專利名稱：小型化低壓隔離電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種計算機(jī)開關(guān)電源，具體是小型化低壓隔離電源。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)載計算機(jī)電源模塊為機(jī)上的二次電源，即將機(jī)上的28V直流電源或者 115V交流輸入電源，通過電源模塊進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，變成計算機(jī)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模塊工作范圍為18 36V,部分型號的寬范圍輸入的工作電壓也在9V以上，對于5V轉(zhuǎn)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?yàn)殡娫茨K內(nèi)部的功率轉(zhuǎn)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(fā)展與推廣。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載計算機(jī)對體積和重量的要求越來越高，產(chǎn)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回路相互干擾，計算機(jī)板上需要對部分電 路芯片進(jìn)行隔離供電，防止竄擾，需要研制一種低壓下正常工作的小型化隔離電源。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(jī)板內(nèi)+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 需要隔離的電路芯片供電。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是小型化低壓隔離電源，其特殊之處在于，該電源 包括依次串接的前端接口電路、吸收保護(hù)電路、功率轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓濾波電路和后端保護(hù)電 路，其中，吸收保護(hù)電路和功率轉(zhuǎn)換電路之間串接有驅(qū)動電路。上述的功率轉(zhuǎn)換電路包括變壓器，設(shè)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(yīng)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管Vl接至所述初級的異名端，且該 第一二極管Vl的正極接至該異名端了 ；TN2510型場效應(yīng)管V4與由第二電容C5和第二電 阻R9串接支路并接至該異名端，其中該第二電容C5 —端與TN2510型場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。上述變壓器的引線采用雙線并繞的方式。上述變壓器的初次級的匝數(shù)比為38 53。上述的驅(qū)動電路是以LM193作為驅(qū)動芯片構(gòu)成的振蕩驅(qū)動電路。本實(shí)用新型采用低壓工作芯片，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(jī)的小型化的要 求。
圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的驅(qū)動電路示意圖；圖3是本實(shí)用新型的功率轉(zhuǎn)換電路示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的電源模塊采用單端正激的電路拓?fù)湫问剑米儔浩髯鳛?功率轉(zhuǎn)換器件，實(shí)現(xiàn)電平的隔離與轉(zhuǎn)換。在電源模塊的前端輸入設(shè)有接口電路，對初級的 +5V輸入電壓外來的干擾信號進(jìn)行濾波吸收，保護(hù)電源模塊的工作芯片以及后端的輸出，驅(qū) 動電路實(shí)現(xiàn)對功率管進(jìn)行通斷的控制，從而將直流電平通過DC-AC-DC的形式轉(zhuǎn)換到后端 去，驅(qū)動電路帶有補(bǔ)償電路，可以有效的緩解電源模塊的振蕩帶來的工作不穩(wěn)定問題。在功 率轉(zhuǎn)換電路(變壓器)的后端，穩(wěn)壓濾波電路對轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓及對干擾信號濾波吸 收，保證輸出電壓的紋波，通過后端保護(hù)電路對負(fù)載的工作電路實(shí)現(xiàn)保護(hù)。1.2電路設(shè)計電源模塊的電路以單端正激的電路拓?fù)錇榛A(chǔ)，電路簡單，穩(wěn)定性好，難點(diǎn)包括低 壓下驅(qū)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(shù)的 調(diào)整以及保護(hù)電路的設(shè)計也需要進(jìn)行計算和試驗(yàn)。1.2.1驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電路需要振蕩器，無源工作的RC振蕩不僅驅(qū)動能力有限而且易受外界干擾， 需要驅(qū)動芯片來實(shí)現(xiàn)。電源模塊中選擇LM193作為驅(qū)動芯片，配合外圍的電路組成振蕩 驅(qū)動電路，該芯片的工作電壓可以低至3V，而且其輸出電流可達(dá)16mA，具有一定的驅(qū)動能 力。振蕩器利用比較器的電平翻轉(zhuǎn)特性，通過充電電路對電容進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到翻轉(zhuǎn) 電平后將輸出拉低，然后電容的能量通過放電電路進(jìn)行釋放，當(dāng)電壓低于參考電壓后，電平 再次翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自激振蕩，將比較器的輸出作為驅(qū)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(diào)整以及電容容值的計算，完全可以依據(jù)需求得到電路的各參 數(shù)值，電源模塊設(shè)定的工作頻率為125KHZ，試驗(yàn)后驗(yàn)證該頻率下的電源工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)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(jìn)行設(shè)計。參見圖2，圖中1 3，1 4與￥2組成電容的充放電回路，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采樣，負(fù)端接充放電電容，利用上述電路的振蕩 翻轉(zhuǎn)特性，通過電容的充放電就可以在比較器的負(fù)端形成以采樣電壓為均值的鋸齒波，信 號0SC_DRIVE則為振蕩電路輸出的驅(qū)動方波，驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換電路工作。本實(shí)用新型的驅(qū)動電路是以LM193作為驅(qū)動芯片構(gòu)成的振蕩驅(qū)動電路。1.2. 2功率轉(zhuǎn)換電路功率管(場效應(yīng)管)在單端正激電路起到關(guān)鍵的作用，功率管導(dǎo)通時，電源向變 壓器的等效電感進(jìn)行充電，在功率管關(guān)閉后將以磁能形式儲存在變壓器中的能量轉(zhuǎn)移到后 端，在關(guān)斷的過程中變壓器的等效電感會產(chǎn)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(qū)動電路的驅(qū)動電壓實(shí)際測量值不到5V，在5V典型輸入的情況下其驅(qū)動電 平的峰值僅為3. 6V，如果選用常規(guī)的場效應(yīng)管，根本無法在G-S端建立足夠的電場來實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)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(yīng)管的D-S耐壓值為100V，門限開啟電壓Ves(TH)僅為2V，最低 可達(dá)0. 6V，完全滿足電源模塊的低壓工作要求。而且該場效應(yīng)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(zhì)量問題。變壓器是電源模塊中的核心部件，所以變壓器的設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵。變壓器參數(shù) 的設(shè)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(dǎo)率高，適合做變壓器的磁芯，其體積小易于安裝 固定，符合機(jī)載計算機(jī)電源的要求。變壓器的引線采用雙線并繞的方式，可以有效的增加互 感系數(shù)，減小漏感，進(jìn)而減小電源模塊功率轉(zhuǎn)換過程中的損耗，通過大量的計算與反復(fù)的試 驗(yàn)，確定變壓器的初次級匝數(shù)比為38 53，可以滿足用戶的輸出的要求。參見圖3，功率轉(zhuǎn)換電路的原理圖，電路采用典型的單端正激電路拓?fù)湫问?，變?器的后端為整流電路，將整流后的脈動電壓進(jìn)行濾波處理。功率轉(zhuǎn)換電路中，功率器件如變 壓器Tl、場效應(yīng)管V4及整流管V3等均設(shè)有吸收保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，防止電路中的高頻尖刺干擾。1.2. 3穩(wěn)壓電路電源模塊的次級使用表貼的鉭電容并聯(lián)低ESR的陶瓷電容來完成濾波穩(wěn)壓，并且 在后端使用了穩(wěn)壓電路進(jìn)行電平的穩(wěn)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(hù)電路為了抑制干擾，保證電源模塊的正常工作，電源模塊中設(shè)計有保護(hù)電路，對電源自 身的振蕩尖刺以及外部的干擾信號進(jìn)行吸收，保護(hù)電路包括內(nèi)部的補(bǔ)償保護(hù)電路，外部的 吸收電路，都可以有效的穩(wěn)定電源的工作，減小電磁干擾的影響。2、電源模塊外殼采用密封性能好的全鋁金屬屏蔽殼體，有效的屏蔽電磁輻射干 擾，對于發(fā)熱量較大的器件采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(fā) 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(jié)構(gòu)設(shè)計方式，占用空間小， 安裝固定可靠，且便于拆卸維修，對外的交聯(lián)引線通過引線孔引出，連線簡單，通用性很強(qiáng)電源模塊印制板上各種元件進(jìn)行合理地分布，減弱輻射噪聲，對于小信號線遠(yuǎn)離 噪聲源，而且輸入、輸出線盡可能的遠(yuǎn)離。電源模塊設(shè)計提供了良好的接地，接入系統(tǒng)后可 以與其它系統(tǒng)的設(shè)備保持共地，保證系統(tǒng)處于同一基準(zhǔn)參考點(diǎn)，消除環(huán)境電壓，地電勢差等 的影響，電源模塊對各種信號進(jìn)行有效的屏蔽，使信號本身產(chǎn)生較小的電磁干擾，同時保護(hù) 信號本身所受到的電磁干擾最小。整個電源模塊工作穩(wěn)定，可靠性高，通用性強(qiáng)，使用方便可以極大提高武器性能， 增強(qiáng)我國國防能力。如果適當(dāng)更換相應(yīng)工業(yè)、民檔元器件，在不影響產(chǎn)品功能齊全性的條件 下，還可以很方便的應(yīng)用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域，前景廣闊。
權(quán)利要求小型化低壓隔離電源，其特征在于該電源包括依次串接的前端接口電路、吸收保護(hù)電路、功率轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓濾波電路和后端保護(hù)電路，其中，吸收保護(hù)電路和功率轉(zhuǎn)換電路之間串接有驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化低壓隔離電源，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換電路包括 變壓器，設(shè)置在該變壓器初級端的第一電阻R7、第一二極管V1、TN2510型場效應(yīng)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 一端通過第一二極管Vl接至所述初級的異名端，且該第一二極管Vl的正極接至該異名端 了 ；TN2510型場效應(yīng)管V4與由第二電容C5和第二電阻R9串接支路并接至該異名端，其中 該第二電容C5 —端與TN2510型場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)管V4的漏極與地之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型化低壓隔離電源，其特征在于所述變壓器的磁芯是MAG 公司的0P-41003磁芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型化低壓隔離電源，其特征在于所述變壓器的引線采用 雙線并繞的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化低壓隔離電源，其特征在于所述變壓器的初次級的 匝數(shù)比為38 53。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的小型化低壓隔離電源，其特征在于所 述驅(qū)動電路是以LM193作為驅(qū)動芯片構(gòu)成的振蕩驅(qū)動電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及小型化低壓隔離電源，其特征在于該電源包括依次串接的前端接口電路、吸收保護(hù)電路、功率轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓濾波電路和后端保護(hù)電路，其中，吸收保護(hù)電路和功率轉(zhuǎn)換電路之間串接有驅(qū)動電路。本實(shí)用新型采用低壓工作芯片，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(jī)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(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者王勃, 霍躍慶, 高棟 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所