CN112039344A - 一种大功率高密度模块电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率高密度模块电源，包括：脉宽调制模块,用于产生并输出脉宽调制信号至驱动模块的输入端；驱动模块，用于将所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块的输入端；开关模块，用于根据所述驱动模块的驱动信号将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压；输出滤波模块，用于将所述开关模块输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压；输出过压检测模块，用于对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出过压保护输入端。

Description

一种大功率高密度模块电源
技术领域
本发明涉及电源设计技术领域，特别是涉及一种大功率高密度模块电源。
背景技术
现有技术中，大功率标准半砖封装和引脚电源普遍具有设计尺寸大、功率密度小(500W以上)、电路复杂时效率偏低、布板困难以及成本高等缺点。因此，实有必要提出一种技术手段，以解决该问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种大功率高密度模块电源，以实现一种具有输入欠压保护、输出过压保护、输出过流及短路保护、正负逻辑遥控可选、过温保护等优点的大功率高密度模块电源。
为达上述及其它目的，本发明提出一种大功率高密度模块电源，包括：
脉宽调制模块,用于产生并输出脉宽调制信号至驱动模块的输入端；
驱动模块，用于将所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块的输入端；
开关模块，用于根据所述驱动模块的驱动信号将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压；
输出滤波模块，用于将所述开关模块输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压；
输出过压检测模块，用于对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出过压保护输入端。
优选地，所述模块电源还包括输入滤波模块，用于滤除输入直流电压的噪声干扰输出至所述开关模块。
优选地，所述模块电源还包括输入欠压保护模块，用于将输入直流电压进行采样并传输至所述脉宽调制模块的输入欠压保护输入端。
优选地，所述模块电源还包括输出电压反馈调整模块用于对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出电压反馈输入端。
优选地，所述模块电源还包括过流保护模块，其包括检流电阻及检流放大电路和过流保护电路，用于检测所述输入直流电压功率回路上的输入电流，并在电流超过阈值时切断所述脉宽调制模块的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载。
优选地，所述模块电源还包括过温保护模块，用于通过热敏电阻进行采样并将采样信号进行隔离放大后传输至所述脉宽调制模块以检测所述模块电源的温度，并在温度超过阈值时发出声光报警，同时切断所述脉宽调制模块的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载。
优选地，所述模块电源还包括遥控电路，用于接收红外或射频遥控信号并转换为相应指令以控制所述模块电源。
优选地，所述模块电源还包括辅助供电模块，用于产生所述脉宽调制模块、输入欠压保护模块、输出过压检测模块、输出电压反馈调整模块、过流保护模块、过温保护模块、遥控电路工作所需的辅助直流电压。
优选地，所述开关模块包括由隔置电容、若干原边开关管组成的原边开关电路、第一主变压(T2)、第二主变压器(T3)和由若干副边开关管组成的副边开关电路，所述原边开关管两个桥臂交替导通，副边开关管交替导通，原副边使用独立的驱动电路，输出使用两路并联输出至所述输出滤波模块。
优选地，所述驱动模块包括原边驱动电路、隔离变压器(T1)和副边驱动电路，所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号连接至所述驱动模块的输入端即原边驱动电路的输入端和隔离变压器(T1)的初级，原边驱动电路的输出分别连接至各原边开关管的栅极，隔离变压器(T1)的次级连接至所述副边驱动电路的输入端，所述副边驱动电路的输出分别连接至各副边开关管的栅极。
与现有技术相比，本发明一种大功率密度模块电源通过利用脉宽调制模块产生并输出脉宽调制信号至驱动模块的输入端，利用驱动模块将所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块的输入端，利用开关模块根据所述驱动模块的驱动信号将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压，利用输出滤波模块将所述开关模块输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压，利用输出过压检测模块对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出过压保护输入端，实现了一种大功率高密度模块电源，具有输入欠压保护、输出过压保护、输出过流及短路保护、正负逻辑遥控可选、过温保护等优点。
附图说明
图1为本发明一种大功率高密度模块电源原理框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种大功率高密度模块电源的电路结构图。如图1所示，本发明一种大功率高密度模块电源，包括：脉宽调制模块05、输入滤波模块10、驱动模块20、开关模块30、输出滤波模块40、输入欠压保护模块50、输出过压检测模块60、输出电压反馈调整模块70、过流保护模块80、过温保护模块90、遥控电路100和辅助供电模块110。
其中，脉宽调制模块05由脉宽调制控制芯片UCC28250及其外围电路组成，用于安全可靠地输出脉宽调制信号至驱动模块20的输入端；输入滤波模块10由第一滤波电感L1和第一滤波电容C1组成，用于滤除输入直流电压(+Vin/-Vin，18-36Vdc)上的噪声干扰；驱动模块20由原边驱动电路、隔离变压器T1和副边驱动电路组成，用于将脉宽调制模块05输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块30的输入端；开关模块30包括隔置电容C4、由原边开关管Q1-Q4组成的原边开关电路、第一主变压器T2、第二主变压器T3和由副边开关管Q5-Q8组成的副边开关电路，用于将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压，当第一主变压器T2和第二主变压器T3励磁时原边开关管Q1和Q3为一个桥臂同时开通，通过第一主变压器T2和第二主变压器T3原副边绕组能量传送到副边，副边开关管Q6和Q8同时开通，产生开关能量，同理，第一主变压器T2和第二主变压器T3去磁时原边开关管Q2和Q4为一个桥臂同时开通，通过第一变压器T2和第二主变压器T3原副边绕组能量传送到副边，副边开关管Q5和Q7同时开通，产生开关能量；输出滤波模块40由第二滤波电感L2、第二滤波电容C2、第三滤波电感L3和第三滤波电容C3组成，用于将开关模块30输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压(+Vout/-Vout，24Vdc/21A)；输入欠压保护模块50，用于将输入直流电压进行采样并传输至脉宽调制模块05的输入欠压保护输入端；输出过压检测模块60由输出过压检测电路和光耦隔离电路组成，用于对输出滤波模块40输出的直流电压+Vout进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至脉宽调制模块05的输出过压保护输入端；输出电压反馈调整模块70由输出电压反馈及调整(Trim)电路和光耦隔离电路组成，用于对输出滤波模块40输出的直流电压+Vout进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至脉宽调制模块05的输出电压反馈输入端；过流保护模块80由检流电阻及检流放大电路和过流保护电路组成，检流电阻R1串联在输入侧回路上即第一滤波电容C1下端和原边主功率地间，用于检测输入直流电压功率回路上的输入电流，并在电流超过阈值时切断脉宽调制模块05的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载；过温保护模块90，用于通过热敏电阻进行采样并将采样信号进行隔离放大后传输至脉宽调制模块05的OTP输入端以达到检测本发明模块电源的温度的目的，从而在温度超过阈值时切断脉宽调制模块05的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载；遥控电路100，用于接收红外或射频遥控信号并转换为相应指令以控制本发明模块电源；辅助供电模块110，用于产生脉宽调制模块05、输入欠压保护模块50、输出过压检测模块60、输出电压反馈调整模块70、过流保护模块80、过温保护模块90、遥控电路100工作所需的辅助直流电压。
本发明原边开关管两个桥臂交替导通，副边开关管交替导通，原副边使用独立的驱动电路芯片，可靠性高，实现隔离降压的稳定输出，同时输出使用两路并联输出技术，提高了模块的功率密度和磁芯小型化，PCB采用功率变换变压器T2、T3内置绕组，扣磁芯到PCB上，12层板，制板工艺复杂，可靠性和抗干扰性强。
输入直流电压正端+Vin连接至第一滤波电感L1的一端、辅助供电模块110的输入端以及输入欠压保护模块50的输入端，第一滤波电感L1的另一端连接至第一滤波电容C1的一端(上端)和原边开关管Q1-Q2的漏极，输入直流电压负端-Vin连接原边主功率地，第一滤波电容C1的另一端(下端)以及原边开关管Q3-Q4的源极通过检流电阻R1连接至原边主功率地，原边桥臂使用隔直电容，即第一滤波电容C1，有效保证变压器磁平衡；原边开关管Q1的源极与原边开关管Q4的漏极相连后通过隔直电容C4连接至第一主变压器T2、第二主变压器T3的初级同名端，原边开关管Q2的源极连接至原边开关管Q3的漏极和第一主变压器T2、第二主变压器T3的初级异名端，驱动模块20的原边驱动电路的输出分别连接至原边开关管Q1-Q4的栅极，第一主变压器T2的次级同名端连接至副边开关管Q5的漏极，第一主变压器T2的次级异名端连接至副边开关管Q6的漏极，第二主变压器T3的次级同名端连接至副边开关管Q7的漏极，第二主变压器T3的次级异名端连接至副边开关管Q8的漏极，副边开关管Q5-Q6的源极与副边开关管Q7-Q8的源极与第二滤波电容C2的一端、第三滤波电容C3的一端相连组成输出直流电压负端-Vout(次级功率地)；
第一主变压器T2的次级中间抽头连接至第二滤波电感L2的一端，第二主变压器T3的次级中间抽头连接至第三滤波电感L3的一端，第二滤波电感L2的另一端与第二滤波电容C2的另一端、第三滤波电感L3的另一端以及第三滤波电容C3的另一端相连组成输出直流电压正端+Vout；第二滤波电感L2的另一端和第三滤波电感L3的另一端并联组成输出直流电压正端+Vout节点并连接至输出过压检测模块60的输入端，同时第二滤波电感L2的另一端和第三滤波电感L3的另一端即输出直流电压正端+Vout节点还连接至输出电压反馈调整模块70的输入端，输出过压检测模块60的光耦隔离输出连接至脉宽调制模块05的输出过压保护输入端，输出电压反馈调整模块70的光耦隔离输出连接至脉宽调制模块05的输出电压反馈输入端；
脉宽调制模块05输出的脉宽调制信号连接至驱动模块20的输入端即原边驱动电路的输入端和隔离变压器T1的初级，原边驱动电路的输出分别连接至原边开关管Q1-Q4的栅极，隔离变压器T1的次级连接至副边驱动电路的输入端，副边驱动电路的输出分别连接至副边开关管Q5-Q8的栅极；本发明中，原副边开关管增加驱动电路，驱动信号延迟后保证低温开机无回勾现象，死区调节通过芯片脚有效控制，防止开关管或整流管共通，提高可靠性，副边开关管驱动信号通过隔离芯片将原边主IC驱动信号隔离传输到副边，驱动信号保持原副边同时开启和关断，保证模块电源开机上电波形单调平滑，保证容性负载关机平滑，无二次启动现象。
过流保护模块80的检流电阻R1串接在直流输入-Vin(连接原边主功率地)和第一滤波电容C1下端之间的输入线路上，其输出连接至脉宽调制模块05的过流保护输入端，过温保护模块90输出的声光报警信号连接至脉宽调制模块05的过温保护输入端，遥控电路100的解码输出连接至脉宽调制模块05的相应输入端；辅助供电模块110的输出分别连接至脉宽调制模块05、输入欠压保护模块50、输出过压检测模块60、输出电压反馈调整模块70、过流保护模块80、过温保护模块90、遥控电路100的电源输入端。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明实现了低压大电流模块电源，原边采用全桥电路和副边同步整流，大大提高了模块效率，半载效率95％，满载效率94％，与国内外相同产品相比处于领先水平。
2)本发明副边开关管驱动信号通过隔离芯片(隔离变压器T1)将原边主IC驱动信号隔离传输到副边，驱动信号保持原副边同时开启和关断，保证模块开机上电波形单调平滑，保证容性负载关机平滑，无二次启动现象。
3)本发明通过模块内部倒LC滤波提升抗浪涌能力，可外部增加两级滤波增强EMC性能。
4)本发明短路、过压、过流通过外加控制电路，性能可靠性得到提升，抗浪涌共模能力得到提升。
5)本发明原副边主管增加驱动电路，驱动信号延迟后保证低温开机无回勾现象，死区调节通过芯片脚有效控制，防止开关管或整流管共通，提高可靠性。
6)本发明模块出针实现铆接到插针转变，减小了铆接带来的应力影响。
7)本发明原边桥臂使用隔直电容(C4)，有效保证变压器磁平衡。
8)本发明遥控电路可让客户自行外接调节，不需要关主开关即可关闭需要断电的模块。
综上所述，本发明一种大功率密度模块电源通过利用脉宽调制模块产生并输出脉宽调制信号至驱动模块的输入端，利用驱动模块将所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块的输入端，利用开关模块根据所述驱动模块的驱动信号将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压，利用输出滤波模块将所述开关模块输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压，利用输出过压检测模块对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出过压保护输入端，实现了一种大功率高密度模块电源，具有输入欠压保护、输出过压保护、输出过流及短路保护、正负逻辑遥控可选、过温保护等优点。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种大功率高密度模块电源，包括：
脉宽调制模块,用于产生并输出脉宽调制信号至驱动模块的输入端；
驱动模块，用于将所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号予以放大并输出至开关模块的输入端；
开关模块，用于根据所述驱动模块的驱动信号将输入直流电压转换为高频交流电压后再整流为脉动直流电压；
输出滤波模块，用于将所述开关模块输出的脉动直流电压滤除高频成份后输出得到所需直流电压；
输出过压检测模块，用于对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出过压保护输入端。
2.如权利要求1所述的大功率高密度模块电源，其特征在于，所述模块电源还包括输入滤波模块，用于滤除输入直流电压的噪声干扰输出至所述开关模块。
3.如权利要求2所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括输入欠压保护模块，用于将输入直流电压进行采样并传输至所述脉宽调制模块的输入欠压保护输入端。
4.如权利要求3所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括输出电压反馈调整模块用于对所述输出滤波模块输出的直流电压进行采样并将采样信号进行光电隔离后传输至所述脉宽调制模块的输出电压反馈输入端。
5.如权利要求4所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括过流保护模块，其包括检流电阻及检流放大电路和过流保护电路，用于检测所述输入直流电压功率回路上的输入电流，并在电流超过阈值时切断所述脉宽调制模块的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载。
6.如权利要求5所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括过温保护模块，用于通过热敏电阻进行采样并将采样信号进行隔离放大后传输至所述脉宽调制模块以检测所述模块电源的温度，并在温度超过阈值时发出声光报警，同时切断所述脉宽调制模块的输出脉宽调制信号以保护电源电路和负载。
7.如权利要求6所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括遥控电路，用于接收红外或射频遥控信号并转换为相应指令以控制所述模块电源。
8.如权利要求7所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述模块电源还包括辅助供电模块，用于产生所述脉宽调制模块、输入欠压保护模块、输出过压检测模块、输出电压反馈调整模块、过流保护模块、过温保护模块、遥控电路工作所需的辅助直流电压。
9.如权利要求8所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述开关模块包括隔直电容、由若干原边开关管组成的原边开关电路、第一主变压器(T2)、第二主变压器(T3)和由若干副边开关管组成的副边开关电路，所述原边开关管两个桥臂交替导通，副边开关管交替导通，原副边使用独立的驱动电路，输出使用两路并联输出至所述输出滤波模块。
10.如权利要求9所述的大功率高密度模块电源，其特征在于：所述驱动模块包括原边驱动电路、隔离变压器(T1)和副边驱动电路，所述脉宽调制模块输出的脉宽调制信号连接至所述驱动模块的输入端即原边驱动电路的输入端和隔离变压器(T1)的初级，原边驱动电路的输出分别连接至各原边开关管的栅极，隔离变压器(T1)的次级连接至所述副边驱动电路的输入端，所述副边驱动电路的输出分别连接至各副边开关管的栅极。
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