一种高功率密度电源模块的集中器制造技术

一种高功率密度电源模块的集中器，涉及一种集中器，所述集中器包括高功率密度电源模块，高功率密度电源模块采用两级式IBC的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器。通过两级拓扑电路转换出12V和5V直流电压，且高功率密度电源模块配有备份电池组；备份电池组并联在48V母线上，电池组与市电输入系统为并联关系；IBC的工作电压范围为36V~75V；AC/DC变换器和DC/DC变换器采用小封装PCB板型高功率电源模块。本发明专利技术集中器用高功率密度电源模块所有电路设计中，使用的MOSFET都经过完整计算出电路损耗及工作温度，确保设计的电源能工作在可靠的工作温度范围，达到最佳的能效。

A concentrator for high power density power supply module

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度电源模块的集中器
本专利技术涉及一种集中器，特别是涉及一种高功率密度电源模块的集中器。
技术介绍
传统开关电源模块目前在我国的工业、通讯和制造业领域占据着主导地位。随着各类应用要求的不断提高，行业越来越趋向于追求高能效、高可靠性、高功率密度的设计方案。电力电子设备的发展方向之一是小型化，降低其体积、重量，提高功率密度。例如，随着微处理器大规模集成电路（VLSI）尺寸的不断减小，而供电电源的尺寸与微处理器相比却要大得多。因此，采取高功率密度电源模块将成为未来发展的主流方向。市场上现有集中器使用的电源模块大多是传统开关电源，相比传统开关电源，高功率密度电源有体积、重量小，高效率，高功率密度，低成本等优势。但是由于空间结构的问题：散热平衡，EMI，效率处理的难度有所加大，这些也正是高功率密度电源的技术难点，本文将会就上述说明展开简要的叙述分析，介绍该专利技术的技术方案。如图1所示，传统集中器开关电源采用单级拓扑结构，即市电进入电源模块变压线圈电路，经转换后直接输出所需12V和5V直流电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高功率密度电源模块的集中器，本专利技术集中器用高功率密度电源模块所有电路设计中，使用的MOSFET都经过完整计算出电路损耗及工作温度，确保设计的电源能工作在可靠的工作温度范围，达到最佳的能效。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高功率密度电源模块的集中器，其特征在于，所述集中器包括高功率密度电源模块，高功率密度电源模块采用两级式IBC的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器。通过两级拓扑电路转换出12V和5V直流电压，且高功率密度电源模块配有备份电池组；备份电池组并联在48V母线上，电池组与市电输入系统为并联关系；IBC的工作电压范围为36V~75V；AC/DC变换器和DC/DC变换器采用小封装PCB板型高功率电源模块，前级拓扑电路是四开关Buck-Boost变换器电路，后级拓扑是隔离式LLC谐振变换器电路；四开关Buck-Boost变换器电路与隔离式LLC谐振变换器电路相互串联，其他电源模块与IBC结构中的两模块相互连接。所述的一种高功率密度电源模块的集中器，所述高功率密度电源模块包括反馈信号控制模块，高功率密度电源模块所有电路中使用的电感符合下面公式要求，假定电流纹波为电感平均电流的30%，然后根据下面的公式直接计算出合适的电感值：所述的一种高功率密度电源模块的集中器，所述高功率密度电源模块电路设计中使用的电容满足以下两个要素：一是稳态下输出电压纹波的要求，二是当负载从满载到空载突变时所允许的最大输出过冲电压。附图说明图1是传统集中器电源模块结构图；图2是高功率密度集中器电源模块结构图；图3是本专利技术的高功率密度电源模块实施例逻辑框图；图4是本专利技术的四开关Buck-Boost变换器电路图；图5是本专利技术的LLC谐振变换器电路图。具体实施方式下面结合附图所示实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术中的高功率密度电源模块采用两级式IBC(中间母线变换器，以下简称IBC)的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器。通过两级拓扑电路转换出12V和5V直流电压，且高功率密度电源模块配有备份电池组。备份电池组并联在48V母线上，用于保证系统的不间断供电。市电正常时，由市电向负载供电；当市电中断时，则由电池组向负载供电。考虑到电池的充放电状态，并满足全球通用的要求，IBC的工作电压范围为36V~75V。由于输入电压范围宽窄对变换器效率影响很大，输入范围越宽，变换器优化设计越困难，效率越低。为此，本专利技术采用两级式IBC的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器。为了保证IBC在额定输入时效率最高，本专利技术提出前级非隔离式变换器的输出电压值应设定在其额定输入电压点或附近范围，这样该变换器需要具备升、降压功能。在对基本变换器的能量传递方式进行分析的基础上，指出直接功率比重越大，变换器的效率越高，由此推导出前级拓扑电路采用四开关Buck-Boost变换器，其优点是器件电压应力低，结构简单，且具有直接功率传递通路。采用合理的控制方式将可以提高直接功率比重，以提高效率。本专利技术高功率密度电源模块中，市电输入到AC/DC变换器模块，转换出48V母线，再经由前级拓扑电路提供一个稳定小范围的直流电压输入到后级拓扑电路中。最后通过后级拓扑电路输出几路稳定直流电压供给集中器使用。本专利技术高功率密度电源模块中，所描述的电池组与市电输入系统为并联关系。本专利技术高功率密度电源模块中，所描述两级式IBC控制方式为反馈后级调节后级。本专利技术高功率密度电源模块中，所描述的AC/DC变换器和DC/DC变换器都采用小封装PCB板型高功率电源模块，前级拓扑电路是四开关Buck-Boost变换器电路，后级拓扑是隔离式LLC谐振变换器电路。所述四开关Buck-Boost变换器电路与隔离式LLC谐振变换器电路相互串联，其他电源模块与IBC结构中的两模块相互连接。本专利技术高功率密度电源模块中，高功率密度电源模块包括所述反馈信号控制模块，所述反馈信号控制模块用于给后级拓扑电路提供反馈控制信号。本专利技术高功率密度电源模块中，所有电路设计中使用的电感符合下面公式要求。通常可假定电流纹波为电感平均电流的30%，然后根据下面的公式直接计算出合适的电感值。本专利技术高功率密度电源模块中，所有电路设计中使用的电容满足以下两个要素：一是稳态下输出电压纹波的要求，二是当负载从满载到空载突变时所允许的最大输出过冲电压。所以所选电容有较小等效串联电阻（ESR）的电容，以便降低交流损耗和输出纹波，或有较小等效串联电感（ESL）的电容，以便在负载突变时抑制输出偏差。本专利技术高功率密度电源模块所有电路设计中使用的MOSFET都经过完整计算出电路损耗及工作温度，确保设计的电源能工作在可靠的工作温度范围，达到最佳的能效。本专利技术所选用的元器件都在满足上述性能描述的前提下，对比成本，选用性价比最高的元器件。高功率密度电源模块实施例逻辑框图如图2所示：本专利技术高功率密度电源模块包快AC/DC变换器、电池组、非隔离式变换器、LLC谐振变换器、反馈控制模块、2次DC/DC变换器。其中所述的非隔离式变换器与LLC谐振变换器相互串联，AC/DC变换器与电池组相互并联并与非隔离式变换器连接，反馈控制模块、2次DC/DC变换器与LLC谐振变换器相互连接。高功率密度电源模块整体工作流程是，市电或电池组经AC/DC变换器转出48V母线电压，作为四开关Buck-Boost变换器的输入电压，非隔离式变换器输出电压进入LLC谐振变换器，再由谐振变换器输出12V母线电压，供集中器使用，12V母线电压经DC/DC变换器在转出5V电压，供集中器使用。四开关Buck-Boost变换器和LLC谐振变换器组成IBC结构，该结构是本专利技术中高功率密度电源模块的核心所在，现重点介绍IBC结构实施流程。基本的非隔离型DC/DC变换拓扑最常用的有三种，即Buck、Boost、Buck-Boost，选用Buck-Boost结构做为前级拓扑电路是因为，Buck-Boost变换器由于不存在直接功率通路，功率传递完全通过储能电感实现功率传输，其直接功率比重恒为0，比Bu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率密度电源模块的集中器，其特征在于，所述集中器包括高功率密度电源模块，高功率密度电源模块采用两级式IBC的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器；通过两级拓扑电路转换出12V和5V直流电压，且高功率密度电源模块配有备份电池组；备份电池组并联在48V母线上，电池组与市电输入系统为并联关系；IBC的工作电压范围为36V~75V；AC/DC变换器和DC/DC变换器采用小封装PCB板型高功率电源模块，前级拓扑电路是四开关Buck‑Boost变换器电路，后级拓扑是隔离式LLC谐振变换器电路；四开关Buck‑Boost变换器电路与隔离式LLC谐振变换器电路相互串联，其他电源模块与IBC结构中的两模块相互连接。

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度电源模块的集中器，其特征在于，所述集中器包括高功率密度电源模块，高功率密度电源模块采用两级式IBC的电路架构，前级采用非隔离式变换器，后级采用隔离式LLC谐振变换器；通过两级拓扑电路转换出12V和5V直流电压，且高功率密度电源模块配有备份电池组；备份电池组并联在48V母线上，电池组与市电输入系统为并联关系；IBC的工作电压范围为36V~75V；AC/DC变换器和DC/DC变换器采用小封装PCB板型高功率电源模块，前级拓扑电路是四开关Buck-Boost变换器电路，后级拓扑是隔离式LLC谐振变换器电路；四开关Buck-Boost...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金龙，张巍华，张俊哲，孙克寒，高新，耿春丽，袁滨成，
申请(专利权)人：北方智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21