CN209896913U - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关电源技术领域，提出了一种开关电源装置，旨在解决当前变频器开关电源中存在的制造工艺繁琐，一致性差、体积大等问题。该开关电源装置包括：变压器和设置于第一印刷电路板的控制器、主开关和整流模块；其中，上述变压器包括初级侧线圈和多个次级侧线圈，其中，各个次级侧线圈与上述整流模块连接；上述整流模块包括多个整流电路，各上述整流电路分别与各上述次级侧线圈串联，用于整流与其连接的次级侧线圈的输出电压；上述主开关与上述初级侧线圈串联连接，用于接通或断开上述初级侧线圈与电源连接；上述控制器的输出与上述主开关连接，用于控制上述主开关的接通或断开。本实用新型降低了开关电源装置的成本和结构尺寸。

Description

开关电源装置

技术领域

本实用新型涉及电源设计技术领域，特别涉及一种开关电源装置。

背景技术

随着电子技术的发展，变频器开关电源越来越多的被应用到各种电子产品中。目前，变频器开关电源采用反激电源设计方法，开关电源反激变压器从直流母线端子输入，由于母线电压比较高，需要通过变压器降压给变频器控制供电，输出绕组路数比较多，电压规格种类多，包含给IGBT模块驱动供电的上下桥电源，给风扇供电的24V电源，给运算放大器供电的正负15V电源，以及给控制芯片供电的5V电源，控制类芯片电源等多路电源。

但是，开关电源电路的小型化是当前电子产品的发展趋势。变压器是电源电路的重要组成部分，变压器的多采用导线绕组绕制，具有如下缺点：

成本高，人工绕制工艺复杂，特别是输出绕组较多情况下；并且为满足安规距离需要增加挡墙和绕组绝缘层，材料成本比较贵。体积大，变频器输出电源路数比较多，挡墙、绕组绝缘层、线包等导致整个体积较大。一致性差，人工绕制或者机器绕制很难保证变压器参数一致性，特别是变压器漏感参数，多输出绕组情况下很难保证交叉调整率，往往需要额外增加成本，比如增加假负载，电感等。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决当前变频器开关电源中存在的制造工艺繁琐，劳动量大、成本高、一致性差、体积大、重量大等问题。本实用新型采用以下技术方案以解决上述技术问题：

本申请提供了一种开关电源装置，该开关电源装置包括：变压器和设置于第一印刷电路板的控制器、主开关和整流模块；其中，上述变压器包括初级侧线圈和多个次级侧线圈，其中各个上述次级侧线圈与上述整流模块连接；上述整流模块包括多个整流电路，各上述整流电路分别与各上述次级侧线圈串联，用于整流与其连接的次级侧线圈的输出电压；上述主开关与上述初级侧线圈串联连接，用于接通或断开上述初级侧线圈与电源连接；上述控制器的输出与上述主开关连接，用于控制上述主开关的接通或断开。

进一步地，上述初级侧线圈和上述次级侧线圈为刻蚀在第二印刷电路板上的螺旋线。

进一步地，上述螺旋线为扁平的连续铜质螺旋线。

进一步地，上述第二印刷电路板为多层绕组板，上述初级侧线圈和各上述次级侧线圈分别设置在上述多层绕组板的各个层上。

进一步地，上述第一印刷电路板和上述第二印刷电路板上设有通孔，通过上述通孔装设上述变压器的磁芯；其中，上述第二印刷电路板贴装于上述第一印刷电路板上。

进一步地，上述第二印刷电路板包括多个引脚，所述引脚与上述第一印刷电路板连接，并进行信息交互，其中上述引脚为上述初级侧线圈和/或各上述次级侧线圈的线圈引出线。

进一步地，上述控制器与上述整流模块中的一个用于对上述控制器供电的整流电路连接。

进一步地，上述开关电源装置还包括反馈检测电路，上述反馈检测电路连接上述控制器和上述整流模块中的一个整流电路，用于将检测到的上述整流电路的输出电压反馈到上述控制器。

本申请提供的开关电源装置中，变压器所包括的一个初级侧线圈和多个次级侧线圈为刻蚀于第二印刷电路板上不同绝缘层的螺旋线绕组；开关电源装置的控制器、主开关和整流模块等印制于作为母板的第一电路板，将第二印刷电路板贴于母板上，并将第二印刷电路板的各个引脚与母板连接。

该设置将变压器的初级侧线圈和次级侧线圈设置于同一块电路板中，使用印刷电路替换漆包线绕组，提高了开关电源装的功能密度高,缩小了开关电源装置的体积。解决了变压器存在的制造工艺繁琐，劳动量大、成本高、一致性差、体积大、重量大等问题。

附图说明

图1是本申请中开关电源装置组成结构示意图；

图2是本申请中开关电源的电路示意图；

图3是本申请开关电源装置实施例中第二印刷电路板的3D结构图；

图4是本申请开关电源装置实施例中第二印刷电路板中线圈绕组示意图；

图5是本申请开关电源装置实施例中变压器装设于第一印刷电路板的示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参考图1，图1示出了开关电源装置的组成结构图。如图1所示开关电源装置包括，变压器1、控制器2、主开关3和整流模块4。

其中，上述控制器2、主开关3和整流模块4设置于第一印刷电路板上100。具体地，可以通过印刷电路将上述控制器2、主开关3和整流模块4装设或刻蚀到作为第一印刷电路板100的PCB板上。

参考图2，图2示出了开关电源装置的电路原理图。如图2所示的开关电源装置中，上述变压器1包括初级侧线圈10和多个次级侧线圈11，其中各个上述次级侧线圈11与上述整流模块4连接。这里，上述变压器1将输入电源的电压变换为多种不同电压幅值的电源。在一些具体的应用中，上述变压器将输入电源的电压变换为多个的输出电压，如，在变频器开关电源中，变频器有各种电压规格的供电需求。变压器将输入的电源电压降压后为变频器供电。具体为，给IGBT模块驱动供电的上下桥电源，给风扇供电的24V电源，给运算放大器供电的正负15V电源，以及给控制芯片供电的5V电源。上述次级侧线圈11按照与初级侧线圈10的绕组数比例关系对初级侧电源进行变压，得到预定电压的电源。上述整流模块4对上述多个次级侧线圈11输出电源进行整流，得到规格不同的直流电。

上述整流模块4包括多个整流电路，各个整流电路分别与各对应的次级侧线圈串联，分别对与其连接的次级侧线圈的输出电压进行整流。

上述主开关2与上述初级侧线圈10串联连接，用于接通或断开上述初级侧线圈10与电源的连接；上述控制器3的输出与上述主开关2连接，用于控制上述主开关2的接通或断开。

这里，上述主开关2可以为可控开关元件，如，上述主开关2可以是MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应管)等的可控开关元件。作为主开关的MOS-FET开关器件的源极和漏极，用于控制初级侧线圈与输入电源的接通或断开。如图2所示，输入直流电源PN之间的连接结构依次为电源高电位侧P、变压器1的初级测线圈10的无点侧、初级侧线圈10的标点侧、主开关2的漏极端子、主开关2的源极端子、电源的低电位侧N。对作为主开关的MOS-FET开关器件的栅极进行控制，使得主开关的漏极和源极导通或断开，从而使得初级侧线圈与输入电源的接通或断开。优选地，在上述初级侧线圈的两端并联MOS管吸收电路，用于吸收MOS管在关断期间的电压应力。

上述控制器3控制上述主开关2的接通与断开，上述控制器3可以是按照预定逻辑电路的接线或改变电路中元器件的参数值来控制电路的接通或断开的装置。还可以是由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，完成协调和指挥整个计算机系统的操作装置。

上述控制器3可以是具有微处理器的控制芯片，在本实施例的优选方案中，上述控制器为UC2844开关电源控制芯片。

上述次级侧线圈11中的第一线圈输出电源经整流模块4整流后为上述控制器3供电；上述次级侧线圈11中第二线圈输出电源经整流模块4整流后，通过反馈电路反馈输入到上述控制器3的电源电压检测端；上述控制器3根据上述电源电压检测端反馈输入的电压数据控制上述主开关2的接通或断开，从而控制次级侧线圈11输出电源的电压。

具体地，上述第一线圈输出电源经整流模块4整流后连接到上述UC2844控制芯片的V_CC和V_GND端；上述第二线圈输出电源经整流模块4整流后，经反馈电路反馈到上述UC2844控制芯片的V_FB端；上述UC2844控制芯片根据V_FB端所接收到的电压数据，在PWM端输出控制脉冲序列，该脉冲序列输入到作为主开关的MOS-FET开关器件的栅极。

在本实施例中，上述初级侧线圈10和多个上述次级侧线圈11为刻蚀在第二印刷电路板101上的螺旋线。在本实施例中，为减小变压器体积以及线圈绕组之间的电磁干扰，将变压器的初级侧线圈和次级侧线圈刻蚀于印刷电路板上。

参考图3和图4，附图3示出了第二印刷电路板101的外观3D图形，附图4示出了第二印刷电路板101各个线圈绕组示意图。在本实施例中，初级侧线圈10和多个次级侧线圈11为刻蚀于印刷电路板的扁平的连续铜质螺旋线105。这里，上述初级侧线圈10和次级侧线圈11为刻蚀于印刷电路板的扁平螺旋线105，该螺旋线为铜质线。上述刻蚀于第二印刷电路板的扁平的连续铜质螺旋线105位于该PCB板的不同层内。可以理解，在图4所示的第二印刷电路板101线圈绕组示意图中，具体实施过程中，可以使用不同的颜色线条区分各层绕组连线。

在本实施例中，上述第二印刷电路板101为多层绕组板，上述初级侧线圈10和各上述次级侧线圈11分别设置在上述多层绕组板的各个层上。这里，变压器1有多个次级侧线圈11，每个次级侧线圈分别设置于第二印刷电路板101的各个层上，各个层之间通过PCB板的材质保证安规绝缘，无需额外的绝缘材质。

继续参考图5，图5示出了变压器1装设于第一印刷电路板100的示意图，如图5所示，上述第一印刷电路板100和上述第二印刷电路板101上设有通孔，通过上述通孔装设所述变压器的磁芯12；其中，上述第二印刷电路板101贴于上述第一印刷电路板100上。

具体地，上述第一印刷电路板100和上述第二印刷电路板101上的通孔的孔径一致，安装时上述通孔对齐。可以理解，在第一印刷电路板100上还可以开设有两个对称设置的凹形通孔。通过上述第一印刷电路板100和上述第二印刷电路板101上的通孔，以及上述两个对称设置的凹形通孔装设并固定上述变压器1的磁芯12。进一步地，可以使用卡簧13将上述磁芯12固定于上述第一印刷电路板100和上述第二印刷电路板101上。

在本实施例中，上述第二印刷电路板101包括多个引脚1010，多个上述引脚1010与上述第一印刷电路板100连接，并进行信息交互，其中上述引脚1010为上述初级侧线圈10和/或各上述次级侧线圈11的线圈引出线。上述第二印刷电路板101的各引脚1010为该电路板的pin脚。具体地，在第一印刷电路板100上有与上述第二印刷电路板101上的引脚对应的连接引脚，通过引线将上述引脚1010与上述连接引脚对应连接，实现上述第二印刷电路板101与上述第一印刷电路板100的信息交互。

在本实施例中，上述控制器3的电源端与上述整流模块4中的一个用于对上述控制器3供电的整流电路连接。

本实施例中，上述开关电源装置还包括反馈电路，上述反馈电路连接上述控制器3和上述整流模块4中的一个整流电路，用于将检测到的上述整流电路的输出电压反馈到上述控制器3。可以理解，上述反馈电路检测次级侧线圈11输出电压，并将检测到的电压反馈到上述控制器3。利用反馈电路检测到的电压，上述控制器3根据预设的程序或预设逻辑输出相应的控制信号，以驱动主开关的接通或断开。在具体应用中，UC2844控制芯片作为控制器。根据UC2844控制芯片的V_FB端所接收到的电压数据的大小，UC2844控制芯片输出端输出PWM控制脉冲序列，该PWM控制脉冲序列驱动作为主开关的MOS-FET开关器件的栅极，控制初级测线圈10的电压，从而实现控制开关电源装置的输出电压的大小。

本申请中的开关电源装置中，开关电源装置的控制器、主开关和整流模块设置于第一印刷电路板，变压器的初级侧线圈和次级侧线圈设置于第二印刷电路板上，其中，第一印刷电路板作为母板。在第一印刷电路板和第二印刷电路板上开设通孔，通过通孔装设变压器的磁芯。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

将变压器的初级侧和次级侧线圈刻蚀于PCB板，代替常规的漆包线，更容易实现机械加工,故有利于提高变压器绕组的一致性；另外，绕组的几何形状及其有关寄生特性限定在PCB制造公差之内；

线圈绕组刻蚀于第二印刷电路板上，功能密度高、体积大为缩小、厚度远小于常规变压器，适用于表面贴装方式组装，优化系统体积；

低损耗，线圈绕组由铜箔层构成，变压器可制成扁平状,降低了集肤效应的损耗；

低漏感，分层设置的绕组，不受外界电磁干扰的影响；

成本低，使用绝缘材质少，并且由于绕组体积减小，使得磁芯小型化和低成本的空间变大，降低开关电源装置成本。

因此，本申请的开关电源装置，解决当前变频器开关电源中，存在的制造工艺繁琐，劳动量大、成本高、一致性差、体积大、重量大等问题。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开关电源装置，其特征在于，所述开关电源装置包括：变压器和设置于第一印刷电路板的控制器、主开关和整流模块，其中，

所述变压器包括初级侧线圈和多个次级侧线圈，其中各个所述次级侧线圈与所述整流模块连接；

所述整流模块包括多个整流电路，各所述整流电路分别与各所述次级侧线圈串联，用于整流与其连接的次级侧线圈的输出电压；

所述主开关与所述初级侧线圈串联连接，用于接通或断开所述初级侧线圈与电源连接；

所述控制器的输出与所述主开关连接，用于控制所述主开关的接通或断开。

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈为刻蚀在第二印刷电路板上的螺旋线。

3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述螺旋线为扁平的连续铜质螺旋线。

4.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二印刷电路板为多层绕组板，所述初级侧线圈和各所述次级侧线圈分别设置在所述多层绕组板的各个层上。

5.根据权利要求3和4任一所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板上设有通孔，通过所述通孔装设所述变压器的磁芯；其中，所述第二印刷电路板贴装于所述第一印刷电路板上。

6.根据权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二印刷电路板包括多个引脚，所述引脚与所述第一印刷电路板连接，并进行信息交互，其中所述引脚为所述初级侧线圈和/或各所述次级侧线圈的线圈引出线。

7.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述控制器与所述整流模块中的一个用于对所述控制器供电的整流电路连接。

8.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述开关电源装置还包括反馈检测电路，所述反馈检测电路连接所述控制器和所述整流模块中的一个整流电路，用于将检测到的所述整流电路的输出电压反馈到所述控制器。

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