一種高可靠性大功率智能均流電源模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源模塊，具體地說，涉及一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)對于各類電路拓?fù)涞难芯亢蛻?yīng)用較為成熟，但從智能化、大功率以及高可靠性方面的研究存在一定缺陷，較為知名的電源模塊生產(chǎn)商，日本TDK公司，世界標(biāo)準(zhǔn)半磚尺寸也僅僅做到300W的功率，且多數(shù)大功率電源模塊不具備輸出端均流功能，即使有均流功能也是非自主均流方式，僅支持5臺以內(nèi)的電源模塊并聯(lián)，且調(diào)試過于繁瑣，從而無法實現(xiàn)大功率分布式電源系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)大功率電源模塊過流與短路保護(hù)電路多采用限功率式、回卷式以及打嗝式保護(hù)，但失效率較高，深度限流后MOS管幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定耐壓值，MOS管容易被擊穿損壞。打嗝式可以很好的保護(hù)MOS管，但輸出并聯(lián)較大容值電容后，電源模塊將無法啟動。對于大功率電源模塊而言，在實際應(yīng)用時受到很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計的一種高可靠性大功率智能均流電源豐旲塊。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，包括直流輸入、隔離變壓器、儲能電感、主功率開關(guān)管、鉗位管、自激式輔助電路、脈寬調(diào)制器、同步整流濾波電路、恒流電路、均流電路和直流輸出；其直流輸入電壓經(jīng)隔離變壓器Tl耦合輸出經(jīng)儲能電感LI輸出給同步整流濾波電路再輸出直流輸出電壓；主功率開關(guān)管受脈寬調(diào)制器Ul控制，從而控制隔離變壓器Tl工作狀態(tài)，達(dá)到控制直流輸出電壓目的；U1的8腳OUT-A通過圖騰放大器U2、驅(qū)動串聯(lián)電阻R17驅(qū)動主功率開關(guān)管Q1、Q2的柵極，主功率開關(guān)管Ql、Q2按Ul的14腳RT端外接電阻R14設(shè)定的頻率周期進(jìn)行開關(guān)；主功率開關(guān)管Ql、Q2飽和導(dǎo)通時，Tl初級有電流流過，向Tl次級傳輸能量，同時為儲能電感LI充電，經(jīng)次級同步整流MOS管Q4~Q6整流，電容C31~C38濾波后輸出平滑的直流電壓；主功率開關(guān)管Ql、Q2截止時，Ul的9腳OUT-B通過圖騰放大器U3、可調(diào)死區(qū)電容C19和驅(qū)動串聯(lián)電阻R19驅(qū)動鉗位管Q3柵極，鉗位管同樣按Ul的14腳RT端外接電阻R14設(shè)定的頻率周期進(jìn)行開關(guān)；T1初級繞組的反向電壓經(jīng)鉗位管Q3和鉗位電容C23~C25串聯(lián)構(gòu)成回路，鉗位管Q3飽和導(dǎo)通，將Tl原邊繞組反向產(chǎn)生的電壓應(yīng)力吸收掉；與此同時儲能電感LI開始釋放能量，經(jīng)次級同步整流MOS管Q7~Q9整流，電容C31~C38濾波后輸出平滑的直流電壓；自激式輔助電路為脈寬調(diào)制器Ul的7腳VCC端、運算放大器U4的8腳V+和專用智能均流芯片U5的8腳VCC供電；當(dāng)輸出進(jìn)入過流或短路狀態(tài)時，電流采樣電阻R42將采樣信號經(jīng)電阻R43、R44連接到運算放大器U4的2腳反相端11_，經(jīng)放大后由運算放大器U4的I腳輸出端OUTl將放大信號送入運算放大器U4的5腳同相端12+，電阻R51與穩(wěn)壓器Ull構(gòu)成基準(zhǔn)源，電阻R50和R49分壓后經(jīng)電阻R46為運算放大器U4的6腳反相端12-提供一穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓，同相端12+與反相端12-進(jìn)行比較，同相端12+電位高于反相端12-電位時，運算放大器U4的7腳輸出端0UT2輸出高電平，經(jīng)電阻R47、R48連接到光電親合器U8的發(fā)光二極管陽極，光電親合器U8的發(fā)光二極管向受光三極管傳遞能量，受光三極管導(dǎo)通，受光三極管集電極與脈寬調(diào)制器Ul的13腳COMP端相連，COMP端置低位，脈寬調(diào)制器Ul對脈寬進(jìn)行調(diào)整，使占空比變小，輸出電壓變低；由于輸出負(fù)載不變，根據(jù)歐姆定律，電壓與電流成正比，輸出電流變小，電流采樣電阻R42不能檢測到過流信號，運算放大器U4同相端12+電位低于反相端12-電位，運算放大器U4的7腳輸出端0UT2輸出低電平，光電耦合器U8停止工作，脈寬調(diào)制器Ul的13腳COMP端置高位，脈寬調(diào)制器Ul再次對脈寬進(jìn)行調(diào)整，使占空比變大，輸出電壓變高，輸出電流變大，電流采樣電阻R42檢測到過流信號，運算放大器U4的7腳輸出端0UT2再次輸出高電平，光電耦合器U8的發(fā)光二極管向受光三極管傳遞能量，脈寬調(diào)制器Ul的13腳COMP端置低位，脈寬調(diào)制器Ul對脈寬進(jìn)行調(diào)整，使占空比變小，輸出電壓變低，如此往復(fù)，形成一個閉環(huán)回路，輸出進(jìn)入恒流狀態(tài)，完成過流或短路保護(hù)功能，當(dāng)過流或短路故障解除后，電壓恢復(fù)正常；專用智能均流芯片U5的6腳SHARE-與7腳SHARE+為均流共享端，當(dāng)多臺電源模塊輸出端冗余并聯(lián)時，每臺電源模塊的SHARE-并聯(lián)至一點，SHARE+并聯(lián)至一點，實現(xiàn)均流功能。
[0006]所述一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，其專用智能均流芯片U5控制多路并聯(lián)主電源模塊和從電源模塊，當(dāng)單臺或多臺電源模塊出現(xiàn)電流不均衡時，電流不均衡的電源模塊將自動通過共享端向大電流的主電源模塊靠攏，專用智能均流芯片U5的3腳ADJ自動置低位，光電親合器U9的發(fā)光二極管導(dǎo)通，U9的受光三極管調(diào)整輸出電壓上升，輸出電壓上升至與主電源模塊輸出電壓近于相同時，輸出電流隨之被調(diào)整，從而實現(xiàn)主電源模塊與從電源模塊的均流保護(hù)，實現(xiàn)最多達(dá)到20臺電源模塊并聯(lián)，。
[0007]所述一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，其隔離變壓器Tl和儲能電感LI均為PC44磁性材料的平板變壓器，可輸出最大功率800W。
[0008]所述一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，其主功率開關(guān)管與鉗位管均采用TDS0N-8封裝大功率MOS管，Rdsw均小于2πιΩ，提升電源模塊轉(zhuǎn)換效率。
[0009]所述一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，其脈寬調(diào)制器Ul為TSS0P-16封裝的LM5025B，芯片內(nèi)部具有可編程振蕩器，主開關(guān)驅(qū)動和有源鉗位驅(qū)動之間配置了可編程重疊或死區(qū)時間，并具有可編程欠壓鎖定功能。
[0010]本發(fā)明采用LM5025B作為PffM脈寬控制芯片，具有用在分布式電源結(jié)構(gòu)的有效鉗位/重置技術(shù)。LM5025B用在高開關(guān)頻率，比通常用在通信、汽車電子、工業(yè)電源系統(tǒng)以及多輸出電源的通常正激調(diào)整器有更高的效率和更大的功率密度，特別適用于制作大功率電源模塊。LM5025B內(nèi)部具有可調(diào)滯后的用戶編程的欠壓鎖定電路，可直接應(yīng)用于輸入欠壓保護(hù)電路；
本發(fā)明輸出過流與短路保護(hù)采取恒流式設(shè)計，電源模塊進(jìn)入過流或短路狀態(tài)后，將自動調(diào)節(jié)PffM脈沖寬度，減小無用功損耗，且輸出電流不隨輸入變化而變化，改善深度限流對MOS管的電應(yīng)力沖擊。過流或短路故障解除后電源模塊自動恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明可實現(xiàn)多臺電源模塊并聯(lián)使用，均流系數(shù)一致性好，與傳統(tǒng)均流模式不同，本發(fā)明采用“智能均流”方式進(jìn)行均流設(shè)計，無需人為設(shè)定主從電源模塊，主從電源模塊根據(jù)動態(tài)輸出電流大小確定，輸出電流最大的電源模塊自動成為主電源模塊，其它電源模塊為從電源模塊，從電源模塊積極向主電源模塊靠攏，防止一臺或多臺電源模塊運行于電流極限狀態(tài)。本發(fā)明多電源模塊并聯(lián)可達(dá)最大功率10KW。
[0012]本發(fā)明具有以下特點:
1、輸入與輸出均為直流電壓，輸入與輸出絕緣電壓為1000V;
2、輸入電壓覆蓋DC9V~72V，輸出電壓覆蓋DC3.3V-48V ；
3、電源模塊體積為:61*58*13mm，最大輸出功率可達(dá)500W；
4、輸入具有欠壓鎖定功能，過流和短路保護(hù)為恒流式；
5、電源模塊具有智能均流功能，最多可實現(xiàn)20臺電源模塊冗余并聯(lián)，最大功率可達(dá)1Kff ；
本發(fā)明的有益效果是具有高可靠性的操作模式，確保電源模塊在進(jìn)入過流和短路狀態(tài)時及時進(jìn)行保護(hù)，故障解除后恢復(fù)正常工作。多臺電源模塊冗余并聯(lián)時可智能均流控制，具有電源模塊智能化高，環(huán)境適應(yīng)能力強等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明功能框圖。
[0014]圖2為本發(fā)明原理圖。
[0015]圖3為本發(fā)明多臺電源模塊冗余并聯(lián)均流模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1、2和3所示，本發(fā)明一種高可靠性大功率智能均流電源模塊，包括直流輸入、隔離變壓器、儲能電感、主功率開關(guān)管、鉗位管、自激式輔助電路、脈寬調(diào)制器、同步整流濾波電路、恒流電路、均流電路和直流輸出；其直流輸入電壓經(jīng)隔離變壓器Tl耦合輸出經(jīng)儲能電感LI輸出給同步整流濾波電路再輸出直流輸出電壓；主功率開關(guān)管受脈寬調(diào)制器Ul控制，從而控制隔離變壓器Tl工作狀態(tài)，達(dá)到控制直流輸出電壓目的；U1的8腳OUT-A通過圖騰放大器U2、驅(qū)動串聯(lián)電阻R17驅(qū)動主功率開關(guān)管Q1、Q2的柵極，主功率開關(guān)管Q1、Q2按Ul的14腳RT端外接電阻R14設(shè)定的頻率周期進(jìn)行開關(guān)；主功率開關(guān)管Ql、Q2飽和導(dǎo)通時，Tl初級有電流流過，向Tl次級傳輸能量，同時為儲能電感LI充電，經(jīng)次級同步整流MOS管Q4~Q6整流，電容C31~C38濾波后輸出平滑的直流電壓；主功率開關(guān)管Q1、Q2截止時，Ul的9腳OUT-B通過圖騰放大器U3、可調(diào)死區(qū)電容C19和驅(qū)動串聯(lián)電阻R19驅(qū)動鉗位管Q3柵極，鉗位管同樣按Ul的14腳RT端外接電阻R14設(shè)定的頻率周期進(jìn)行開關(guān)；T1初級繞組的反向電壓經(jīng)鉗位管Q3和鉗位電容C23~C25串聯(lián)構(gòu)成回路，鉗位管Q3飽和導(dǎo)通，將Tl原邊繞組反向產(chǎn)生的電壓應(yīng)力吸收掉；與此同時儲能電感LI開始釋放能量，