实用新型内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够有效提高集成度的开关电源装置以及变流器。
一种开关电源装置,包括基板,以及集成在所述基板上的第一电源模块、第二电源模块和控制模块,所述第一电源模块的输入端用于接收待转换电压,所述第一电源模块的输出端与所述控制模块的第一输入端连接,所述控制模块的第一输出端用于输出第一目标电压;所述第一电源模块的输出端还与所述第二电源模块的输入端连接,所述第二电源模块的输出端与所述控制模块的第二输入端连接,所述控制模块的第二输出端用于输出第二目标电压。
可选的,还包括:
所述第一电源模块、所述第二电源模块和所述控制模块自上而下地设置在所述基板上。
可选的,还包括:
所述第一电源模块包括:变压器、第一三极管、第一二极管、第二二极管、第一磁芯电感和第一极性电容,所述变压器的第一端为所述第一电源模块的输入端,所述变压器的第二端与所述第一三极管连接,所述变压器的第三端与所述第一二极管的阳极连接,所述变压器的第四端与第二二极管的阳极和第一接地端连接,所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极均与所述第一磁芯电感的第一端连接,所述第一磁芯电感的第二端与所述第一极性电容的正极连接作为所述第一电源模块的输出端,所述第一极性电容的负极与所述第一接地端连接。
可选的,还包括:
所述第一二极管和所述第二二极管在竖直方向上依次设置形成二极管单元,所述第一磁芯电感和所述第一极性电容在竖直方向上依次设置形成调节单元;所述第一三极管、所述变压器和所述二极管单元在水平方向上依次排列;所述调节单元设置在所述二极管单元的远离所述变压器的一侧,且临近所述第一电源模块的输出端设置。
可选的,还包括:
所述第二电源模块包括第二三极管、第三二极管、第二磁芯电感和第二极性电容,所述第二三极管的第一端为所述第二电源模块的输入端,所述第二三极管的第二端与所述第三二极管的阴极和所述第二磁芯电感的第一端连接,所述第二磁芯电感的第二端与所述第二极性电容的正极连接作为所述第二电源模块的输出端,所述第二极性电容的负极和所述第三二极管的阳极均与第二接地端连接。
可选的,还包括:
所述第二三极管设置在所述第一极性电容的下方区域,所述第三二极管和所述第二磁芯电感临近设置,且所述第三二极管设置在所述第二三极管的下方区域。
可选的,还包括:
所述控制模块包括第一控制单元和第二控制单元,所述第一控制单元的第一端为所述控制模块的第一输入端,所述第一控制单元的第二端为所述控制模块的第一输出端;所述第二控制单元的第一端为所述控制模块的第二输入端,所述第二控制单元的第二端为所述控制模块的第二输出端。
可选的,还包括:
所述第一控制单元包括临近设置第一继电器和第一开关,所述第一开关的第一端为所述第一控制单元的第一端,所述第一开关的第二端为所述第一控制单元的第二端,所述第一继电器用于控制所述第一开关的切换状态;
所述第二控制单元包括临近设置第二继电器和第二开关,所述第二开关的第一端为所述第二控制单元的第一端,所述第二开关的第二端为所述第二控制单元的第二端,所述第二继电器用于控制所述第二开关的切换状态。
可选的,还包括:
所述第一控制单元竖直设置在所述第二三极管的下方区域,所述第二控制单元水平设置在所述第二磁芯电感的下方区域,且所述第二极性电容与所述第二控制单元临近设置。
一种变流器,包括:上述实施例中的开关电源装置。
上述开关电源装置以及变流器,包括基板,以及集成在所述基板上的第一电源模块、第二电源模块和控制模块,所述第一电源模块的输入端用于接收待转换电压,所述第一电源模块的输出端与所述控制模块的第一输入端连接,所述控制模块的第一输出端用于输出第一目标电压;所述第一电源模块的输出端还与所述第二电源模块的输入端连接,所述第二电源模块的输出端与所述控制模块的第二输入端连接,所述控制模块的第二输出端用于输出第二目标电压;本实施例通过将第一电源模块、第二电源模块和控制模块集成在一个基板上,从而大大减小了开关电源装置的占用空间,提高了开关电源装置的集成度,进而大大节约了变流器的内部空间,避免了多余的线缆,减小组装复杂度,增加了可靠性,也节约了成本。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通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,都属于本实用新型保护的范围。
应当理解的是,本实用新型能够以不同形式实施,而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地,提供这些实施例将使公开彻底和完全,并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中,为了清楚,层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白,当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本实用新型教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本实用新型,将在下列的描述中提出详细的结构及步骤,以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本实用新型还可以具有其他实施方式。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种开关电源装置100,该开关电源装置100应用于图1中的变流器为例进行说明。开关电源装置100,包括基板10,以及集成在所述基板上的第一电源模块20、第二电源模块30和控制模块40,所述第一电源模块20的输入端用于接收待转换电压,所述第一电源模块20的输出端与所述控制模块40的第一输入端连接,所述控制模块40的第一输出端用于输出第一目标电压;所述第一电源模块20的输出端还与所述第二电源模块30的输入端连接,所述第二电源模块30的输出端与所述控制模块40的第二输入端连接,所述控制模块的第二输出端用于输出第二目标电压。
其中,开关电源装置100为一种可对电压进行电平转换的装置。例如:将接收的高压电变换为低压电,供给低压设备使用,或者,将接收的低压电变换为高压电,供给高压设备使用。本实施例中的开关电源装置100用于将高压电变换为低压电,供给低压设备使用。例如:可供给各种芯片、数码管、接触器,风扇、触摸屏等等较大功率的低压设备使用。
其中,第一电源模块20、第二电源模块30为两个电压幅度不同的电源模块。优选地,第一电源模块20为48V电源模块,第二电源模块30为24V电源模块。本实施例中,第一电源模块20和第二电源模块30有隔离高压的作用,以给低压设备提供安全低压。
其中,控制模块40为用于独立控制第一电源模块20和第二电源模块30的输出电压的模块。控制模块40分别与第一电源模块20的输出端和第二电源模块30的输出端连接,以实现控制开关电源装置100输出大小不同的电压。
其中,待转换电压为待进行准换的电压。在本实施中,待转换电压为一种高压电,一般指变流器的母线电压,例如三相380V***里整流后的母线。其中,电压范围大小300V-800V;且待转换电压为DC电压。第一目标电压和第二目标电压为对待转换电压进行转换后所输出的不同大小的电压,以供给不同的低压设备使用。优选地,在本实施中,第一目标电压为48V电压,第二目标电压为24V电压。第一目标电压可用于供给风扇使用,第二目标电压可用于供给继电器使用。
本实用新型的开关电源装置100集成有第一电源模块20(例如:48V电源模块)和第二电源模块30(例如:24电源模块),且集成有两种大小不同的电压输出,适用在变流器内部给48V风扇和24V接触器供电。而不需要单独分别采用不同的电源模块和不同的控制模块,从而极大的提高了开关电源装置的集成度。
在本实施中,开关电源装置包括基板,以及集成在所述基板上的第一电源模块、第二电源模块和控制模块,所述第一电源模块的输入端用于接收待转换电压,所述第一电源模块的输出端与所述控制模块的第一输入端连接,所述控制模块的第一输出端用于输出第一目标电压;所述第一电源模块的输出端还与所述第二电源模块的输入端连接,所述第二电源模块的输出端与所述控制模块的第二输入端连接,所述控制模块的第二输出端用于输出第二目标电压;本实施例通过将第一电源模块、第二电源模块和控制模块集成在一个基板上,从而大大减小了开关电源装置的占用空间,提高了开关电源装置的集成度,进而大大节约了变流器的内部空间,避免了多余的线缆,减小组装复杂度,增加了可靠性,也节约了成本。
在一具体实施例中,所述第一电源模块20、所述第二电源模块30和所述控制模块40自上而下地设置在所述基板上。在一具体实施例中,由于所述第一电源模块20的输出端分别与所述第二电源模块30的输入端和所述控制模块40的输入端连接,第二电源模块30的输入端与所述控制模块40的输入端连接,且第一电源模块20的占用面积较大,因此,为了提高开关电源装置100的集成度以及优化所述第一电源模块20、所述第二电源模块30和所述控制模块40在基板10上的布局,本实施例将所述第一电源模块20、所述第二电源模块30和所述控制模块40自上而下地设置在所述基板上,进而进一步提高了开关电源装置100的集成度和优化开关电源装置100的整体布局。
在一具体实施例中,参照下图3所示,所述第一电源模块20包括:变压器T1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一磁芯电感L1和第一极性电容C1,所述变压器T1的第一端为所述第一电源模块20的输入端,所述变压器T1的第二端与所述第一三极管Q1连接,所述变压器T1的第三端与第一二极管D1的阳极连接,所述变压器T1的第四端与第二二极管D2的阳极和第一接地端连接,所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管的阴极D2均与所述第一磁芯电感L1的第一端连接,所述第一磁芯电感L1的第二端与所述第一极性电容C1的正极连接,且为所述第一电源模块20的输出端,所述第一极性电容C1的负极与所述第一接地端连接。
在本实施例中,所述第一电源模块采用双正激拓扑结构。其中,变压器T1是一种可用来将某一数值的电压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压(电流)的设备。变压器T1包括相互耦合的第一绕组和第二绕组,第一绕组的第一端为所述变压器T1的第一端,用于接收待转换信号,第一绕组的第二端为所述变压器T1的第二端,与所述第一三极管Q1连接。其中,第一三极管Q1优选为BJT晶体管,因此,在本实施例中第一绕组的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接。需要说明的是,本实施例对第一三极管Q1的基极和发射极的连接方式做不限定。第二绕组的第一端为所述变压器T1的第三端与第一二极管D1的阳极连接,第二绕组的第二端为所述变压器T1的第四端与第二二极管D2的阳极和第一接地端连接。所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管的阴极D2均与所述第一磁芯电感L1的第一端连接,所述第一磁芯电感L1的第二端与所述第一极性电容C1的正极连接,且为所述第一电源模块20的输出端,所述第一极性电容C1的负极与所述第一接地端连接。其中,第一二极管D1、第二二极管D2和所述第一磁芯电感L1构成续流作用,当电路导通时,第一磁芯电感L1储能,当电路断开时,第一磁芯电感L1所储存的能量向负载供电。第一极性电容C1为一种电容量较大的电容。在容量相同的情况下,极性电容器的体积和成本都远小于无极性电容器。
需要说明的是,在本实施例中,由于第一三极管Q1、第一二极管D1和第二二极管D2均为发热器件,因此,本实施例的开关电源装置100中还集成有散热器以辅助散热。
在一具体实施例中,第一二极管D1和第二二极管D2在竖直方向上依次设置形成二极管单元,所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1在竖直方向上依次设置形成调节单元,所述第一三极管Q1、所述变压器T1和所述二极管单元在水平方向上依次排列;所述调节单元设置在所述二极管单元的远离所述变压器的一侧,且临近所述第一电源模块的输出端设置。
第一二极管D1和第二二极管D2可以为一体式设置形成二极管单元。由于第一三极管Q1、所述变压器T1和所述二极管单元的占用面积均较大,因此将第一三极管Q1、所述变压器T1和所述二极管单元设置在基板上表面的上部分区域,且所述变压器T1设置在第一三极管Q1和所述二极管单元之间,以便于变压器T1分别与第一三极管Q1和所述二极管单元连接,避免了多余的线缆。
进一步地,所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1在竖直方向上依次设置形成调节单元。由于所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1分别作为第一电源模块20的输出端与低压设备(例如:风扇)连接,因此,为了便于所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1与低压设备(例如:风扇)连接,将所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1设置在所述二极管单元的另一侧,即远离所述变压器T1的一侧,且所述第一磁芯电感L1和所述第一极性电容C1临近所述第一电源模块的输出端设置,即临近所述低压设备(例如:风扇)设置,以便于与所述低压设备(例如:风扇)连接,避免了多余的线缆,进而优化所述第一电源模块20的布局,提高所述第一电源模块20的集成度。
在一具体实施例中,参照下图3所示,所述第二电源模块30包括第二三极管Q2、第三二极管D3、第二磁芯电感L2和第二极性电容C2,所述第二三极管Q2的第一端为所述第二电源模块30的输入端,所述第二三极管Q2的第二端与所述第三二极管D3的阴极和所述第二磁芯电感L2的第一端连接,所述第二磁芯电感L2的第二端与所述第二极性电容C2的正极连接,所述第二极性电容C2的负极和所述第三二极管的阳极D3均与第二接地端连接。
在本实施例中,所述第二电源模块30采用buck拓扑结构。其中,第二三极管Q2优选为BJT晶体管,所述第二三极管Q2的集电极为所述第二三极管Q2的第一端与第一电源模块20的输出端连接,所述第二三极管Q2的发射极为所述第二三极管Q2的第二端与所述第三二极管D3的阴极和所述第二磁芯电感L2的第一端连接。所述第二磁芯电感L2的第二端与所述第二极性电容C2的正极连接且作为所述第二电源模块30的输出端与控制模块的第二输入端连接。所述第二极性电容C2的负极和所述第三二极管的阳极D3连接后连接至第二接地端。同样地,第三二极管D3和所述第二磁芯电感L2构成续流作用,当电路导通时,第二磁芯电感L2储能,当电路断开时,第二磁芯电感L2所储存的能量向负载供电。第二极性电容C2为一种电容量较大的电容。在容量相同的情况下,极性电容器的体积和成本都远小于无极性电容器。
在一具体实施例中,所述第二三极管Q2设置在所述第一极性电容C1的下方区域,所述第三二极管D3和第二磁芯电感L2临近设置,且所述第三二极管D3设置在所述第二三极管Q2的下方区域。
参照下图3所示可知所述第二三极管Q2的第一端与所述第一极性电容C1的正极连接,因此,为了便于所述第二三极管Q2和所述第一极性电容C1之间的连接,将所述第二三极管Q2设置在所述第一极性电容C1的下方区域。进一步的,由于所述第三二极管D3的阴极与第二磁芯电感L2的第一端连接,且第三二极管D3与第二磁芯电感L2的占用面积较小,因此为了便于所述第三二极管D3和第二磁芯电感L2之间的连接,将所述第三二极管D3和第二磁芯电感L2临近设置,避免了多余的线缆。进一步地,由于所述第三二极管D3的阴极与所述第二三极管Q2的第二端连接,因此,将所述第三二极管D3设置在所述第二三极管Q2的下方区域,避免了多余的线缆;从而不但便于所述第三二极管D3与所述第二三极管Q2连接,还便于所述第三二极管D3与第二磁芯电感L2连接。
在一具体实施例中,所述控制模块40包括第一控制单元和第二控制单元,所述第一控制单元的第一端为所述控制模块的第一输入端,所述第一控制单元的第二端为所述控制模块的第一输出端;所述第二控制单元的第一端为所述控制模块的第二输入端,所述第二控制单元的第二端为所述控制模块的第二输出端。
其中,第一控制单元为控制第一电源模块10的输出电压的单元。第二控制单元为控制第二电源模块30的输出电压的单元。第一控制单元的输入端与所述第一电源模块10的输出端连接,第二控制单元的输入端与所述第二电源模块10的输出端连接。所述第一控制单元的输出端为所述控制模块的第一输出端,以输出第一目标电压,例如:输出48V电压供给风扇使用。所述第二控制单元的输出端为所述控制模块的第二输出端,以输出第二目标电压,例如:输出24V电压供给继电器使用。
本实施例中的控制模块包括两个相互独立的控制单元,以分别控制第一电源模块10的输出电压和第二电源模块的输出电压,从而去控制不同低压设备(例如:风扇和接触器)的导通和关断,从而极大的提高了开关电源装置的可靠性和集成度。
在一具体实施例中,所述第一控制单元包括临近设置第一继电器K1和第一开关S1,所述第一开关S1的第一端为第一控制单元的第一端,所述第一开关S1的第二端为第一控制单元的第二端,所述第一继电器K1用于控制所述第一开关S1的切换状态。
所述第二控制单元包括临近设置第二继电器K2和第二开关S2,所述第二开关S2的第一端为第二控制单元的第一端,所述第二开关S2的第二端为第二控制单元的第二端,所述第二继电器K2用于控制所述第二开关的切换状态。
在一具体实施例中,当开关电源装置需要输出第一目标电压,以供给低压设备(例如:风扇)使用时,通过所述第一继电器K1控制所述第一开关S1导通,当开关电源装置需要输出第二目标电压,以供给低压设备(例如:接触器)使用时,通过所述第二继电器K1控制所述第二开关S1导通。需要说明的是,由于所述第一控制单元和所述第二控制单元之间相互独立,第一开关S1和所述第二开关S2的导通或者断开也是相互独立的。因此,可以根据实际需要通过分别控制第一开关S1和所述第二开关S2的导通或者断开,实现同时输出第一目标电压以供给低压设备(例如:风扇)使用和输出第二目标电压以供给低压设备(例如:接触器)使用,或者单独输出第一目标电压以供给低压设备(例如:风扇)使用,或者单独输出第二目标电压以供给低压设备(例如:接触器)使用。
需要说明的是,本实施例中的第一继电器K1和第二继电器K2均为隔离型继电器,控制线圈采用内部供电,外部只需短接即可,不用外部额外供电。
在一具体实施例中,所述第一控制单元竖直设置在所述第二三极管Q2的下方区域,所述第二控制单元水平设置在所述第二磁芯电感L2的下方区域,且所述第二极性电容C2与所述第二控制单元临近设置。
由于所述第一控制单元的第一端与所述第一电源模块20的输出端连接,而所述第一电源模块20的输出端与还所述第二三极管Q2连接,因此,为了便于所述第一控制单元和所述第二三极管Q2之间的连接,且避免多余的线缆,将所述第一控制单元和所述第二三极管Q2临近设置,具体地将所述第一控制单元竖直设置在所述第二三极管Q2的下方区域。另外地,由于所述第二控制单元的第一端与所述第二磁芯电感L2连接,因此,为了便于所述第二控制单元和所述第二磁芯电感L2连接,避免多余的线缆,将所述第二控制单元水平设置在所述第二磁芯电感L2的下方区域。进一步地,由于第二极性电容C2与所述第二控制单元的第一端连接,因此,为了便于第二极性电容C2与所述第二控制单元的第一端的连接,避免多余的线缆,将所述第二极性电容C2与所述第二控制单元临近设置。进一步地,将所述第二极性电容C2设置在所述述第二控制单元和所述第一控制单元之间的空余区域中,进而进一步提高了开关电源装置。
本实施例还提供一种变流器,包括:上述实施例中的开关电源装置。参照下图1所示,开关电源装置100集成有第一电源模块20(例如:48V电源模块)和第二电源模块30(例如:24电源模块),且集成有两种大小不同的电压输出,用于在变流器内部给48V风扇和24V接触器供电。而不需要单独分别采用不同的电源模块和不同的控制模块,从而极大的提高了变流器的集成度。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。