CN112054699A - 一种集成式pcb板级熔喷布驻极电源拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑，该驻级电源不再需要额外的高压包，直接在PCB板上用升压变压器与高压不控整流桥实现高压包的功能。其拓扑由以下部件构成：交流电源Va，第一滤波电容C1、第二滤波电容C2，第一均压电阻R1、第二均压电阻R2，谐振电感Lr，谐振电容Cr，板上升压变压器T，第一开关管MOSFET M1、第二开关管MOSFET M2和多个二极管，相比于传统熔喷布驻极电源，本发明无需额外的高压包，将所有元件集成在PCB板上，简化了生产难度，减小了电源的体积，提高了集成度与功率密度。

Description

一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑
技术领域
本发明涉及熔喷布驻极电源技术领域，具体为一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑。
背景技术
高压驻极处理技术是提升熔喷布病毒吸附效果，达到N95标准的核心技术。高压设备的短缺与性能的参差不齐是制约口罩质量与产量的关键因素。然而，传统熔喷布驻极电源采用的逆变电路与高压包结合的分立电路不利于电路的整体设计，也使驻极电源的重量与体积很难下降，功率密度较低。为此，本发明提出了一种集成式板级熔喷布驻极电源，采用板上升压变压器与板上高压二极管，将所有元件集成到一块PCB板子上，形成高集成度的熔喷布驻极电源，降低系统的重量与体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑,所述拓扑由以下部件构成：交流电源，第一滤波电容、第二滤波电容，第一均压电阻、第二均压电阻，谐振电感，谐振电容，板上升压变压器，第一开关管MOSFET、第二开关管MOSFET和多个二极管，其中，由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管组成低压侧的不控整流桥，且交流电源和低压侧不控整流桥相连；由所述第一开关管MOSFET、第二开关管MOSFET串联构成半桥。
优选的，所述第一滤波电容和第二滤波电容的中间端口接谐振电感、谐振电容和板上升压变压器低压侧一端，变压器低压侧另一端与第一开关管MOSFET、第二开关管MOSFET的中间端口相连接，构成半桥LLC谐振逆变电路。
优选的，第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第i二极管(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥。
优选的，高压侧的不控整流桥每个桥臂由多个二极管串联构成，且高压侧二极管每个管脚焊盘之间均需在PCB板上开槽，板极升压变压器输出侧端口焊盘之间在PCB上开槽。
优选的，其使用方法包括以下步骤：
A.低压侧不控整流桥：所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管组成低压侧的不控整流桥，经过第一滤波电容、第二滤波电容将单相交流电变为直流电。
B.半桥式LLC谐振电路：第一开关管MOSFET、第二开关管MOSFET构成一半桥结构，其驱动信号互补，且占空比均为固定值0.5，谐振电感，谐振电容与板上升压变压器原边侧构成LLC谐振网络，变压器原边侧电压的大小根据、谐振网络阻抗公式
Figure BDA0002684882950000021
改变开关管MOSFET的开关频率f实现；
C.高压侧不控整流桥：第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第i二极管(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥，将交流电转化为为40kV左右的高压直流电，通过改变开关频率即可调节输出高电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提出的基于半桥式LLC谐振电路的熔喷布驻极电源拓扑通过开槽的形式，用板上升压变压器与高压不控整流桥实现高压包功能，将其与所述前半部分LLC谐振电路集成在一块PCB板上，无需额外高压包，简化了生产难度。
(2)本发明为一种集成式板级熔喷布驻极电源，采用板上升压变压器与板上高压二极管，将所有元件集成到一块PCB板子上，形成高集成度的熔喷布驻极电源，减小了电源的体积，提高了集成度与功率密度。
附图说明
图1为本发明原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑,所述拓扑由以下部件构成：交流电源Va，第一滤波电容C1、第二滤波电容C2，第一均压电阻R1、第二均压电阻R2，谐振电感Lr，谐振电容Cr，板上升压变压器T，第一开关管MOSFET M1、第二开关管MOSFET M2和多个二极管，其中，由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成低压侧的不控整流桥，且交流电源Va和低压侧不控整流桥相连；由所述第一开关管MOSFET M1、第二开关管MOSFET M2串联构成半桥。
其中，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的中间端口接谐振电感Lr、谐振电容Cr和板上升压变压器低压侧一端，变压器低压侧另一端与第一开关管MOSFET M1、第二开关管MOSFETM2的中间端口相连接，构成半桥LLC谐振逆变电路；第五二极管D5i、第六二极管D6i、第七二极管D7i、第八二极管D8i(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥。考虑到高压侧极高的电压，高压侧的不控整流桥每个桥臂由多个二极管串联构成，且高压侧二极管每个管脚焊盘之间均需在PCB板上开槽，板极升压变压器输出侧端口焊盘之间也必须在PCB上开槽。
区别于传统熔喷布驻极电源低压逆变电路——高压包的两级式分立设计，本发明专利采用板上升压变压器加板上二极管，将所述熔喷布驻极电源的所有部分集成到一块PCB板子上，不再需要额外的独立高压包，而是形成一种集成式板级熔喷布驻极电源。设计时需要在板上升压变压器端口间、高压侧二极管各端口间的PCB上开槽。开槽主要是为了满足强电区的电气距离，防止爬电。同时，开槽时应注意爬电距离，注意开槽与走线、元件之间的距离，开槽的位置不破坏板的强度。
本发明的使用方法包括以下步骤：
A.低压侧不控整流桥：所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成低压侧的不控整流桥，经过第一滤波电容C1、第二滤波电容C2将单相交流电变为直流电。
B.半桥式LLC谐振电路：第一开关管MOSFET M1、第二开关管MOSFET M2构成一半桥结构，其驱动信号互补，且占空比均为固定值0.5，谐振电感Lr，谐振电容Cr与板上升压变压器原边侧构成LLC谐振网络，变压器原边侧电压的大小根据Lr、Cr谐振网络阻抗公式
Figure BDA0002684882950000051
改变开关管MOSFET的开关频率f实现；
C.高压侧不控整流桥：第五二极管D5i、第六二极管D6i、第七二极管D7i、第八二极管D8i(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥，将交流电转化为为40kV左右的高压直流电，通过改变开关频率即可调节输出高电压。
综上所述，本发明集成式板级熔喷布驻极电源拓扑中关键结构不控整流桥，半桥式LLC谐振网络对所有熔喷布驻极电源都适用；本发明提出的集成式板级熔喷布驻极电源拓扑将所有原件集成在一块PCB板上，用板上升压变压器和板上高压二极管实现传统驻极电源中高压包的功能，降低了系统的重量和体积；本发明提出的拓扑集成式板级熔喷布驻极电源考虑到板上高压变压器与板上高压二极管的高压性能，应在PCB板上开槽，开槽时应注意爬电距离，注意开槽与走线、元件之间的距离，开槽的位置不破坏板的强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑,其特征在于：所述拓扑由以下部件构成：交流电源(Va)，第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)，第一均压电阻(R1)、第二均压电阻(R2)，谐振电感(Lr)，谐振电容(Cr)，板上升压变压器(T)，第一开关管MOSFET(M1)、第二开关管MOSFET(M2)和多个二极管，其中，由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)组成低压侧的不控整流桥，且交流电源(Va)和低压侧不控整流桥相连；由所述第一开关管MOSFET(M1)、第二开关管MOSFET(M2)串联构成半桥。
2.根据权利要求1所述的一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑，其特征在于：所述第一滤波电容(C1)和第二滤波电容(C2)的中间端口接谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)和板上升压变压器低压侧一端，变压器低压侧另一端与第一开关管MOSFET(M1)、第二开关管MOSFET(M2)的中间端口相连接，构成半桥LLC谐振逆变电路。
3.根据权利要求1所述的一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑，其特征在于：第五二极管(D5i)、第六二极管(D6i)、第七二极管(D7i)、第八二极管(D8i)(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥。
4.根据权利要求3所述的一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑，其特征在于：高压侧的不控整流桥每个桥臂由多个二极管串联构成，且高压侧二极管每个管脚焊盘之间均需在PCB板上开槽，板极升压变压器输出侧端口焊盘之间在PCB上开槽。
5.实现权利要求1所述的一种集成式PCB板级熔喷布驻极电源拓扑的使用方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：
A.低压侧不控整流桥：所述第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)组成低压侧的不控整流桥，经过第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)将单相交流电变为直流电。
B.半桥式LLC谐振电路：第一开关管MOSFET(M1)、第二开关管MOSFET(M2)构成一半桥结构，其驱动信号互补，且占空比均为固定值0.5，谐振电感(Lr)，谐振电容(Cr)与板上升压变压器原边侧构成LLC谐振网络，变压器原边侧电压的大小根据Lr、Cr谐振网络阻抗公式
Figure FDA0002684882940000021
改变开关管MOSFET的开关频率f实现；
C.高压侧不控整流桥：第五二极管(D5i)、第六二极管(D6i)、第七二极管(D7i)、第八二极管(D8i)(i＝1,2,3,…,N)组成高压侧的不控整流桥，将交流电转化为为40kV左右的高压直流电，通过改变开关频率即可调节输出高电压。
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