一種基於有源箝位方法的pc104電源模塊的製作方法
2023-07-22 04:33:31 1
專利名稱：一種基於有源箝位方法的pc104電源模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種基於有源箝位方法的PC104模塊電源，屬於電子技術領域。
背景技術：
PC104主板在醫療設備、儀器儀表、GPS、軍エ、航空設備、數控工具機等領域都有廣泛的應用，而PC104電源正是為此專門設計的ー種小型可靠的供電系統，主輸出DC5V給MCU及外圍器件供電，輔助電源DC12V輸出可以為模擬器前級如運放提供電源，也可以用它驅動平板顯示器、小型馬達以及各種控制閥門。PC104電源的主路輸出DC5V，輸出電流12A，要具備過載和短路保護。輔助電源輸出DC12V，輸出電流1A，帶有輸出過流和過壓保護。常規的電源模塊體積往往過大，效率低< 90 %，各種保護功能不完善，導致可靠性無法保證，使用場合受到限制，因此這些常規技術的電源無法滿足客戶高可靠性的要求
實用新型內容
本實用新型的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。本實用新型的一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊，包括功率變換主迴路、控制迴路和升壓迴路；其中，功率變換主迴路包括對直流輸入電壓進行濾波的直流輸入濾波電路、實現功率變換的功率變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路和輸出端子；輸入濾波電路、功率變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路和輸出端子順序連接；控制迴路包括輸出電壓反饋電路、內部啟動調節電路、電流採樣電路、PWM控制器、前饋補償電路、輸入過壓保護電路和指示電路；所述的前饋補償電路的輸入端、輸入過壓保護電路的輸入端與功率變換主迴路的輸入濾波電路連接，所述的電流採樣電路的輸入端與功率變換電路連接，所述的PWM控制器的輸入端分別與輸入過壓保護電路的輸出端、前饋補償電路的輸出端、電流採樣電路的輸出端、輸出電壓反饋電路的輸出端、內部啟動調節電路的輸出端連接，該PWM控制器的輸出端直接與功率變換電路的輸入端連接，所述的輸出電壓反饋電路、內部啟動調節電路的輸入端與輸出濾波電路的輸出端連接；升壓電路包括升壓輸入濾波電路、升壓控制電路、升壓功率變換電路、升壓整流電路和升壓輸出濾波電路，升壓輸入濾波電路、升壓控制電路、升壓功率變換電路、升壓整流電路和升壓輸出濾波電路按順序連接；所述的升壓輸入濾波電路的輸入端與輸出濾波電路的輸出端連接，升壓輸出濾波電路輸出端與輸出端子相連。所述的功率變換主電路的功率變換電路為有源箝位電路，主要由主功率驅動管、有源箝位驅動管、儲能電容以及與功率管連接的變壓器構成。所述的PWM控制器主要由有源箝位專用的PWM脈寬控制晶片以及外圍電路構成。所述的升壓迴路採用BOOST電路，主要由ー款高性能的升壓晶片和外圍電路構成。所述的輸出端子由PC104標準接口和通用接ロ構成，供電方式可通過電源板通用接口供電，也可通過PC104標準接口供電，電源狀態由LED指示燈顯示。由於本實用新型採用了以上的技術方案，具有以下優點I. PC104的輔助電源DC12V由PC104的主路DC5V的輸出取電，這使PC104輔助電源的輸入電源波動小，不必擔心因為過載或短路損壞電源系統，該方法控制簡單；2.該電源模塊具有過壓保護，短路 保護、過熱保護功能，保證了在各種エ業條件下
安全可靠工作；3.有源箝位技術的採用，效率大大提高，整機效率測試高達92%，大大減小了散熱片的體積；4.整機效率高，溫升低，能滿足_40°C +85°C的寬溫度範圍。5.輸出接ロ可選擇，可以給PC104接口供電也可以給其他電源供電。
圖I為本實用新型的電路方框圖；圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進ー步說明。實施例如圖1，結合電路原理圖圖2，本實用新型基於有源箝位方法的PC104電源模塊，包括功率變換主迴路I、控制迴路2和升壓迴路3，功率變換主迴路I包括輸入濾波電路4、功率變換電路5、同步整流電路6、輸出濾波電路7、輸出端子8並順序連接；輸入濾波電路4用於對輸入的直流電壓進行平滑濾波。該輸入濾波電路4由LI、Cl、C2、C3構成，電容具有「阻直流，通交流」的本領，而電感則有「通直流，阻交流，通低頻，阻高頻」的功能，經過LC濾波器，將對輸入電壓起到很好的平滑濾波的作用。功率變換電路5通過控制功率開關管的導通與關斷來實現功率轉換，它由變壓器Tl、主功率驅動管V4、有源箝位驅動管V5、儲能電容C12、電阻R9 R12、電容Cll組成。這部分的功能是實現前後級的能量轉換，兩開關管工作在同步狀態，為了實現零電壓導通，主功率驅動管V4導通時間比有源箝位驅動管V5大幾納秒。同步整流電路6用於把從功率變換電路5過來的交流電變為直流電，由電阻R21 R24、電容C16、C17、ニ極管V8、V10、整流管V9、V11構成。兩個同步整流管採用變壓器自驅動方案，整流管的導通和關斷的能量直接來自副邊繞組，這樣也大大的提高了效率。輸出濾波電路7用於把輸出電壓變成符合要求的具有低紋波電壓的直流電壓，分別由電感L2、電容C18 C22組成。輸出端子8包括+5V、+12V、PGND三個端子，由PC104標準接口和通用接ロ構成，供電方式可通過電源板通用接口供電，也可通過PC104標準接口供電，電源狀態由LED指示燈
顯不O所述的控制迴路2包括輸出電壓反饋電路9、內部啟動調節電路10、電流採樣電路11、PWM控制器12、前饋補償電路13、輸入過壓保護電路14、以及指示電路20 ;其中所述的前饋補償電路13、輸入過壓保護電路14的輸入端與功率變換主迴路I的輸入濾波電路4連接，所述的電流採樣電路11的輸入端與功率變換電路5連接，所述的PWM控制器12的輸入端分別與輸入過壓保護電路14、前饋補償電路13、電流採樣電路11、輸出電壓反饋電路9、內部啟動調節電路10的輸出端連接，該PWM控制器12的輸出端直接與功率變換主迴路I的輸入端連接，所述的輸出電壓反饋電路9、內部啟動調節電路10的輸入端與輸出濾波電路7的輸出端連接。PWM控制器12是整個電源模塊的核心，由驅動晶片NI及其外圍電路構成，它根據輸入電流、輸出電壓的反饋參數，通過外圍電路以及內部電路輸出PWM波，來控制功率開關管的導通和關斷，實現功率變換。驅動晶片NI是ー款有源箝位專用的PWM變換器，具有輸入欠壓鎖定、軟啟動、振蕩器同步及熱保護等功能，保證了設計的可靠性。驅動晶片NI的I腳為電壓輸入端。驅動晶片NI的2腳是為調節器的諧波信號。驅動晶片NI的3腳是逐脈衝限流採樣，該引腳電壓超過O. 25V時，進入逐脈衝限流狀態。驅動晶片NI的4腳為軟啟動電流採樣端，該引腳電壓超過O. 25V吋，輸出關斷並進入軟啟動狀態。驅動晶片NI的5腳為輸出重疊或死區調節端。該腳外接電阻R8設置有源箝位的重疊或死去時間，R8若連接在 ΜΕ和GND之間，將產生有重疊的同相OUT-A和0UT-B，若連接在 ΜΕ和REF之間將產生有死區的反相OUT-A和0UT-B。驅動晶片NI的6腳為內部5V精密基準輸出。驅動晶片NI的7腳為內部啟動調製器的輸出電壓。驅動晶片NI的8腳為主驅動輸出。驅動晶片NI的9腳為有源箝位輸出。驅動晶片NI的10腳為電源地。驅動晶片NI的11腳為模擬地。驅動晶片NI的12腳為軟啟動控制端。驅動晶片NI的13腳為PWM控制器輸入端，該引腳內接5kQ的上拉電阻，由外部光耦調節佔空比。驅動晶片NI的14腳為振蕩器外接定時電阻端，將ー個外接電阻連接在RT與地之間，設置內部振蕩器的頻率。驅動晶片NI的15腳為振蕩器上升/下降同步輸入端。驅動晶片NI的16腳為過壓保護端。輸出電壓反饋電路9用於對輸出電壓進行控制，由電阻R26 R29、電容C31、C32、基準源N2、隔離光耦器V13構成，輸出電壓與帶溫度補償的高精度基準源N2的基準進行比較，通過隔離光耦器V13把輸出電壓反饋引入到驅動晶片NI的13腳，該引腳上的電壓控制PWM的脈衝寬度，從而使輸出電壓保持不變，實現DC/DC模塊的低負載調整率。內部啟動調節電路由L2、R25、V12構成，當VCC端電壓達到7. 6V，內部5V基準電壓建立，控制器開始工作。當VCC低於6. 2V或在輸入欠壓鎖定狀態時，控制器關斷。在典型應用中，輔助繞組通過ニ極管連接到VCC端，該繞組必須使VCC電壓高於8V，以關斷內部啟動穩壓器。用輔助繞組給VCC供電，不僅提高了效率，而且降低了控制器的損耗。電流採樣電路11由互感器TA、電阻R15 R17、電容C15、ニ極管V7構成，當CS2的採樣電壓大於O. 25V時，控制器進行打嗝式限流保護。如果重載情況一直持續，這種限流方式將不斷重複。打嗝式限流模式可以降低變換器的熱損耗，而在逐脈衝限流模式下，變換器會有較高的熱損耗，適用於短時重載情況。前饋補償電路由電阻R5、R6、R7、電容C4、C5構成，在VIN和GND端之間外接ー個電阻R6和電容C4，產生PWM斜坡信號。RAMP端的斜坡信號隨輸入電壓變化而變化。變化的斜坡提供輸入前饋補償，用以提高電壓模式控制的輸入瞬態響應。斜坡信號和誤差信號通過PWM運算放大器控制主輸出的佔空比。伏秒積箝位比較器同時監控RAMP端，當斜坡幅值大於2. 5V時結束當前周期。在每ー個周期末，內部時鐘或伏秒積限制比較器先將斜坡信號復位為零。輸入過壓保護電路14由電阻Rl R3、R18、穩壓管VI、三極體V2組成，當輸出電壓超過36V吋，穩壓ニ極管擊穿，V2導通，把與驅動晶片NI相連接的16腳電平拉低，關斷輸出電壓實現保護。指示電路20由電阻R30、R4、指示燈LED1、LED2構成，用於電路供電顯示。所述的升壓電路3包括升壓輸入濾波電路15、升壓控制電路16、升壓功率變換電路17、升壓整流電路18、升壓輸出濾波電路19，並按順序連接，所述的升壓輸入濾波電路15的輸入端與輸出濾波電路7的輸出端連接，升壓輸出濾波電路19的輸出端與功率變換主迴路I的輸出端子8相連。 升壓輸入濾波電路15用於對輸入的直流電壓進行平滑濾波。該輸入濾波電路由電容C30 C36構成，電容具有「阻直流，通交流」的本領，將對輸入電壓起到很好的平滑濾波的作用。升壓控制電路16由控制晶片N3和外圍電路構成，該晶片是ー款具有多功能的高效率低側N通道高性能控制器，具有多種保護功能，如熱關斷、短路保護、過壓保護，省電關斷模式，保證了該電源的高效率。升壓功率變換電路17由L3、V14、V15、電阻R38、R39、R40構成，通過控制功率開關管的導通與關斷來實現功率轉換。這部分的功能是實現前後級的能量轉換，在功率開關管導通時間，能量存儲在電感L3中，功率開關管斷開時，存貯在電感中的能量釋放出去。升壓整流電路18用於把從功率變換電路過來的交流電變為直流電，由ニ極管VD16完成。升壓輸出濾波電路19用於把輸出電壓變成符合要求的具有低紋波電壓的直流電壓，由電容C421 C48組成。本實用新型未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求1.一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊，其特徵在於包括功率變換主迴路、控制迴路和升壓迴路； 功率變換主迴路包括輸入濾波電路、功率變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路和輸出端子；輸入濾波電路、功率變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路和輸出端子順序連接； 控制迴路包括輸出電壓反饋電路、內部啟動調節電路、電流採樣電路、PWM控制器、前饋補償電路、輸入過壓保護電路和指示電路； 前饋補償電路的輸入端、輸入過壓保護電路的輸入端與功率變換主迴路的輸入濾波電路連接；電流採樣電路的輸入端與功率變換電路連接，PWM控制器的輸入端分別與輸入過壓保護電路的輸出端、前饋補償電路的輸出端、電流採樣電路的輸出端、輸出電壓反饋電路的輸出端、內部啟動調節電路的輸出端連接，該PWM控制器的輸出端直接與功率變換電路的輸入端連接，所述的輸出電壓反饋電路、內部啟動調節電路的輸入端與輸出濾波電路的輸出端連接； 升壓電路包括升壓輸入濾波電路、升壓控制電路、升壓功率變換電路、升壓整流電路和升壓輸出濾波電路，升壓輸入濾波電路、升壓控制電路、升壓功率變換電路、升壓整流電路和升壓輸出濾波電路按順序連接； 升壓輸入濾波電路的輸入端與輸出濾波電路的輸出端連接，升壓輸出濾波電路輸出端與輸出端子相連。
2.根據權利要求I所述的一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊,其特徵在於功率變換電路為有源箝位電路。
3.根據權利要求I所述的一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊，其特徵在於升壓迴路採用BOOST電路。
4.根據權利要求I所述的一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊,其特徵在於輸出端子由PC104標準接口和通用接口構成。
專利摘要本實用新型涉及一種基於有源箝位方法的PC104電源模塊，屬於電子技術領域。包括功率變換主迴路、控制迴路和升壓迴路；功率變換主迴路包括輸入濾波電路、功率變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路和輸出端子；控制迴路包括輸出電壓反饋電路、內部啟動調節電路、電流採樣電路、PWM控制器、前饋補償電路、輸入過壓保護電路和指示電路；升壓電路包括升壓輸入濾波電路、升壓控制電路、升壓功率變換電路、升壓整流電路和升壓輸出濾波電路。該模塊電源的控制方法簡單；具有過壓保護，短路保護、過熱保護功能，效率高，整機效率測試高達92％，減小了散熱片的體積；溫升低，輸出接口可選擇，可以給PC104接口供電也可以給其他電源供電。
文檔編號H02M3/335GK202634283SQ20122024374
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者李飛, 杜文洲, 張曉友 申請人:北京航天光華電子技術有限公司