大功率并聯(lián)雙正激dc/dc電源模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源模塊，具體地說，涉及一種大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，標(biāo)準(zhǔn)隔離式DC/DC電源模塊主要分為1/8磚、1/4磚、1/2磚和全磚四種，其中全磚為單體輸出功率最大的隔離式DC/DC電源模塊。美國(guó)VICOR公司、日本LAMBDA公司和美國(guó)SynQor為標(biāo)準(zhǔn)隔離式DC/DC電源模塊等產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)商，其制造和設(shè)計(jì)技術(shù)水平始終處于行業(yè)領(lǐng)先地位，以高可靠性、高功率密度、寬工作環(huán)境溫度范圍等優(yōu)勢(shì)被廣泛地應(yīng)用在通信、工控、醫(yī)療設(shè)備及軍工領(lǐng)域。
[0003]近年來，美國(guó)和日本對(duì)這些用于敏感領(lǐng)域的產(chǎn)品實(shí)行了 “禁運(yùn)”政策，并且當(dāng)今國(guó)際形式風(fēng)云突變，我國(guó)的高端軍用DC/DC電源模塊不可能完全依賴進(jìn)口，自主研制替代國(guó)外DC/DC電源模塊已然是迫在眉睫了，其中以功率最大的全磚為研發(fā)難度技術(shù)最大、研發(fā)周期最長(zhǎng)的一種產(chǎn)品。
[0004]國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)隔離式DC/DC大功率電源模塊的研發(fā)難點(diǎn)受到功率轉(zhuǎn)換變壓器、功率轉(zhuǎn)換電感磁性材料和體積的限制，全磚尺寸單體功率轉(zhuǎn)換的變壓器和電感很難實(shí)現(xiàn)600W的功率轉(zhuǎn)換，研發(fā)出來的標(biāo)準(zhǔn)成品全磚功率最大為400W-500W，效率最高不超過88%，而國(guó)外同類產(chǎn)品都為600W-700W，效率最高可達(dá)90%?91%，并且國(guó)內(nèi)研發(fā)的全磚產(chǎn)品電路拓?fù)涠嘁詥味苏る娐?、正激有源鉗位電路和正反激有源鉗位電路拓?fù)錇橹?，此幾種電路拓?fù)溲邪l(fā)出來的產(chǎn)品也受到國(guó)內(nèi)功率轉(zhuǎn)換變壓器、功率轉(zhuǎn)換電感磁性材料和體積的限制，輸出功率和轉(zhuǎn)換效率一直沒有國(guó)外同類產(chǎn)品性能指標(biāo)好。
[0005]以典型的傳統(tǒng)單端正激電路為例進(jìn)行說明，單端正激電路拓?fù)浞绞竭m合做功率50W?600W的電源模塊，具體簡(jiǎn)圖見圖2。
[0006]此電路拓?fù)浞绞街饕梢粋€(gè)功率轉(zhuǎn)換變壓器和一個(gè)濾波儲(chǔ)能電感構(gòu)成；正激有源鉗位和正反激有源鉗位電源拓?fù)湟彩腔谡る娐吠負(fù)溥M(jìn)行延伸開發(fā)的，也是由一個(gè)功率轉(zhuǎn)換變壓器和一個(gè)濾波儲(chǔ)能電感構(gòu)成，其研發(fā)出來的產(chǎn)品受到國(guó)內(nèi)功率轉(zhuǎn)換變壓器、功率轉(zhuǎn)換電感磁性材料和體積的限制，無法實(shí)現(xiàn)國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的功率替換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計(jì)的一種大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源豐旲塊。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊，包括開關(guān)管Q1、Q2、變壓器T1、T2、PWM控制電路、輸入濾波電容Cl、輸出濾波電容C2、整流電路、反饋及過壓保護(hù)電路和過流保護(hù)電路。直流電源與輸入濾波電容Cl相連，變壓器T1、T2的初級(jí)線圈的同名端并聯(lián)與輸入濾波電路的輸出正端相連，變壓器Tl的初級(jí)線圈的異名端與開關(guān)管Ql的源極相連，變壓器Τ2的初級(jí)線圈的異名端與開關(guān)管Q2的源極相連，開關(guān)管Ql、Q2的漏極與輸入濾波電容Cl的輸出負(fù)端相連，開關(guān)管Q1、Q2的柵極分別與PWM控制電路的兩個(gè)控制端相連，變壓器T1、T2的次級(jí)同名端分別連接整流二極管Dl和D3給儲(chǔ)能電感LI和L2儲(chǔ)存能量，當(dāng)開關(guān)管Ql和Q2交替工作時(shí)，次級(jí)儲(chǔ)能電感LI和L2經(jīng)過分別經(jīng)過續(xù)流二極管D2和D4交替對(duì)負(fù)載釋放能量，電容C2起到輸出濾波的作用，電源模塊輸入和輸出兩套功率回路并聯(lián)起到功率擴(kuò)充的作用，反饋及過壓保護(hù)電路和過流保護(hù)電路的輸出端分別通過光耦芯片Q3和Q4與PWM控制電路反饋輸入端相連。
[0009]所述大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊，其PWM控制電路由主控芯片UCC28220集成電路及其外圍供電和驅(qū)動(dòng)器件組成。
[0010]所述大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊，其電源模塊輸入電壓覆蓋DC9-DC80V，輸出電壓覆蓋DC12V-DC36V，輸入和輸出兩套功率回路集成一體化并聯(lián)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)充。
[0011]所述大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊，其電源模塊外殼采用全磚的標(biāo)準(zhǔn)外形結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明解決傳統(tǒng)國(guó)內(nèi)功率轉(zhuǎn)換變壓器、功率轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能電感磁性材料和體積的限制，采用將兩個(gè)單端正激電路拓?fù)浞绞郊梢惑w化并聯(lián)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)展，其功率轉(zhuǎn)換變壓器和功率轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能電感各為兩個(gè)，共四個(gè)轉(zhuǎn)換磁芯。
[0013]主控芯片UCC28220正常工作，驅(qū)動(dòng)I和驅(qū)動(dòng)2交錯(cuò)開通，當(dāng)驅(qū)動(dòng)I開通時(shí)，驅(qū)動(dòng)2關(guān)閉；驅(qū)動(dòng)2開通時(shí)，驅(qū)動(dòng)I關(guān)閉，由于主控芯片有死區(qū)時(shí)間設(shè)置，不存在驅(qū)動(dòng)I和驅(qū)動(dòng)2同時(shí)開通。
[0014]根據(jù)控制芯片兩組驅(qū)動(dòng)交錯(cuò)開通的原理，當(dāng)驅(qū)動(dòng)I開通驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Ql時(shí)，電源模塊輸入功率回路導(dǎo)通，通過變壓器Tl自身初級(jí)和次級(jí)匝比耦合特性，將初級(jí)輸入能量同時(shí)傳遞到次級(jí)輸出，次級(jí)輸出經(jīng)過整流二極管Dl給輸出負(fù)載提供能量并且對(duì)次級(jí)儲(chǔ)能電感LI儲(chǔ)存能量，當(dāng)開關(guān)管Ql不工作時(shí)，次級(jí)儲(chǔ)能電感LI經(jīng)過續(xù)流二極管D2對(duì)負(fù)載釋放能量。
[0015]當(dāng)驅(qū)動(dòng)2開通驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q2時(shí)，電源模塊輸入功率回路導(dǎo)通，通過變壓器Τ2自身初級(jí)和次級(jí)匝比耦合特性，將初級(jí)輸入能量同時(shí)傳遞到次級(jí)輸出，次級(jí)輸出經(jīng)過整流二極管D3給輸出負(fù)載提供能量并且對(duì)次級(jí)儲(chǔ)能電感LI儲(chǔ)存能量，當(dāng)開關(guān)管Q2不工作時(shí)，次級(jí)儲(chǔ)能電感L2經(jīng)過續(xù)流二極管D4對(duì)負(fù)載釋放能量。
[0016]本發(fā)明采用交錯(cuò)并聯(lián)正激電路拓?fù)?，將兩個(gè)電源模塊的功率回路部分集成一體化并聯(lián)設(shè)計(jì)，其電路原理簡(jiǎn)圖見圖3，通過主控芯片的兩組驅(qū)動(dòng)交錯(cuò)開通控制并聯(lián)的輸入回路中的開關(guān)管交錯(cuò)開通，兩個(gè)并聯(lián)的變壓器交替?zhèn)鬟f輸出能量，儲(chǔ)能電感交替儲(chǔ)存能量并交替釋放能量，解決了單一電路拓?fù)渲泄β兽D(zhuǎn)換磁芯不能轉(zhuǎn)換較大功率的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)全磚體積下600W功率轉(zhuǎn)換，并且繼承正激電路拓?fù)湓骷?，成本低，可靠性高等?yōu)點(diǎn)。一種大功率并聯(lián)雙正激DC/DC電源模塊過流和短路保護(hù)功能有兩種:一種為輸入檢流信號(hào)通過輸入正端的回路兩個(gè)檢流變壓器采集輸入端的電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過整流二極管將交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，通過采樣電阻采集電壓值給控制芯片的檢流功能引腳一定電壓信號(hào)值，實(shí)現(xiàn)電源模塊的過流和短路保護(hù)功能，另一種為次級(jí)地串聯(lián)兩個(gè)檢流取樣信號(hào)電阻，檢流信號(hào)通過運(yùn)放放大和比較后，控制芯片CTRL端，實(shí)現(xiàn)輸出過流和短路橫流功能保護(hù)。
[0017]本發(fā)明的其特點(diǎn)是:
UDC/DC電源模塊功率電路采用交錯(cuò)并聯(lián)正激電路形式，具有更高的可靠性，輸入電壓覆蓋DC9-DC80V，輸出電壓覆蓋DC12V-DC36V(單路)，