CN101615856A - 一种直流电源模块 - Google Patents

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Abstract

一种直流电源模块，PFC功率级电路包括Boost电路，DC/DC变换功率级电路包括由开关管、主变压器、与主变压器连接的谐振器件组成的谐振变换电路以及输出整流管，开关管与PFC功率级电路的输出端连接，与主变压器串联的谐振器件连接在开关管与主变压器的原边线圈之间，输出整流管与主变压器的副边线圈连接，PFC功率级的Boost电路是包括两个单Boost电路的无桥PFC电路拓扑，所述两个单Boost电路分别与EMI滤波器的两个输出端连接。本发明采用无桥PFC电路拓扑和采用同步整流的MOSFET作为输出管，分别显著地提升了PFC功率级电路和DC/DC变换功率级电路的效率，可以将损耗降低为原来的一半，从而使直流电源模块的效率明显地提升。

Description

一种直流电源模块
技术领域
本发明涉及电源，尤其是涉及一种直流电源模块。
背景技术
现有的直流电源模块一般都包括依次逐级连接的输入电磁干扰(Electromagnetic Interference，简称EMI)滤波器、功率因数校正(PowerFactor Correction，简称PFC)功率级、DC/DC变换功率级。如图1所示的直流电源模块是一典型的直流电源模块，图中Vin为交流或者直流电源输入，R1为负载。其PFC功率级电路包括整流桥B1和一不隔离的升压开关电源电路，简称Boost电路，其中Boost电路是一种最基本的DC/DC拓扑，设有一个开关管S1和一个二极管D1，或者是其对应的衍生软开关电路；DC/DC电路为谐振电路，包括开关管S3、S4、主变压器T1、与主变压器串联的Cr、Lr等谐振器件，以及输出整流二极管D2、D3。这种直流电源模块的缺陷是：输入的功率整流桥B1存在较大的损耗，输出的整流二极管D2、D3是功率快恢复二极管，也存在较大的损耗。原因是它们的载流量大，且正向导通压降一般都超过1V，从而造成整个直流电源模块的效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种直流电源模块。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种直流电源模块，包括依次逐级连接的EMI滤波器、PFC功率级电路和DC/DC变换功率级电路，所述PFC功率级电路包括Boost电路，所述DC/DC变换功率级电路包括由开关管、主变压器、与主变压器连接的谐振器件组成的谐振变换电路以及输出整流管，所述开关管与所述PFC功率级电路的输出端连接，所述与主变压器串联的谐振器件连接在所述开关管与所述主变压器的原边线圈之间，所述输出整流管与所述主变压器的副边线圈连接。
这种直流电源模块的特点是：
所述PFC功率级的Boost电路是包括两个单Boost电路的无桥PFC电路拓扑，所述无桥PFC电路拓扑的两个单Boost电路分别与所述EMI滤波器的两个输出端连接。由无桥PFC电路拓扑实现整流和升压的功能，以提高PFC功率级的效率。
本发明的技术问题可以通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述两个单Boost电路的第一Boost电路包括第一电感、第一二极管和第一开关管，所述第一二极管的正极与第一开关管的漏极连接，所述第一二极管的负极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第一开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第一电感的一端与所述第一二极管的正极与第一开关管的漏极的连接点连接，所述第一电感的另一端与所述EMI滤波器的一输出端连接。
所述两个单Boost电路的第二Boost电路包括第二电感、第二二极管和第二开关管，所述第二二极管的正极与第二开关管的漏极连接，所述第二二极管的负极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第二开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第二电感的一端与所述第二二极管的正极与第二开关管的漏极的连接点连接，所述第二电感的另一端与所述EMI滤波器的另一输出端连接。
本发明的技术问题也可以通过以下进一步的技术方案予以解决，采用低导通电阻的开关管替代二极管以消除二极管的导通损耗，更进一步提高PFC功率级电路的效率。
所述两个单Boost电路的第一Boost电路包括第一电感、第三开关管和第一开关管，所述第三开关管的源极与第一开关管的漏极连接，所述第三开关管的漏极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第一开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第一电感的一端与所述第三开关管的源极与第一开关管的漏极的连接点连接，所述第一电感的另一端与所述EMI滤波器的一输出端连接。
所述两个单Boost电路的第二Boost电路包括第二电感、第四开关管和第二开关管，所述第四开关管的源极与第二开关管的漏极连接，所述第四开关管的漏极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第二开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第二电感的一端与所述第四开关管的源极与第二开关管的漏极的连接点连接，所述第二电感的另一端与所述EMI滤波器的另一输出端连接。
本发明的技术问题还可以通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述DC/DC变换功率级电路的输出整流管是同步整流的MOSFET，以提高DC/DC变换功率级的效率。
所述DC/DC变换功率级电路中的谐振变换电路，是SRC谐振变换电路或LLC谐振变换电路。SRC变换电路即串联谐振式变换器(SeriesResonant Converter，简称SRC)，LLC变换电路即LLC型式串联谐振变换器(LLC-Type Series Resonant Converter，简称LLC)。
所述LLC谐振变换电路中与所述主变压器的原边线圈并联的电感是集成在主变压器内的电感。
所述DC/DC变换功率级电路中的谐振变换电路，是不对称半桥SRC谐振变换电路、对称半桥SRC谐振变换电路、全桥SRC谐振变换电路、不对称半桥LLC谐振变换电路、对称半桥LLC谐振变换电路或全桥LLC谐振变换电路。
所述DC/DC变换功率级电路中的开关管，是N型沟道MOSFET、P型沟道MOSFET、NPN型开关三极管或PNP型开关三极管。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明在PFC功率级电路采用无桥PFC电路拓扑，在DC/DC变换功率级电路采用同步整流的MOSFET作为输出管，分别显著地提升了PFC功率级电路和DC/DC变换功率级电路的效率，可以将损耗降低为原来的一半，从而使直流电源模块的效率明显地提升。
附图说明
图1是现有技术的直流电源模块的电路图；
图2是本发明具体实施方式一的直流电源模块的电路图；
图3是本发明具体实施方式二的直流电源模块的电路图；
图4是本发明具体实施方式三的直流电源模块的电路图；
图5是本发明具体实施方式四的直流电源模块的电路图；
图6是本发明具体实施方式五的直流电源模块的电路图。
具体实施方式
下面对照附图结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式一
如图2所示的直流电源模块，包括依次逐级连接的EMI滤波器1、PFC功率级电路2和DC/DC变换功率级电路3。图中Vin为交流或者直流电源输入，R1为负载。
PFC功率级电路2的Boost电路是包括两个单Boost电路的无桥PFC电路拓扑，所述无桥PFC电路拓扑的两个单Boost电路分别与所述EMI滤波器的两个输出端连接。
两个单Boost电路的第一Boost电路，包括第一电感L1、第一二极管D1和第一开关管MOSFET S1，第一二极管D1的正极与第一开关管MOSFET S1的漏极连接，第一二极管D1的负极与PFC功率级的一输出端连接，第一开关管MOSFET S1的源极与PFC功率级的另一输出端连接，第一电感L1的一端与第一二极管D1的正极与第一开关管MOSFET S1的漏极的连接点连接，第一电感L1的另一端与EMI滤波器的一输出端连接。
两个单Boost电路的第二Boost电路，包括第二电感L2、第二二极管D2和第二开关管MOSFET S2，第二二极管D2的正极与第二开关管MOSFET S2的漏极连接，第二二极管D2的负极与PFC功率级的一输出端连接，第二开关管MOSFET S2的源极与PFC功率级的另一输出端连接，第二电感L2的一端与第二二极管D2的正极与第二开关管MOSFET S2的漏极的连接点连接，第二电感L2的另一端与EMI滤波器的另一输出端连接。
DC/DC变换功率级电路，包括由开关管MOSFET S3、S4、主变压器T1、与主变压器T1连接的谐振器件Cr、Lr组成的不对称半桥SRC谐振变换电路以及同步整流的输出整流管MOSFET S5、S6，开关管MOSFETS3、S4与Boost电路的输出端连接，与主变压器T1串联的谐振器件Cr、Lr连接在开关管MOSFET S3、S4与主变压器T1的原边线圈之间，输出整流管MOSFET S5、S6与主变压器T1的副边线圈连接。
本具体实施方式一在PFC功率级电路采用无桥PFC电路拓扑，在DC/DC变换功率级电路采用同步整流的MOSFET作为输出管，分别显著地提升了PFC功率级电路和DC/DC变换功率级电路的效率，从而使直流电源模块的效率明显地提升。
具体实施方式二
如图3所示的直流电源模块，与具体实施方式一的电路不同之处是：无桥PFC电路拓扑的两个单Boost电路由第三开关管MOSFET S7、第四开关管MOSFET S8分别替代第一二极管D1、第二二极管D2。本具体实施方式二采用低导通电阻的开关管MOSFET替代二极管可以消除二极管的导通损耗，可以更进一步提高PFC功率级电路的效率，优点更为突出。
具体实施方式三
如图4所示的直流电源模块，与具体实施方式一的电路不同之处是：DC/DC变换功率级电路中的开关管MOSFET S3、S4、集成有电感Lm的主变压器T1、与主变压器T1连接的谐振器件Cr、Lr组成不对称半桥LLC谐振变换电路。本具体实施方式三也能够实现与具体实施方式一的电路同样的功能，直流电源模块的效率有明显的提升。
具体实施方式四
如图5所示的直流电源模块，与具体实施方式一的电路不同之处是：DC/DC变换功率级电路中的开关管MOSFET S3、S4、集成有电感Lm的主变压器T1、与主变压器T1连接的谐振器件Cr1、Cr2、Lr组成对称半桥LLC谐振变换电路。本具体实施方式四也能够实现与具体实施方式一的电路同样的功能，直流电源模块的效率有明显的提升。
具体实施方式五
如图6所示的直流电源模块，与具体实施方式一的电路不同之处是：DC/DC变换功率级电路中的开关管MOSFET S3、S4、S9、S10、集成有电感Lm的主变压器T1、与主变压器T1连接的谐振器件Cr、Lr组成全桥LLC谐振变换电路。本具体实施方式五也能够实现与具体实施方式一的电路同样的功能，直流电源模块的效率有明显的提升。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种直流电源模块，包括依次逐级连接的EMI滤波器、PFC功率级电路和DC/DC变换功率级电路，所述PFC功率级电路包括Boost电路，所述DC/DC变换功率级电路包括由开关管、主变压器、与主变压器连接的谐振器件组成的谐振变换电路以及输出整流管，所述开关管与所述PFC功率级电路的输出端连接，所述与主变压器串联的谐振器件连接在所述开关管与所述主变压器的原边线圈之间，所述输出整流管与所述主变压器的副边线圈连接，其特征在于：
所述PFC功率级的Boost电路是包括两个单Boost电路的无桥PFC电路拓扑，所述无桥PFC电路拓扑的两个单Boost电路分别与所述EMI滤波器的两个输出端连接。
2.如权利要求1所述的直流电源模块，其特征在于：
所述两个单Boost电路的第一Boost电路包括第一电感、第一二极管和第一开关管，所述第一二极管的正极与第一开关管的漏极连接，所述第一二极管的负极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第一开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第一电感的一端与所述第一二极管的正极与第一开关管的漏极的连接点连接，所述第一电感的另一端与所述EMI滤波器的一输出端连接；
所述两个单Boost电路的第二Boost电路包括第二电感、第二二极管和第二开关管，所述第二二极管的正极与第二开关管的漏极连接，所述第二二极管的负极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第二开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第二电感的一端与所述第二二极管的正极与第二开关管的漏极的连接点连接，所述第二电感的另一端与所述EMI滤波器的另一输出端连接。
3.如权利要求1或2所述的直流电源模块，其特征在于：
所述两个单Boost电路的第一Boost电路包括第一电感、第三开关管和第一开关管，所述第三开关管的源极与第一开关管的漏极连接，所述第三开关管的漏极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第一开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第一电感的一端与所述第三开关管的源极与第一开关管的漏极的连接点连接，所述第一电感的另一端与所述EMI滤波器的一输出端连接；
所述两个单Boost电路的第二Boost电路包括第二电感、第四开关管和第二开关管，所述第四开关管的源极与第二开关管的漏极连接，所述第四开关管的漏极与所述PFC功率级的一输出端连接，所述第二开关管的源极与所述PFC功率级的另一输出端连接，所述第二电感的一端与所述第四开关管的源极与第二开关管的漏极的连接点连接，所述第二电感的另一端与所述EMI滤波器的另一输出端连接。
4.如权利要求1或2所述的直流电源模块，其特征在于：
所述DC/DC变换功率级电路的输出整流管是同步整流的MOSFET。
5.如权利要求4所述的直流电源模块，其特征在于：
所述DC/DC变换功率级电路中的谐振变换电路，是SRC谐振变换电路或LLC谐振变换电路。
6.如权利要求5所述的直流电源模块，其特征在于：
所述LLC谐振变换电路中与所述主变压器的原边线圈并联的电感是集成在主变压器内的电感。
7.如权利要求5所述的直流电源模块，其特征在于：
所述DC/DC变换功率级电路中的谐振变换电路，是不对称半桥SRC谐振变换电路、对称半桥SRC谐振变换电路、全桥SRC谐振变换电路、不对称半桥LLC谐振变换电路、对称半桥LLC谐振变换电路或全桥LLC谐振变换电路。
8.如权利要求7所述的直流电源模块，其特征在于：
所述DC/DC变换功率级电路中的开关管，是N型沟道MOSFET、P型沟道MOSFET、NPN型开关三极管或PNP型开关三极管。
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