CN204696924U - 大功率并联双正激dc/dc电源模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率并联双正激DC/DC电源模块，包括开关管Q1、Q2、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流电路、反馈及过压保护电路和过流保护电路。本实用新型电源模块采用一体化设计，DC/DC变换器功率电路采用交错并联双正激电路拓扑形式，电路部分将两个单端正激电路拓扑方式集成一体化并联设计，实现功率扩展，解决国内同体积产品因为两个功率转换磁芯输出功率无法达到国外同类产品的困难，实现四个功率转换磁芯满足其DC/DC电源模块功率转换的要求；具有体积小、效率高、可靠性高、散热性能好和适应范围广的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源模块，具体地说，涉及一种大功率并联双正激DC/DC电源模块。
背景技术
目前，标准隔离式DC/DC电源模块主要分为1/8砖、1/4砖、1/2砖和全砖四种，其中全砖为单体输出功率最大的隔离式DC/DC电源模块。美国VICOR公司、日本LAMBDA公司和美国SynQor为标准隔离式DC/DC电源模块等产品的专业生产商，其制造和设计技术水平始终处于行业领先地位，以高可靠性、高功率密度、宽工作环境温度范围等优势被广泛地应用在通信、工控、医疗设备及军工领域。
近年来，美国和日本对这些用于敏感领域的产品实行了“禁运”政策，并且当今国际形式风云突变，我国的高端军用DC/DC电源模块不可能完全依赖进口，自主研制替代国外DC/DC电源模块已然是迫在眉睫了，其中以功率最大的全砖为研发难度技术最大、研发周期最长的一种产品。
国内标准隔离式DC/DC大功率电源模块的研发难点受到功率转换变压器、功率转换电感磁性材料和体积的限制，全砖尺寸单体功率转换的变压器和电感很难实现600W的功率转换，研发出来的标准成品全砖功率最大为400W-500W,效率最高不超过88%，而国外同类产品都为600W-700W,效率最高可达90%～91%，并且国内研发的全砖产品电路拓扑多以单端正激电路、正激有源钳位电路和正反激有源钳位电路拓扑为主，此几种电路拓扑研发出来的产品也受到国内功率转换变压器、功率转换电感磁性材料和体积的限制，输出功率和转换效率一直没有国外同类产品性能指标好。
以典型的传统单端正激电路为例进行说明，单端正激电路拓扑方式适合做功率50W～600W的电源模块，具体简图见图2。
此电路拓扑方式主要由一个功率转换变压器和一个滤波储能电感构成；正激有源钳位和正反激有源钳位电源拓扑也是基于正激电路拓扑进行延伸开发的，也是由一个功率转换变压器和一个滤波储能电感构成，其研发出来的产品受到国内功率转换变压器、功率转换电感磁性材料和体积的限制，无法实现国外同类标准产品的功率替换。
实用新型内容
本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种大功率并联双正激DC/DC电源模块。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大功率并联双正激DC/DC电源模块，包括开关管Q1、Q2、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流电路、反馈及过压保护电路和过流保护电路。直流电源与输入滤波电容C1相连，变压器T1、T2的初级线圈的同名端并联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的异名端与开关管Q1的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q2的源极相连，开关管Q1、Q2的漏极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级同名端分别连接整流二极管D1和D3给储能电感L1和L2储存能量，当开关管Q1和Q2交替工作时，储能电感L1和L2分别经过续流二极管D2和D4交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q3和Q4与PWM控制电路反馈输入端相连。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其PWM控制电路由主控芯片UCC28220集成电路及其外围供电和驱动器件组成。主控芯片UCC28220正常工作，驱动1和驱动2交错开通，当驱动1开通时，驱动2关闭；驱动2开通时，驱动1关闭，由于主控芯片有死区时间设置，不存在驱动1和驱动2同时开通。
根据控制芯片两组驱动交错开通的原理，当驱动1开通驱动开关管Q1时，电源模块输入功率回路导通，通过变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，将初级输入能量同时传递到次级输出，次级输出经过整流二极管D1给输出负载提供能量并且对储能电感L1储存能量，当开关管Q1不工作时，储能电感L1经过续流二极管D2对负载释放能量。
当驱动2开通驱动开关管Q2时，电源模块输入功率回路导通，通过变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，将初级输入能量同时传递到次级输出，次级输出经过整流二极管D3给输出负载提供能量并且对储能电感L1储存能量，当开关管Q2不工作时，储能电感L2经过续流二极管D4对负载释放能量。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其输入和输出两套功率回路集成一体化并联设计实现功率扩充。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其输入电压覆盖DC9-DC80V，输出电压覆盖DC12V-DC36V，最大输出功率为600W，最高效率为90.2%，外壳采用全砖的标准外形结构，其外形尺寸为116.8×61×12.7，单位为毫米，功率密度最高可达108.7W/in3。
本实用新型解决传统国内功率转换变压器、功率转换储能电感磁性材料和体积的限制，采用将两个单端正激电路拓扑方式集成一体化并联设计，实现功率扩展，其功率转换变压器和功率转换储能电感各为两个，共四个转换磁芯。
本实用新型采用交错并联正激电路拓扑，将两个电源模块的功率回路部分集成一体化并联设计，其电路原理简图见图3，通过主控芯片的两组驱动交错开通控制并联的输入回路中的开关管交错开通，两个并联的变压器交替传递输出能量，储能电感交替储存能量并交替释放能量，解决了单一电路拓扑中功率转换磁芯不能转换较大功率的缺点，实现标准全砖体积下600W功率转换，并且继承正激电路拓扑元器件少，成本低，可靠性高等优点。一种大功率并联双正激DC/DC电源模块过流和短路保护功能有两种：一种为输入检流信号通过输入正端的回路两个检流变压器采集输入端的电流信号，电流信号经过整流二极管将交流信号转变为方波信号，通过采样电阻采集电压值给控制芯片的检流功能引脚一定电压信号值，实现电源模块的过流和短路保护功能，另一种为次级地串联两个检流取样信号电阻，检流信号通过运放放大和比较后，控制芯片CTRL端，实现输出过流和短路横流功能保护。
本实用新型的其特点是：
1、DC/DC电源模块功率电路采用交错并联正激电路形式，具有更高的可靠性，输入电压覆盖DC9-DC80V，输出电压覆盖DC12V-DC36V（单路），其体积为116.8×61×12.7（单位：mm，标准全砖），最大输出功率为600W，最高效率为90.2%，功率密度最高可达108.7W/in3，与国外同类产品性能指标基本相同，可实现国产，并且Pin-to-Pin替换。
2、电源模块为隔离方式，隔离电压不低于DC500V；
本实用新型的有益效果是电源模块功率电路部分将两个单端正激电路拓扑方式集成一体化并联设计，实现功率扩展，解决国内同体积产品因为两个功率转换磁芯输出功率无法达到国外同类产品的困难，实现四个功率转换磁芯满足其DC/DC电源模块功率转换的要求，与国外同类产品性能指标基本相同，可实现国产，并且Pin-to-Pin替换。
附图说明
图1为本实用新型电源模块内部原理框图。
图2 为传统单端正激电路原理框图。
图3虚线框内为本实用新型电源模块PWM控制电路简图。
图4为本实用新型电源模块外型尺寸主视图。
图5为本实用新型电源模块外型尺寸前视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，一种大功率并联双正激DC/DC电源模块，包括开关管Q1、Q2、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流电路、反馈及过压保护电路和过流保护电路。直流电源与输入滤波电容C1相连，变压器T1、T2的初级线圈的同名端并联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的异名端与开关管Q1的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q2的源极相连，开关管Q1、Q2的漏极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级同名端分别连接整流二极管D1和D3给储能电感L1和L2储存能量，当开关管Q1和Q2交替工作时，储能电感L1和L2分别经过续流二极管D2和D4交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q3和Q4与PWM控制电路反馈输入端相连。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其PWM控制电路由主控芯片UCC28220集成电路及其外围供电和驱动器件组成。如图3所示虚线框内为本实用新型电源模块PWM控制电路简图。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其输入和输出两套功率回路集成一体化并联设计实现功率扩充。
所述大功率并联双正激DC/DC电源模块，其输入电压覆盖DC9-DC80V，输出电压覆盖DC12V-DC36V，最大输出功率为600W，最高效率为90.2%，外壳采用全砖的标准外形结构，其外形尺寸为116.8×61×12.7，单位为毫米，功率密度最高可达108.7W/in3。
电源模块采用两个相同型号和磁材的功率转换变压器和功率转换电感作为冗余并联变压器和储能电感，其基本参数均相同，输入端与输出端并联的功率管型号、参数和数量均选择一致的，通过主控芯片的两组驱动交替控制输入端开关管，主控芯片的死区时间由死区电阻控制，通过调节死区控制电阻调整死区时间，所以不存在两组驱动同时开通的情况，实现两个独立地变压器交传递输出能量，次级储能滤波电感储存能量并传递能量，实际实现了两个变压器起到一个变压器的作用，两个储能电感起到一个储能电感作用，解决国内同体积产品因为两个功率转换磁芯输出功率无法达到国外同类产品的困难，实现四个功率转换磁芯满足其DC/DC电源模块功率转换的要求，与国外同类产品性能指标基本相同，可实现国产，并且Pin-to-Pin替换， 其引脚定义及外形见图4和5。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大功率并联双正激DC/DC电源模块，包括开关管Q1、Q2、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流电路、反馈及过压保护电路和过流保护电路；其特征在于：直流电源与输入滤波电容C1相连，变压器T1、T2的初级线圈的同名端并联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的异名端与开关管Q1的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q2的源极相连，开关管Q1、Q2的漏极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级同名端分别连接整流二极管D1和D3给储能电感L1和L2储存能量，当开关管Q1和Q2交替工作时，储能电感L1和L2分别经过续流二极管D2和D4交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q3和Q4与PWM控制电路反馈输入端相连。
2.根据权利要求1所述的大功率并联双正激DC/DC电源模块，其特征在于：PWM控制电路由主控芯片UCC28220集成电路及其外围供电和驱动器件组成。
3.根据权利要求1所述的大功率并联双正激DC/DC电源模块，其特征在于：输入和输出两套功率回路集成一体化并联设计实现功率扩充。
4.根据权利要求1所述的大功率并联双正激DC/DC电源模块，其特征在于：电源模块输入电压覆盖DC9-DC80V，输出电压覆盖DC12V-DC36V，最大输出功率为600W，最高效率为90.2%，外壳采用全砖的标准外形结构，其外形尺寸为116.8×61×12.7，单位为毫米，功率密度最高可达108.7W/in3。
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