一種超小型dc－dc模塊電源及其製作方法

2023-05-10 10:35:36

專利名稱：一種超小型dc－dc模塊電源及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超小型DC-DC模塊電源，另外還涉及該種超小型DC-DC模塊電源製作方法。
背景技術：
模塊電源廣泛用於工控機、現場總線、儀器儀表、接入設備、通訊設備、醫療設備以及汽車電子、航空航天等。由於採用模塊組建電源系統具有設計周期短、可靠性高、系統升級容易等特點，模塊電源的應用越來越廣泛。尤其近幾年由於數據業務的飛速發展和分布式供電系統的不斷推廣，模塊電源的增幅已經超出了一次電源。但伴隨著產品的小型化、可攜式發展，要求模塊電源的體積更小、效率更高。目前常用微功率DC-DC模塊電源有表面貼裝(SMT)、單列直插式(SIP)或雙列直插式(DIP)，內部電路採用Royar電路(如圖1)。電路原理如下接入電壓時，經電阻Rb分壓後，由電阻R1、R2為電晶體TR1，TR2提供正向偏壓，由變壓器T利用磁芯的飽和特性形成自振蕩頻率和驅動功能，能量再經過變壓器T上繞組p3傳遞至輸出端，經二極體D2整流輸出，完成電壓的轉換。自動振蕩頻率由變壓器T的鐵芯特性和三極體開關基—射極間的電壓決定。這種電路的主要優點是電路結構簡單，所需元件較少。
根據電路原理，在此電路中對變壓器的應用是要求變壓器在不飽和狀態進行能量轉換，同時又利用變壓器的飽和特性形成振蕩，一物兩用，增加了磁芯的物理損耗，降低了變壓器的使用效率。且由於兩種狀態無法兼顧，很難通過功能匹配來實現電路優化，達到提高轉換功率，縮小產品體積的目的，造成現有DC-DC模塊電源體積偏大，通常在19.6*6.0*10.0mm以上。另由於此電路用同一磁芯做兩個變壓器使用，當輸入輸出電壓高時，繞線圈數多，小磁芯在工藝上滿足不了，所以現有表面貼裝(SMT)封裝的模塊電源功率只能實現功率在1W及1W以下，轉換電壓在輸入電壓為12VDC、輸出電壓為15VDC及此電壓範圍以下的產品，功率要求在2W及2W以上的產品只能選用單列直插式(SIP)或雙列直插式(DIP)等體積更大的模塊電源產品。而且這種插裝式產品在加工時，需人手工進行插端子，因各人工的操作習慣不同，熟練度不同，對產品的認識程度不同，插裝的產品也會有細微的差異。這一人為因素無形中影響著產品的品質穩定性，最為重要的是增加了產品的加工工序，降低了產品的加工效率。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單，體積小巧，加工方便的超小型DC-DC模塊電源，可實現功率達2W，且轉換電壓可做到輸入電壓為24VDC、輸出電壓為24VDC。本發明的另一個目的在於提供該模塊電源的製作方法。
本發明可通過以下的技術措施來實現該超小型DC-DC模塊電源包括封裝體和引線框架，其特徵在於位於封裝體中的電源電路為由振蕩變壓器、功率輸出變壓器和一對推挽電晶體組成的井森(Jensen)電路，井森電路中的振蕩變壓器和功率輸出變壓器採用由環形磁芯繞制的環形變壓器，外體封裝成形為具有雙排引腳的表面貼裝式(SMD)DC-DC模塊電源產品。
採用井森(Jensen)電路作為電源電路，其工作原理是接入電壓時，由振蕩變壓器T2利用磁芯的飽和特性形成自振蕩頻率，驅動電晶體的交替導通，實現電壓的轉換功能。而由功率輸出變壓器T1將能量由輸入端傳至輸出端，實現能量的變換，並保證輸入與輸出無直接接觸，實現電路的隔離。自激振蕩頻率由變壓器T2的鐵芯特性和三極體開關基-射極間的電壓決定；變壓器T1工作在不飽和狀態，從而最佳地變換能量，傳遞至輸出端。根據上述工作原理，通過對電路中電子元器件的性能參數進行優化匹配，可方便地實現電路工作性能的優化，達到提高轉換功率，縮小產品的體積的目的。
對井森(Jensen)電路還可以作一些改進，進一步提高產品的性能，在井森(Jensen)電路的輸入端連接有軟啟動電路，改善產品的啟動性能。在井森(Jensen)電路的輸出端連接有穩壓輸出迴路，改善產品的輸出性能。
製作上述超小型DC-DC模塊電源的方法為採用井森(Jensen)電路作為電源電路，在引線框架中的每個框架單元上按此電路將電子元器件貼到相應的焊盤位置，將兩個環形變壓器上各繞組的輸入輸出端焊接到框架單元中相應的端子上，變壓器的環形磁芯疊放在貼好元件的框架單元上；整個引線框架組裝完畢後，通過塑封成形，最後將引線框架上連成一體的產品進行切腳分離，製成一個個獨立的具有雙排引腳的表面貼裝型DC-DC模塊電源產品。由於採用表面貼裝(SMT)工藝，可實現機械化生產，減少了人為因素的影響，更重要的是大大提高生產效率，並更好的保證產品品質的穩定性。
經對樣品的性能測試表明本發明具有以下的主要優點(1)可以實現輸入電壓為24VDC、輸出電壓為24VDC的電壓轉換，功率可達2W的表面貼裝(SMT)封裝的模塊電源。(2)本發明的產品體積可以做到15.24*7.5*6.0mm及以下，比目前市面的產品小近一倍，能更好的滿足小空間布板的需要，以實現產品的小型化及高集成度；(3)可以實現機械化生產，大大提高生產效率，同時更好的保證了產品品質的穩定性；(4)產品的性能好、效率高；(5)電路簡單，容易實現。


圖1為現有模塊電源採用的Royar電源電路；圖2為在井森(Jensen)電路基礎上具有軟啟動的定壓系列產品電路原理圖；圖3為在井森(Jensen)電路基礎上具有軟啟動和穩壓輸出的穩壓系列產品電路原理圖；圖4為本發明模塊電源半剖結構示意圖。
具體實施例方式
如圖2～3所示，模塊電源電路是由振蕩變壓器、功率輸出變壓器和一對推挽電晶體組成的井森(Jensen)電路，井森(Jensen)電路中的振蕩變壓器和功率輸出變壓器採用由環形磁芯繞制的環形變壓器，並在電路的輸入端連接有由電阻R1和電容C1組成的軟啟動電路，輸出為雙路非穩壓輸出。製做時，首先按此電路將電子元器件3貼到引線框架上每個框架單元5中相應的焊盤位置，再將環形變壓器2上各繞組的輸入輸出端焊接到框架單元中相應的端子上，變壓器的環形磁芯疊放在貼好元件的引線框架上。整個引線框架組裝好後，通過機械設備完成注塑過程，用注塑料4塑封成形，並將引線框架上的產品進行切腳分離，製成一個個獨立的具有雙排引腳的表面貼裝型DC-DC模塊電源產品。
通過對電路元器件之間的參數以及對兩個環形變壓器繞制參數、繞制組數的不同選擇，採用本發明可以製作出的不同封裝引腳的產品。
定壓系列產品列舉如下定電壓輸入單路非穩壓輸出的表面貼裝(SMD)型DC-DC模塊電源產品。該產品能實現輸入電壓為3.3、5、9、12、15、24，輸出電壓為5、9、12、15，輸入電壓變化率≤10％、隔離電壓≤1000VDC、線性電壓調節率≤1.2％(輸入電壓變化率≤1％)、負載調節率≤15％(從10％的負載到100％的負載)。
定電壓輸入獨立雙路非穩壓輸出的表面貼裝(SMD)型DC-DC模塊電源產品。該產品能實現輸入電壓為3.3、5、9、12、15、24，輸出電壓為5、9、12、15，輸入電壓變化率≤10％、隔離電壓≤1000VDC、線性電壓調節率≤1.2％(輸入電壓變化率≤1％)、負載調節率≤15％(從10％的負載到100％的負載)。
定電壓輸入3000VDC隔離單路非穩壓輸出的表面貼裝(SMD)型DC-DC模塊電源產品。該產品能實現輸入電壓為3.3、5、9、12、15、24，輸出電壓為5、9、12、15，輸入電壓變化率≤10％、隔離電壓≤3000VDC、線性電壓調節率≤1.2％(輸入電壓變化率≤1％)、負載調節率≤15％(從10％的負載到100％的負載)、輸出路數為1路、封裝方式為表面貼裝(SMD)的DC-DC模塊電源產品。
定電壓輸入3000VDC隔離雙路非穩壓輸出的表面貼裝(SMD)型DC-DC模塊電源產品。該產品是指實現輸入電壓為3.3、5、9、12、15、24，輸出電壓為5、9、12、15，輸入電壓變化率≤10％、隔離電壓≤3000VDC、線性電壓調節率≤1.2％(輸入電壓變化率≤1％)、負載調節率≤15％(從10％的負載到100％的負載)。
定電壓輸入兩路非穩壓輸出的表面貼裝(SMD)型DC-DC模塊電源產品。該產品能實現輸入電壓為3.3、5、9、12、15、24，輸出電壓為5、9、12、15，輸入電壓變化率≤10％、隔離電壓≤1000VDC、線性電壓調節率≤1.2％(輸入電壓變化率≤1％)、負載調節率≤15％(從10％的負載到100％的負載)。
另外在如圖3的電路的功率輸出變壓器後級連接一個穩壓輸出器W，這樣可將上述產品成為穩壓系列。
權利要求
1.一種超小型DC-DC模塊電源，包括封裝體和引線框架，其特徵在於位於封裝體中的電源電路為由振蕩變壓器、功率輸出變壓器和一對推挽電晶體組成的井森(Jensen)電路，井森電路中的振蕩變壓器和功率輸出變壓器採用由環形磁芯繞制的環形變壓器，外體封裝成形為具有雙排引腳的表面貼裝式(SMD)DC-DC模塊。
2.根據權利要求1所述的超小型DC-DC模塊電源，其特徵在於所述井森(Jensen)電路的輸入端連接有軟啟動電路。
3.根據權利要求1所述的超小型DC-DC模塊電源，其特徵在於所述井森(Jensen)電路的輸出端連接有穩壓輸出迴路。
4.製作上述超小型DC-DC模塊電源的方法，其特徵在於採用井森(Jensen)電路作為電源電路，在引線框架中的每個框架單元上按此電路將電子元器件貼到相應的焊盤位置，將兩個環形變壓器上各繞組的輸入輸出端焊接到框架單元中相應的端子上，變壓器的環形磁芯疊放在貼好元件的框架單元上；整個引線框架組裝完畢後，通過塑封成形，最後將引線框架上連成一體的產品進行切腳分離，製成一個個獨立的具有雙排引腳的表面貼裝型DC-DC模塊電源產品。
全文摘要
本發明公開了一種超小型DC－DC模塊電源及製作方法，包括封裝體和引線框架，位於封裝體中的電源電路為由振蕩變壓器、功率輸出變壓器和一對推挽電晶體組成的井森(Jensen)電路，井森電路中的振蕩變壓器和功率輸出變壓器採用由環形磁芯繞制的環形變壓器，外體封裝成形為具有雙排引腳的表面貼裝式(SMD)DC－DC模塊電源產品。本發明結構簡單，體積小巧，加工方便，可實現功率達2W，且轉換電壓可做到輸入電壓為24VDC、輸出電壓為24VDC。
文檔編號H02M3/04GK1688089SQ20051003371
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月24日 優先權日2005年3月24日
發明者尹向陽 申請人:廣州金昇陽科技有限公司