CN202931200U - 小体积高功率密度模块电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小体积高功率密度模块电源，包括：变压器、RCD吸收电路、输入滤波电路、第一输出滤波电路、第二输出滤波电路、反馈电路、控制电路和启动及辅助电源电路，所述变压器分别与第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合，所述RCD吸收连接在变压器和启动及辅助电源电路之间，所述启动及辅助电源电路连接在输入滤波电路和RCD吸收电路之间，所述控制电路与启动及辅助电源电路相连接，所述反馈电路与第二输出滤波电路电性连接，所述启动及辅助电源电路分别于第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合。通过上述方式，本实用新型小体积高功率密度模块电源能够使启动电流小，待机及低负载时损耗小，产品小型化，电源转换效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源***领域，特别是涉及一种小体积高功率密度模块电源。
背景技术
在仪表、通信、电力等工业应用环境，电源***要求体积小，功率密度高，产品可靠，48VDC输出的分布式供电方案是满足这一要求的最佳选择。分布式供电***中，一般需要将48VDC母线电压转换成为各电子设备所需的电压，通常有24V，12V，5V，3.3V等电压输出；功率需求在5W以上；模块式封装电源由于可靠性高，散热性能好，便于安装而得到了广泛的应用。小体积高功率密度的电源产品的设计，需在控制器选取，变压器设计，产品工艺方面区别于常规的模块电源。控制器的选择时，小型贴片化，功能集成化，启动电流小是必然要求，常规的SOP-8芯片体积和功能就不满足其设计要求。要减小产品的体积，就必须减小变压器的体积，优化变压器的铁损和铜损可得到最佳的变压器模型。模块电源采用小型元件贴片化设计，达到了减小产品体积的目的，功率密度达到25-50W/inch3。
目前，常规厂家生产的用于上述环境的电源产品时，一般有体积大不便于安装，产品效率低，工艺设计差产品可靠性不高等缺陷。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种小体积高功率密度模块电源，能够使启动电流小，短路打嗝式保护，待机及低负载时的SKIP工作模式损耗小，实现了产品小型化，电源转换效率高、待机功耗小、可靠性和稳定性好，符合节能环保要求。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种小体积高功率密度模块电源，包括：变压器、输入滤波电路、第一输出滤波电路、第二输出滤波电路、反馈电路、控制电路和启动及辅助电源电路，所述变压器分别与第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合，所述启动及辅助电源电路连接在输入滤波电路和RCD吸收电路之间，所述控制电路与启动及辅助电源电路相连接，所述反馈电路与第二输出滤波电路电性连接，所述启动及辅助电源电路分别于第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述控制电路包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引脚、第二引脚，第三引脚端、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚，所述第一引脚上连接有第一光电耦合电路，所述第二引脚和第三引脚与启动及辅助电源电路相连接，所述第四引脚连接有MOSFET开关管，所述第五引脚接地，所述第六引脚连接有滤波电路，所述第七引脚连接有第四电阻并接地，所述第八引脚连接有第七电容并接地。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一滤波电路包括包括第一二极管、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一二极管的阳极与变压器相连接，阴极与第一电感和第一电容相连接，所述第一电感另一端连接至第一输出端，所述第二电容的两端分别于第一输出端和第二输出端相连接，所述第一电容一端与变压器相连接，另一端连接至第一二极管和第一电感之间。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第二滤波电路包括包括第二二极管、第二电感、第三电容和第四电容，所述第二二极管的阳极与变压器相连接，阴极与第二电感和第三电容相连接，所述第二电感另一端连接至第三输出端，所述第四电容的两端分别于第三输出端和第四输出端相连接，所述第三电容一端与变压器相连接，另一端连接至第二二极管和第二电感之间。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述反馈电路包括第二光电耦合电路和误差放大电路，所述误差放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电容、第六电容和稳压源，所述第一电阻一端连接到输出滤波电路上，另一端连接在第二电阻上，所述第二电阻另一端接地，所述第三电阻和第五电容串联后与稳压源并联，所述第六电容一端与第三电阻相连接，另一端与第五电容相连接，所述稳压源一端连接在第一电阻和第二电阻之间，另一端接地。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述变压器和启动及辅助电源电路之间连接有RCD吸收电路。
本实用新型的有益效果是：本实用新型小体积高功率密度模块电源，实现了产品小型化，利于加工和安装，能够使启动电流小，短路打嗝式保护，待机及低负载时的SKIP工作模式损耗小，电源转换效率高、待机功耗小、可靠性和稳定性好，符合节能环保要求。
附图说明
图1是本实用新型小体积高功率密度模块电源一较佳实施例的结构示意图；
附图中主要部件的标记如下：1、变压器，2、RCD吸收电路，3、输入滤波电路，4、第一输出滤波电路，5、第二输出滤波电路，6、反馈电路，7、控制电路，8、启动及辅助电源电路，61、第二光耦合电路，62、误差放大电路，9、第一光耦合电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，一种小体积高功率密度模块电源，包括：变压器1、RCD吸收电路2、输入滤波电路3、第一输出滤波电路4、第二输出滤波电路5、反馈电路6、控制电路7和启动及辅助电源电路8，所述变压器1分别与第一输出滤波电路4和第二输出滤波电路5耦合，所述RCD吸收电路2连接在变压器1和启动及辅助电源电路9之间，所述启动及辅助电源电路8连接在输入滤波电路3和RCD吸收电路2之间，所述控制电路7与启动及辅助电源电路8相连接，所述反馈电路6与第二输出滤波电路5电性连接，所述启动及辅助电源电路8分别于第一输出滤波电路4和第二输出滤波电路5耦合。
另外，启动及辅助电源电路电路8包括：第五电阻R3、第六电阻Ra、整流二极管Da和有极性电容Ca，第五电阻R3与控制电路的第二引脚VIN端相连接，第六电阻Ra一端接控制电路5的Vcc端和有极性电容Ca正极，另一端接二极管Da阴极，有极性电容Ca负极接变压器T1的8端并接地，二极管Da阳极接变压器T1的7端，辅助电源电路7通过上述电路得到稳定电压，给控制电路5供电，从而使控制芯片工作正常。
另外，所述控制电路7包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引脚COMP、第二引脚VIN，第三引脚VCC、第四引脚Vout、第五引脚GND、第六引脚CS、第七引脚RT和第八引脚SS，所述第一引脚COMP上连接有第一光电耦合电路9，所述第二引脚VIN和第三引脚VCC与启动及辅助电源电路8相连接，所述第四引脚Vout连接有开关管，在本实施例中，开关管为金属氧化物半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， MOSFET），所述第五引脚GND接地，所述第六引脚CS连接有滤波电路，所述第一引脚RT连接有电阻RT并接地，所述第八引脚SS连接有第八电容Css并接地，控制芯片的控制芯片COMP端接第七电阻Rc一端和光敏三极管VT1的集电极，第八电容Cb和光敏三极管VT1的发射极端接地，第七电阻Rc和第九电容Cc串联；第二引脚VIN接一第五电阻R3到输入电压；第三引脚VCC接启动储能电容和辅助供电电路；第六引脚CS接第八电阻Rs1和第十电容Cs1组成的滤波电路；控制芯片RT接一第四电阻Rt接地。第八引脚SS连接一第七电容Css到地。控制芯片的第四引脚Vout用来产生使开关导通个截止的驱动信号，主功率电路完成输入至输出的能量传递，控制电路7选取低启动功耗、自带欠压保护、缓启动、轻负载SKIP工作模式的控制芯片，其封装为MSOP-8。产品的开关频率达到400KHz左右。变压器1的设计是提高产品效率、减小产品体积、优化生产工艺的关键点，下面是优化产品效率时所采用的变压器感值设计一般方法。
变压器1产品采用反激拓扑，实际工作时可通过磁芯气隙量的大小来决定变压器的工作方式，如下图2所示，可分为完全能量传递模式（DCM）和不完全能量传递模式（CCM）两种方式。完全能量传递模式中，变压器原边电感值较小，为保证输出功率变压器要存储足够的能量，使得原边的峰值电流较大，这样开关管、输入电容和取样电阻上的损耗会加大，同时根据电感原理（L=Vt/△I）产品起机时，电路输出电压还未建立，反馈环路处于开环状态，施加在变压器原边的周期伏秒比正常工作时大得多，因而造成大的起机电流，不能满足减小产品开机冲击电流的要求；选用不完全能量传递模式，可以根据产品的工作需要，确保变压器起机和过载时磁通密度不饱和的条件下，设置原边工作电流的直流分量和交流分量的比例，计算原边感值和磁芯气隙量。
另外，输出整流滤波电路将变压器T1产生的发方波经过整流滤波之后作为输出电压，第一输出滤波电路4之外的输出，等到多路输出电压，所述第一滤波电路4包括第一二极管Do（n）、第一电感Lo（n）、第一电容Co（n）和第二电容Cp（n），所述第一二极管Do（n）的阳极与变压器相连接，阴极与第一电感Lo（n）和第一电容Co（n）相连接，所述第一电感Lo（n）另一端连接至第一输出端，所述第二电容Cp（n）的两端分别于第一输出端和第二输出端相连接，所述第一电容Co（n）一端与变压器相连接，另一端连接至第一二极管Do（n）和第一电感Lo（n）之间，所述第二滤波电路5包括第二二极管Do1、第二电感Lo1、第三电容Co1和第四电容Cp1，所述第二二极管Do1的阳极与变压器相连接，阴极与第二电感Lo1和第三电容Co1相连接，所述第二电感Lo1另一端连接至第三输出端，所述第四电容Cp1的两端分别于第三输出端和第四输出端相连接，所述第三电容Co1一端与变压器相连接，另一端连接至第二二极管Do和第二电感Lo之间。
另外，所述反馈电路6包括第二光电耦合电路61和误差放大电路62，第二光电耦合电路包括发光二极管D1、电阻Rd和偏置电阻Rbias，电阻Rd与发光二极管D1串联，偏置电阻Rbias发光二极管D1并联，第二光电耦合电路61用于实现信号的隔离和传输，误差放大电路62包括第一电阻R1、第三电阻Rf、第五电容Cf、第六电容Cf0、精准稳压源和第二电阻R2，第一电阻R1一端接输出端一端，另一端接第二电阻R2一端，第二电阻R2另一端接地，第三电阻Rf和第五电容Cf串联，然后再并联第六电容Cf0，一端接精准稳压源的参考端R，另一端接其阴极K端。精准稳压源的R端接第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，精准稳压源阳极接地。反馈电路6主要用于将输出整流滤波电路整流滤波后的输出电压与基准电压源做比较，产生的误差信号经光耦隔离送给控制电路7，从而校正输出电压值。
本实用新型小体积高功率密度模块电源的具体工作原理如下：输入入电压输入滤波电路，得到的滤波直流电压通过电阻R3连接到控制芯片上，输入电压超过控制芯片的内部欠压保护门限时，开始给连接在第一引脚VCC的启动储能电容充电，以减小起机的浪涌电流，当第一引脚VCC达到工作电压及缓冲电容SS缓慢上升过程中，控制电路5会有驱动信号产生，变压器T1磁场开始储能，当变压器1开始反激工作进行功率转换时，变压器1的磁场能量释放使输出得到电压，经过多个周期的工作，反馈电路开始稳定工作，输出电压达到稳定，同时辅助电源电路给第一引脚VCC供电，使电路进入正常的工作模式，而图中输出整流滤波电路实现整流滤波功能，得到稳定的低纹波输出电压，稳压电路将输出电压跟基准电压源作比较，产生的误差信号经光耦隔离电路送与控制电路部分，从而校正输出电压值。
区别于现有技术，本实用新型小体积高功率密度模块电源，实现了产品小型化，利于加工和安装，能够使启动电流小，短路打嗝式保护，待机及低负载时的SKIP工作模式损耗小，电源转换效率高、待机功耗小、可靠性和稳定性好，符合节能环保要求。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种小体积高功率密度模块电源，其特征在于，包括：变压器、输入滤波电路、第一输出滤波电路、第二输出滤波电路、反馈电路、控制电路和启动及辅助电源电路，所述变压器分别与第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合，所述启动及辅助电源电路连接在输入滤波电路和RCD吸收电路之间，所述控制电路与启动及辅助电源电路相连接，所述反馈电路与第二输出滤波电路电性连接，所述启动及辅助电源电路分别于第一输出滤波电路和第二输出滤波电路耦合。
2.根据权利要求1所述的小体积高功率密度模块电源，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片，所述控制芯片包括第一引脚、第二引脚，第三引脚端、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚，所述第一引脚上连接有第一光电耦合电路，所述第二引脚和第三引脚与启动及辅助电源电路相连接，所述第四引脚连接有开关管，所述第五引脚接地，所述第六引脚连接有滤波电路，所述第七引脚连接有第四电阻并接地，所述第八引脚连接有第七电容并接地。
3.根据权利要求1所述的小体积高功率密度模块电源，其特征在于，所述第一滤波电路包括包括第一二极管、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一二极管的阳极与变压器相连接，阴极与第一电感和第一电容相连接，所述第一电感另一端连接至第一输出端，所述第二电容的两端分别于第一输出端和第二输出端相连接，所述第一电容一端与变压器相连接，另一端连接至第一二极管和第一电感之间。
4.根据权利要求1所述的小体积高功率密度模块电源，其特征在于，所述第二滤波电路包括包括第二二极管、第二电感、第三电容和第四电容，所述第二二极管的阳极与变压器相连接，阴极与第二电感和第三电容相连接，所述第二电感另一端连接至第三输出端，所述第四电容的两端分别于第三输出端和第四输出端相连接，所述第三电容一端与变压器相连接，另一端连接至第二二极管和第二电感之间。
5.根据权利要求1所述的小体积高功率密度模块电源，其特征在于，所述反馈电路包括第二光电耦合电路和误差放大电路，所述误差放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电容、第六电容和稳压源，所述第一电阻一端连接到输出滤波电路上，另一端连接在第二电阻上，所述第二电阻另一端接地，所述第三电阻和第五电容串联后与稳压源并联，所述第六电容一端与第三电阻相连接，另一端与第五电容相连接，所述稳压源一端连接在第一电阻和第二电阻之间，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的小体积高功率密度模块电源，其特征在于，所述变压器和启动及辅助电源电路之间连接有RCD吸收电路。
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