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(shuō)，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(guó)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(guò)于繁瑣，從而無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)，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(guò)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(guò)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(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)流或短路保護(hù)功能，當(dāng)過(guò)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(guò)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(guò)流與短路保護(hù)采取恒流式設(shè)計(jì)，電源模塊進(jìn)入過(guò)流或短路狀態(tài)后，將自動(dòng)調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度，減小無(wú)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)，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(guò)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，