一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源制造技术

本发明专利技术提供一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，包括主控制电路以及依次连接的滤波电路、主功率电路和同步整流驱动电路，所述主控制电路包括相连接的控制芯片和峰值电流型双闭环控制电路，所述峰值电流型双闭环控制电路用于采集主功率电路的输出电压和输入电流，所述控制芯片根据峰值电流型双闭环控制电路控制主功率电路功率器件的开关。本发明专利技术涉及军用砖模块电源国产化应用领域，具有输入欠压保护、输出过压保护、使能控制等功能，选用国产元器件实现，封装和尺寸与国外产品完全一致，能够实现对进口MCOTS

【技术实现步骤摘要】
一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源


[0001]本专利技术涉及一种基于有源钳位正激的应用于中小功率及低压大电流场合的模块电源，尤其是涉及一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源。

技术介绍

[0002]工业标准砖系列电源，因其具有封装标准化、设计模块化和高功率密度的特点，在我国航空、航天、通信、工业控制等各领域得到广泛应用。目前国内大部分使用国外产品，主要有SynQor、Vicor、Ericsson、COSEL等公司。对于当前复杂多变的国际形势，实现砖系列模块电源的国产化、核心技术自主可控迫在眉睫。
[0003]国外的工业标准砖系列电源研究较早，推出的产品系列齐全，与技术路线相关的电路拓扑、磁性材料、半导体器件、控制芯片等多个领域都引领行业的方向，其制造工艺大都采用多层PCB板、金属外壳或塑料外壳灌封封装，变压器和电感为表面磁材，内嵌在PCB板上。国外厂家一般采用正激、半桥、全桥、两级级联变换技术、软开关技术以及同步整流技术。
[0004]国内从事该领域研究起步较晚，采用的技术路线与国外类似。在拓扑结构上，文献1研制了一款输入电压为450V，输出电压为12V，最高功率达1kW的全砖模块电源，采用移相全桥拓扑实现零电压关断，该拓扑结构所用元器件较多，电路结构和驱动较复杂，增加了砖块电源的重量和体积。文献2研制的模块电源采用两级级联的拓扑结构，前级为Buck电路控制母线电压，后级为LLC串联谐振变换器，该方案前级电路采用硬开关，损耗较大，后级输出纹波较大。在控制模式上，文献3同步整流电路采用自驱动方式，电路设计简单，成本较低，但此驱动方式的变压器漏感降低了变换器效率，同时，难以确保同步整流管驱动的可靠性。为了稳定输出电压，文献4采用电压反馈控制模式，PWM电路直接控制经误差放大器检测后的输出电压，整个控制电路比较简单，动态响应慢，占空比延迟导致输出电压纹波较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，在于克服传统砖电源模块控制和驱动电路复杂，功耗严重，功率密度和输出电压精度低的缺点，技术参数对标美国SynQor公司MCOTS
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C
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28型砖电源模块，其技术方案如下所述：
[0006]一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，包括主控制电路以及依次连接的滤波电路、主功率电路和同步整流驱动电路，所述主控制电路包括相连接的控制芯片和峰值电流型双闭环控制电路，所述峰值电流型双闭环控制电路用于采集主功率电路的输出电压和输入电流，所述控制芯片根据峰值电流型双闭环控制电路控制主功率电路功率器件的开关。
[0007]所述主功率电路设置有变压器，所述变压器的原边绕组后端通过钳位电容与并列设置的主支路和辅助支路相连接，所述主支路设置有主功率开关管，所述辅助支路设置有辅助开关管；所述变压器的副边绕组设置有并列的同步整流管和续流管，所述同步整流驱
动电路用于控制同步整流管和续流管，所述主功率开关管、辅助开关管、同步整流管、续流管均为主功率电路的功率器件。
[0008]所述主支路包括并列设置的主功率开关管和第二反并联二极管，所述辅助支路包括并列的辅助开关管和第一反并联二极管，所述钳位电容的正极和变压器的原边绕组、辅助支路相连接，所述钳位电容的负极和主支路相连接。
[0009]所述峰值电流型双闭环控制电路分为电压外环电路和电流内环电路，所述电压外环电路包括依次连接的电压采样电路、反馈控制电路和光耦隔离电路，所述电流内环电路包括依次连接的电流采样电路、比较器和锁存器；所述变压器的原边绕组前端通过电流内环电路与控制芯片相连接，所述变压器的原边绕组后端通过钳位电容与并列设置的主支路和辅助支路相连接，所述主控制电路的控制芯片与主支路和辅助支路相连接，所述变压器的副边绕组通过电压外环电路与控制芯片相连接。
[0010]所述控制芯片采用深圳振华的峰值电流控制型ZHM5025，所述反馈控制电路设置有GEM431，所述光耦隔离电路设置有线性光耦GH0723。
[0011]所述电压外环电路对主功率电路的输出电压进行采样，对应的输出电压采样值与基准电压比较后作为比较器的基准，比较器根据基准与实际峰值电流采样值调节控制芯片的PWM脉宽，所述控制芯片向主支路和辅助支路发出驱动信号；其中，辅助支路导通时，输入电压全部加在变压器励磁电感两端，变换器将能量通过变压器传输给负载，变压器磁芯正向励磁，此过程为功率传输过程；辅助支路关断时，主支路的第二反并联二极管导通，钳位电容迅速充电到输入电压，主支路在驱动信号作用下导通，钳位电压加在励磁电感上的电压和辅助支路导通时相反，变压器的励磁能量向电源释放，反向磁化并恢复至最初的状态，实现了变压器磁复位。
[0012]所述同步整流驱动电路包括驱动芯片，通过采样变压器次级电路的次级电压和输出电压，驱动芯片产生一定时序的驱动信号，实现变压器次级电路中同步整流管和续流管的控制，使得同步整流管和续流管互补工作，当变压器的次级电压由负变正时，续流管导通，同步整流管关断，当变压器次级电压由正变负时，同步整流管导通，续流管关断。
[0013]所述滤波电路采用LC滤波器，包括电感L1和电容C1，滤波电感L1选用型号为SPF1890
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2R6M，电感量L＝2.6uH，额定电流为31.5A，滤波电容C1采用3个CT41
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1210
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2C1
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100V
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475K型陶瓷电容并联，总电容值C＝14.1uF，滤波器的截止频率为26.26KHz。
[0014]所述主功率电路的输出端设置有输出滤波器，所述输出滤波器采用LC滤波器，包括电感L0和电容C0，所述输出滤波电容C0为多个，选用4个4.7uF/100V，温度特性为2C1的二类瓷介电容器并联使用，输出电感L0为8.37uH，电感匝数为8。
[0015]所述电流采样电路采用电流传感器，所述电流传感器位于滤波电路和变压器原边绕组之间，所述比较器和锁存器采用控制芯片内部的比较器和锁存器。
[0016]所述基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，是一款1/4砖高效软开关DC/DC变换器，采用峰值电流反馈控制模式、有源钳位技术和外驱动同步整流技术，稳定了输出电压，降低了开关管损耗，提高了变换效率，实现对MCOTS
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28型砖电源产品的原位替代。具有输入欠压保护、输出过压保护、使能控制功能，具有模块化，高效率的特点，可作为二次电源为负载提供稳定高效的直流电源，适用于低压大电流场合。
[0017]本专利技术在
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55℃
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100℃工作温度下，输入电压在16
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40V宽输入范围内，输出电压基
本稳定在28V，纹波噪声为34mV，满载时转换效率高达94.8％。产品所用元器件均由国内厂商自主研制，完全满足国产化使用需求。
[0018]本专利技术具有以下优点：
[0019](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：包括主控制电路以及依次连接的滤波电路、主功率电路和同步整流驱动电路，所述主控制电路包括相连接的控制芯片和峰值电流型双闭环控制电路，所述峰值电流型双闭环控制电路用于采集主功率电路的输出电压和输入电流，所述控制芯片根据峰值电流型双闭环控制电路控制主功率电路功率器件的开关。2.根据权利要求1所述的基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：所述主功率电路设置有变压器，所述变压器的原边绕组后端通过钳位电容与并列设置的主支路和辅助支路相连接，所述主支路设置有主功率开关管，所述辅助支路设置有辅助开关管；所述变压器的副边绕组设置有并列的同步整流管和续流管，所述同步整流驱动电路用于控制同步整流管和续流管，所述主功率开关管、辅助开关管、同步整流管、续流管均为主功率电路的功率器件。3.根据权利要求2所述的基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：所述主支路包括并列设置的主功率开关管和第二反并联二极管，所述辅助支路包括并列的辅助开关管和第一反并联二极管，所述钳位电容的正极和变压器的原边绕组、辅助支路相连接，所述钳位电容的负极和主支路相连接。4.根据权利要求1所述的基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：所述峰值电流型双闭环控制电路分为电压外环电路和电流内环电路，所述电压外环电路包括依次连接的电压采样电路、反馈控制电路和光耦隔离电路，所述电流内环电路包括依次连接的电流采样电路、比较器和锁存器；所述变压器的原边绕组前端通过电流内环电路与控制芯片相连接，所述变压器的原边绕组后端通过钳位电容与并列设置的主支路和辅助支路相连接，所述主控制电路的控制芯片与主支路和辅助支路相连接，所述变压器的副边绕组通过电压外环电路与控制芯片相连接。5.根据权利要求4所述的基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：所述控制芯片采用深圳振华的峰值电流控制型ZHM5025，所述反馈控制电路设置有GEM431，所述光耦隔离电路设置有线性光耦GH0723。6.根据权利要求4所述的基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源，其特征在于：所述电压外环电路对主功率电路的输出电压进行采样，对应的输出电压采样值与基准电压比较后作为比较器的基准，比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：籍祥，高成，江敏，
申请(专利权)人：天航长鹰江苏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：