CN216056830U - 一种基于cpci板卡的高效能acdc电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源，包括由输入滤波电路、PFC电路和n个DC/DC电路；输入滤波电路和PFC电路电连接；所述DC/DC电路之间相互独立，分与PFC电路电连接；输入滤波电路为EMI滤波电路，在接入外部交流电源进行EMI滤波后输出交流供电电压到PFC电路；PFC电路进行PFC功率因数校正后，输出直流供电电压到每一个DC/DC电路；每个DC/DC电路分别对直流供电电压进行DC/DC变换，输出各自独立的DC电压；PFC电路为交错并联PFC功率因数校正电路。本实用新型可同时输出多路独立的DC电源，功率高达1200W，电源整体效率高达88％。
Description
技术领域
本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源。
背景技术
随着电源技术的发展，需要解决小体积内的输出大功率问题，并且大功率输出时的电源稳定性和具有多路输出已经成为目前的技术需求。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型旨在公开了一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源，实现多路独立的、高功率的DC电源输出，实现电源整体效率输出。
本实用新型公开了一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源，包括输入滤波电路、PFC电路和n个DC/DC电路，n不小于1；
所述输入滤波电路和PFC电路电连接；所述DC/DC电路之间相互独立，分与PFC电路电连接；
所述输入滤波电路为EMI滤波电路，在接入外部交流电源进行EMI滤波后输出交流供电电压到PFC电路；所述PFC电路进行PFC功率因数校正后，输出直流供电电压到每一个DC/DC电路；每个DC/DC电路分别对直流供电电压进行DC/DC变换，输出各自独立的DC电压；
所述PFC电路为交错并联PFC功率因数校正电路。
进一步地，所述输入滤波电路为CLCπ型滤波器电路。
进一步地，所述CLCπ型滤波器电路包括滤波器输入端、第一扼流圈、第二扼流圈、电容C1、C2和C3组成的第一电容网络、电容C4、C5和C6组成的第二电容网络、电容C7、C8和C9组成的第三电容网络，以及滤波器输出端；
滤波器输入端经过第一电容网络电连接第一扼流圈的输入端；第一扼流圈的输出端经过第二电容网络电连接第二扼流圈的输入端；第二扼流圈的输出端经过第三电容网络电连接滤波器输出端；
所述第一扼流圈和第二扼流圈为共模扼流圈；
在第一电容网络中所述电容C2和C3串联后与电容C1并联；所述电容C2和C3的连接端接地；
在第二电容网络中所述电容C5和C6串联后与电容C4并联；所述电容C5和C6的连接端接地；
在第三电容网络中所述电容C8和C9串联后与电容C7并联；所述电容C8和C9的连接端接地。
进一步地，所述交错并联PFC功率因数校正电路包括PFC输入端、电感L1、L2，二极管D1、D2，PFC开关管T1、T2、T3、T4，第一栅极驱动器和第二栅极驱动器，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电容Cout，和PFC输出端；
所述PFC输入端的阳极通过电感L1正向连接二极管D1后连接PFC输出端正极；PFC开关管T1、T2的源极与电感L1和二极管D1的连接端连接；
所述第二栅极驱动器的输入端接入PWM2，输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R1连接PFC开关管T1的栅极，过电阻R3连接PFC开关管T2的栅极；所述PFC开关管T1、T2的漏极接地，在PFC开关管T1的栅极和漏极之间连接电阻R2，在PFC开关管T2的栅极和漏极之间连接电阻R3；
所述PFC输入端的阳极通过电感L2正向连接二极管D2后连接PFC输出端正极；PFC开关管T3、T4的源极与电感L2和二极管D2的连接端连接；
所述第一栅极驱动器的输入端接入PWM1输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R5连接PFC开关管T3的栅极，过电阻R7连接PFC开关管T4的栅极；所述PFC开关管T3、T4的漏极接地，在PFC开关管T3的栅极和漏极之间连接电阻R6，在PFC开关管T4的栅极和漏极之间连接电阻R8；
所述电容Cout并联在PFC输出端。
进一步地，所述第一栅极驱动器和第二栅极驱动器均为双5A高速低侧栅极驱动器ucc27524。
进一步地，所述电感L1和L2的磁芯为功率铁氧体磁芯。
进一步地，所述电感L1和L2的磁芯为ECI30型功率磁芯。
进一步地，所述交错并联PFC功率因数校正电路的输入电压为交流220V，输出为直流380V；PFC开关管的工作频率为100KHz，纹波系数Kr＝0.35。
进一步地，包括4个DC/DC电路，其中，
第一DC/DC电路用于输出正12V电压；
第二DC/DC电路用于输出正12V电压；
第三DC/DC电路用于输出正28V电压；
第四DC/DC电路用于输出正3.3V电压；
进一步地，所述第一DC/DC电路、第二DC/DC电路和第三DC/DC电路均为全桥LLC谐振电路；所述第四DC/DC电路为硬开关全桥电路。
本实用新型至少可实现以下有益效果：
本实用新型的ACDC电源是基于国际标准的CPCI板卡进行设计研制，具有体积小、重量轻、功率大、效率高、外观美观等优点。板卡宽度仅有4HP，主要采用EMI滤波电路、单相有源功率因数校正电路和高频DC/DC变换电路实现在一块板卡上输入AC220V交流电，可同时输出多路独立的DC电源，功率高达1200W，电源整体效率高达88％。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实施例中的高效能ACDC电源的组成连接示意图；
图2为本实施例中的CLCπ型滤波器电路的组成连接示意图；
图3为本实施例中的交错并联PFC功率因数校正电路的组成连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。
本实施例公开了一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源，ACDC电源是将交流电转换为直流电的电源设备；
如图1所示，本实施例的高效能ACDC电源包括由输入滤波电路、PFC电路、n个DC/DC电路，n不小于1；
所述输入滤波电路和PFC电路电连接；所述DC/DC电路之间相互独立，分与PFC电路电连接；
所述输入滤波电路为EMI滤波电路，在接入外部交流电源进行EMI滤波后输出交流供电电压到PFC电路；所述PFC电路进行PFC功率因数校正后，输出直流供电电压到每一个DC/DC电路；每个DC/DC电路分别对直流供电电压进行DC/DC变换，输出各自独立的DC电压；
所述PFC电路为交错并联PFC功率因数校正电路。
优选的，本实施例的高效能ACDC电源的电路板尺寸和对外输入输出接口符合CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)板卡的标准，将高效能ACDC电源设置为CPCI板卡形式，体积小、重量轻、功率大、效率高、外观美观，板卡宽度仅有4HP。
具体的，所述输入滤波电路为CLCπ型滤波器电路。CLCπ型滤波器电路具有低通滤波功能，有效滤除输入电压的高频分量，抑制输入电压纹波，减少输入线路的损耗，改善电源模块的电磁兼容性。
优选的，如图2所示，所述CLCπ型滤波器电路包括滤波器输入端、第一扼流圈、第二扼流圈、电容C1、C2和C3组成的第一电容网络、电容C4、C5和C6组成的第二电容网络、电容C7、C8和C9组成的第三电容网络，以及滤波器输出端；
滤波器输入端经过第一电容网络电连接第一扼流圈的输入端；第一扼流圈的输出端经过第二电容网络电连接第二扼流圈的输入端；第二扼流圈的输出端经过第三电容网络电连接滤波器输出端；
所述第一扼流圈和第二扼流圈为共模扼流圈；
在第一电容网络中所述电容C2和C3串联后与电容C1并联；所述电容C2和C3的连接端接地；
在第二电容网络中所述电容C5和C6串联后与电容C4并联；所述电容C5和C6的连接端接地；
在第三电容网络中所述电容C8和C9串联后与电容C7并联；所述电容C8和C9的连接端接地。
具体的，所述PFC电路为交错并联PFC功率因数校正电路，使用两路的驱动信号错相180°的方式进行控制，能够有效减小输出纹波的大小，优化单相控制动态特性，改善功率开关管的热应力。
优选的，如图3所示，所述交错并联PFC功率因数校正电路包括PFC输入端、电感L1、L2，二极管D1、D2，PFC开关管T1、T2、T3、T4，第一栅极驱动器和第二栅极驱动器，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电容Cout，和PFC输出端；
所述PFC输入端的阳极通过电感L1正向连接二极管D1后连接PFC输出端正极；PFC开关管T1、T2的源极与电感L1和二极管D1的连接端连接；
所述第二栅极驱动器的输入端接入PWM2，输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R1连接PFC开关管T1的栅极，过电阻R3连接PFC开关管T2的栅极；所述PFC开关管T1、T2的漏极接地，在PFC开关管T1的栅极和漏极之间连接电阻R2，在PFC开关管T2的栅极和漏极之间连接电阻R3；
所述PFC输入端的阳极通过电感L2正向连接二极管D2后连接PFC输出端正极；PFC开关管T3、T4的源极与电感L2和二极管D2的连接端连接；
所述第一栅极驱动器的输入端接入PWM1输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R5连接PFC开关管T3的栅极，过电阻R7连接PFC开关管T4的栅极；所述PFC开关管T3、T4的漏极接地，在PFC开关管T3的栅极和漏极之间连接电阻R6，在PFC开关管T4的栅极和漏极之间连接电阻R8；
所述电容Cout并联在PFC输出端。
更有选的，交错并联PFC功率因数校正电路还包括正向连接在PFC输入端阳极和PFC输出端正极之间的保护二极管D3，用于将在后级故障后产生的负电压反馈会输入交流电源进行吸收，防止该负电压损坏电路。
更优选的，所述第一栅极驱动器和第二栅极驱动器均为双5A高速低侧栅极驱动器ucc27524。
所述第一栅极驱动器ucc27524的两路输入端连接在一起共同接入PWM1，使PFC开关管T1和T2同步开关。
所述第二栅极驱动器ucc27524的两路输入端连接在一起共同接入PWM2，使PFC开关管T3和T4同步开关。
所述电感L1和L2在高温下的饱和磁密需满足功率因数校正的需要，在本实施例中，所述电感L1和L2的磁芯为功率铁氧体磁芯，更为具体的，所述电感L1和L2的磁芯为ECI30型功率磁芯。ECI30型功率磁芯在高温下的饱和磁密为0.35大于本实施例中功率因数校正所需的磁密0.175。
在一个优选的方案中，
所述交错并联PFC功率因数校正电路的输入为额定电压为220V交流电压；最大输入电压Vinmax＝264Vac,最小输入电压为Vinmin＝165Vac；
所述交错并联PFC功率因数校正电路的输出为直流380V；PFC开关管的工作频率为100KHz，纹波系数Kr＝0.35。
在一个优选的方案中，包括4个DC/DC电路，即n＝4；其中，
第一DC/DC电路用于输出正12V电压/400W；
第二DC/DC电路用于输出正12V电压/200W；
第三DC/DC电路用于输出正28V电压/600W；
第四DC/DC电路用于输出正3.3V电压/10W。
由于，第三DC/DC电路+28V输出功率≥600W，第一DC/DC电路+12V1输出功率≥400W，第二DC/DC电路+12V2输出功率≥200W，考虑到功率和效率的问题，所述第一DC/DC电路、第二DC/DC电路和第三DC/DC电路均为全桥LLC谐振电路。LLC全桥拓扑具有使用器件少、可靠性高、副边整流管应力小等特点，在实现高功率密度和高效率的模块电源中应用比较多。同时，考虑到磁芯和模块整个高度和大小，采用了变压器原边串副边并的结构。该拓扑采用原边串副边并的结构，有效利用模块空间，降低模块高度，提高功率密度。
第四DC/DC电路+3.3V输出为10W，输出功率相对较小，采用硬开关全桥电路。
本实施例的基于CPCI板卡的高效能ACDC电源的外壳结构设计考虑机械强度、重量、散热、屏蔽、美观、标准化和装配、调试、维修的因素。从强度考虑，外壳采用框架结构，底板较厚，以承受垂直方向较重部件的可靠支撑，其他侧板采用较薄材料，以减轻整机重量。从屏蔽考虑，外壳盖板与框架搭边处有良好的电接触设计。从散热考虑，外壳对发热元器件的摆放、位置综合考虑，统一设计，确保功率发热器件的散热。从调试、维修考虑，结构上整体布局、安装统一考虑，保证调制、维修的便利性。
综上所述，本实用新型的本实用新型的ACDC电源是基于国际标准的CPCI板卡进行设计研制，具有体积小、重量轻、功率大、效率高、外观美观等优点。板卡宽度仅有4HP，主要采用EMI滤波电路、单相有源功率因数校正电路和高频DC/DC变换电路实现在一块板卡上输入AC220V交流电，可同时输出多路独立的DC电源，功率高达1200W，电源整体效率高达88％。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于CPCI板卡的高效能ACDC电源，其特征在于，包括由输入滤波电路、PFC电路和n个DC/DC电路，n不小于1；
所述输入滤波电路和PFC电路电连接；所述DC/DC电路之间相互独立，分与PFC电路电连接；
所述输入滤波电路为EMI滤波电路，在接入外部交流电源进行EMI滤波后输出交流供电电压到PFC电路；所述PFC电路进行PFC功率因数校正后，输出直流供电电压到每一个DC/DC电路；每个DC/DC电路分别对直流供电电压进行DC/DC变换，输出各自独立的DC电压；
所述PFC电路为交错并联PFC功率因数校正电路。
2.根据权利要求1所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述输入滤波电路为CLCπ型滤波器电路。
3.根据权利要求2所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述CLCπ型滤波器电路包括滤波器输入端、第一扼流圈、第二扼流圈、电容C1、C2和C3组成的第一电容网络、电容C4、C5和C6组成的第二电容网络、电容C7、C8和C9组成的第三电容网络，以及滤波器输出端；
滤波器输入端经过第一电容网络电连接第一扼流圈的输入端；第一扼流圈的输出端经过第二电容网络电连接第二扼流圈的输入端；第二扼流圈的输出端经过第三电容网络电连接滤波器输出端；
所述第一扼流圈和第二扼流圈为共模扼流圈；
在第一电容网络中所述电容C2和C3串联后与电容C1并联；所述电容C2和C3的连接端接地；
在第二电容网络中所述电容C5和C6串联后与电容C4并联；所述电容C5和C6的连接端接地；
在第三电容网络中所述电容C8和C9串联后与电容C7并联；所述电容C8和C9的连接端接地。
4.根据权利要求2所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述交错并联PFC功率因数校正电路包括PFC输入端、电感L1、L2，二极管D1、D2，PFC开关管T1、T2、T3、T4，第一栅极驱动器和第二栅极驱动器，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电容Cout，和PFC输出端；
所述PFC输入端的阳极通过电感L1正向连接二极管D1后连接PFC输出端正极；PFC开关管T1、T2的源极与电感L1和二极管D1的连接端连接；
所述第二栅极驱动器的输入端接入PWM2，输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R1连接PFC开关管T1的栅极，过电阻R3连接PFC开关管T2的栅极；所述PFC开关管T1、T2的漏极接地，在PFC开关管T1的栅极和漏极之间连接电阻R2，在PFC开关管T2的栅极和漏极之间连接电阻R3；
所述PFC输入端的阳极通过电感L2正向连接二极管D2后连接PFC输出端正极；PFC开关管T3、T4的源极与电感L2和二极管D2的连接端连接；
所述第一栅极驱动器的输入端接入PWM1输出端输出两路同步的栅极驱动电压，分别通过电阻R5连接PFC开关管T3的栅极，过电阻R7连接PFC开关管T4的栅极；所述PFC开关管T3、T4的漏极接地，在PFC开关管T3的栅极和漏极之间连接电阻R6，在PFC开关管T4的栅极和漏极之间连接电阻R8；
所述电容Cout并联在PFC输出端。
5.根据权利要求4所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述第一栅极驱动器和第二栅极驱动器均为双5A高速低侧栅极驱动器ucc27524。
6.根据权利要求4所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述电感L1和L2的磁芯为功率铁氧体磁芯。
7.根据权利要求5所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述电感L1和L2的磁芯为ECI30型功率磁芯。
8.根据权利要求4所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述交错并联PFC功率因数校正电路的输入电压为交流220V，输出为直流380V；PFC开关管的工作频率为100KHz，纹波系数Kr＝0.35。
9.根据权利要求2所述的高效能ACDC电源，其特征在于，包括4个DC/DC电路，其中，
第一DC/DC电路用于输出正12V电压；
第二DC/DC电路用于输出正12V电压；
第三DC/DC电路用于输出正28V电压；
第四DC/DC电路用于输出正3.3V电压。
10.根据权利要求9所述的高效能ACDC电源，其特征在于，所述第一DC/DC电路、第二DC/DC电路和第三DC/DC电路均为全桥LLC谐振电路；所述第四DC/DC电路为硬开关全桥电路。
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