CN201393169Y

CN201393169Y - 宽电压dc-dc多组隔离电源电路

Info

Publication number: CN201393169Y
Application number: CN200920013135U
Authority: CN
Inventors: 仲崇权; 袁晓峰; 张栋; 安飏; 刘克远
Original assignee: DUT COMPUTER CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: DUT COMPUTER CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-04-20

Abstract

本实用新型公开了一种宽电压DC－DC多组隔离电源电路，其特征在于包括：初级电源单元，用于将10V－30V的宽输入电源转换成5V电压；推挽电路，用于驱动电源隔离变压器；振荡电路，用于为推挽电路提供矩形振荡波；电源隔离变压器，完成变压器输入级与输出级的隔离并且传递能量；所述外部电源经过初级电源单元转换后，再经过推挽电路和电源隔离变压器后为模拟电压源转换单元和数字电源转换单元供电。该宽电压DC－DC电源电路降低了模块对供电电源的要求，内部通过隔离变压器分配出多组相互隔离的电源，根据次级的需要分配给数字电源和模拟电源。实现了电源相互之间的隔离，电源电路的稳定性得到了增强。

Description

宽电压DC-DC多组隔离电源电路

技术领域

本实用新型涉及一种DC-DC隔离电源电路，尤其涉及一种可实现分配出两组相互隔离的电源，以用于数字和模拟供电的电源电路。

背景技术

工业现场使用的产品通常会经受很大的干扰，尤其是电源线上会叠加高频率的脉冲群，这对模块正常工作有很严重的影响。经常因为电源受到干扰，出现死机，收发错误指令，模块损坏等问题。

电源性能直接决定着产品的稳定性，特别是在工作环境环境比较苛刻的场合，例如工控领域，汽车电子等。那么当前的解决办法主要以在电源电路上加过压抑制器和过流抑制器等器件或装置，这些办法从一定程度上可以改善电源的可靠性，但是不能解决各个功能模块电路之间互相干扰的问题。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种直接从电源的拓扑结构上改进，采用多组隔离电源进行供电的DC-DC电源电路，通过对电源电路进行充分的保护，可以保证模块在正常工作时有效地抑制干扰。本实用新型采用的技术手段如下：

本设计的初级电源采用DC-DC芯片，实现10V-30V的宽电源电压输入，并加入防脉冲群干扰保护电路，防反接电路，以及软启动电路。采用反向器与阻容器件构成的多谐振荡电路，通过NMOS管构成的推挽电路驱动脉冲变压器的初级线圈，从而在变压器的次级得到两组隔离电源。这样当初级电源受到外界干扰时，由于次级电源与初级电源完全隔离，从而保证由次级电源供电的电路能够正常工作。

一种宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于包括：

初级电源单元，用于将10V-30V的宽输入电源转换成5V电压；

推挽电路，用于驱动电源隔离变压器；

振荡电路，用于为推挽电路提供矩形振荡波；

电源隔离变压器，完成变压器输入级与输出级的隔离并且传递能量；

所述外部电源经过初级电源单元转换后，再经过推挽电路和电源隔离变压器后为模拟电压源转换单元和数字电源转换单元供电。

所述初级电源单元包括：

宽电压输入单元为DC-DC转换器；

防脉冲群电路，用于吸收电源波动或脉冲干扰叠加产生的瞬间脉冲；

防反接电路，用于防止电源反接上电；

所述外部输入电源经过防脉冲群电路、防反接电路和宽电压输入单元后，输入到推挽电路内。

所述初级电源单元中的宽电压输入单元中的DC-DC转换器采用XL2576芯片，另外，初级电源单元还包括软启动电路连接在防反接电路和宽电压输入单元之间，由XL2576芯片的开关管脚ON/OFF配合电阻R17、电阻R18和电容C28构成。

所述推挽电路包括：矩形波传导单元和RCD吸收电路构成，其中矩形波传导单元用于传导振荡波控制推挽电路的NMOS管在互补的时间导通；RCD吸收电路用于吸收变压器的漏感尖峰。

所述振荡电路为非门与阻容构成多谐振荡器。

所述电源隔离变压器中的变压器采用初级一组，次级两组的绕法，且三者的匝数比为5∶8∶5。

通过以上的技术方案可以了解，本实用新型同现有技术相比其优点是显而易见的。宽电压DC-DC电源电路降低了模块对供电电源的要求，内部通过隔离变压器分配出多组相互隔离的电源，根据次级的需要分配给数字电源和模拟电源。实现了电源相互之间的隔离，电源电路的稳定性得到了增强。另外，在进行电磁兼容测试时，依据《试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.4-1998 idt IEC61000-4-4：1995》的标准，此电源电路成功地通过了典型工业级的测试。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的具体实施例的电路原理图；

图3为本实用新型的具体实施例的宽电压输入电路图；

图4为本实用新型的具体实施例的多谐振荡器的电路图；

图5为本实用新型的具体实施例的推挽电路的电路图；

图6为本实用新型的具体实施例中的振荡电路产生振荡波形的示意图；

图7为本实用新型的具体实施例中的RCD吸收电路吸收的漏感尖峰的示意图。

具体实施方式

如图1所示为该宽电压DC-DC多组隔离电源电路的结构框图，该电路包括：初级电源单元10、推挽电路11、振荡电路12以及电源隔离变压器13构成；其中初级电源单元10用于将10V-30V的宽输入电源转换成5V电压，推挽电路11用于驱动变压器隔离电路，振荡电路12为推挽电路提供矩形振荡波，电源隔离变压器13对推挽电路输入的电压进行变压隔离。它的工作过程是外部电源经过初级电源单元转换后，再经过推挽电路和电源隔离变压器后为模拟电压源转换单元14和数字电源转换单元15供电(具体电路图如图2所示)。

如图3所示具体实施例的宽电压输入电路图，所述初级电源单元10包括防脉冲群电路101、防反接电路102和宽电压输入单元104。宽电压输入单元104是DC-DC转换器，采用XL2576是DC-DC芯片，采用PWM的原理，内部振荡频率为52KHz，选用输出5V电压的型号，芯片会根据输出反馈，自动调节PWM的占空比，从而稳定电压。输入电压只要不高于芯片的最大输入电压，就可以使输出稳定在5V。因此就实现了宽电压输入，根据工业场合的实际情况，常用电源为12V、24V直流稳压电源。因为此电路实现了10V-30V的宽输入电源范围，这样在电源线上叠加干扰导致电平不稳定时，模块依然能够正常工作。防脉冲群电路101保险丝F1与TVS管D2组成了防脉冲群电路，当电源波动或脉冲干扰叠加在电源上时，TVS管可以起到吸收瞬间脉冲的作用。防反接电路102在电源的输入端加D1管1N4007，其反向耐压1000V，当电源反接时，模块不能上电工作，可以起到保护器件的作用，从而起到了防反接的作用。为了达到更佳的效果，该单元中还包括软启动电路103软启动电路的设计依靠XL2576的开关管脚ON/OFF实现，当ON/OFF管脚是低电平时，XL2576才能够正常工作。因为使用此电路可以在上电瞬间ON/OFF为高电平，当电容完成充电以后，管脚电压降到ON/OFF的有效电平以下，模块才能够正常启动。因此通过控制R17、R18、C28的充电放电时间，就可以控制XL2576的启动时间，使得其延时一段时间上电。如果去掉软启动电路，由于XL2576上电瞬间需要大电流才能启动，因此当多个模块同时启动时，会加重电源上电瞬间的输出负担。通过这个软启动电路，利用XL2576的启动门槛电压V0、电容C28的容值和电阻R17、R18阻值存在的差异性，使得每个的启动时间有一定的先后性，进而降低了上电瞬间对供电电源瞬间输出功率的要求。

如图5具体实施例的推挽电路的电路图，该推挽电路11包括矩形波传导电路111和RCD吸收电路112。其中矩形波传导电路111，V4为多谐振荡器输出的矩形波，由于U5F的作用，上下两个支路的矩形波刚好倒向。经过由R7、C7构成高通滤波器后，再经过非门整形控制NMOS管Q1、Q2的导通与关断。其中高通滤波器的电阻，可以在上电瞬间将U5A、U5B的输入拉高，保证V6、V8点为低电平，Q1、Q2管同时关断。等待矩形波稳定建立后，才开始交替导通NMOS管，控制变压器传递能量。由于变压器不是理想变压器，且存在漏感，故设置一个RCD吸收电路112，在一个NMOS管开始导通而另一个NMOS管截止瞬间，在截止的NMOS管漏极电流Id下降的时间段tf内，由于漏感的作用，使得截止管的漏极会有一个尖峰脉冲，其尖峰幅值高低由漏感的大小及漏电感的匝数与n1的比值决定(漏感尖峰如下图7所示)；此漏感尖峰的幅值一旦超过NMOS管的漏源极间最大电压值，则很容易造成NMOS管的损坏。故为了变压器工作的可靠需要设计一个吸收漏感尖峰的电路，此电路在NMOS导通时应该不影响其能量传输，在NMOS截至时又能吸收漏感尖峰。MOS管等效电路有一个输出电容Co，其值一般很小。故当Q1截止瞬间，由于变压器漏感的作用，使得Q1漏极电势会很高，此电势给Co充电，由于Co很小，故Co瞬间充满，那么Q1漏极电势瞬间会上升很高。由于RCD电路的存在，在Q1截至瞬间，很高的Q1漏极电势在给Co充电的同时，另一方面通过二极管D4给C10充电，这样就缓冲了漏极电势的上升趋势，从而使得漏感尖峰幅值不是很高，通过选择适当的R和C可以将漏感尖峰吸收到设计允许范围内。

图4所示的具体实施例的多谐振荡器的电路图，该振荡电路12使用非门与阻容构成多谐振荡器为推挽电路提供矩形波。其中74HC04供电电压为Vcc，高电平的最低输入低平为Vih，低电平的最高输入低平为ViL，其振荡过程简述如下：设刚上电瞬间，电容C5两端电压为0，故V1为低电平，V2为高电平，V3为低电平，V1-V2-V3状态：0-＞1-＞0；此时V2通过R2给电容C5充电，Vi电压逐渐升高。当Vi电压升高到Vih时，非门U5D判断其输入为高电平，进而翻转，此时V1为高电平、V2为低电平、V3为高电平，V1-V2-V3状态：1-＞0-＞1；此时电容C5通过R2放电，Vi电压逐渐降低。当Vi电压降低到ViL时，非门U5D判断其输入为低电平，再次翻转此时V1为低电平、V2为高电平、V3为低电平，又恢复到第一个状态V1-V2-V3状态：0-＞1-＞0…如此反复进行循环，便产生一定频率的矩形振荡波。

如图2所示，该电路中的电源隔离变压器13的绕组方法是初级一组，次级两组的绕法，如图2中变压器的管脚所示，管脚6与管脚7之间：管脚2与管脚9之间：管脚5与管脚3之间，三者之间的匝数比是5∶8∶5。当Q1导通Q2截止时，忽略NMOS管源漏间的压降，变压器的管脚7与管脚6之间电压约为Vcc1，此时通过变压器耦合到副边的电压管脚2与管脚1之间应为Vcc1*8/5，管脚5与管脚4之间电压应为Vcc1。当Q2导通Q1截止时，忽略NMOS管源漏间的压降，变压器的管脚7与管脚8之间电压约为Vcc1，此时通过变压器耦合到副边的电压管脚9与管脚1之间应为Vcc1*8/5，管脚3与管脚4之间电压应为Vcc1。由于初级矩形波的占空比为1/2，因此，以上两个状态是等时间交替出现的。次级线圈经过二极管整流以后，可以建立稳定的电压。次级的电流由感应线圈产生，电压根据匝数比的而定。此时，当初级输入电源出现波动时，XL2576依然可以把Vcc1稳压在5V，因此次级线圈上感应出的电压，不会受到波动的干扰，从而起到了良好的隔离抗干扰的作用(振荡波形如图6所示)。

综上所述：能量通过变压器传递到次级，由于变压器的匝数比是5∶8∶5，因此次级的电压经过整流后应该是8V和5V。再根据次级电源芯片的需要分配绕组，在次电路中，5∶8的绕组提供给模拟电源，5∶5的绕组提供给数字电源。这样，当模块正常工作时，数字电源、模拟电源与初级电源三者之间相互隔离独立工作。即使当外界干扰叠加在初级电源上，造成外部供电电压不稳时，电源的宽范围输入电压的特性，依然能够保证内部电源稳定，从而增强了电路的稳定性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于包括：

初级电源单元，用于将10V-30V的宽输入电源转换成5V电压；

推挽电路，用于驱动电源隔离变压器；

振荡电路，用于为推挽电路提供矩形振荡波；

2、根据权利要求1所述宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于所述初级电源单元包括：

宽电压输入单元为DC-DC转换器；

防反接电路，用于防止电源反接上电；

3、根据权利要求2所述宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于所述初级电源单元中的宽电压输入单元中的DC-DC转换器采用XL2576芯片，另外，初级电源单元还包括软启动电路连接在防反接电路和宽电压输入单元之间，由XL2576芯片的开关管脚ON/OFF配合电阻R17、电阻R18和电容C28构成。

4、根据权利要求1所述宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于所述推挽电路包括：矩形波传导单元和RCD吸收电路构成，其中矩形波传导单元用于传导振荡波控制推挽电路的NMOS管在互补的时间导通；RCD吸收电路用于吸收变压器的漏感尖峰。

5、根据权利要求1所述宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于所述振荡电路为非门与阻容构成多谐振荡器。

6、根据权利要求1所述宽电压DC-DC多组隔离电源电路，其特征在于所述电源隔离变压器中的变压器采用初级一组，次级两组的绕法，且三者的匝数比为5∶8∶5。