CN206775388U - 一种隔离数字微型电源 - Google Patents

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吴昊
张科
张磊
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Abstract

本实用新型公开了一种隔离数字微型电源，其输入直流电压经过滤波电容C1进行纹波滤波后由移相全桥MOSFET电路斩波成高频交流脉冲波形，通过变压器T1变换隔离，再通过同步整流电路整流成正电平，经滤波电路L1和滤波电容C2平滑成稳定直流输出；滤波电容C1并联在输入端；滤波电容C2并联在输出端；滤波电感L1串联在输出端的VOUT+与同步整流电路之间；电流互感器串联在移相全桥MOSFET电路和变压器T1之间；控制保护电路通过电流互感器采集电流和电压值，通过驱动电路控制移相全桥电路和同步整流电路，通过通讯端口外发电源电压、电流的BIT信息。

Description

一种隔离数字微型电源
技术领域
本实用新型涉及一种隔离数字微型电源，属于开关电源领域。
背景技术
在雷达系统中，直流低压电源作为雷达工作中的主要供能部分，直接影响了雷达整机的作用距离、体积、重量、可靠性等指标。随着雷达技术的进步，其对电源的要求也越来越高，特别是车载供电雷达，电源除应具有一般电源的要求外，还要求能够承受很大的输入范围波动，动态特性好，体积小、效率高，并在恶劣温度环境中能稳定可靠工作。
目前车载供电雷达供电电压一般为28V，但电机供电不稳定，需要在20V～30V范围内均可靠工作。舱内空间狭窄，电源尺寸尽可能小。信号处理等电源需12V300W输出，为提高系统安全和电磁兼容指标，通常采用隔离设计。电源常用的设计方法是电源按照指标要求，选用DC-DC电源模块提供功率输出。但外购电源模块型号少，通常不能选到裕量适当、尺寸合适的型号。如VICOR公司的24V输入12V输出模块，半砖的功率不够，全砖则功率裕量高尺寸过大。更好的设计是适当裕量，在保证散热、保证可靠性的前提下尺寸尽可能小。
实用新型内容
针对以上问题本实用新型提供了一种隔离数字微型电源，通过研制新的电源模块，供电车载信号处理系统，实现性能的优化和尺寸的小型化。提高电源的功率密度、效率及可靠性。适应车载雷达等领域高功率密度的发展需求。
技术方案：为了解决以上问题本实用新型提供了一种隔离数字微型电源，包括滤波电容C1、移相全桥MOSFET电路、变压器T1、电流互感器、同步整流电路、滤波电感L1、滤波电容C2、控制保护电路、驱动电路、辅助源电路；
输入直流经过滤波电容C1进行纹波滤波后由移相全桥MOSFET电路斩波成高频交流脉冲波形，通过变压器T1变换隔离，再通过同步整流电路整流成正电平，经滤波电路L1和滤波电容C2平滑成稳定输出；
滤波电容C1并联在输入端；滤波电容C2并联在输出端；滤波电感L1串联在输出端的VOUT+与同步整流电路之间；电流互感器串联在移相全桥MOSFET电路和变压器T1之间，采集电流信号给控制保护电路作控制和监控用。
控制保护电路通过电流互感器采集电流和电压值，通过驱动电路控制移相全桥电路和同步整流电路，通过通讯端口外发电源电压、电流的BIT信息。控制电路通过检测电流和电压值反馈控制移相全桥MOSFET电路和同步整流电路，使系统稳定。
辅助源电路给数字控制片和驱动电路供电。
所述的移相全桥MOSFET电路为MOS管组成的桥式电路，包括超前臂和滞后臂；
所述的驱动电路包括驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、驱动电路Ⅲ、驱动变压器Ⅰ、驱动变压器Ⅱ；
驱动电路Ⅰ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅰ隔离后给超前臂的MOS管驱动；
驱动电路Ⅱ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅱ隔离后给滞后臂的MOS管驱动；
驱动电路Ⅲ为同步整流电路内的MOS管提供驱动。
所述的控制保护电路采用DSPIC33F502(QFN)数字控制片。
本实用新型电源采用数字控制片，根据输出电压和电流的反馈调整移相全桥MOSFET电路中开关管控制信号，改变电路工作状态，从而使输出电压保持恒定，同时实现电源过压、过流、过温保护，并可实现电源BIT信息的上报，同时完成控制、保护和监测功能。
本实用新型电源有以下优点：数字化控制，灵活可靠，动态响应好；高功率密度、高效率；保护功能全；负载端隔离，安全性好；不需要加额外LC滤波电路，纹波低。
附图说明
图1为本隔离数字微型电源的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。
电源指标如下：
●输入电压：直流18V～32V
●输出电压：12V
●输出功率：360W
●封装尺寸：51*51*10mm
如图1所示，本实用新型提供了一种隔离数字微型电源，包括滤波电容C1、移相全桥MOSFET电路、变压器T1、电流互感器、同步整流电路、滤波电感L1、滤波电容C2、控制保护电路、驱动电路、辅助源电路。
直流28V输入经过滤波电容C1进行滤波后由移相全桥MOSFET电路斩波成高频交流脉冲波形，通过变压器T1变换隔离，再通过同步整流电路整流成正电平，经滤波电路L1和滤波电容C2平滑成稳定的电压后输出。同步整流电路有效降低了整流管损耗。
滤波电容C1并联在输入端；滤波电容C2并联在输出端；滤波电感L1串联在输出端的VOUT+与同步整流电路之间；电流互感器串联在移相全桥MOSFET电路和变压器T1之间。
控制保护电路通过电流互感器采集电流和电压值，
控制保护电路通过驱动电路将控制保护电路输出的开关管控制信号进行隔离、放大后送至原边移相全桥MOSFET和副边电路中同步整流MOSFET，使其按照控制电路要求实现有序开通和关断。
通过通讯端口烧写程序和外发电源电压、电流的BIT信息。控制保护电路采用基于DSPIC33F502(QFN)的数字控制片。
辅助源电路是基于LT3575的单端反激电路和基于LM317的线性稳压电路，为驱动电路提供12V，为数字控制片提供3.3V。
所述的移相全桥MOSFET电路为MOS管组成的桥式电路，包括超前臂和滞后臂。
所述的驱动电路包括驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、驱动电路Ⅲ、驱动变压器Ⅰ、驱动变压器Ⅱ；驱动电路Ⅰ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅰ隔离后给超前臂的MOS管驱动；驱动电路Ⅱ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅱ隔离后给滞后臂的MOS管驱动；驱动电路Ⅲ为同步整流电路内的MOS管提供驱动。
本实用新型新型电源，移相全桥MOSFET电路开关频率约150kHz，既有效减小了磁性元件体积(变压器仅20*14mm*10mm)，又保证了电源效率大于90％。移相全桥电路和同步整流电路中的功率器件均为COOL-MOSFET，该器件尺寸小、导通电阻仅毫欧级，寄生电容参数很小，适合在高频电路中应用。磁性元件选用适合高频电路的磁芯并采用PCB布线设计，一致性好、导热好、外形美观体积小。控制保护电路采用了电压控制方式，并具有过流、过压、过温保护。
本发明通过数字控制、印制板绕组平面变压器技术、同步整流技术实现电源的微型、高效。数字控制电路控制灵活、功能强、外围器件少；平面变压器散热好、体积小；同步整流技术采用MOSFET代替二极管，效率高，尺寸小。全表贴器件多层印制板设计使加工可由机器完成，极大提高了可靠新和一致性。电源采用八层印制板，变压器绕组通过增加一个八层印制板叠层，既满足了变压器绕组数和电流密度要求，又降低了整个电源的厚度和成本。整机尺寸仅51*51*10mm(2*2*0.4英寸)，功率密度超过200W/in3。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种隔离数字微型电源，其特征在于，包括滤波电容C1、移相全桥MOSFET电路、变压器T1、电流互感器、同步整流电路、滤波电感L1、滤波电容C2、控制保护电路、驱动电路、辅助源电路；
输入直流电压经过滤波电容C1进行纹波滤波后由移相全桥MOSFET电路斩波成高频交流脉冲波形，通过变压器T1变换隔离，再通过同步整流电路整流成正电平，经滤波电路L1和滤波电容C2平滑成稳定直流输出；
滤波电容C1并联在输入端；滤波电容C2并联在输出端；滤波电感L1串联在输出端的VOUT+与同步整流电路之间；电流互感器串联在移相全桥MOSFET电路和变压器T1之间；
控制保护电路通过电流互感器采集电流和电压值，通过驱动电路控制移相全桥电路和同步整流电路，通过通讯端口外发电源电压、电流的BIT信息；
辅助源电路给控制保护电路和驱动电路供电。
2.根据权利要求1所述的一种隔离数字微型电源，其特征在于，所述的移相全桥MOSFET电路为MOS管组成的桥式电路，包括超前臂和滞后臂；
所述的驱动电路包括驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、驱动电路Ⅲ、驱动变压器Ⅰ、驱动变压器Ⅱ；
驱动电路Ⅰ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅰ隔离后给超前臂的MOS管驱动；
驱动电路Ⅱ将数字控制片送出的驱动信号放大，再经驱动变压器Ⅱ隔离后给滞后臂的MOS管驱动；
驱动电路Ⅲ为同步整流电路内的MOS管提供驱动。
3.根据权利要求1所述的一种隔离数字微型电源，其特征在于，所述的控制保护电路采用DSPIC33F502数字控制片，DSPIC33F502数字控制片采用QFN表贴封装。
4.根据权利要求1所述的一种隔离数字微型电源，其特征在于，所述的辅助源电路是基于LT3575的单端反激电路和基于LM317的线性稳压电路。
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