CN207039455U - 一种交错式斩波调压电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电源设计电路，具体是指交错式工作，能够降低输入端和输出端纹波电流的交错式斩波调压电源，包括支撑电容、斩波单元电路若干、MCU、PWM控制电路和驱动电路若干，所述的支撑电容连接在总输入端，所述的多个斩波单元电路的输入端并联在支撑电容上，每个PWM控制电路的输入端均与MCU电连接，每个PWM控制电路输出端还分别与驱动电路输入端电连接，每个驱动电路输出端分别与斩波单元电路电连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源设计电路，具体是指一种交错式斩波调压电源。
背景技术
新能源汽车包括纯电动、混合动力、增程式汽车等，具有节能降耗、绿色环保、噪音小、乘坐舒适等优点，是未来经济发展的新引擎，得到国家政策大力支持，目前进入快速发展阶段。新能源车载空调系统作为温湿度调节的重要子系统，其可靠性和稳定性要求很高，同时对车载空调系统进行节能降耗也提出新的要求。车载空调系统和一般空调系统一样，具有蒸发风机和冷凝风机，目前车载空调风机普遍采用直流无刷电机，因此可以通过调压来调节风机转速，进而达到节能。
目前市场上存在的直流风机调压产品有：
1.串联电阻调速，采用与风机串联可调电阻，通过电阻的不同档位来实现分压限流进而来调速。缺点是能耗高，发热量大，并且不能实现无级调速。
2.斩波调压调速。采用电力电子开关进行高频斩波，得到可调的平均输出电压。这种方法具有效率高，可以无级平滑调节输出电压。但存在以下问题：
①由于车载蒸发风机和冷凝风机要求有独立的多个斩波单元并联使用，因此就存在多个斩波调速单元并联后，同时工作时输入端纹波电流极大，对输入支撑电容或者斩波调速单元的前端直流稳压电源中的输出滤波电路影响极大，造成输入支撑电容或是前端直流稳压电源中的输出滤波元件过热、寿命缩短，增大了产品的更换和维护费用。
②多个斩波单元同时工作时，容易相互干扰，严重时可能造成系统崩溃。
③实际使用中需要多个斩波单元并联使用以提供更大电流、增强输出带载能力，简单的将多个斩波单元并联由于各个斩波控制电路时钟不一致，开关管无法同步工作，另一方面负载增大时输入端和输出端纹波电流也增大，电磁干扰严重。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种交错式工作，能够降低输入端和输出端纹波电流的交错式斩波调压电源。
实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种交错式斩波调压电源，包括支撑电容、斩波单元电路若干、MCU、PWM控制电路和驱动电路若干，所述的支撑电容连接在总输入端，所述的多个斩波单元电路的输入端并联在支撑电容上，每个PWM控制电路的输入端均与MCU电连接，每个PWM控制电路输出端还分别与驱动电路输入端电连接，每个驱动电路输出端分别与斩波单元电路电连接。
作为优选，所述斩波单元电路包括开关管和续流二极管，开关管的漏极或集电极与斩波单元电路的输入正极连接，开关管的源极或发射极与续流二极管的阴极连接并作为输出正极，续流二极管的阳极与输入负极连接，各斩波单元电路的输出负极连接在一起，各斩波单元电路的输入负极与输出负极连接在一起。
作为优选，所述PWM控制电路包括PWM控制芯片和两个输出限流电阻，两个输出限流电阻的一端分别与PWM控制芯片的两个PWM信号引脚连接，两个输出限流电阻的另一端相连接作为PWM控制电路的PWM信号输出。
实用新型的有益效果是：1)本实用新型提供的一种交错式斩波调压电源，通过多路斩波单元交错式工作，各路输入端纹波电流相互叠加，极大降低了输入端总电流的纹波电流有效值和峰值，进而降低了输入支撑电容或是前端直流稳压电源中的输出滤波元件的工作温度，提高其可靠性和寿命；
2)本实用新型的每个斩波单元电路既可以单独作为一路独立输出，相互之间互不干扰；也可以相互并联作为一路用于提供更大的电流输出，带载能力强，并且输出斩波电压的频率倍增，使得负载纹波电流减小。
3)本实用新型提供的一种交错式斩波调压电源采用数字化智能控制，精确调整输出电压；
4)本实用新型易于实现斩波单元冗余备份，提高系统可靠性；
5)本实用新型提供的一种交错式斩波调压电源将多路斩波调压单元集成，缩小体积，提高车上空间利用率。
附图说明
图1是本实用新型一种交错式斩波调压电源的原理框图；
图2是本实用新型的多路斩波单元电路(以2路斩波单元电路为例)的原理图；
图3是本实用新型的MCU、多路PWM控制电路、多路驱动电路(以2路PWM控制电路、2路驱动电路为例)的原理图；
图4是本实用新型的同步信号示意图(以2路同步信号为例)；
图5是本实用新型在占空比D<0.5时，多路斩波电路总输入端电流纹波与各路输入端电流纹波的对比示意图(以2路斩波单元电路为例)；
图6是本实用新型在占空比D＝0.5时，多路斩波电路总输入端电流纹波与各路输入端电流纹波的对比示意图(以2路斩波单元电路为例)；
图7是本实用新型在占空比D>0.5时，多路斩波电路总输入端电流纹波与各路输入端电流纹波的对比示意图(以2路斩波单元电路为例)；
图8时本实用新型多路斩波单元电路并联使用时(以2路斩波单元电路为例)，在同步运行和交错运行模式下的工作对比。
具体实施方式
现在结合附图对实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明实用新型的基本结构，因此其仅显示与实用新型有关的构成。
一种交错式斩波调压电源，包括支撑电容、斩波单元电路若干、MCU、PWM控制电路和驱动电路若干，所述的支撑电容连接在总输入端，所述的多个斩波单元电路的输入端并联在支撑电容上，每个PWM控制电路的输入端均与MCU电连接，每个PWM控制电路输出端还分别与驱动电路输入端电连接，每个驱动电路输出端分别与斩波单元电路电连接；所述斩波单元电路包括开关管和续流二极管，开关管的漏极或集电极与斩波单元电路的输入正极连接，开关管的源极或发射极与续流二极管的阴极连接并作为输出正极，续流二极管的阳极与输入负极连接，各斩波单元电路的输出负极连接在一起，各斩波单元电路的输入负极与输出负极连接在一起；所述PWM控制电路包括PWM控制芯片和两个输出限流电阻，两个输出限流电阻的一端分别与PWM控制芯片的两个PWM信号引脚连接，两个输出限流电阻的另一端相连接作为PWM控制电路的PWM信号输出。
见图1所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源包括支撑电容，多个斩波单元电路，MCU，多个PWM控制电路，多个驱动电路；支撑电容连接在总输入端，多个斩波单元电路的输入端并联在支撑电容上，MCU与多个PWM控制电路的输入端连接，多个驱动电路的输入端与对应的PWM控制电路的输出端连接，多个驱动电路输出端与对应的斩波单元电路连接。支撑电容为多路斩波单元电路提供稳定的输入直流电压，多路斩波单元电路之间交错运行，开关周期相同均为Ts，相位角相差即第一路斩波单元电路开通后，延迟后开通第二路斩波单元电路，再延迟后开通第三路斩波单元电路，以此类推，延迟后开通第N路斩波单元电路。MCU为各路PWM控制电路提供同步时钟信号，同步时钟信号给定PWM控制电路后，PWM控制电路才能工作，否则不工作，对应的斩波单元电路也无输出，各路同步时钟信号周期相同均为Ts，相位角相差PWM控制电路输出可调的PWM信号给相应的驱动电路，驱动电路输出驱动电压来驱动相应的斩波单元电路中的开关管，斩波单元电路中的开关管高频开关，将输入直流电压变成平均值连续变化的斩波电压来驱动风机负载工作。
见图1,图2所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源的多个斩波单元电路包括N个(N≥2)相同的斩波单元电路，各斩波单元电路的输入正极连接在一起，各斩波单元电路的输入负极连接在一起，各斩波单元电路的输出正极相互独立，各斩波单元电路的输出负极连接在一起，各斩波单元电路的输入负极与输出负极连接在一起；
斩波单元电路包括一个开关管和一个续流二极管，开关管的漏极或集电极与斩波单元电路的输入正极连接，开关管的源极或发射极与续流二极管的阴极连接并作为输出正极，续流二极管的阳极与输入负极连接。每个斩波单元电路的输出端相互独立，既可以单独作为一路独立输出，相互之间互不干扰；也可以相互并联作为一路用于提供更大的电流输出，带载能力强。同时，当多路输出并联作为一路输出后，输出斩波电压的频率倍增，使得负载纹波电流减小，极大减小了电磁干扰，对其他电子设备的正常运行有重要意义。
见图3所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源的MCU发出同步时钟信号给每路PWM控制电路中的PWM控制芯片的同步时钟输入引脚，用来提供工作时钟信号，每路PWM控制电路包括一个PWM控制芯片和两个输出限流电阻，两个输出限流电阻的一端分别与PWM控制芯片的两个PWM信号引脚连接，两个输出限流电阻的另一端相连接作为PWM控制电路的PWM信号输出。PWM控制电路的输出端与对应的驱动电路的输入端连接，驱动电路产生门极驱动电压用来驱动相应斩波单元电路的开关管。
见图1和3所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源中的斩波单元电路独立交错运行，各路PWM控制电路输出连续可调的PW M信号，使得斩波单元电路输出平均值无级平滑的斩波电压，对负载风机进行精确调速。
见图4所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源中的MCU发出的同步时钟信号，以2路同步信号为例，时钟周期和开关周期一样均为Ts，相位相差即
见图5、6和7所示，分别为本实用新型在占空比D<0.5，D＝0.5,D>0.5时，多路斩波电路(以2路斩波单元电路为例)在同步运行和交错运行模式下，总输入端电流纹波与各路输入端电流纹波的对比示意图，可以看出在同步运行模式下，由于各路开关管同时开通，纹波电流相互叠加，因而有放大纹波电流的作用，同时纹波频率与开关频率相同；在交错运行模式下，由于各路开关管交错开通，纹波电流也交错，D<0.5和D＝0.5情况下纹波电流最大值和单路纹波电流最大值相同，D>0.5时各路纹波电流叠加的最大值并不是各路同时达到最大值时进行叠加，因而也有减小纹波峰值的作用，并且三种情况下纹波频率均为开关频率的N倍(2路斩波单元电路中N＝2)。纹波频率增加有利于减低传导和辐射干扰，电磁干扰大大下降。
见图8所示，本实用新型将多路斩波单元电路并联使用时(以2路斩波单元电路为例)，在同步运行和交错运行模式下，总输入端电流纹波、负载电流纹波以及各路输入端电流纹波的对比示意图，可以看出在同步运行模式下，由于各路开关管同时开通，纹波电流相互叠加，因而有放大输入端纹波电流的作用，同时纹波频率与开关频率相同；在交错运行模式下，由于各路开关管交错开通，纹波电流也交错，因而有减小输入端纹波峰值的作用，并且纹波频率是开关频率的N倍(2路斩波单元电路中N＝2)；同时对于输出负载电流也由于交错运行，各路负载电流相互叠加使得负载电流的纹波也大大降低，同时纹波频率增加有利于负载电流平滑，电磁干扰大大下降。
见图1所示，本实用新型的一种交错式斩波调压电源，采用多路斩波单元电路，容易实现冗余备份，当一组斩波单元发生故障时，系统自动启用备用单元，实现不停机无缝切换。当负载减小时，可以自动停运若干斩波单元，以减小损耗，其他各路仍采用交错运行，相位角自动修正。
本实用新型将多个斩波调压单元电路集成，缩小体积，提高车上空间利用率。
以上述依据实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种交错式斩波调压电源，其特征在于：包括支撑电容、斩波单元电路若干、MCU、PWM控制电路和驱动电路若干，所述的支撑电容连接在总输入端，所述的多个斩波单元电路的输入端并联在支撑电容上，每个PWM控制电路的输入端均与MCU电连接，每个PWM控制电路输出端还分别与驱动电路输入端电连接，每个驱动电路输出端分别与斩波单元电路电连接。
2.根据权利要求1所述的交错式斩波调压电源，其特征在于：所述斩波单元电路包括开关管和续流二极管，开关管的漏极或集电极与斩波单元电路的输入正极连接，开关管的源极或发射极与续流二极管的阴极连接并作为输出正极，续流二极管的阳极与输入负极连接，各斩波单元电路的输出负极连接在一起，各斩波单元电路的输入负极与输出负极连接在一起。
3.根据权利要求1所述的交错式斩波调压电源，其特征在于：所述PWM控制电路包括PWM控制芯片和两个输出限流电阻，两个输出限流电阻的一端分别与PWM控制芯片的两个PWM信号引脚连接，两个输出限流电阻的另一端相连接作为PWM控制电路的PWM信号输出。
Priority Applications (1)
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| CN201720955157.9U CN207039455U (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种交错式斩波调压电源 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109391148A (zh) * | 2017-08-02 | 2019-02-26 | 江苏宏微科技股份有限公司 | 一种交错式斩波调压电源 |
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2017
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