、电容C2以及二极管D2；外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R1、电阻R2、电容C2的一端相连接；所述电阻R1、电阻R2、电容C2的另外一端互相连接后与二极管D2的负极连接；所述二极管D2的正极与MOSFET Q1的漏极连接；所述启动电路3包括：电阻R3、电阻R8、电容C25以及电容C26；所述外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R3的一端相连接；所述电阻R3的另外一端与电阻R8串联；所述电阻R8另外一端与电容C25和电容C26串联；所述电容C25和电容C26的另外一端接入母线电压端的地；所述振荡频率电路4包括：电阻R22、电容C18；所述电阻R22的一端与控制芯片U5的第4脚连接，电阻R22的另外一端与控制芯片U5的第8脚连接，电容C18一端与控制芯片U5的第4脚连接，电容C18另外一端接入母线电压端的地；所述控制芯片U5采用UC2844电源控制芯片；所述的反馈电路5包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R14，电容C6、电容C13、电容C14，光耦U2以及三端稳压二极管U4；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R6和电阻R10串联，多路输出电压的主输出端的正极通过电阻R10的一端接地；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R4一端连接，电阻R4的另外一端与光耦U2的1脚连接；多路输出电压的主输出端的正极与电阻R5一端连接，电阻R5的另外一端与光耦U2的2脚连接；电容C6的一端与光耦U2的2脚连接，电容C6的另外一端与电阻R7一端连接；所述电阻R7另外一端与电阻R6和电阻R10的一端连接，且与三端稳压二极管U4的1脚连接；所述三端稳压二极管U4的3脚与光耦U2的2脚连接；所述三端稳压二极管U4的2脚接地；光耦U2的4脚与控制芯片U5的第8脚连接，光耦U2的3脚与电阻R9和R11的一端连接；电阻R9的另外一端接地；电阻R11的另外一端与控制芯片U5的第2脚连接，且与电阻R14的一端连接；电阻R14的另外一端与控制芯片U5的第1脚连接；电容C13跨接在地与控制芯片U5的第8脚之间；电容C14跨接在控制芯片U5的第1脚和第2脚之间；所述的电流采样保护电路6包括：MOSFET Q1、电阻R16、电阻R18、电容C19组成；所述MOSFET Q1的3脚与电阻R18和电阻R16的一端连接；所述电阻R18的另外一端接入母线电压端的地；所述电阻R16的另外一端连接控制芯片U5的第3脚，且与电容C19的一端连接；电容C19的另外一端接入母线电压端的地；所述的驱动电路7包括:MOSFET Q1、控制芯片U5、电阻R17、电阻R19、电阻R20、二极管D9；所述MOSFET Q1的1脚与电阻R17、电阻R19和电阻R20的另外一端连接；所述MOSFET Q1的2脚与二极管D2的正极连接；所述MOSFET Q1的2脚也与自主绕制的变压器TR1的初级线圈相连接；所述电阻R17的一端与控制芯片U5的6脚连接；所述电阻R19的一端接入母线电压端的地；所述电阻R20的另外一端与二极管D9的正极相连接；二极管D9的负极与控制芯片U5的6脚连接；所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置能够实现一种或者多种电压输出。
高压伺服控制器的多路输出开关电源总体封装结构如图3所示，主要由铝合金壳体、PCB电路板、元器件和14个脚的焊针封装组成。铝合金壳体采用冲压工艺一次成型；PCB电路板主要设计了基于UC2844多路输出反激式开关电源电路；电子元器件主要包括UC2844电源控制芯片，MOSFET，光耦，二极管，自主绕制的变压器等；PCB电路板和电子元器件实现图1所示的电路功能。本发明采用了基于电源控制芯片UC2844多路输出反激式开关电源电路、自主绕制的变压器、集成的结构封装技术，该电源具有多路直流电压输出，可以满足高压伺服控制器多路隔离、低纹波直流电源供电的需要。本发明结构紧凑，体积较小，满足输出功率5～150W电源需求；本发明的原理也适用于0～200kW高压伺服控制器的使用。
优选地，包括：输出滤波电路8、第一电源输出单元9、第二电源输出单元10、第三电源输出单元；所述的输出滤波电路8包括：二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D6、二极管D8、二极管D10、二极管D12、电容C3、电容C5、电容C9、电容C11、电容C15、电容C20、电容C23、电容C1、电容C4、电容C8、电容C7、电容C10、电容C12、电容C16、电容C22、电容C24、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R21、电阻R23；变压器副边绕组FR1输出的+18V与二极管D1的正极连接；所述二极管D1的负极与电容C3的正极连接；所述二极管D1与芯片U1的1脚相连接；所述芯片U1的型号为LM7815；所述电容C3的负极与绕组FR1的地相连接；所述电容C1的正极与芯片U1的3脚相连；所述电容C1的负极与绕组FR1的地相连接；所述电容C4的一端与芯片U1的3脚相连，电容C4的另一端与绕组FR1的地相连接；变压器副边绕组FR2输出的-18V与二极管D3的负极连接；所述二极管D3的正极与电容C5的负极连接，二极管D3的正极与芯片U3的1脚相连接；所述芯片U3的型号为LM7915；所述电容C8的负极与芯片U3的3脚相连，电容C8的正极与绕组FR2的地相连接；所述电容C7的一端与U3的3脚相连；所述电容C7的另一端与绕组FR2的地相连接；所述芯片U1的2脚和芯片U3的2脚都与地相连接；所述变压器副边绕组FR3输出端与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极与电容C9的正极连接，二极管D5的负极与电容C10和电阻R12的一端相连接，电容C9的负极、电容C10和电阻R12的另外一端与变压器副边绕组FR3输出端地连接；所述变压器副边绕组FR4输出端与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与电容C11的正极连接，且二极管D6的负极与电容C12和R13的一端相连接，而电容C11的负极、电容C12和电阻R13的另外一端与变压器副边绕组FR4输出的地1连接；变压器副边绕组FR5输出端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与电容C15的正极连接，且二极管D8的负极与电容C16和电阻R15的一端相连接，而电容C15的负极、电容C16和电阻R15的另外一端与变压器副边绕组FR5输出的地连接；变压器副边绕组FR6输出端与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极与电容C20的正极连接，且二极管D10的负极与电容C21和电阻R21的一端相连接，电容C20的负极、电容C21和R21的另外一端与变压器副边绕组FR6输出的地连接；所述变压器副边绕组FR7输出端与二极管D12的正极连接，二极管D12的负极与电容C23的正极连接，二极管D12的负极与电容C24和R23的一端相连接，电容C23的负极、电容C24和R23的另外一端与变压器副边绕组FR7输出端的地连接。
优选地，所述第一电源输出单元9能够输出±15V的电压；所述第二电源输出单元10能够输出+28V的电压；所述第三电源输出单元能够输出+15V的电压；所述第三电源输出单元包括：第一电源输出部件11、第二电源输出部件12、第三电源输出部件13以及第四电源输出部件14；所述第一电源输出部件11、第二电源输出部件12、第三电源输出部件13以及第四电源输出部件14相互独立。
优选地，所述直流母线电压端的电压为270V。
优选地，多路输出电压的主输出端的电压为+18V。
优选地，所述变压器副边绕组FR3输出端的电压为+28V。
优选地，所述变压器副边绕组FR4输出端的电压为+15V。
优选地，所述变压器副边绕组FR5输出端的电压为+15V。
优选地，所述变压器副边绕组FR6输出端的电压为+15V；所述变压器副边绕组FR7输出端的电压为+15V。
优选地，所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置的封装结构包括：铝合金壳体、PCB电路板、电路元器件单元以及焊针封装部件；所述焊针封装部件采用14个脚。
具体地，在一个实施例中，如图1-7所示，所述高压伺服控制器的多路输出开关电源的构成它主要包括：整流滤波电路1，缓冲吸收电路2，启动电路3，振荡频率电路4，反馈电路5，电流采样和保护电路6，驱动电路7，输出滤波电路8，±15V电源输出部件9，+28V电源输出部件10，四路+15V电源输出部件。
所述的多路输出开关电源的总体封装结构如图3所示，主要由铝合金壳体、PCB电路板、元器件和14个脚的焊针封装组成。所述的铝合金壳体采用冲压工艺一次成型，并在铝合金壳体上加工14个孔；所述的14个焊针通过绝缘套和密封胶处理置于铝合金壳体上14个孔中，且焊针通过焊锡焊接与PCB电路板固连；所述的元器件主要包括UC2844电源控制芯片、MOSFET、光耦、二极管等通过焊锡焊接与PCB电路板固连；所述的焊接完毕的PCB电路板放置于铝合金壳体内部，并填充密封胶固化电路板。封装结构中的14个焊针定义如下：焊针1为直流270V输入，焊针2为270V地线；焊针3为直流+28V输出，焊针4为28V_GND；焊针5为直流+15V输出，焊针6直流-15V输出；焊针7为第一路隔离直流+15V输出，焊针8为第一路隔离地GND1；焊针9为第二路隔离直流+15V输出，焊针10为第二路隔离地GND2；焊针11为第三路隔离直流+15V输出，焊针12为第三路隔离地GND3；焊针13为第四路隔离直流+15V输出，焊针14为第四路隔离地GND4。
设计了基于电源控制芯片UC2844的高压DC/DC多路输出反激式开关电源电路原理图，如图4所示。PCB电路板主要设计了基于电源控制芯片UC2844多路输出反激式开关电源电路；电子元器件主要包括UC2844电源控制芯片，MOSFET，光耦，二极管，自主绕制的变压器等；PCB电路板和电子元器件实现图1所示的电路功能；
所述的整流滤波电路1，由共模电感L1组成，共模电感L1串接在外部输入的直流母线电压U的正极中，共模电感L1的另外一端与电阻R1、电阻R2、电容C2、电阻R3的一端相连接，且与变压器TR1的初级线圈相连接。
所述的RCD缓冲吸收电路2由电阻R1、电阻R2、电容C2、二极管D2组成。外部输入的直流母线电压U的正极与电阻R1、电阻R2、电容C2的一端相连接；电阻R1、电阻R2、电容C2的另外一端互相连接后与二极管D2的负极连接；二极管D2的正极与MOSFET Q1的漏极连接。
所述的启动电路3由电阻R3、电阻R8、电容C25和电容C26组成。外部输入的直流母线电压U的正极与电阻R3的一端相连接；电阻R3的另外一端与电阻R8串联；电阻R8另外一端与电容C25和电容C26串联；电容C25和电容C26的另外一端接入母线电压U的地(U_GND)。
所述的振荡频率电路4由电阻R22和电容C18组成。电阻R22的一端与U5(UC2844电源控制芯片)的第4脚连接，电阻R22的另外一端与U5(UC2844电源控制芯片)的第8脚连接，电容C18一端与U5(UC2844电源控制芯片)的第4脚连接，电容C18另外一端接入母线电压U的地(U_GND)。
所述的反馈电路5由电阻R4、R5、R6、R7、R9、R10、R11、R14，电容C6、C13、C14，光耦U2和三端稳压二极管U4组成。多路输出电压的主输出+18V的正极与电阻R6和电阻R10串联，并通过电阻R10的一端接GND；+18V的正极与电阻R4一端连接，电阻R4的另外一端与光耦U2的1脚连接；+18V的正极与电阻R5一端连接，电阻R5的另外一端与光耦U2的2脚连接；电容C6的一端与光耦U2的2脚连接，电容C6的另外一端与电阻R7一端连接；
电阻R7另外一端与电阻R6和电阻R10的一端连接，且与三端稳压二极管U4的1脚连接；三端稳压二极管U4的3脚与光耦U2的2脚连接，三端稳压二极管U4的2脚接GND；光耦U2的4脚与U5(UC2844电源控制芯片)的第8脚连接，光耦U2的3脚与电阻R9和R11的一端连接；电阻R9的另外一端接GND；电阻R11的另外一端与U5(UC2844电源控制芯片)的第2脚连接，且与电阻R14的一端连接；电阻R14的另外一端与U5(UC2844电源控制芯片)的第1脚连接；电容C13跨接在GND与U5(UC2844电源控制芯片)的第8脚之间；电容C14跨接在U5(UC2844电源控制芯片)的第1脚和第2脚之间。
所述的电流采样和保护电路6由MOSFET Q1、电阻R16、电阻R18、电容C19组成。MOSFET Q1的3脚与电阻R18和电阻R16的一端连接；电阻R18的另外一端接入母线电压U的地(U_GND)；电阻R16的另外一端连接U5(UC2844电源控制芯片)的第3脚，且与电容C19的一端连接；电容C19的另外一端接入母线电压U的地(U_GND)。
所述的驱动电路7由MOSFET Q1、U5(UC2844电源控制芯片)、电阻R17、电阻R19、电阻R20、二极管D9组成。MOSFET Q1的1脚与电阻R17、R19和R20的另外一端连接，MOSFET Q1的2脚与二极管D2的正极连接，且MOSFET Q1的2脚也与自主绕制的变压器TR1的初级线圈相连接；电阻R17的一端与U5(UC2844电源控制芯片)的6脚连接；电阻R19的一端接入母线电压U的地(U_GND)；电阻R20的另外一端与二极管D9的正极相连接；二极管D9的负极与U5(UC2844电源控制芯片)的6脚连接。
所述的输出滤波电路8由二极管D1、D3、D5、D6、D8、D10、D12和电容C3、C5、C9、C11、C15、C20、C23、C1、C4、C8、C7、C10、C12、C16、C22、C24，以及电阻R12、R13、R15、R21、R23组成。
变压器副边绕组FR1输出的+18V与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与电容C3的正极连接，且与U1 LM7815的1脚相连接；电容C3的负极与绕组FR1的GND相连接；电容C1的正极与U1 LM7815的3脚相连，电容C1的负极与绕组FR1的GND相连接；
电容C4的一端与U1 LM7815的3脚相连，电容C4的另一端与绕组FR1的GND相连接；
变压器副边绕组FR2输出的-18V与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极与电容C5的负极连接，且与U3 LM7915的1脚相连接；电容C8的负极与U3 LM7915的3脚相连，电容C8的正极与绕组FR2的GND相连接；电容C7的一端与U3 LM7915的3脚相连，电容C7的另一端与绕组FR2的GND相连接；U1 LM7815的2脚和U3 LM7915的2脚都与GND相连接。
变压器副边绕组FR3输出的+28V与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极与电容C9的正极连接，且二极管D5的负极与电容C10和R12的一端相连接，而电容C9的负极、电容C10和R12的另外一端与变压器副边绕组FR3输出的+28V_GND连接。
变压器副边绕组FR4输出的+15V与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与电容C11的正极连接，且二极管D6的负极与电容C12和R13的一端相连接，而电容C11的负极、电容C12和R13的另外一端与变压器副边绕组FR4输出的GND1连接。
变压器副边绕组FR5输出的+15V与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与电容C15的正极连接，且二极管D8的负极与电容C16和R15的一端相连接，而电容C15的负极、电容C16和R15的另外一端与变压器副边绕组FR5输出的GND2连接。
变压器副边绕组FR6输出的+15V与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极与电容C20的正极连接，且二极管D10的负极与电容C21和R21的一端相连接，而电容C20的负极、电容C21和R21的另外一端与变压器副边绕组FR6输出的GND3连接。
变压器副边绕组FR7输出的+15V与二极管D12的正极连接，二极管D12的负极与电容C23的正极连接，且二极管D12的负极与电容C24和R23的一端相连接，而电容C23的负极、电容C24和R23的另外一端与变压器副边绕组FR7输出的GND4连接。
最终得到所述的±15V电源输出部件9，+28V电源输出部件10，四路相互独立的+15V电源输出部件。
现有军工行业普遍采用分立DC-DC模块和EMI滤波器模块实现交流伺服驱动器多路输出隔离的电源需求，本方案克服了分立模块搭建电路的缺点：成本高，散热结构复杂，系统可靠性低。
高压伺服控制器的多路输出开关电源的工作原理如下:
通过焊针1和焊针2输入直流270VDC，-20％～20％，即216VDC～324VDC，输入电压经过开关电源内部电路的处理后，输出7路直流电压：开关电源内部9通过焊针5和焊针6输出1路15VDC/0.8A，1路-15VDC/0.8A，共地输出；开关电源内部10通过焊针3和焊针4输出1路28VDC/0.8A；开关电源内部11通过焊针7和焊针8输出1路15VDC/0.2A；开关电源内部通过焊针9～焊针14输出3路15VDC/0.1A，且为独立输出；
总输出功率为54W。可以满足高压伺服控制器多路隔离、低纹波直流电源供电的需要。
如图4所示，基于电源控制芯片UC2844的多路输出反激式开关电源电路原理如下：当高压直流母线输入电压U逐渐增大，经过共模电感L1滤波处理后，通过启动电阻R3和R8，对电容C25和电容C26进行充电，当电容电压达到U5(UC2844)的导通门槛电压16V后，U5(UC2844)开始工作，U5(UC2844)引脚6输出PWM信号控制MOSFET Q1的进行高频的开关动作，使自主绕制的变压器TR1初级线圈(见图5～图7分别为磁芯外形图、ER28变压器骨架图、变压器绕组结构图)不断的充放电将电磁能量传递到变压器副边线圈，此后反馈绕组FZR1的交流电压经过二极管D4和二极管D7整流滤波后给UC2844进行供电。在启动时，U5(UC2844)消耗的电流分量约为1mA。副边绕组FR1主输出电压+18V通过光耦U2进行反馈，反馈电压输入U5(UC2844)的2脚，反馈电压与基准电压2.5V经误差放大器比较放大后，调整U5(UC2844)的6脚的PWM输出脉冲的宽度，从而稳定输出电压。
MOSFET Q1导通时，高压直流母线U连接至反激式变压器TR1初级绕组的一端，而另一端则连接至初级返回端，随着变压器TR1初级电流的增大，能量被储存在变压器中。在MOSFET Q1关断期间，能量被传输至次级绕组FR1～FR7输出。各个次级输出绕组通过齐纳二极管或者快恢复二极管整流和电容滤波后，输出相应的电压。
MOSFET Q1的导通电流由电阻R18进行采样，采样电压经过R16和C19的RC滤波后进入U5(UC2844)的3脚，与误差电压放大器的输出进行比较，当该取样电压等于误差电压1V时，UC2844的输出脉冲被中断，从而实现限流保护。
具体地，在一个实施例中，一种基于电源控制芯片UC2844的多路输出反激式开关电源中，当高压直流母线输入电压U逐渐增大，经过共模电感L1滤波处理；经过RCD缓冲吸收电路2得到电源纹波较小的输入电压，其中RCD缓冲吸收电路2由电阻R1、电阻R2、电容C2、二极管D2组成，为了减小单个电阻的功率，电阻R1和电阻R2分别为100K/3W，电容C2为2.2nF/2KV，二极管D2为1KV/3A的快恢复二极管；启动电路3由电阻R3、电阻R8、电容C25和电容C26组成，由于输入电压U最大为600V，所以电阻R3和电阻R8取值为300K，功率为1W以上，为了保证芯片的正常启动，电容C25取值47uF，通过启动电阻R3和电阻R8，对电容C25和电容C26进行充电，当电容电压达到U5(UC2844)的导通门槛电压16V后，U5(UC2844)开始工作；U5(UC2844)引脚6输出PWM信号控制MOSFET Q1的进行高频的开关动作，使自主绕制的变压器TR1初级线圈不断的充放电将电磁能量传递到变压器副边线圈；此后辅助绕组FZR1的交流电压经过二极管D4、电容C17、二极管D7、电容C26整流滤波后输出17V电压给U5(UC2844)芯片供电。
振荡频率电路(4)由电阻R22和电容C18组成。通过振荡电路的电阻R22和电容C18设定振荡频率，取电阻R22为4.3K，电容C18为3.3nF，则振荡频率设计为：
f＝1.72/(RC)＝1.72x10/(4.3x3.3)＝120(KHz)
在启动时，反馈电路5确保输出稳定的电压，反馈电路5由电阻R4、R5、R6、R7、R9、R10、R11、R14，电容C6、C13、C14，光耦U2和三端稳压二极管U4组成。U5(UC2844)消耗的电流分量约为1mA。副边绕组FR1主输出电压+18V通过光耦U2进行反馈，反馈电压输入U5(UC2844)的2脚，反馈电压与基准电压2.5V经误差放大器比较放大后，调整U5(UC2844)的6脚的PWM输出脉冲的宽度，从而稳定输出电压。
电流采样和保护电路6由MOSFET Q1、电阻R16、电阻R18、电容C19组成。当电源电流变大，检测到电压超过1V时，U5(UC2844)自动闭锁输出，以保护电路，电流采样和保护电路中Q1 MOSFET电流的采样由采样电阻R18完成，所得到的电压信号经过电阻R16和电容C19滤波后，进入U5(UC2844)的第3脚，由于电流检测比较器的反向输入端钳位电压为lV，所以R18＝1V/Ip。
驱动电路设计7由MOSFET Q1、U5(UC2844电源控制芯片)、电阻R17、电阻R19、电阻R20、二极管D9组成。MOSFET Q1选用日立的2SK1317，最大耐压为1500V，额定电流2.5A，最大电流7A；U5(UC2844)的第6脚输出PWM信号，经过栅极电阻R17后给MOSFET的栅极电容充电，当Vgs达到MOSFET的启动电压时，Q1导通；当U5(UC2844)的6脚输出低电平时，二极管D9导通，Q1通过二极管D9、电阻R20和电阻R17同时放电，加快Q1栅极放电速度，降低Q1的关断损耗；根据MOSFET的实际损耗情况，电阻R17取值33欧。稳压二极管D11的作用是使MOSFET的栅极电压稳定在18V以下，电阻R19的作用是吸收MOSFET中寄生电容存储的能量防止MOSFET误导通。
输出滤波电路(8)二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D6、二极管D8、二极管D10、二极管D12和电容C3、电容C5、电容C9、电容C11、电容C15、电容C20、电容C23、电容C1、电容C4、电容C8、电容C7、电容C10、电容C12、电容C16、电容电容C22、电容C24以及电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R21、电阻R23组成。
MOSFET Q1导通时，高压直流母线U连接至反激式变压器TR1初级绕组的一端，而另一端则连接至初级返回端，随着变压器TR1初级电流的增大，能量被储存在变压器中。在MOSFET Q1关断期间，能量被传输至次级绕组FR1-FR7输出。各个次级输出绕组通过齐纳二极管或者快恢复二极管整流和电容滤波后，主输出+18V和-18V通过U1(LM7815)和U3(LM7915)将电压转化为+15V和-15V，最终得到稳定的±15V电源输出9，+28V电源输出(10)，四路+15V电源输出。
本发明设计合理，使用方便，现有军工行业普遍采用分立DC-DC模块和EMI滤波器模块实现交流伺服驱动器多路输出隔离的电源需求，具有成本高，散热结构复杂，系统可靠性低的缺点。采用基于UC2844多路输出反激式开关电源电路、自主绕制的变压器、集成的结构封装技术，可以满足IPM四路独立+15V电源需求，多路电流传感器±15V电源需求，控制电路提供+28V电源需求，该开关电源具有电压输入范围宽、输入输出电气隔离、性能稳定、可靠性高、纹波小、成本低等优点，完全能够满足0～200kW交流伺服驱动器的使用，能够产生良好的经济效益；本发明采用了反激式变换器拓扑结构，因此可以做到结构紧凑，体积较小，满足输出功率5～150W电源需求。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，包括：整流滤波电路(1)、缓冲吸收电路(2)、启动电路(3)、振荡频率电路(4)、反馈电路(5)、电流采样保护电路(6)、驱动电路(7)；
所述的整流滤波电路(1)，包括：共模电感L1；
所述共模电感L1串接在外部输入的直流母线电压端的正极中，共模电感L1的另外一端与电阻R1、电阻R2、电容C2、电阻R3的一端相连接，且与变压器TR1的初级线圈相连接；
所述的缓冲吸收电路(2)包括：电阻R1、电阻R2、电容C2以及二极管D2；
外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R1、电阻R2、电容C2的一端相连接；
所述电阻R1、电阻R2、电容C2的另外一端互相连接后与二极管D2的负极连接；
所述二极管D2的正极与MOSFET Q1的漏极连接；
所述启动电路(3)包括：电阻R3、电阻R8、电容C25以及电容C26；所述外部输入的直流母线电压端的正极与电阻R3的一端相连接；
所述电阻R3的另外一端与电阻R8串联；
所述电阻R8另外一端与电容C25和电容C26串联；
所述电容C25和电容C26的另外一端接入母线电压端的地；
所述振荡频率电路(4)包括：电阻R22、电容C18；
所述电阻R22的一端与控制芯片U5的第4脚连接，电阻R22的另外一端与控制芯片U5的第8脚连接，电容C18一端与控制芯片U5的第4脚连接，电容C18另外一端接入母线电压端的地；
所述控制芯片U5采用UC2844电源控制芯片；
所述的反馈电路(5)包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R14，电容C6、电容C13、电容C14，光耦U2以及三端稳压二极管U4；
多路输出电压的主输出端的正极与电阻R6和电阻R10串联，多路输出电压的主输出端的正极通过电阻R10的一端接地；
多路输出电压的主输出端的正极与电阻R4一端连接，电阻R4的另外一端与光耦U2的1脚连接；
多路输出电压的主输出端的正极与电阻R5一端连接，电阻R5的另外一端与光耦U2的2脚连接；电容C6的一端与光耦U2的2脚连接，电容C6的另外一端与电阻R7一端连接；
所述电阻R7另外一端与电阻R6和电阻R10的一端连接，且与三端稳压二极管U4的1脚连接；
所述三端稳压二极管U4的3脚与光耦U2的2脚连接；
所述三端稳压二极管U4的2脚接地；
光耦U2的4脚与控制芯片U5的第8脚连接，光耦U2的3脚与电阻R9和R11的一端连接；
电阻R9的另外一端接地；电阻R11的另外一端与控制芯片U5的第2脚连接，且与电阻R14的一端连接；电阻R14的另外一端与控制芯片U5的第1脚连接；电容C13跨接在地与控制芯片U5的第8脚之间；电容C14跨接在控制芯片U5的第1脚和第2脚之间；
所述的电流采样保护电路(6)包括：MOSFET Q1、电阻R16、电阻R18、电容C19组成；
所述MOSFET Q1的3脚与电阻R18和电阻R16的一端连接；
所述电阻R18的另外一端接入母线电压端的地；
所述电阻R16的另外一端连接控制芯片U5的第3脚，且与电容C19的一端连接；电容C19的另外一端接入母线电压端的地；
所述的驱动电路(7)包括:MOSFET Q1、控制芯片U5、电阻R17、电阻R19、电阻R20、二极管D9；
所述MOSFET Q1的1脚与电阻R17、电阻R19和电阻R20的另外一端连接；
所述MOSFET Q1的2脚与二极管D2的正极连接；
所述MOSFET Q1的2脚也与自主绕制的变压器TR1的初级线圈相连接；
所述电阻R17的一端与控制芯片U5的6脚连接；
所述电阻R19的一端接入母线电压端的地；
所述电阻R20的另外一端与二极管D9的正极相连接；
二极管D9的负极与控制芯片U5的6脚连接；
所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置能够实现一种或者多种电压输出。
2.根据权利要求1所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，包括：输出滤波电路(8)、第一电源输出单元(9)、第二电源输出单元(10)、第三电源输出单元；
所述的输出滤波电路(8)包括：二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D6、二极管D8、二极管D10、二极管D12、电容C3、电容C5、电容C9、电容C11、电容C15、电容C20、电容C23、电容C1、电容C4、电容C8、电容C7、电容C10、电容C12、电容C16、电容C22、电容C24、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R21、电阻R23；
变压器副边绕组FR1输出的+18V与二极管D1的正极连接；
所述二极管D1的负极与电容C3的正极连接；
所述二极管D1与芯片U1的1脚相连接；
所述芯片U1的型号为LM7815；
所述电容C3的负极与绕组FR1的地相连接；
所述电容C1的正极与芯片U1的3脚相连；
所述电容C1的负极与绕组FR1的地相连接；
所述电容C4的一端与芯片U1的3脚相连，电容C4的另一端与绕组FR1的地相连接；
变压器副边绕组FR2输出的-18V与二极管D3的负极连接；
所述二极管D3的正极与电容C5的负极连接，二极管D3的正极与芯片U3的1脚相连接；
所述芯片U3的型号为LM7915；
所述电容C8的负极与芯片U3的3脚相连，电容C8的正极与绕组FR2的地相连接；
所述电容C7的一端与U3的3脚相连；
所述电容C7的另一端与绕组FR2的地相连接；
所述芯片U1的2脚和芯片U3的2脚都与地相连接；
所述变压器副边绕组FR3输出端与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极与电容C9的正极连接，二极管D5的负极与电容C10和电阻R12的一端相连接，电容C9的负极、电容C10和电阻R12的另外一端与变压器副边绕组FR3输出端地连接；
所述变压器副边绕组FR4输出端与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与电容C11的正极连接，且二极管D6的负极与电容C12和R13的一端相连接，而电容C11的负极、电容C12和电阻R13的另外一端与变压器副边绕组FR4输出的地1连接；
变压器副边绕组FR5输出端与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与电容C15 的正极连接，且二极管D8的负极与电容C16和电阻R15的一端相连接，而电容C15的负极、电容C16和电阻R15的另外一端与变压器副边绕组FR5输出的地连接；
变压器副边绕组FR6输出端与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极与电容C20的正极连接，且二极管D10的负极与电容C21和电阻R21的一端相连接，电容C20的负极、电容C21和R21的另外一端与变压器副边绕组FR6输出的地连接；
所述变压器副边绕组FR7输出端与二极管D12的正极连接，二极管D12的负极与电容C23的正极连接，二极管D12的负极与电容C24和R23的一端相连接，电容C23的负极、电容C24和R23的另外一端与变压器副边绕组FR7输出端的地连接。
3.根据权利要求2所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述第一电源输出单元(9)能够输出±15V的电压；
所述第二电源输出单元(10)能够输出+28V的电压；
所述第三电源输出单元能够输出+15V的电压；
所述第三电源输出单元包括：第一电源输出部件(11)、第二电源输出部件(12)、第三电源输出部件(13)以及第四电源输出部件(14)；
所述第一电源输出部件(11)、第二电源输出部件(12)、第三电源输出部件(13)以及第四电源输出部件(14)相互独立。
4.根据权利要求1所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述直流母线电压端的电压为270V。
5.根据权利要求1所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，多路输出电压的主输出端的电压为+18V。
6.根据权利要求2所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述变压器副边绕组FR3输出端的电压为+28V。
7.根据权利要求2所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述变压器副边绕组FR4输出端的电压为+15V。
8.根据权利要求2所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述变压器副边绕组FR5输出端的电压为+15V。
9.根据权利要求2所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述变压器副边绕组FR6输出端的电压为+15V；
所述变压器副边绕组FR7输出端的电压为+15V。
10.根据权利要求1所述的高压伺服控制器的多路输出开关电源装置，其特征在于，所述高压伺服控制器的多路输出开关电源装置的封装结构包括：铝合金壳体、PCB电路板、电路元器件单元以及焊针封装部件；
所述焊针封装部件采用14个脚。
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