CN204156726U - 12.5v-50v输入5v输出dc/dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开的12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，涉及DC/DC变换器技术，12.5V～50V范围内正常工作，电路简单，有效提高电源模块功率密度。包括：输入滤波电路、输出滤波电路、输出异常状态保护电路、输入异常保护电路、功率变换电路和控制电路、同步整流控制电路、输出整流电路；主要用于惯导DC/DC变换器。
Description
技术领域
本实用新型涉及DC/DC变换器技术，尤其涉及一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器。
背景技术
DC/DC模块在民用工业领域得到了广泛的应用，其最大优势为标准化，通用性强，同一性能参数模块，通过更改外围参数的设置可以用于各种不同场合。
随着惯导系统应用领域的拓展和日渐小型化，宽电压输入和高转换效率已成为对直流电源的主要需求方向，目前常规的DC/DC变换器所能适应的输入电压范围为18V～36V(2倍)，对于瞬态输入电压12.5V～50V应用场合，多采取增加匹配电路方式实现，在体积、成本、效率等方面很难实现进一步提升。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供了一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，在不增加匹配电路的情况下，实现在输入瞬态、输出电流瞬态、电压瞬态，12.5V～50V范围内正常工作，电路简单，有效提高电源模块功率密度。
本实用新型的技术解决方案：
一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，包括：输入滤波电路、输出滤波电路、输出异常状态保护电路、输入异常保护电路、功率变换电路和控制电路、同步整流控制电路、输出整流电路；
其中，所述输入滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输入功率限制电路的第一输出端连接，其输出端和功率变换器的第一输入端连接，用于应对EMC要求，降低传导干扰；
所述输出滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输出整流电路的输出端连接，其第一输出端和隔离反馈电路的第一输入端连接，其第二输出端和输出异常状态保护电路的输入端连接，用于提供负反馈信号，调整反馈环路增益以及相位；
所述输出异常状态保护电路，其输出端和所述隔离反馈电路的第二输入端连接，包括输出软起动电路和输出过压保护电路，所述软起动电路用于保证电源启动时输出电压平稳上升，没有过冲，所述输出过压保护电路用于在输出过压时，电压被钳到一定负值不再上升，也不会立即关断；
所述输入异常保护电路，包括输入功率限制电路和输入功率异常保护电路构成，输入功率异常保护电路的输出端和控制电路的第一输入端连接，其输入端和功率变换电路的第一输出端连接，欠压时关断电源，输入功率超出额定范围时，输出特性呈现截流型保护，输出电压缓慢降低；
所述功率变换电路，其第二输入端和控制电路的输出端连接，其第二输出端和输出整流电路连接，其第三输出端和同步整流控制电路连接，采用反激拓扑、同步整流方式，在12.5V-50V输入电压范围内对控制电路进行调试；
所述控制电路，其第三输入端和同步整流控制电路的第一输出端连接，其第四输入端和隔离反馈电路的输出端连接，在12.5V-50V输入电压范围内，增加斜坡补偿电路，和截流型过流保护电路，使模块电源在恶劣条件下可靠输出符合要求；
输出整流电路，其第二输入端和同步整流控制电路的第二输出端连接，用于提供MOSFET驱动和关断电压，并控制电压幅值。
本实用新型实施例提供的12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，输入异常保护电路可以防止输入浪涌或总线电压异常造成的输入浪涌损坏，并且滤除输入在总体内长距离传输偶尔至输入的噪声。输出异常状态保护电路，输出过压保护，输出电压超出额定范围时，稳压管击穿，输出电压负值钳位至一定负值，即保护系统，又防止系统突然关断，其中包含输出缓启动电路，保护后级惯导系统不会受到超出额定范围的电压而击穿。在不增加匹配电路的情况下，实现在输入瞬态、输出电流瞬态、电压瞬态，12.5V～50V范围内正常工作，模块不会损坏，并且电路简单，提高了电源模块功率密度。
附图说明
所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器的结构框图；
图2为本实用新型实施例中输入滤波电路图；
图3为本实用新型实施例中输出滤波电路图；
图4为本实用新型实施例中输出异常状态保护电路图；
图5为本实用新型实施例中输入异常保护电路图；
图6为本实用新型实施例中功率变换电路图；
图7为本实用新型实施例中控制电路图；
图8为本实用新型实施例中输出整流电路图；
图9为本实用新型实施例中同步整流控制电路结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本实用新型。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本实用新型。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
本实用新型实施例提供了一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，如图1所示，包括：输入滤波电路、输出滤波电路、输出异常状态保护电路、输入异常保护电路、功率变换电路和控制电路、同步整流控制电路、输出整流电路；
其中，如图2所示，所述输入滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输入功率限制电路的第一输出端连接，其输出端和功率变换器的第一输入端连接，用于应对EMC要求，降低传导干扰；
如图3所示，所述输出滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输出整流电路的输出端连接，其第一输出端和隔离反馈电路的第一输入端连接，其第二输出端和输出异常状态保护电路的输入端连接，用于提供负反馈信号，调整反馈环路增益以及相位；
如图4所示，所述输出异常状态保护电路，其输出端和所述隔离反馈电路的第二输入端连接，包括输出软起动电路和输出过压保护电路，所述软起动电路用于保证电源启动时输出电压平稳上升，没有过冲，所述输出过压保护电路用于在输出过压时，电压被钳到一定负值不再上升，也不会立即关断；输出过压保护有D22和R4完成，输出电压超出额定范围是，稳压管D22击穿，输出电压负值钳位至一定负值，即保护系统，又防止系统突然关断。R21，D20，D16，C5构成输出缓启动电路，保护后级惯导系统不会受到超出额定范围的电压而击穿。
如图5所示，所述输入异常保护电路，包括输入功率限制电路和输入功率异常保护电路构成，输入功率异常保护电路的输出端和控制电路的第一输入端连接，其输入端和功率变换电路的第一输出端连接，欠压时关断电源，输入功率超出额定范围时，输出特性呈现截流型保护，输出电压缓慢降低；ZD1与RV1可以防止输入浪涌或总线电压异常造成的输入浪涌损坏，并且滤除输入在总体内长距离传输偶尔至输入的噪声，实际使用时可依需要增加或减少滤波环节。
如图6所示，所述功率变换电路，其第二输入端和控制电路的输出端连接，其第二输出端和输出整流电路连接，其第三输出端和同步整流控制电路连接，采用反激拓扑、同步整流方式，在12.5V-50V输入电压范围内对控制电路进行调试；
如图7所示，所述控制电路，其第三输入端和同步整流控制电路的第一输出端连接，其第四输入端和隔离反馈电路的输出端连接，在12.5V-50V输入电压范围内，增加斜坡补偿电路，和截流型过流保护电路，使模块电源在恶劣条件下可靠输出符合要求；
如图8所示，输出整流电路，其第二输入端和同步整流控制电路的第二输出端连接，用于提供MOSFET驱动和关断电压，并控制电压幅值。
进一步，可选的，如图9所示，所述功率变换电路用于实现电路同步整流的电路包括同步整流驱动电路和次级SR mosfet放电电路；
所述同步整流驱动电路包括功率变压器、驱动电阻、驱动电容、驱动二极管、驱动同步整流管开通，其中，功率变压器使用二次绕组带中心抽头变压器，功率变压器输出端正极和驱动电阻一端连接，驱动电阻另一端和驱动电容正极连接，驱动电容负极和驱动二极管正极连接驱动二极管负极连接开关，功率变压器输出端抽头连接开关，功率变压器输出端负极通过电容和开关连接，次级电势正向时，同步整流管开通；
所述次级SR mosfet放电电路包括驱动变压器、放电二极管、放电三极管、放电电容和放电电阻，其中，所述驱动变压器输入端正极串联放电电容和放电电阻，所述驱动变压器输出端正极通过放电电阻串联放电电容，该放电电容负极分别连接放电三极管的基极和放电二极管负极，放电三极管发射极连接驱动二极管负极，放电二极管正极和放电三极管集电极连接开关。
下面对上述同步整流电路工作过程进行说明，驱动电阻R，驱动电容C驱动同步整流管Q1，功率变压器T1次级电势正向时，同步整流管Q1开通，进入同步整流；当输入电压范围在大范围内变化时，同步整流管Q1的VGS原本应跟随变换，但是，受到同步整流管Q1米勒电荷影响，VGS被驱动电容C分压，通过调整T1的驱动绕组和驱动电容C，驱动电阻R可以得到合适的VGS；同时，由于MOSFET固有特性，在VDS变化时，米勒电荷跟随变化，形成在大范围输入变化时，VGS只在小范围变化，如果MOSFET特性和驱动电阻R，驱动电容C配合，可以达到VGS几乎不变的效果。这种设计可以使用米勒平台较小的MOSFET，从而达到非常高的开通速度，提高效率，减少MOSFET发热。
三极管Q2则为MOSFET栅极提供放电通路，在同步整流中，很大一部分损耗来自MOSFET关断造成交越损耗，三极管Q2可以加速MOSFET放电，大幅提高效率。
隔离驱动变压器T2负责提供放电驱动信号，与传统隔离驱动不同，本实施例中隔离驱动不提供MOSFET开通的驱动。在反激同步整流电路中，T2提供SR(同步整流)管开通驱动时，在关机的最后几个周期，驱动会形成最大占空比，造成MOSFET长时间开通，而此时次级已经与次级断开，如果输出有大电容储能，会出现电流通过MOSFET反灌，而MOSFET本身直流导通电阻同时增加，瞬间过热烧毁MOSFET。本实施例中采用米勒电荷分压式的绕组驱动，在最后几个周期内，初级与次级耦合较少，驱动能力无法为MOSFET提供足够的能量开通，而避免了烧毁的危险，大大提高模块可靠性。
本实施例提供的同步整流驱动电路，有输入范围宽，MOSFET开通关断快，在特殊状态下工作可靠等优点，电路利用了MOSFET本身开通和关断特性，结构相对简单，去掉了负载的时序控制电路，控制方式可靠，配合反激CCM和DCM工作模式，可以在宽范围得到较高效率，小范围得到非常高效率，是一种有较大使用价值的新型同步整流驱动技术，能够在惯导系统特殊要求下可靠工作。
本实施例提供的12.5V一50V输入5V输出DC/DC变换器，输入异常保护电路可以防止输入浪涌或总线电压异常造成的输入浪涌损坏，并且滤除输入在总体内长距离传输偶尔至输入的噪声。输出异常状态保护电路，输出过压保护，输出电压超出额定范围时，稳压管击穿，输出电压负值钳位至一定负值，即保护系统，又防止系统突然关断，其中包含输出缓启动电路，保护后级惯导系统不会受到超出额定范围的电压而击穿。在不增加匹配电路的情况下，实现在输入瞬态、输出电流瞬态、电压瞬态，12.5V～50V范围内正常工作，模块不会损坏，并且电路简单，提高了电源模块功率密度。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (2)
1.一种12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，其特征在于，包括：输入滤波电路、输出滤波电路、输出异常状态保护电路、输入异常保护电路、功率变换电路和控制电路、同步整流控制电路、输出整流电路；
其中，所述输入滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输入功率限制电路的第一输出端连接，其输出端和功率变换器的第一输入端连接，用于应对EMC要求，降低传导干扰；
所述输出滤波电路，包括差模电感和共模电感，其输入端和输出整流电路的输出端连接，其第一输出端和隔离反馈电路的第一输入端连接，其第二输出端和输出异常状态保护电路的输入端连接，用于提供负反馈信号，调整反馈环路增益以及相位；
所述输出异常状态保护电路，其输出端和所述隔离反馈电路的第二输入端连接，包括输出软起动电路和输出过压保护电路，所述软起动电路用于保证电源启动时输出电压平稳上升，没有过冲，所述输出过压保护电路用于在输出过压时，电压被钳到一定负值不再上升，也不会立即关断；
所述输入异常保护电路，包括输入功率限制电路和输入功率异常保护电路构成，输入功率异常保护电路的输出端和控制电路的第一输入端连接，其输入端和功率变换电路的第一输出端连接，欠压时关断电源，输入功率超出额定范围时，输出特性呈现截流型保护，输出电压缓慢降低；
所述功率变换电路，其第二输入端和控制电路的输出端连接，其第二输出端和输出整流电路连接，其第三输出端和同步整流控制电路连接，采用反激拓扑、同步整流方式，在12.5V-50V输入电压范围内对控制电路进行调试；
所述控制电路，其第三输入端和同步整流控制电路的第一输出端连接，其第四输入端和隔离反馈电路的输出端连接，在12.5V-50V输入电压范围内，增加斜坡补偿电路，和截流型过流保护电路，使模块电源在恶劣条件下可靠输出符合要求；
所述输出整流电路，其第二输入端和同步整流控制电路的第二输出端连接，用于提供MOSFET驱动和关断电压，并控制电压幅值。
2.根据权利要求1所述的12.5V-50V输入5V输出DC/DC变换器，其特征在于，所述功率变换电路用于实现电路同步整流的电路包括同步整流驱动电路和次级SR mosfet放电电路；
所述同步整流驱动电路包括功率变压器T1、驱动电阻R、驱动电容C、二极管、驱动同步整流管Q1和开关，次级电势正向时，Q1开通，进入同步整流，其中，驱动电阻R、驱动电容C和二极管相互串联；
所述次级SR mosfet放电电路包括驱动变压器T2、放电二极管Q2、放电三极管、放电电容和放电电压，其中，所述驱动变压器T2两端均设有放电电容和放电电压，放电三极管的两极分别和所述开关的两端相连接。
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| CN106953523A (zh) * | 2016-01-06 | 2017-07-14 | 重庆建兴智能仪表有限责任公司 | Dc/dc转换器 |
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