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一種高可靠性大功率智能均流電源模塊的制作方法

文檔序號(hào):9189595閱讀:978來源:國知局
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]本實(shí)用新型涉及一種電源模塊,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(duì)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(tái)以內(nèi)的電源模塊并聯(lián),且調(diào)試過于繁瑣,從而無法實(shí)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(dòng)。對(duì)于大功率電源模塊而言,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很大限制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計(jì)的一種高可靠性大功率智能均流電源模塊。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)串聯(lián)電阻R17驅(qū)動(dòng)主功率開關(guān)管Ql、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(shí),Tl初級(jí)有電流流過,向Tl次級(jí)傳輸能量,同時(shí)為儲(chǔ)能電感LI充電,經(jīng)次級(jí)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(shí),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(dòng)串聯(lián)電阻R19驅(qū)動(dòng)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(jí)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(shí)儲(chǔ)能電感LI開始釋放能量,經(jīng)次級(jí)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(yùn)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(shí),電流采樣電阻R42將采樣信號(hào)經(jīng)電阻R43、R44連接到運(yùn)算放大器U4的2腳反相端
I1-,經(jīng)放大后由運(yùn)算放大器U4的I腳輸出端OUTl將放大信號(hào)送入運(yùn)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(yùn)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(shí),運(yùn)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(duì)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(cè)到過流信號(hào),運(yùn)算放大器U4同相端12+電位低于反相端12-電位,運(yùn)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(duì)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(cè)到過流信號(hào),運(yùn)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(duì)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(gè)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(tái)電源模塊輸出端冗余并聯(lián)時(shí),每臺(tái)電源模塊的SHARE-并聯(lián)至一點(diǎn),SHARE+并聯(lián)至一點(diǎn),實(shí)現(xiàn)均流功能。
[0007]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(tái)或多臺(tái)電源模塊出現(xiàn)電流不均衡時(shí),電流不均衡的電源模塊將自動(dòng)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(dòng)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(shí),輸出電流隨之被調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)主電源模塊與從電源模塊的均流保護(hù),實(shí)現(xiàn)最多達(dá)到20臺(tái)電源模塊并聯(lián)。
[0008]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(chǔ)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。
[0009]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,處于飽和導(dǎo)通時(shí)漏源極間電阻Rds均小于2m Ω,提升電源模塊轉(zhuǎn)換效率。
[0010]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(dòng)和有源鉗位驅(qū)動(dòng)之間配置了可編程重疊或死區(qū)時(shí)間,并具有可編程欠壓鎖定功能。
[0011]本實(shí)用新型采用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;
[0012]本實(shí)用新型輸出過流與短路保護(hù)采取恒流式設(shè)計(jì),電源模塊進(jìn)入過流或短路狀態(tài)后,將自動(dòng)調(diào)節(jié)PWM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(duì)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(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
[0013]本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)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,本實(shí)用新型采用“智能均流”方式進(jìn)行均流設(shè)計(jì),無需人為設(shè)定主從電源模塊,主從電源模塊根據(jù)動(dòng)態(tài)輸出電流大小確定,輸出電流最大的電源模塊自動(dòng)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(tái)或多臺(tái)電源模塊運(yùn)行于電流極限狀態(tài)。本實(shí)用新型多電源模塊并聯(lián)可達(dá)最大功率10KW。
[0014]本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn):
[0015]1、輸入與輸出均為直流電壓,輸入與輸出絕緣電壓為1000V ;
[0016]2、輸入電壓覆蓋DC9V~72 V,輸出電壓覆蓋DC3.3V~48V ;
[0017]3、電源模塊體積為:61*58*13mm (如圖4和5所示),最大輸出功率可達(dá)500W ;
[0018]4、輸入具有欠壓鎖定功能,過流和短路保護(hù)為恒流式;
[0019]5、電源模塊具有智能均流功能,最多可實(shí)現(xiàn)20臺(tái)電源模塊冗余并聯(lián),最大功率可達(dá) 1Kff ;
[0020]本實(shí)用新型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(shí)及時(shí)進(jìn)行保護(hù),故障解除后恢復(fù)正常工作。多臺(tái)電源模塊冗余并聯(lián)時(shí)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(qiáng)等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型功能框圖。
[0022]圖2 — I為本實(shí)用新型原理圖之第一部分。
[0023]圖2 — 2為本實(shí)用新型原理圖之第二部分。
[0024]圖3為本實(shí)用新型多臺(tái)電源模塊冗余并聯(lián)均流模塊示意圖。
[0025]圖4為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)前視圖。
[0026]圖5為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0028]如圖1、2 — 1、2 — 2和3所示,本實(shí)用新型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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)串聯(lián)電阻R17驅(qū)動(dòng)主功率開關(guān)管Ql、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(shí),Tl初級(jí)有電流流過,向Tl次級(jí)傳輸能量,同時(shí)為儲(chǔ)能電感LI充電,經(jīng)次級(jí)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(shí),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(dòng)串聯(lián)電阻R19驅(qū)動(dòng)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(jí)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,
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