CN217643167U - 一种基于lm2904芯片的可调式隔离dc-dc电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC‑DC电源，包括直流输入端；由电感和电容组成的输入滤波电路、输出滤波电路；由功率三极管、高频变压器组成的功率开关电路，由整流二极管和电容组成的倍压整流电路，由集成芯片及一些外围电路组成的控制电路，由电阻和电容组成的反馈电路，由电阻、电容和稳压管组成的供电电路和散热金属外壳，是基于LM2904集成芯片的一体化设计,电路简单，外围器件少，简化电源设计，缩短研发周期，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

一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源

技术领域

本实用新型涉及一种反激式隔离DC-DC电源模块，尤其涉及一种一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源。

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

本实用新型提供一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，采用LM2904芯片，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。 具体技术方案是，一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，包括直流输入端，由电感和电容组成的输入滤波电路、输出滤波电路，由功率三极管、高频变压器组成的功率开关电路，由整流二极管和电容组成的倍压整流电路，由集成芯片及一些外围电路组成的控制电路，由电阻和电容组成的反馈电路，由电阻、电容和稳压管组成的供电电路和散热金属外壳，其特征在于：所述的功率开关电路的高频变压器第1原边的异名端与功率三极管的集电极相连、第2原边的同名端与基极相连，所述的直流输入端分别与控制电路的集成芯片的电源供电电路、输入滤波电路的输入端相连，所述的输入滤波电路的输出端与功率开关电路的高频变压器的第1原边的同名端相连，高频变压器的第1副边与倍压整流电路1相连，所述的倍压整流电路1的输出端与输出滤波电路的输入端相连，所述的输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，所述的高频变压器的第2副边与倍压整流电路2相连，所述的倍压整流电路2的输出端与反馈电路的输入端相连，所述的反馈电路的输出端与控制电路的反馈输入端相连，控制电路的采样脚与功率开关电路的功率三极管发射极相连，全部电路固定于密封的散热金属外壳中，插针式外接。

进一步地，所述的倍压整流电路2，包括BAV99整流二极管D3、电容C7和电容C8、电阻R6和电阻R7，所述的整流二极管D3的1脚通过电阻R6与高频变压器T1的第2副边NB的异名端相连、3脚通过电容C7与高频变压器T1的第2副边NB的同名端相连、2脚与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电容C8相连，C8的另一端与输出地相连。

进一步地，所述的控制电路，包括LM2904型芯片U1、三极管Q1，芯片U1的8脚与供电电路的输出端相连，并通过电容C9接输入地，芯片U1的1脚与2脚通过电容C10相连、6脚和7脚通过电容C11相连、1脚通过电阻R8与三极管Q1的基极相连、7脚通过电阻R10与三极管Q1的发射极相连，三极管Q1的集电极与电阻R3以及电容C6的一端相连，电阻R3的另一端与高频变压器T1的第2原边NS的异名端相连，电容C6的另一端与输入地相连， 芯片U1的2脚通过电阻R13与输入地相连、通过电阻R9与稳压管D4的阴极相连，稳压管D4的阳极与输入地相连，芯片U1的3脚与电容C13、电阻R16的一端相连，电容C13的另一端与输入地相连，电阻R16的另一端与功率三极管Q2的发射极相连，芯片U1的4脚与输入地相连、5脚与稳压管D6的阴极、电容C15和电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端与电容C16的一端以及输出调节端子Vc相连，稳压管D6的阳极、电容C15和电容C16的另一端与输入地相连，电阻R14、R15和电容C14三者并联且一端与芯片U1的6脚相连、另一端与输出地相连。

进一步地，所述的模块输出端，输出电压0V～100V的变化，采用在Vc和输入地之间施加0V～5V的电压来调节，其中，Vc电压采用通过外部编程电压实现或直加输入Vc电压值，Vc电压不得超过5V，以防输出电压过高。

本实用新型的有益效果是，一体化设计、电路简单、减少SMT元器件数量、降低了布板难度与要求，电磁兼容及抗干扰性好、具有极低纹波指标、可靠性高、性价比高，体积小、重量轻，约减少五分之一，缩短研发周期、减少研发及生产成本。

附图说明

图1是本实用新型的模块结构示意图；

图2是本实用新型的功率开关电路原理图；

图3是本实用新型的倍压整流电路1原理图；

图4是本实用新型的倍压整流电路2原理图；

图5是本实用新型的输入滤波电路原理图；

图6是本实用新型的输出滤波电路原理图；

图7是本实用新型的控制电路原理图；

图8是本实用新型的反馈电路原理图；

图9是本实用新型的供电电路原理图；

图10是本实用新型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发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，包括直流输入端，由电感和电容组成的输入滤波电路、输出滤波电路，由功率三极管、高频变压器组成的功率开关电路，由整流二极管和电容组成的倍压整流电路，由集成芯片及一些外围电路组成的控制电路，由电阻和电容组成的反馈电路，由电阻、电容和稳压管组成的供电电路，散热金属外壳，功率开关电路中高频变压器的第1原边的异名端与功率三极管的集电极相连、第2原边的同名端与基极相连，直流输入端分别与控制电路的集成芯片的电源供电电路、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第1原边的同名端相连，高频变压器的第1副边与倍压整流电路1相连，倍压整流电路1中的输出端与输出滤波电路的输入端相连，输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，高频变压器的第2副边与倍压整流电路2相连，倍压整流电路2的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，控制电路的采样脚与功率开关电路的功率三极管发射极相连，全部电路固定于密封的散热金属外壳中，插针式外接。

如图2所示，高频变压器为紧凑型贴片式高频变压器，功率开关电路，包括高频变压器T1和功率三极管Q2，高频变压器T1包括：第1原边NP、第2原边NA、第1副边NS和第2副边NB，第1副边NS用于给负载供电、第2原边NA用于驱动功率三极管Q2、第2副边NB用于给反馈电路供电。高频变压器T1的第1原边的同名端与输入滤波电路相连、异名端与功率三极管Q2的集电极相连，功率三极管Q2的发射极通过电阻R18与地相连，功率三极管Q2的基极与高频变压器T1的第2原边的同名端相连。

如图3所示，倍压整流电路1包括整流二极管D1、二极管D2、电容C4、电容C5、电阻R2和电阻R5，所述的整流二极管D1的阳极与高频变压器T1的第1副边NS的同名端相连，整流二极管D1的阴极与输出滤波电路中的输入端相连，并通过电容C5与高频变压器T1的第1副边NS的异名端相连，整流二极管D2的阴极与高频变压器T1的第1副边的同名端相连，整流二极管D2的阳极与输出地相连，并通过电容C4与高频变压器T1的第1副边的异名端相连，电阻R2的一端与D1的阴极相连，另一端通过电阻R5与输出地相连。

如图4所示，倍压整流电路2包括整流二极管D3、电容C7、电容C8、电阻R6和电阻R7，整流二极管D3的1脚通过电阻R6与高频变压器T1的第2副边NB的异名端相连，整流二极管D3的3脚通过电容C7与高频变压器T1的第2副边NB的同名端相连，整流二极管D3的2脚通过电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电容C8相连，电容C8的另一端与输出地相连。

如图5、图6所示，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第1原边，并通过电容C1接地，电感L1和电容C1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D1的阴极，并通过电容C2接地，另一端连接模块输出端，并通过电容C3接地，电感L2和电容C2、电容C3组成π型滤波电路，使输出具有极低纹波的指标。

如图7所示，控制电路包括LM2904型芯片U1、三极管Q1， 芯片U1的8脚与供电电路的输出端相连，并通过电容C9接输入地， 芯片U1的1脚与2脚通过电容C10相连，6脚和7脚通过电容C11相连， 芯片U1的1脚通过电阻R8与三极管Q1的基极相连，芯片U1的7脚通过电阻R10与三极管Q1的发射极相连，三极管Q1的集电极与电阻R3以及电容C6的一端相连，电阻R3的另一端与高频变压器T1的第2原边NS的异名端相连，电容C6的另一端与输入地相连，芯片U1的2脚通过电阻R13与输入地相连，通过电阻R9与稳压管D4的阴极相连，稳压管D4的阳极与输入地相连，芯片U1的3脚与电容C13、电阻R16的一端相连，电容C13的另一端与输入地相连，电阻R16的另一端与功率三极管Q2的发射极相连，芯片U1的4脚与输入地相连，芯片U1的5脚与稳压管D6的阴极、电容C15和电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端与电容C16的一端以及输出调节端子Vc相连，稳压管D6的阳极、电容C15和电容C16的另一端与输入地相连，电阻R14、R15和电容C14三者并联且一端与芯片U1的6脚相连、另一端与输出地相连。

如图8所示，反馈电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电容C14和电容C12，所述电阻R14、电阻R15和电容C14三者并联，电阻R14、电阻R15和电容C14的一端与芯片U1的6脚、电容C12和电阻R11的一端相连，电阻R14、电阻R15和电容C14的另一端与输出地相连，电容C12的另一端与电阻R12相连，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端相连，并与电容C8的一端相连，电容C8的另一端与输出地相连。

如图9所示，供电电路包括电阻R1、电阻R4、电容C17、稳压管D5和稳压管D4，电阻R1的一端与高频变压器T1的第1原边NP的同名端相连，电阻R1的另一端与稳压管D5的阴极、电容C17和电阻R4的一端相连，稳压管D5的阳极和电容C17的另一端与输入地相连，电阻R4的另一端于稳压管D4的阴极相连，稳压管D4的阳极与输入地相连。

如图10所示，还包括一散热金属外壳，滤波电路、功率开关电路、倍压整流电路、供电电路、反馈电路及控制电路固定于所述的散热金属外壳中，散热金属外壳为密封的散热金属外壳，插针式外接，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。

本具体实施方式的工作原理为：

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、功率三极管Q2、整流二极管D1、D2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；功率三极管Q2完成能量存贮和释放的开关过程；芯片U1的脉宽调制及驱动电路驱动功率三极管Q2导通，功率三极管Q2导通时，电源通过高频变压器T1原边储存能量，次级电路中二极管D1、D2承受反向电压截止，同时储存在电容C4、电容C5的能量供给模块输出端。功率三极管Q2关断时，储存在高频变压器T1的能量通过二极管D1、二极管D2向电容C4、C5充电。模块输出端，输出电压0V～100V的变化，采用在Vc和输入地之间施加0V～5V的电压来调节，其中，Vc电压采用通过外部编程电压实现或直加输入Vc电压值，Vc电压不得超过5V，以防输出电压过高。

具有以下有益效果：

采用LM2904集成芯片，电源模块采用一体化设计，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，性价比高，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：本实用新型在同等输出功率及效率、使用元器件尺寸相同条件下，体积及重量较原来减少约五分之一。

上述实施例为本实用新型较佳的实施例，说明书和附图应被认为是说明性的，并非用来限制本实用新型的实施范围，本领域的技术人员在未脱离本实用新型原理的前提下，所作的改进、变化、组合、替代等，均属于本实用新型权利要求所要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，包括直流输入端；由电感和电容组成的输入滤波电路、输出滤波电路；由功率三极管、高频变压器组成的功率开关电路，由整流二极管和电容组成的倍压整流电路，由集成芯片及一些外围电路组成的控制电路，由电阻和电容组成的反馈电路，由电阻、电容和稳压管组成的供电电路和散热金属外壳，其特征在于：所述的功率开关电路的高频变压器第1原边的异名端与功率三极管的集电极相连、第2原边的同名端与基极相连，所述的直流输入端分别与控制电路的集成芯片的电源供电电路、输入滤波电路的输入端相连，所述的输入滤波电路的输出端与功率开关电路的高频变压器的第1原边的同名端相连，高频变压器的第1副边与倍压整流电路1相连，所述的倍压整流电路1的输出端与输出滤波电路的输入端相连，所述的输出滤波电路的输出端与模块输出端相连，所述的高频变压器的第2副边与倍压整流电路2相连，所述的倍压整流电路2的输出端与反馈电路的输入端相连，所述的反馈电路的输出端与控制电路的反馈输入端相连，控制电路的采样脚与功率开关电路的功率三极管发射极相连，全部电路固定于密封的散热金属外壳中，插针式外接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，其特征在于：所述的倍压整流电路2，包括BAV99整流二极管D3、电容C7、电容C8、电阻R6和电阻R7，所述的整流二极管D3的1脚通过电阻R6与高频变压器T1的第2副边NB的异名端相连、3脚通过电容C7与高频变压器T1的第2副边NB的同名端相连、2脚与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电容C8相连，C8的另一端与输出地相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，其特征在于：所述的控制电路，包括LM2904型芯片U1、三极管Q1，芯片U1的8脚与供电电路的输出端相连，并通过电容C9接输入地，芯片U1的1脚与2脚通过电容C10相连、6脚和7脚通过电容C11相连、1脚通过电阻R8与三极管Q1的基极相连、7脚通过电阻R10与三极管Q1的发射极相连，三极管Q1的集电极与电阻R3以及电容C6的一端相连，电阻R3的另一端与高频变压器T1的第2原边NS的异名端相连，电容C6的另一端与输入地相连， 芯片U1的2脚通过电阻R13与输入地相连、通过电阻R9与稳压管D4的阴极相连，稳压管D4的阳极与输入地相连，芯片U1的3脚与电容C13、电阻R16的一端相连，电容C13的另一端与输入地相连，电阻R16的另一端与功率三极管Q2的发射极相连，芯片U1的4脚与输入地相连、5脚与稳压管D6的阴极、电容C15和电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端与电容C16的一端以及输出调节端子Vc相连，稳压管D6的阳极、电容C15和电容C16的另一端与输入地相连，电阻R14、R15和电容C14三者并联且一端与芯片U1的6脚相连、另一端与输出地相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于LM2904芯片的可调式隔离DC-DC电源，其特征在于：所述的模块输出端，输出电压0V～100V的变化，采用在Vc和输入地之间施加0V～5V的电压来调节，其中，Vc电压采用通过外部编程电压实现或直加输入Vc电压值，Vc电压不得超过5V，以防输出电压过高。

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