CN210669900U - 反激式隔离dc-dc电源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反激式隔离DC‑DC电源模块。电源模块包括直流输入端；由电感和电容组成的输入及输出滤波电路；由功率开关管、高频变压器、整流二极管组成的功率开关电路；由集成芯片及外围电路组成的控制电路；由基准源、光电耦合器组成的反馈电路。反激式隔离DC‑DC电源是基于NA555D集成芯片的反激励拓扑方案所设计的。电源模块采用一体化设计，电路简单，外围器件少，可简化电源设计，缩短研发周期，减少了研发及生产成本；输出端为π型滤波电路，具有极低纹波的指标；采用金属外壳，具有电磁兼容性好、可靠性高、散热性能好、性价比高和适应范围广的特点。

Description

反激式隔离DC-DC电源模块

技术领域

本实用新型涉开关电源，尤其是涉及一种基于NA555D集成芯片的经济型反激式隔离DC-DC电源模块。

背景技术

DC-DC电源被广泛应用于几乎所有电子设备中。尤其在工业应用中为了减小周围恶劣的电磁环境对系统的影响，将外围接口电路与内部控制电路进行隔离，需要提供隔离电源。目前，隔离模块电源虽然体积小，工作稳定，功率等级多，但是传统隔离模块电源中应用专用的电源控制芯片，通常以图腾柱形式驱动输出来控制外部功率开关管的通断，结构相对复杂，外围器件数量多，开发周期长。

发明内容

本实用新型的目的是克服了上述传统隔离模块电源技术的缺点，特别提供一种反激式隔离DC-DC电源模块。该电源模块只需极少的外围器件，即可实现高可靠性、高性价比、小体积且散热效率高的反激式隔离DC-DC电源，从而简化电源设计、缩短研发周期。

本实用新型采取的技术方案是：一种反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于：包括直流输入端；由电感和电容组成的输入及输出滤波电路；由功率开关管、高频变压器、整流二极管组成的功率开关电路；由集成芯片及外围电路组成的控制电路；由基准源、光电耦合器组成的反馈电路；所述的直流输入端与控制电路的集成芯片的电源供电电路相连，直流输入端与输入滤波电路的输入端相连，输入滤波电路的输出端与功率开关电路中的高频变压器的原边相连，高频变压器的副边与整流二极管相连，功率开关电路中的整流二极管的输出与输出滤波电路的输入端相连，功率开关电路中的功率开关管的源极与高频变压器原边相连，漏极与控制电路的采样端相连，栅极与控制电路的PWM输出控制端相连，输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，模块输出端与反馈电路的输入端相连，反馈电路的输出端与控制电路的反馈输入端相连。

本实用新型所述的功率开关电路包括高频变压器T1、功率开关管Q1、整流二极管D3和D5，所述高频变压器T1包括：原边NP、副边NS以及辅助绕组NA、辅助绕组NB，所述副边NS用于给负载供电，辅助绕组NA、辅助绕组NB分别用于给集成芯片和反馈电路供电，所述的高频变压器T1原边NP的同名端与输入滤波电路相连，高频变压器T1原边NP的异名端与功率开关管Q1的漏极相连，功率开关管Q1的漏极通过电阻R1与地相连，功率开关管Q1的栅极与电阻R12的一端、二极管D2的阳极相连，高频变压器T1副边NS的异名端与整流二极管D3的阳极相连，整流二极管D3的阴极与整流二极管D5的阳极相连，整流二极管D5的阴极与所述输出滤波电路的输入端相连，高频变压器T1副边NS的同名端与地相连。

本实用新型所述滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，输入滤波电路中的电感L1一端连接直流输入端，另一端连接高频变压器T1原边，并通过电容C3接地，电感L1和电容C3组成LC型滤波电路，用于滤除输入电压和反射电压中的纹波，为其它电路部分提供平滑电压，为变压器提供转换能量；输出滤波电路中的电感L2一端连接整流二极管D5的阴极，并通过电容C5接地，另一端连接模块输出端，并通过电容C7接地，电感L2和电容C5、电容C7组成π型滤波电路，使输出具有极低纹波的指标。

本实用新型所述的控制电路包括型号为NA555D集成芯片U1、三极管Q2，集成芯片U1的8脚与稳压二极管D1的阴极、电容C1的正极、二极管D6的阴极相连，稳压二极管D1的阳极、电容C1的负极与地相连，二极管D6的阳极通过电阻R8与直流输出端相连，集成芯片U1的8脚与4脚、5脚、7脚分别通过电阻R4、电阻R2、电阻R6相连，集成芯片U1的2脚、6脚相连，并通过电阻R7、电容C2分别与7脚、地相连，集成芯片U1的5脚与电阻R3、电容C9的一端、三极管Q2的集电极相连，电阻R3、电容C9的另一端，三极管Q2的发射极与地相连，三极管Q2的基极与电阻R9、电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与电阻R1的一端相连，集成芯片U1的3脚与电阻R12的另一端、二极管D2的阴极相连。

本实用新型所述的反馈电路包括光电耦合器U2、基准芯片U3，光电耦合器U2的1脚、2脚连接电阻R13的两端，同时光电耦合器U2的1脚与高频变压器辅助绕组的反馈供电电路相连，光电耦合器U2的2脚、基准芯片U3的阴极连接电阻R11的两端，基准芯片U3的阴极、基准脚连接电容C8的两端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17依次相串联在模块输出端的两端，电阻R17的一端与基准芯片U3的基准脚相连，电阻R17的另一端、基准芯片U3的阳极与地相连，光电耦合器U2的3脚与集成芯片U1的8脚相连，光电耦合器U2的3脚、集成芯片U1的5脚连接电阻R2的两端，光电耦合器U2的4脚通过电阻R9与三极管Q2的基极相连。

本实用新型所述的供电电源模块输出端输出的电压为DC400V。

本实用新型所述的高频变压器为紧凑型贴片式高频变压器。

本实用新型所述的电源模块还包括一散热金属外壳，所述的滤波电路、功率开关电路、反馈电路及集成芯片固定于散热金属外壳中，所述的散热金属外壳为密封的散热金属外壳。

采用了本实用新型中的反激式隔离DC-DC电源，与传统技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型的反激式隔离DC-DC电源采用NA555D集成芯片，电源模块采用一体化设计，其电路简单，由于没有环路补偿、斜波补偿及驱动放大等电路，不仅仅减少了元器件，同样也降低了布板难度与要求；可靠性高，由于减少了SMT元器件数量，也相应地提高了可靠性指标；由于简化电源设计，缩短研发周期，减少了研发及生产成本，可获得高性价比的产品；电磁兼容及抗干扰性好，采用金属外壳，电磁兼容性及散热性能好，输入端为LC型滤波，可有效滤除输入电压和反射电压中的纹波，输出端为π型滤波电路，具有极低纹波的指标；体积小、重量轻：同等输出功率及效率、使用元器件尺寸相同条件下，本实用新型所制作的DC/DC电源在体积及重量减少约五分之一。

附图说明

图1为本实用新型的反激式隔离DC-DC电源模块结构示意图；

图2为图1中功率开关电路电路原理图；

图3为图1中控制电路原理图；

图4为图1中反馈电路原理图；

图5为图1中输入输出滤波电路原理图；

图6是本实用新型的反激式隔离DC-DC 电源模块的散热金属外壳结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供一种反激式DC-DC电源模块包括直流输入端；由电感和电容组成的输入及输出滤波电路；由功率开关管、高频变压器、整流二极管组成的功率开关电路；由集成芯片及外围电路组成的控制电路；由基准源、光电耦合器组成的反馈电路；所述的直流输入端与控制电路的集成芯片的电源供电电路相连，直流输入端与输入滤波电路的输入端相连，输入滤波电路的输出端与功率开关电路中的高频变压器的原边相连，高频变压器的副边与整流二极管相连，功率开关电路中的整流二极管的输出与输出滤波电路的输入端相连，功率开关电路中的功率开关管的源极与高频变压器原边相连，漏极与控制电路的采样端相连，栅极与控制电路的PWM输出控制端相连，输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，模块输出端与反馈电路的输入端相连，反馈电路的输出端与控制电路的反馈输入端相连。

如图2所示，本实用新型功率开关电路包括高频变压器T1、功率开关管Q1、整流二极管D3和D5，高频变压器T1包括：原边NP、副边NS以及辅助绕组NA、辅助绕组NB，所述副边NS用于给负载供电，辅助绕组NA、辅助绕组NB分别用于给集成芯片和反馈电路供电，高频变压器T1原边NP的同名端与输入滤波电路相连，高频变压器T1原边NP的异名端与功率开关管Q1的漏极相连，功率开关管Q1的漏极通过电阻R1与地相连，功率开关管Q1的栅极与电阻R12的一端、二极管D2的阳极相连，高频变压器T1副边NS的异名端与整流二极管D3的阳极相连，整流二极管D3的阴极与整流二极管D5的阳极相连，整流二极管D5的阴极与输出滤波电路的输入端相连，高频变压器T1副边NS的同名端与地相连。

如图3所示，本实用新型的控制电路包括型号为NA555D集成芯片U1、三极管Q2，集成芯片U1的8脚与稳压二极管D1的阴极、电容C1的正极、二极管D6的阴极相连，稳压二极管D1的阳极、电容C1的负极与地相连，二极管D6的阳极通过电阻R8与直流输出端相连，集成芯片U1的8脚与4脚、5脚、7脚分别通过电阻R4、电阻R2、电阻R6相连，集成芯片U1的2脚、6脚相连，并通过电阻R7、电容C2分别与7脚、地相连，集成芯片U1的5脚与电阻R3、电容C9的一端、三极管Q2的集电极相连，电阻R3、电容C9的另一端，三极管Q2的发射极与地相连，三极管Q2的基极与电阻R9、电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与电阻R1的一端相连，集成芯片U1的3脚与电阻R12的另一端、二极管D2的阴极相连。

如图4所示，本实用新型的反馈电路包括光电耦合器U2、基准芯片U3，光电耦合器U2的1脚、2脚连接电阻R13的两端，同时光电耦合器U2的1脚与高频变压器辅助绕组的反馈供电电路相连，光电耦合器U2的2脚、基准芯片U3的阴极连接电阻R11的两端，基准芯片U3的阴极、基准脚连接电容C8的两端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17依次相串联在模块输出端的两端，电阻R17的一端与基准芯片U3的基准脚相连，电阻R19的另一端、基准芯片U3的阳极与地相连，光电耦合器U2的3脚与集成芯片U1的8脚相连，光电耦合器U2的3脚、集成芯片U1的5脚连接电阻R2的两端，光电耦合器U2的4脚通过电阻R9与三极管Q2的基极相连。

如图5所示，本实用新型的滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，输入滤波电路中的电感L1一端连接直流输入端，另一端连接高频变压器T1原边，并通过电容C3接地，电感L1和电容C3组成LC型滤波电路，用于滤除输入电压和反射电压中的纹波，为其它电路部分提供平滑电压，为变压器提供转换能量；输出滤波电路中的电感L2一端连接整流二极管D5的阴极，并通过电容C5接地，另一端连接模块输出端，并通过电容C7接地，电感L2和电容C5、电容C7组成π型滤波电路，使输出具有极低纹波的指标。

本实用新型的工作原理为：反激式隔离DC-DC电源是基于NA555D集成芯片的反激励拓扑方案所设计的。反馈电电路在控制电路及功率开关电路正常工作后，功率传输由高频变压器T1、功率开关管Q1、整流二极管D3、整流二极管D5实现。实际上，高频变压器T1是一对紧密耦合的隔离储能电感，分别完成输入能量存贮和输出能量释放过程；功率开关管Q1完成能量存贮和释放的开关过程；集成芯片U1的脉宽调制及驱动电路驱动功率开关管Q1导通，功率开关管Q1导通时，电源通过高频变压器T1，高频变压器T1原边储存能量，次级电路中整流二极管D3、整流二极管D5承受反向电压截止，同时储存在电容C5、电容C7的能量供给模块输出端。功率开关管Q1关断时，储存在高频变压器T1的能量通过整流二极管D3、整流二极管D5向电容C5、电容C7充电。电阻R1采集功率开关管Q1漏极过零点波形(高频变压器T1在输出电流回零点时的反馈波形)来控制开关导通的时间，调节占空比，从而达到控制输出电压的效果。

本实用新型的供电电源模块输出端输出的电压为DC400V。

本实用新型的高频变压器为紧凑型贴片式高频变压器。

如图6所示，电源模块还包括一散热金属外壳，滤波电路、功率开关电路、反馈电路及集成芯片固定于散热金属外壳中，散热金属外壳为密封的散热金属外壳，功率器件通过散热金属外壳进行散热，内部用导热灌封胶密封，提高抗震、防水、防尘性能。

Claims (7)

1.一种反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于：包括直流输入端；由电感和电容组成的输入及输出滤波电路；由功率开关管、高频变压器、整流二极管组成的功率开关电路；由集成芯片及外围电路组成的控制电路；由基准源、光电耦合器组成的反馈电路；所述的直流输入端与控制电路的集成芯片的电源供电电路相连，直流输入端与输入滤波电路的输入端相连，输入滤波电路的输出端与功率开关电路中的高频变压器的原边相连，高频变压器的副边与整流二极管相连，功率开关电路中的整流二极管的输出与输出滤波电路的输入端相连，功率开关电路中的功率开关管的源极与高频变压器原边相连，漏极与控制电路的采样端相连，栅极与控制电路的PWM输出控制端相连，输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，模块输出端与反馈电路的输入端相连，反馈电路的输出端与控制电路的反馈输入端相连。

2.根据权利要求1所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述的功率开关电路包括高频变压器T1、功率开关管Q1、整流二极管D3和D5，所述高频变压器T1包括：原边NP、副边NS以及辅助绕组NA、辅助绕组NB，所述副边NS用于给负载供电，辅助绕组NA、辅助绕组NB分别用于给集成芯片和反馈电路供电，所述的高频变压器T1原边NP的同名端与输入滤波电路相连，高频变压器T1原边NP的异名端与功率开关管Q1的漏极相连，功率开关管Q1的漏极通过电阻R1与地相连，功率开关管Q1的栅极与电阻R12的一端、二极管D2的阳极相连，高频变压器T1副边NS的异名端与整流二极管D3的阳极相连，整流二极管D3的阴极与整流二极管D5的阳极相连，整流二极管D5的阴极与所述输出滤波电路的输入端相连，高频变压器T1副边NS的同名端与地相连。

3.根据权利要求1所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，输入滤波电路中的电感L1一端连接直流输入端，另一端连接高频变压器T1原边，并通过电容C3接地，电感L1和电容C3组成LC型滤波电路，用于滤除输入电压和反射电压中的纹波，为其它电路部分提供平滑电压，为变压器提供转换能量；输出滤波电路中的电感L2一端连接整流二极管D5的阴极，并通过电容C5接地，另一端连接模块输出端，并通过电容C7接地，电感L2和电容C5、电容C7组成π型滤波电路，使输出具有极低纹波的指标。

4.根据权利要求1所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述的控制电路包括型号为NA555D集成芯片U1、三极管Q2，集成芯片U1的8脚与稳压二极管D1的阴极、电容C1的正极、二极管D6的阴极相连，稳压二极管D1的阳极、电容C1的负极与地相连，二极管D6的阳极通过电阻R8与直流输出端相连，集成芯片U1的8脚与4脚、5脚、7脚分别通过电阻R4、电阻R2、电阻R6相连，集成芯片U1的2脚、6脚相连，并通过电阻R7、电容C2分别与7脚、地相连，集成芯片U1的5脚与电阻R3、电容C9的一端、三极管Q2的集电极相连，电阻R3、电容C9的另一端，三极管Q2的发射极与地相连，三极管Q2的基极与电阻R9、电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与电阻R1的一端相连，集成芯片U1的3脚与电阻R12的另一端、二极管D2的阴极相连。

5.根据权利要求1所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于，所述的反馈电路包括光电耦合器U2、基准芯片U3，光电耦合器U2的1脚、2脚连接电阻R13的两端，同时光电耦合器U2的1脚与高频变压器辅助绕组的反馈供电电路相连，光电耦合器U2的2脚、基准芯片U3的阴极连接电阻R11的两端，基准芯片U3的阴极、基准脚连接电容C8的两端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17依次相串联在模块输出端的两端，电阻R17的一端与基准芯片U3的基准脚相连，电阻R17的另一端、基准芯片U3的阳极与地相连，光电耦合器U2的3脚与集成芯片U1的8脚相连，光电耦合器U2的3脚、集成芯片U1的5脚连接电阻R2的两端，光电耦合器U2的4脚通过电阻R9与三极管Q2的基极相连。

6.根据权利要求1至3任一项所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于：所述的高频变压器为紧凑型贴片式高频变压器。

7.根据权利要求1所述的反激式隔离DC-DC电源模块，其特征在于：所述的电源模块还包括一散热金属外壳，所述的滤波电路、功率开关电路、反馈电路及集成芯片固定于散热金属外壳中，所述的散热金属外壳为密封的散热金属外壳。

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