CN211630086U - 一种隔离式开关直流降压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种隔离式开关直流降压电源，包括：隔离驱动电路、隔离电源和保护电路，隔离驱动电路包括：脉宽调制控制器、数字隔离器、栅极驱动器及MOS管，数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器，数字隔离器的供电端与隔离电源的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容；隔离电源的电源输入端接外界供电输出端，隔离电源分成两路；保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，电流检测模块与过流比较模块电连接，负载过流时触发并关闭功率管。本实用新型具有体积小、效率高、结构简单、抗冲击性强、耐高温及高功率的特点。

Description

一种隔离式开关直流降压电源

技术领域

本实用新型涉及BUCK降压电源领域，尤其涉及一种隔离式开关直流降压电源。

背景技术

隔离式BUCK降压电源是一种直流高频开关电源，广泛应用于通信、工业自动化、航空、仪表仪器、勘探测井等领域。目前已知用于同领域的开关电源，大部分为分立器件集成在PCB板上，且体积大没有隔离，工作温度低等缺点。在使用中造成配套连接安装复杂，抗干扰能力差，功耗增加，可靠性降低，高温下工作不稳定等问题。

发明内容

本实用新型提供了一种隔离式开关直流降压电源，将母线输入电压进行调节以为负载提供电源输出，同时控制电源输出模块中功率管的导通和关闭。在电源输出模块过流时保护电路触发并关闭功率管，具有体积小、效率高、结构简单，抗冲击能强、耐高温及高功率的特点。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种隔离式开关直流降压电源，包括：隔离驱动电路、隔离电源和保护电路，所述隔离驱动电路包括：脉宽调制控制器、数字隔离器、栅极驱动器及MOS管，所述数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器，所述数字隔离器的供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容；

所述隔离电源的电源输入端接外界供电输出端，隔离电源分成两路，一路与脉宽调制控制器电连接，另一路与数字隔离器和栅极驱动器电连接；

所述保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，所述电流检测模块的检测端连接电感、电容以及反馈电阻，所述电流检测模块与过流比较模块电连接，负载过流时触发并关闭功率管。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离驱动电路驱动MOS管导通，调节母线输入电压，为负载提供稳定的电源输出，同时控制隔离电源中MOS管的导通和关闭。

作为本实用新型的进一步改进，所述MOS管为碳化硅MOS管。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离电源分成两路，一路为脉宽调制控制器提供独立的电源和地；另一路为数字隔离器、栅极驱动器提供独立的电源和地，且将脉宽调制控制器输出信号转换成相应幅度的隔离驱动信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离驱动电路、隔离电源和保护电路集成后封装在金属密闭腔体内。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离电源包括DC/DC驱动器、变压器和两组整流滤波电路，DC/DC驱动器的输入端分别接数字电源地和数字+5v电压，DC/DC驱动器输出端接变压器的初级线圈两端，变压器次级第一个线圈的两端接第一整流滤波电路的输入端，第一整流滤波电路的输出端接给与供电的数字隔离器和栅极驱动器；变压器次级第二个线圈的两端接第二整流滤波电路的输入端，第二整流滤波电路的输出端接给与供电的脉宽调制控制器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的隔离驱动电路包括脉宽调制控制器、数字隔离器、栅驱动器及SiC-MOS管，数字隔离器的供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极。

2、本实用新型将母线输入电压进行调节以为负载提供电源输出，同时控制电源输出模块中功率管的导通和关闭。

3、本实用新型的隔离电源包括两组，一组为数字隔离器、栅极驱动器提供隔离电源、地，且将PWM信号转换成隔离的正电源到负电源的驱动信号；另一组为脉宽调制控制器提供独立的电源、地，避免相互之间对PID环路参数的影响。

4、本实用新型的保护电路主要包括电流检测和过流比较，在电源输出模块过流时触发并关闭功率管。

5、本实用新型具有体积小、效率高、结构简单、抗冲击性强、耐高温及高功率的特点。

6、本实用新型将SiC-MOS管与各功能电路完美的集成在微封装金属密闭腔体内，大大减小了产品的体积，同时提高了产品的散热性能。器件可实现单电源+5V供电，母线电压可达300V，带栽能力可达300W。内部提供两组隔离电源。一组浮空的VCC1（+16V～+20 V）和VEE2（-3V～-6V）；一组浮空的VCC1（+16V～+20 V）。可根据客户需求通过电阻和电容调节高速脉宽调制控制器的输出脉冲频率，同时能将占空比为0-100%的TTL /CMOS电平PWM信号转换成隔离的VCC1到VEE1的驱动信号，可满足SiC-MOS管/IGBT管栅极驱动的要求，确保SiC-MOS管/IGBT管的可靠导通和关断。其最大瞬态峰值驱动电流为9A，且具有较高的隔离度和抗扰度，确保在高频PWM信号和D极高电压的情况下电路可靠正常的工作，且最高工作温度≥175℃。同时具有软启动、过流、短路等保护电路。该器件特点是：体积小、结构简单，抗冲击能强，可靠性高，寿命长。

附图说明

图1为隔离式开关直流降压电源的原理框图；

图2为隔离式开关直流降压电源的电路图；

图3为隔离式开关直流降压电源应用示意图；

图4为隔离式开关直流降压电源引出端排列表。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

本实用新型提供了一种隔离式开关直流降压电源，包括：隔离驱动电路、隔离电源和保护电路，隔离驱动电路包括：脉宽调制控制器、数字隔离器、栅极驱动器及MOS管，数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器，数字隔离器的供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容；隔离电源的电源输入端接外界供电输出端，隔离电源分成两路，一路与脉宽调制控制器电连接，另一路与数字隔离器和栅极驱动器电连接；保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，电流检测模块的检测端连接电感、电容以及反馈电阻，电流检测模块与过流比较模块电连接，负载过流时触发并关闭功率管。

本实用新型具有体积小、效率高、结构简单、抗冲击性强、耐高温及高功率的特点。

本实用新型的隔离式开关直流降压电源，是一种体积小、重量轻、结构简单，抗冲击能力强，集成度、可靠性高，寿命长，高隔离度和抗扰度，工作温度≥175℃的隔离式BUCK稳压电源，如图3和图4所示，在使用中，只需提供数字+5V电源，接入母线电压即可工作，确保了电路模块体积小，容易安装携带，便于使用。在高温环境和母线输入高电压的情况下电路可靠正常的工作。

实施例1：

本实施例提供了一种隔离式开关直流降压电源，包括：隔离驱动电路、隔离电源和保护电路，隔离驱动电路包括：脉宽调制控制器、数字隔离器、栅极驱动器及MOS管，数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器，数字隔离器的一个输出端与隔离电源的输入端相接，数字隔离器的供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容；隔离电源的电源输入端接外界供电输出端，隔离电源分成两路，一路与脉宽调制控制器电连接，另一路与数字隔离器和栅极驱动器电连接；保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，电流检测模块的检测端连接电感、电容以及反馈电阻，电流检测模块与过流比较模块电连接，负载过流时触发并关闭功率管。隔离驱动电路驱动MOS管导通，调节母线输入电压，为负载提供稳定的电源输出，同时控制隔离电源中MOS管的导通和关闭。

如图1和图2所示，隔离驱动电路包括脉宽调制控制器、数字隔离器、栅驱动器及SiC-MOS管，数字隔离器的供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容。

如图2所示，本实施例将母线输入电压进行调节以为负载提供电源输出，同时控制电源输出模块中功率管的导通和关闭。如图2所示，隔离电源分成两路，一路为脉宽调制控制器提供独立的电源和地；另一路为数字隔离器、栅极驱动器提供独立的电源和地，且将脉宽调制控制器输出信号转换成相应幅度的隔离驱动信号。

如图2所示，隔离驱动电路包括脉宽调制控制器、数字隔离器、栅驱动器及SiC-MOS管。脉宽调制控制器接RC频率设置、反馈网络（反馈电阻）和补偿网络。数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器输出，供电端与隔离电源1的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容。

如图2所示，隔离电源包括DC/DC驱动器、变压器和两组整流滤波电路，DC/DC驱动器的输入端分别接数字电源地和数字+5v电压，DC/DC驱动器输出端接变压器的初级线圈两端，变压器次级第一个线圈的两端接第一整流滤波电路的输入端，第一整流滤波电路的输出端接给与供电的数字隔离器和栅极驱动器；变压器次级第二个线圈的两端接第二整流滤波电路的输入端，第二整流滤波电路的输出端接给与供电的脉宽调制控制器。

如图2所示，第一整流滤波电路输出端的隔离地接MOS管的S极。保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，在电源输出模块过流时触发并关闭功率管。

实施例2：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例公开了以下方案：

本实施例的脉宽调制控制器选用UC3842AN电流模式的PWM脉宽调制器芯片。UC3842AN芯片采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚各脚功能如下：RC脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；ISNS脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的25基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；COMP脚为电流检测输入端，当检测电压超过V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；FB脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=172/（RIXCT)；GND脚为公共地端；SS腿为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50s、驱动能力为1A；VDD脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；GDRV脚为基准电压输出端，有50mA的负载能力。

UC3842AN是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是其管脚效应少，外围电路简单，电压调整率可达0.01%,工作频率高达500KHz,启动电流小于1mA、正常工作电流为5mA,并可利用高频变压器实现与电网的隔离该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。

如图2所示的补偿网络，将放大电路的电流输出信号，返送到输入回路，完成输出量向输入端回送。如图2所示的反馈网络（反馈电阻），将输出电压或电流反馈给脉宽调制控制器中的误差放大器输入端，与基准电压进行比较。因补偿网络和反馈网络主要是保证直流电源工作的稳定性，不影响电源电路本身，故本实施例在此不做过多介绍。

V的偏移量；带有下拉电阻的CNOS施密特输入端，方便与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道。 V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5 V；逻辑电源范围5～20 本实施例的栅极驱动器可以选用IR2101S栅驱动器，IR2101S栅驱动器是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，该器件采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。同时上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目较其他IC驱动大大减少，在工程上减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。IR2101S栅驱动器采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路；功率器件栅极驱动电压范围10～20

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种隔离式开关直流降压电源，其特征在于，包括：隔离驱动电路、隔离电源和保护电路，所述隔离驱动电路包括：脉宽调制控制器、数字隔离器、栅极驱动器及MOS管，所述数字隔离器的输入端接脉宽调制控制器，所述数字隔离器的供电端与隔离电源的输出端相接，数字隔离器的输出端与栅极驱动器的输入端相接，栅极驱动器的输出端接MOS管的G极，MOS管的D级接母线电压，MOS管的S极为开关点，外接电感和电容；

所述隔离电源的电源输入端接外界供电输出端，隔离电源分成两路，一路与脉宽调制控制器电连接，另一路与数字隔离器和栅极驱动器电连接；

所述保护电路包括电流检测模块和过流比较模块，所述电流检测模块的检测端连接电感、电容以及反馈电阻，所述电流检测模块与过流比较模块电连接，负载过流时触发并关闭功率管。

2.根据权利要求1所述的隔离式开关直流降压电源，其特征在于，所述隔离驱动电路驱动MOS管导通，经反馈电阻调节母线输出电压，为负载提供稳定的电源输出，同时控制隔离电源中MOS管的导通和关闭。

3.根据权利要求1所述的隔离式开关直流降压电源，其特征在于，所述MOS管为碳化硅MOS管。

4.根据权利要求1所述的隔离式开关直流降压电源，其特征在于，所述隔离电源分成两路，一路为脉宽调制控制器提供独立的电源和地；另一路为数字隔离器、栅极驱动器提供独立的电源和浮地，且将脉宽调制控制器输出信号转换成相应幅度的隔离驱动信号。

5.根据权利要求1所述的隔离式开关直流降压电源，其特征在于，所述隔离驱动电路、隔离电源和保护电路集成后封装在金属密闭腔体内。

6.根据权利要求1所述的隔离式开关直流降压电源，其特征在于，所述隔离电源包括DC/DC驱动器、变压器和两组整流滤波电路，DC/DC驱动器的输入端分别接数字电源地和数字+5v电压，DC/DC驱动器输出端接变压器的初级线圈两端，变压器次级第一个线圈的两端接第一整流滤波电路的输入端，第一整流滤波电路的输出端接给与供电的数字隔离器和栅极驱动器；变压器次级第二个线圈的两端接第二整流滤波电路的输入端，第二整流滤波电路的输出端接给与供电的脉宽调制控制器。

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