CN220156410U - 开关电源模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开关电源模块，包括整流滤波电路、吸收电路、平面变压器、GaN电源管理控制电路、隔离输出电路和非隔离输出电路，所述整流滤波电路通过所述吸收电路而分别和所述平面变压器的原边、所述GaN电源管理控制电路连接；所述GaN电源管理控制电路被配置为向所述平面变压器输出控制信号，所述平面变压器根据所述GaN电源管理控制电路的控制信号而分别向所述隔离输出电路和所述非隔离输出电路输出次级信号。本申请的开关电源模块具有较高的集成度和较为小巧的体积，且能支持多路稳定输出。

Description

开关电源模块

技术领域

本申请涉及开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源模块。

背景技术

开关电源又称交换式电源，可以将交直流输入转换为直流输出，是一种高频化电能转换装置。在相关技术中，开关电源的性能尚有欠缺，或体积较大且集成度低，或无法支持多路稳定输出，无法满足日益增长的使用需要。

实用新型内容

本申请提供一种开关电源模块，具有较高的集成度和较为小巧的体积，且能支持多路稳定输出。

本申请提供的开关电源模块，包括整流滤波电路、吸收电路、平面变压器、GaN电源管理控制电路、隔离输出电路和非隔离输出电路，所述整流滤波电路通过所述吸收电路而分别和所述平面变压器的原边、所述GaN电源管理控制电路连接；所述GaN电源管理控制电路被配置为向所述平面变压器输出控制信号，所述平面变压器根据所述GaN电源管理控制电路的控制信号而分别向所述隔离输出电路和所述非隔离输出电路输出次级信号。

在一些实施例中，所述GaN电源管理控制电路包括内置GaN电源管理芯片和高压瓷介电容，所述高压瓷介电容并联于所述内置GaN电源管理芯片的漏极和源极之间。

在一些实施例中，所述平面变压器包括原边绕组、副边隔离绕组和副边非隔离绕组，所述原边绕组和所述吸收电路连接、且所述原边绕组的同名端和所述GaN电源管理控制电路的正极端连接，所述副边隔离绕组和所述隔离输出电路连接，所述副边非隔离绕组和所述非隔离输出电路连接。

在一些实施例中，所述隔离输出电路包括整流功率场效应晶体管、第一吸收子电路、第一输出滤波子电路和第一ESD保护二极管，所述副边隔离绕组的异名端分别和所述整流功率场效应晶体管的漏极、所述GaN电源管理控制电路的正激端连接，而所述整流功率场效应晶体管的栅极和所述GaN电源管理控制电路的同步整流驱动端连接；所述第一吸收子电路并联于所述整流功率场效应晶体管的源极和漏极之间，所述第一吸收子电路包括第一吸收电阻和第一吸收电容。

在一些实施例中，所述吸收电路包括二极管、磁珠、吸收电阻、高压瓷介电容和第三ESD保护二极管，所述二极管的正极和所述GaN电源管理控制电路的漏极连接、而负极和所述磁珠连接，所述吸收电阻、所述高压瓷介电容和所述第三ESD保护二极管并联后连接至所述磁珠。

在一些实施例中，所述非隔离输出电路包括整流二极管、第二吸收子电路、第二输出滤波子电路、假负载电阻和第二ESD保护二极管，所述整流二极管和所述副边非隔离绕组的同名端连接，所述第二吸收子电路并联于所述整流二极管上、且包括第二吸收电阻和第二吸收电容。

在一些实施例中，所述开关电源模块还包括辅助供电电路，所述平面变压器还包括辅助绕组，所述辅助绕组通过所述辅助供电电路而和所述GaN电源管理控制电路连接、以向所述GaN电源管理控制电路进行供电。

在一些实施例中，所述开关电源模块还包括反馈电路，所述反馈电路被配置为采集所述隔离输出电路的输出信号、并将采集结果输出至所述GaN电源管理控制电路。

在一些实施例中，所述反馈电路包括并联设置的反馈电阻和RC缓冲子电路，所述反馈电阻包括依次串联的若干上拉电阻和若干下拉电阻，所述GaN电源管理控制电路的反馈引脚连接至所述上拉电阻和所述下拉电阻之间的连接点处，所述RC缓冲子电路包括第一缓冲电容、缓冲电阻和第二缓冲电容，所述第一缓冲电容和所述缓冲电阻串联、而和所述若干上拉电阻并联，所述第二缓冲电容和所述若干下拉电阻并联。

在一些实施例中，所述开关电源模块还包括EMC防护电路，所述EMC防护电路设置于所述整流滤波电路的前端；和/或，所述开关电源模块还包括指示灯电路，所述指示灯电路和所述GaN电源管理控制电路连接。

本申请通过集成设置整流滤波电路、吸收电路、平面变压器、GaN电源管理控制电路、隔离输出电路和非隔离输出电路，可以经过整流滤波和漏感吸收后、由平面变压器在GaN电源管理控制电路的控制下实现隔离和非隔离的多路输出，平面变压器具有较为小巧而扁平的外形，而GaN电源管理控制电路内置集成GaN FET，可以提高开关电源模块的集成度和小巧化程度，且具有能够支持多路稳定输出的特性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一些实施例提供的开关电源模块的连接结构图；

图2是本申请一些实施例提供的开关电源模块的电路原理图。

主要元件符号说明：

1-整流滤波电路，2-吸收电路，3-平面变压器，4-GaN电源管理控制电路，5-隔离输出电路，6-非隔离输出电路，7-辅助供电电路，8-反馈电路，9-EMC防护电路，10-指示灯电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种开关电源模块，该开关电源模块包括整流滤波电路1、吸收电路2、平面变压器3、GaN电源管理控制电路4、隔离输出电路5和非隔离输出电路6，具有较高的集成度和较为小巧的体积，且能支持多路稳定输出。

整流滤波电路1通过吸收电路2而分别和平面变压器3的原边、GaN电源管理控制电路4连接，以将经过整流滤波和吸收处理后的相应电信号分别输出至平面变压器3和GaN电源管理控制电路4。GaN电源管理控制电路4内置集成GaN FET，可以向平面变压器3输出控制信号，由平面变压器3根据GaN电源管理控制电路4的控制信号而分别向隔离输出电路5和非隔离输出电路6输出次级信号，实现隔离输出和非隔离输出的多路输出、以满足不同的使用需要。

和相关技术相比，本申请实施例提供的开关电源模块集成设置整流滤波电路1、吸收电路2、平面变压器3、GaN电源管理控制电路4、隔离输出电路5和非隔离输出电路6，可以经过整流滤波和漏感吸收后、由平面变压器3在GaN电源管理控制电路4的控制下实现隔离和非隔离的多路输出，平面变压器3具有较为小巧而扁平的外形，而GaN电源管理控制电路4内置集成GaN FET，可以提高开关电源模块的集成度和小巧化程度，且具有能够支持多路稳定输出的特性。

GaN电源管理控制电路4的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，GaN电源管理控制电路4可以包括内置GaN电源管理芯片U2和第一高压瓷介电容C100。内置GaN电源管理芯片U2中内置有GaN FET、具有较高的集成度，而第一高压瓷介电容C100并联于内置GaN电源管理芯片U2的漏极和源极之间、以消除高频干扰。这里，可以根据实际需要对内置GaN电源管理芯片U2进行选型设计，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，内置GaN电源管理芯片U2可以选择Innoswitch3-ep系列IC，例如可以具体选择型号为INN3678C的IC产品。

在一些示例中，GaN电源管理控制电路4还可以包括过欠压保护电阻，过欠压保护电阻连接至内置GaN电源管理芯片U2的过欠压保护端，以实现过欠压保护功能；示例性的，过欠压保护电阻可以包括串联连接的电阻R13、R14、R15和R16。在一些示例中，GaN电源管理控制电路4还可以包括供电电容C11，由供电电容C11对内置GaN电源管理芯片U2的原边进行供电、并提供过流保护。在一些示例中，GaN电源管理控制电路4还可以包括滤波电容C10。

平面变压器3的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，平面变压器3可以包括原边绕组、副边隔离绕组和副边非隔离绕组。原边绕组和吸收电路2连接，且原边绕组的同名端和GaN电源管理控制电路4的正极端连接；副边隔离绕组和隔离输出电路5连接、以隔离输出恒压源，副边非隔离绕组和非隔离输出电路6连接、以非隔离地输出恒压源。副边隔离绕组和副边非隔离绕组的数量可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。

隔离输出电路5的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，隔离输出电路5可以包括整流功率场效应晶体管U1、第一吸收子电路、第一输出滤波子电路和第一ESD保护二极管TVS3。这里，副边隔离绕组的异名端分别和整流功率场效应晶体管U1的漏极、GaN电源管理控制电路4的正激端FWD连接，使得GaN电源管理控制电路4可以通过正激端FWD检测副边隔离绕组的电压变化；而整流功率场效应晶体管U1的栅极和GaN电源管理控制电路4的同步整流驱动端SR连接，使得GaN电源管理控制电路4可以通过同步整流驱动端SR、驱动整流功率场效应晶体管U1进行同步整流。第一吸收子电路并联于整流功率场效应晶体管U1的源极和漏极之间，第一吸收子电路包括第一吸收电阻R6和第一吸收电容C9、属于RC吸收电路2结构。第一输出滤波子电路可以包括电解电容C6和C12、电流采样电阻R5、贴片电容C4和C13、以及共模电感L6，实现对隔离输出信号的滤波处理。第一ESD保护二极管可以是TVS管，以进行ESD防护。

非隔离输出电路6的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，非隔离输出电路6可以包括整流二极管VD1、第二吸收子电路、第二输出滤波子电路、假负载电阻和第二ESD保护二极管TVS2。整流二极管和副边非隔离绕组的同名端连接，以对副边非隔离绕组输出的电信号进行整流；第二吸收子电路并联于整流二极管VD1上、且包括第二吸收电阻R2和第二吸收电容C1，其属于RC吸收电路2。第二ESD保护二极管可以是TVS管，以进行ESD防护。

在一些示例中，开关电源模块还可以包括辅助供电电路7，而平面变压器3还可以包括辅助绕组。辅助绕组通过辅助供电电路7而和GaN电源管理控制电路4连接，以向GaN电源管理控制电路4进行供电。

在一些实施例中，开关电源模块还可以包括反馈电路8。反馈电路8被配置为采集隔离输出电路5的输出信号，并将采集结果输出至GaN电源管理控制电路4。通过设置反馈电路8，可以通过GaN电源管理控制电路4实现反馈控制，满足开关电源模块的闭环控制要求。

反馈电路8的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，反馈电路8可以包括并联设置的反馈电阻和RC缓冲子电路。反馈电阻包括依次串联的若干上拉电阻和若干下拉电阻，GaN电源管理控制电路4的反馈引脚FB连接至上拉电阻和下拉电阻之间的连接点处。RC缓冲子电路包括第一缓冲电容C14、缓冲电阻R12和第二缓冲电容C16，第一缓冲电容C14和缓冲电阻R12串联、而和若干上拉电阻并联，第二缓冲电容C16和若干下拉电阻并联。

上拉电阻和下拉电阻的数量可以根据实际需要确定，以获得所需的电阻值，本申请实施例对此不作限定。示例性的，反馈电阻可以包括依次串联的两个上拉电阻R7和R8、以及一个下拉电阻R10，则GaN电源管理控制电路4的反馈引脚FB连接至R8和R10的连接点处，第一缓冲电容C14和缓冲电阻R12串联后和R7、R8并联，而第二缓冲电容C16和R10并联。

吸收电路2的构造可以根据实际需要确定，可以采用例如RCD吸收电路2等类型，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，吸收电路2可以包括二极管VD5、磁珠L5、吸收电阻、第二高压瓷介电容C3和第三ESD保护二极管TVS1，二极管VD5的正极和GaN电源管理控制电路4的漏极连接、而负极和磁珠L5连接，吸收电阻、第二高压瓷介电容C3和第三ESD保护二极管TVS1并联后连接至磁珠。

在一些实施例中，开关电源模块还可以包括EMC防护电路9，EMC防护电路9设置于整流滤波电路1的前端，以对开关电源模块进行EMI防护。EMC防护电路9的构造可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，EMC防护电路9可以包括慢融型保险丝F1、压敏电阻RV1、整流前EMI滤波子电路和泄放电阻。慢融型保险丝F1连接至供电网络，用于防止后级电路短路带来的短路风险；压敏电阻RV1并在火零线之间，用于防护雷击浪涌等过电压带来的风险；整流前EMI滤波子电路包括X电容CX1和CX2、共模电感L2和L3，可以在整流前进行EMI滤波；泄放电阻可以包括串联连接的R17、R18和R19，用于对系统中的多余电压进行泄放。

在一些实施例中，开关电源模块还可以包括指示灯电路10。指示灯电路10和GaN电源管理控制电路4连接，用于指示开关电源模块的工作状态。

以上对本申请实施例所提供的开关电源模块进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种开关电源模块，其特征在于，包括整流滤波电路、吸收电路、平面变压器、GaN电源管理控制电路、隔离输出电路和非隔离输出电路，所述整流滤波电路通过所述吸收电路而分别和所述平面变压器的原边、所述GaN电源管理控制电路连接；所述GaN电源管理控制电路被配置为向所述平面变压器输出控制信号，所述平面变压器根据所述GaN电源管理控制电路的控制信号而分别向所述隔离输出电路和所述非隔离输出电路输出次级信号。

2.根据权利要求1所述的开关电源模块，其特征在于，所述GaN电源管理控制电路包括内置GaN电源管理芯片和高压瓷介电容，所述高压瓷介电容并联于所述内置GaN电源管理芯片的漏极和源极之间。

3.根据权利要求1所述的开关电源模块，其特征在于，所述平面变压器包括原边绕组、副边隔离绕组和副边非隔离绕组，所述原边绕组和所述吸收电路连接、且所述原边绕组的同名端和所述GaN电源管理控制电路的正极端连接，所述副边隔离绕组和所述隔离输出电路连接，所述副边非隔离绕组和所述非隔离输出电路连接。

4.根据权利要求3所述的开关电源模块，其特征在于，所述隔离输出电路包括整流功率场效应晶体管、第一吸收子电路、第一输出滤波子电路和第一ESD保护二极管，所述副边隔离绕组的异名端分别和所述整流功率场效应晶体管的漏极、所述GaN电源管理控制电路的正激端连接，而所述整流功率场效应晶体管的栅极和所述GaN电源管理控制电路的同步整流驱动端连接；所述第一吸收子电路并联于所述整流功率场效应晶体管的源极和漏极之间，所述第一吸收子电路包括第一吸收电阻和第一吸收电容。

5.根据权利要求3所述的开关电源模块，其特征在于，所述非隔离输出电路包括整流二极管、第二吸收子电路、第二输出滤波子电路、假负载电阻和第二ESD保护二极管，所述整流二极管和所述副边非隔离绕组的同名端连接，所述第二吸收子电路并联于所述整流二极管上、且包括第二吸收电阻和第二吸收电容。

6.根据权利要求3所述的开关电源模块，其特征在于，所述开关电源模块还包括辅助供电电路，所述平面变压器还包括辅助绕组，所述辅助绕组通过所述辅助供电电路而和所述GaN电源管理控制电路连接、以向所述GaN电源管理控制电路进行供电。

7.根据权利要求1所述的开关电源模块，其特征在于，所述开关电源模块还包括反馈电路，所述反馈电路被配置为采集所述隔离输出电路的输出信号、并将采集结果输出至所述GaN电源管理控制电路。

8.根据权利要求7所述的开关电源模块，其特征在于，所述反馈电路包括并联设置的反馈电阻和RC缓冲子电路，所述反馈电阻包括依次串联的若干上拉电阻和若干下拉电阻，所述GaN电源管理控制电路的反馈引脚连接至所述上拉电阻和所述下拉电阻之间的连接点处，所述RC缓冲子电路包括第一缓冲电容、缓冲电阻和第二缓冲电容，所述第一缓冲电容和所述缓冲电阻串联、而和所述若干上拉电阻并联，所述第二缓冲电容和所述若干下拉电阻并联。

9.根据权利要求1所述的开关电源模块，其特征在于，所述吸收电路包括二极管、磁珠、吸收电阻、高压瓷介电容和第三ESD保护二极管，所述二极管的正极和所述GaN电源管理控制电路的漏极连接、而负极和所述磁珠连接，所述吸收电阻、所述高压瓷介电容和所述第三ESD保护二极管并联后连接至所述磁珠。

10.根据权利要求1～9任一项所述的开关电源模块，其特征在于，所述开关电源模块还包括EMC防护电路，所述EMC防护电路设置于所述整流滤波电路的前端；和/或，所述开关电源模块还包括指示灯电路，所述指示灯电路和所述GaN电源管理控制电路连接。