CN207460006U - 一种单级钳位正激拓扑的dc-dc转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单级钳位正激拓扑的DC‑DC转换器，属于汽车电子技术领域，包括外壳、控制板和功率铝基板；功率铝基板上设有功率器件和导流铜柱，控制板上设有DC接口和主回电路，主回电路中设有吸收电路，吸收电路中有磁饱合电感器，主回电路中一路输出电路是由外部信号来控制继电器从而控制是否输出；主回电路中包括输入电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，温度检测模块包括温敏电阻和比较器；主回电路中还设有保护电。本实用新型安装容易、接线简单明了，工作性能稳定、可靠、安全性高，采用散热设计，确保转换器工作稳定可靠，确保安全性。

Description

一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器

技术领域

本实用新型涉及一种DC-DC转换器，特别是涉及一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，属于汽车电子技术领域。

背景技术

汽车DC-DC转换器作为保证汽车整车用电设备的重要装置，其性能的好坏直接影响整车的稳定性和安全性，随着科技的发展，用于汽车的用电器越来越多，这对于车载电源的功率要求就越来越大，功率提升使得电源的损耗也随之提升，传统的单端正激拓扑多采用正激电源拓扑来实现，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷。而且效率的损失相对比较严重。

目前，单端正激拓扑结构DC-DC电源的问题主要有：

1、需要的变压器的体积太大，因为功率的损失，使得有效功率的降低，所以对于变压器的设计功率要求提高，变压器的体积也提高；

2、功率开关器件的电压应力要求很高，导致器件温度比较高，开关损耗很大；

3、dv/dt和di/dt大、EMI问题难以处理；

4、整体的成本相对高很多。。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是为了提供一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，在保证体积不变的前提下，提升电源模块的设计功率，在功率器件电路中加入了吸收电路，合理利用了消耗的功率。

本实用新型的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，包括外壳及设置在所述外壳内的控制板和功率铝基板，所述外壳设置在安装底板上；所述功率铝基板上设有多个功率器件和至少六个导流铜柱，在所述控制板上设有两个DC接口和主回电路，所述外壳与所述功率铝基板之间可拆卸连接；所述主回电路的功率开关器件中设置有吸收电路，所述吸收电路中设有磁饱合电感器，所述磁饱合电感器用于实现零电压软开关功能，所述主回电路中的一路输出电路是由外部信号来控制继电器从而控制是否输出；所述主回电路中包括输入电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，所述输入电压检测模块、所述电流检测模块和所述温度检测模块均与辅助电源连接，所述温度检测模块包括温敏电阻和比较器；所述主回电路中还设有保护电路，所述保护电路通过采集输出状态经过隔离处理的电压信号，并传递给控制器，进行短路保护。

优选的方案是，所述外壳、所述控制板和功率铝基板之间通过螺丝或卡扣的方式组装而成。

在上述任一方案中优选的是，所述功率铝基板为具有散热功能的散热片，安装在所述控制板上的器件与所述功率铝基板的间隙距离大于或等于0.2mm。

在上述任一方案中优选的是，所述DC接口的输入或输出接口上设有防水接头，通过防水接头连接引线。

在上述任一方案中优选的是，所述导流铜柱为厚度为2mm、直径为12mm的圆柱形导流铜柱。

在上述任一方案中优选的是，所述主回电路由有源钳位正激电源和电压模式PWM控制器组成。

在上述任一方案中优选的是，所述主回电路中使用汽车级的比较器LM2901实现输入电压的采集比较，实现过压保护和欠压保护。

在上述任一方案中优选的是，所述输入电压检测模块和所述电流检测模块均采用功率电阻把输入电流转化为电压量，再经过汽车级的运算放大器LM2902进行放大，再经过比较器来实现过流保护。

本实用新型的有益技术效果：按照本实用新型的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，本实用新型提供的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，采用简单简洁的盒盖结构，电路板采用叠层结构，最大化散热设计，安装容易、接线简单明了，工作性能稳定、可靠、安全性高，电源的整体效率提高，实现了节能和环保的理念，符合全球对耗能设备的基本要求；在功率器件电路中加入了吸收电路，合理利用了消耗的功率；温度要在一定范围内变化，降低各个功率器件的功率损耗，结构采用最大化的散热设计，大面积的散热确保转换器工作稳定可靠；确保了安全性，在电路设计中设计了多种保护功能，不仅保护自身安全性，而且保护用电器的安全性。

附图说明

图1为按照本实用新型的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器的一优选实施例的的结构示意图；

图2为按照本实用新型的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器的一优选实施例的内部结构电路图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例。

图中：1-外壳，2-功率铝基板，3-控制板，4-导流铜柱，5-DC接口，7-安装底板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，包括外壳1及设置在所述外壳1内的控制板2和功率铝基板3，所述外壳1设置在安装底板7上；所述功率铝基板3上设有多个功率器件(附图中未示出)和至少六个导流铜柱4，在所述控制板2上设有两个DC接口5和主回电路，所述外壳1与所述功率铝基板3之间可拆卸连接；所述主回电路的功率开关器件中设置有吸收电路，所述吸收电路中设有磁饱合电感器，所述磁饱合电感器用于实现零电压软开关功能，所述主回电路中的一路输出电路是由外部信号来控制继电器从而控制是否输出；所述主回电路中包括输入电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，所述输入电压检测模块、所述电流检测模块和所述温度检测模块均与辅助电源连接，所述温度检测模块包括温敏电阻和比较器；所述主回电路中还设有保护电路，所述保护电路通过采集输出状态经过隔离处理的电压信号，并传递给控制器，进行短路保护。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述外壳1、所述控制板2和功率铝基板3之间通过螺丝或卡扣的方式组装而成；所述功率铝基板3为具有散热功能的散热片，安装在所述控制板2上的器件与所述功率铝基板3的间隙距离大于或等于0.2mm；所述DC接口5的输入或输出接口上设有防水接头，通过防水接头连接引线；所述导流铜柱4为厚度为2mm、直径为12mm的圆柱形导流铜柱。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述主回电路由有源钳位正激电源和电压模式PWM控制器组成；所述主回电路中使用汽车级的比较器LM2901实现输入电压的采集比较，实现过压保护和欠压保护；所述输入电压检测模块和所述电流检测模块均采用功率电阻把输入电流转化为电压量，再经过汽车级的运算放大器LM2902进行放大，再经过比较器来实现过流保护。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，整个有源钳位正激拓扑DC-DC变换器采用有源钳位正激电源和电压模式PWM控制器构成主回路，在主回路的功率开关器件中加入吸收电路，把开关损耗的功率转化为有功功率。采用高频设计，设计频率为150KHZ。为了保证零电压软开关工作模式，在电路中应用磁饱合电感器实现零电压软开关。电路中设计两路输出，一路是由外部信号来控制继电器，从而控制是否输出。使用汽车级的比较器LM2901实现输入电压的采集比较，实现过压保护和欠压保护。采用功率电阻把输入电流转化为电压量，再经过汽车级的运算放大器LM2902进行放大，再经过比较器来实现过流保护。温度保护是采用温敏电阻和比较器的结合来实现的。电路中还设计有电路保护，通过采集输出状态经过隔离处理传递给控制器，进行短路保护动作。控制电路所需要的12V、5V电源是由隔离反激式的10W的辅助电源来提供。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器所要经过的电流较大，考虑到散热和体积的问题，采用多层结构，把功率器件与控制器件分开，功率器件设计在具有较好散热能力的功率铝基板上，功率铝基板贴住外壳，控制器件PCB在功率铝基板上面，大功率走线通过厚度为2mm、直径为12的导流铜柱进行结构连接，兼顾考虑散热问题，并且提升了整体的稳定性。

进一步的，在本实施例中，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器采用目前对于中小功率DC电源相对先进技术方案，并采用兼容性设计，达到降低开发成本，面向多用户系统的目的，使用产品更有活力和生命周期。

进一步的，在本实施例中，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器采用高性能汽车级各类电子物料，如汽车级LM2901、LM2902等用在控制电路中，因为我们提高了工作频率，在变压器的设计上我们一定程度缩小了变压器的体积，并且采用优质磁芯和漆包线，从根本上确保产品的性能，解决目前市面上高价低质的问题。

进一步的，在本实施例中，从结构上采用简单简洁的盒盖结构，电路板采用叠层结构，最大化散热设计，安装容易、接线简单明了，工作性能稳定、可靠、安全性高，电源的整体效率提高，实现了节能和环保的理念，符合全球对耗能设备的基本要求。

进一步的，在本实施例中，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器要解决的技术点是如何保证体积不变的前提提升电源模块的设计功率，在功率器件电路中加入了吸收电路，合理利用了消耗的功率。

进一步的，在本实施例中，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器要确保功率的提升同时，温度要在一定范围内变化，所以设计中降低各个功率器件的功率损耗，结构采用最大化的散热设计，大面积的散热确保转换器工作稳定可靠。

进一步的，在本实施例中，有源钳位正激拓扑DC-DC变换器确保了安全性，在电路设计中设计了多种保护功能，不仅保护自身安全性，而且保护用电器的安全性。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，本实施例提供的单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，采用简单简洁的盒盖结构，电路板采用叠层结构，最大化散热设计，安装容易、接线简单明了，工作性能稳定、可靠、安全性高，电源的整体效率提高，实现了节能和环保的理念，符合全球对耗能设备的基本要求；在功率器件电路中加入了吸收电路，合理利用了消耗的功率；温度要在一定范围内变化，降低各个功率器件的功率损耗，结构采用最大化的散热设计，大面积的散热确保转换器工作稳定可靠；确保了安全性，在电路设计中设计了多种保护功能，不仅保护自身安全性，而且保护用电器的安全性。

以上所述，仅为本实用新型进一步的实施例，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所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，包括外壳(1)及设置在所述外壳(1)内的控制板(2)和功率铝基板(3)，所述外壳(1)设置在安装底板(7)上；其特征在于：所述功率铝基板(3)上设有多个功率器件和至少六个导流铜柱(4)，在所述控制板(2)上设有两个DC接口(5)和主回电路，所述外壳(1)与所述功率铝基板(3)之间可拆卸连接；所述主回电路的功率开关器件中设置有吸收电路，所述吸收电路中设有磁饱合电感器，所述磁饱合电感器用于实现零电压软开关功能，所述主回电路中的一路输出电路是由外部信号来控制继电器从而控制是否输出；所述主回电路中包括输入电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，所述输入电压检测模块、所述电流检测模块和所述温度检测模块均与辅助电源连接，所述温度检测模块包括温敏电阻和比较器；所述主回电路中还设有保护电路，所述保护电路通过采集输出状态经过隔离处理的电压信号，并传递给控制器，进行短路保护。

2.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述外壳(1)、所述控制板(2)和功率铝基板(3)之间通过螺丝或卡扣的方式组装而成。

3.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述功率铝基板(3)为具有散热功能的散热片，安装在所述控制板(2)上的器件与所述功率铝基板(3)的间隙距离大于或等于0.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述DC接口(5)的输入或输出接口上设有防水接头，通过防水接头连接引线。

5.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述导流铜柱(4)为厚度为2mm、直径为12mm的圆柱形导流铜柱。

6.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述主回电路由有源钳位正激电源和电压模式PWM控制器组成。

7.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述主回电路中使用汽车级的比较器LM2901实现输入电压的采集比较，实现过压保护和欠压保护。

8.根据权利要求1所述的一种单级钳位正激拓扑的DC-DC转换器，其特征在于：所述输入电压检测模块和所述电流检测模块均采用功率电阻把输入电流转化为电压量，再经过汽车级的运算放大器LM2902进行放大，再经过比较器来实现过流保护。