小型化低壓隔離電源的製作方法

2023-06-01 23:24:21 2

專利名稱：小型化低壓隔離電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種計算機開關電源，具體是小型化低壓隔離電源。
背景技術：
傳統的機載計算機電源模塊為機上的二次電源，即將機上的28V直流電源或者 115V交流輸入電源，通過電源模塊進行功率轉換，變成計算機工作所需要的+5V，士 15V， 士 12V等電壓輸出。以DC/DC模塊為例，目前市場上最常見的DC/DC模塊工作範圍為18 36V,部分型號的寬範圍輸入的工作電壓也在9V以上，對於5V轉5V的DC/DC模塊型號就非 常少了，僅有的幾款價格和體積上也有很大的劣勢。因為電源模塊內部的功率轉換控制芯 片等工作電壓有一定的要求，而且功率管也要有一定的開啟電壓，這些都限制了小型化低 壓隔離電源的發展與推廣。隨著電子技術的發展，機載計算機對體積和重量的要求越來越高，產品的小型化、 微型化要求非常迫切，同時為了防止不同的通信迴路相互幹擾，計算機板上需要對部分電 路晶片進行隔離供電，防止竄擾，需要研製一種低壓下正常工作的小型化隔離電源。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種低壓下正常工作的小型化隔離電源即一種使用計 算機板內+5V電源輸入的電源模塊，在無外加輔助電源的條件下，提供隔離的+5V輸出，向 需要隔離的電路晶片供電。本實用新型的技術解決方案是小型化低壓隔離電源，其特殊之處在於，該電源 包括依次串接的前端接口電路、吸收保護電路、功率轉換電路、穩壓濾波電路和後端保護電 路，其中，吸收保護電路和功率轉換電路之間串接有驅動電路。上述的功率轉換電路包括變壓器，設置在該變壓器初級端的第一電阻R7、第一二 極管VI、TN2510型場效應管V4、第一電容C8、第二電容C5和第二電阻R9，其中，第一電阻 R7 一端接至所述初級的同名端，其另一端通過第一二極體Vl接至所述初級的異名端，且該 第一二極體Vl的正極接至該異名端了 ；TN2510型場效應管V4與由第二電容C5和第二電 阻R9串接支路並接至該異名端，其中該第二電容C5 —端與TN2510型場效應管V4的柵極 共地，另一端接第二電阻R9 —端，第二電阻R9另一端接至TN2510型場效應管V4的源極， 該源極接至所述異名端；第一電容C8串接在TN2510型場效應管V4的漏極與地之間。上述變壓器的磁芯是MAG公司的0P-41003磁芯。上述變壓器的引線採用雙線並繞的方式。上述變壓器的初次級的匝數比為38 53。上述的驅動電路是以LM193作為驅動晶片構成的振蕩驅動電路。本實用新型採用低壓工作晶片，使得整個電路在輸入電壓較低的情況下也可以正 常工作；元器件大量使用表貼封裝，減小了電源的體積和重量，滿足了計算機的小型化的要 求。
圖1是本實用新型的原理框圖；圖2是本實用新型的驅動電路示意圖；圖3是本實用新型的功率轉換電路示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的電源模塊採用單端正激的電路拓撲形式，利用變壓器作為 功率轉換器件，實現電平的隔離與轉換。在電源模塊的前端輸入設有接口電路，對初級的 +5V輸入電壓外來的幹擾信號進行濾波吸收，保護電源模塊的工作晶片以及後端的輸出，驅 動電路實現對功率管進行通斷的控制，從而將直流電平通過DC-AC-DC的形式轉換到後端 去，驅動電路帶有補償電路，可以有效的緩解電源模塊的振蕩帶來的工作不穩定問題。在功 率轉換電路(變壓器)的後端，穩壓濾波電路對轉換的電壓進行穩壓及對幹擾信號濾波吸 收，保證輸出電壓的紋波，通過後端保護電路對負載的工作電路實現保護。1.2電路設計電源模塊的電路以單端正激的電路拓撲為基礎，電路簡單，穩定性好，難點包括低 壓下驅動電路及功率管的工作，另外還要兼顧器件的體積封裝等方面，電源模塊的參數的 調整以及保護電路的設計也需要進行計算和試驗。1.2.1驅動電路設計驅動電路需要振蕩器，無源工作的RC振蕩不僅驅動能力有限而且易受外界幹擾， 需要驅動晶片來實現。電源模塊中選擇LM193作為驅動晶片，配合外圍的電路組成振蕩 驅動電路，該晶片的工作電壓可以低至3V，而且其輸出電流可達16mA，具有一定的驅動能 力。振蕩器利用比較器的電平翻轉特性，通過充電電路對電容進行充電，當電壓達到翻轉 電平後將輸出拉低，然後電容的能量通過放電電路進行釋放，當電壓低於參考電壓後，電平 再次翻轉，從而實現自激振蕩，將比較器的輸出作為驅動電平，上拉電壓則選擇電源的輸入 電壓。通過對充放電電路的調整以及電容容值的計算，完全可以依據需求得到電路的各參 數值，電源模塊設定的工作頻率為125KHZ，試驗後驗證該頻率下的電源工作穩定，轉換效率 高，而且整個電源模塊的濾波吸收電路等也針對該頻率進行設計。參見圖2，圖中1 3，1 4與￥2組成電容的充放電迴路，電容Cl則為充放電電容，電阻 R5為反饋電阻，比較器的正端接輸入電壓的採樣，負端接充放電電容，利用上述電路的振蕩 翻轉特性，通過電容的充放電就可以在比較器的負端形成以採樣電壓為均值的鋸齒波，信 號0SC_DRIVE則為振蕩電路輸出的驅動方波，驅動功率轉換電路工作。本實用新型的驅動電路是以LM193作為驅動晶片構成的振蕩驅動電路。1.2. 2功率轉換電路功率管(場效應管)在單端正激電路起到關鍵的作用，功率管導通時，電源向變 壓器的等效電感進行充電，在功率管關閉後將以磁能形式儲存在變壓器中的能量轉移到後 端，在關斷的過程中變壓器的等效電感會產生很大的反向電壓，這需要功率管具有較高的 耐壓值。另外，驅動電路的驅動電壓實際測量值不到5V，在5V典型輸入的情況下其驅動電 平的峰值僅為3. 6V，如果選用常規的場效應管，根本無法在G-S端建立足夠的電場來實現場效應管的開通，這些因素都決定需要使用低門檻電壓即Ves(TH)很低的功率管。電源模塊使 用TN2510作為功率管，該場效應管的D-S耐壓值為100V，門限開啟電壓Ves(TH)僅為2V，最低 可達0. 6V，完全滿足電源模塊的低壓工作要求。而且該場效應管為S0T-89的小型化表貼封 裝可以有效的解決電源模塊的功率管體積及質量問題。變壓器是電源模塊中的核心部件，所以變壓器的設計顯得尤為關鍵。變壓器參數 的設計主要從兩個方面著手變壓器磁芯的選擇與引線的材料和匝比，電源模塊的變壓器 使用MAG公司的0P-41003磁芯，該磁芯磁導率高，適合做變壓器的磁芯，其體積小易於安裝 固定，符合機載計算機電源的要求。變壓器的引線採用雙線並繞的方式，可以有效的增加互 感係數，減小漏感，進而減小電源模塊功率轉換過程中的損耗，通過大量的計算與反覆的試 驗，確定變壓器的初次級匝數比為38 53，可以滿足用戶的輸出的要求。參見圖3，功率轉換電路的原理圖，電路採用典型的單端正激電路拓撲形式，變壓 器的後端為整流電路，將整流後的脈動電壓進行濾波處理。功率轉換電路中，功率器件如變 壓器Tl、場效應管V4及整流管V3等均設有吸收保護網絡，防止電路中的高頻尖刺幹擾。1.2. 3穩壓電路電源模塊的次級使用表貼的鉭電容並聯低ESR的陶瓷電容來完成濾波穩壓，並且 在後端使用了穩壓電路進行電平的穩定，電路簡單，工作可靠，不易受到外界電路的影響。1.2. 4保護電路為了抑制幹擾，保證電源模塊的正常工作，電源模塊中設計有保護電路，對電源自 身的振蕩尖刺以及外部的幹擾信號進行吸收，保護電路包括內部的補償保護電路，外部的 吸收電路，都可以有效的穩定電源的工作，減小電磁幹擾的影響。2、電源模塊外殼採用密封性能好的全鋁金屬屏蔽殼體，有效的屏蔽電磁輻射幹 擾，對於發熱量較大的器件採用緊貼金屬外殼的方式來散熱，能夠及時將電源的熱量揮發 出去，散熱效果良好，保證電源在高溫下也能夠正常工作。這種結構設計方式，佔用空間小， 安裝固定可靠，且便於拆卸維修，對外的交聯引線通過引線孔引出，連線簡單，通用性很強電源模塊印製板上各種元件進行合理地分布，減弱輻射噪聲，對於小信號線遠離 噪聲源，而且輸入、輸出線儘可能的遠離。電源模塊設計提供了良好的接地，接入系統後可 以與其它系統的設備保持共地，保證系統處於同一基準參考點，消除環境電壓，地電勢差等 的影響，電源模塊對各種信號進行有效的屏蔽，使信號本身產生較小的電磁幹擾，同時保護 信號本身所受到的電磁幹擾最小。整個電源模塊工作穩定，可靠性高，通用性強，使用方便可以極大提高武器性能， 增強我國國防能力。如果適當更換相應工業、民檔元器件，在不影響產品功能齊全性的條件 下，還可以很方便的應用於工業、民用等領域，前景廣闊。
權利要求小型化低壓隔離電源，其特徵在於該電源包括依次串接的前端接口電路、吸收保護電路、功率轉換電路、穩壓濾波電路和後端保護電路，其中，吸收保護電路和功率轉換電路之間串接有驅動電路。
2.根據權利要求1所述的小型化低壓隔離電源，其特徵在於所述功率轉換電路包括 變壓器，設置在該變壓器初級端的第一電阻R7、第一二極體V1、TN2510型場效應管V4、第一 電容C8、第二電容C5和第二電阻R9，其中，第一電阻R7 —端接至所述初級的同名端，其另 一端通過第一二極體Vl接至所述初級的異名端，且該第一二極體Vl的正極接至該異名端 了 ；TN2510型場效應管V4與由第二電容C5和第二電阻R9串接支路並接至該異名端，其中 該第二電容C5 —端與TN2510型場效應管V4的柵極共地，另一端接第二電阻R9 —端，第二 電阻R9另一端接至TN2510型場效應管V4的源極，該源極接至所述異名端；第一電容C8串 接在TN2510型場效應管V4的漏極與地之間。
3.根據權利要求2所述的小型化低壓隔離電源，其特徵在於所述變壓器的磁芯是MAG 公司的0P-41003磁芯。
4.根據權利要求3所述的小型化低壓隔離電源，其特徵在於所述變壓器的引線採用 雙線並繞的方式。
5.根據權利要求4所述的小型化低壓隔離電源，其特徵在於所述變壓器的初次級的 匝數比為38 53。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的小型化低壓隔離電源，其特徵在於所 述驅動電路是以LM193作為驅動晶片構成的振蕩驅動電路。
專利摘要本實用新型涉及小型化低壓隔離電源，其特徵在於該電源包括依次串接的前端接口電路、吸收保護電路、功率轉換電路、穩壓濾波電路和後端保護電路，其中，吸收保護電路和功率轉換電路之間串接有驅動電路。本實用新型採用低壓工作晶片，使得整個電路在輸入電壓較低的情況下也可以正常工作；元器件大量使用表貼封裝，減小了電源的體積和重量，滿足了計算機的小型化的要求。
文檔編號G06F1/26GK201622518SQ20092031842
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者王勃, 霍躍慶, 高棟 申請人:中國航空工業集團公司第六三一研究所