專利名稱：高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙路輸出電源，特別是高穩(wěn)壓精度的有雙路輸出的DC/DC變換器。
現(xiàn)有的DC/DC變換器是一種將一定電平的直流電壓變換成另一個較高或較低電平的直流電壓的裝置。正激變換器是其中的一種典型拓?fù)?，一般由變壓器、開關(guān)管、整流管及貯能元件構(gòu)成。原邊電路主要由開關(guān)管和變壓器初級繞組串聯(lián)組成，開關(guān)管以一定時間間隔控制原邊電路通斷，此時間間隔由輸出電壓反饋信號來控制。通過這樣的閉環(huán)控制，加上副邊的貯能和濾波元件，在副邊可得到一穩(wěn)定的直流電壓。變壓器原、副邊繞組繞在同一個磁芯上，在與之串聯(lián)的開關(guān)管通斷影響下，產(chǎn)生直流方波電壓，負(fù)責(zé)將原邊能量向副邊傳送，而且，變壓器將變換器的輸入和輸出間相互隔離。副邊電路包括變壓器次級、整流管、貯能和濾波電路，負(fù)責(zé)把高頻方波轉(zhuǎn)換為直流電壓。
最近在開關(guān)電源領(lǐng)域，人們更多的考慮電路的簡潔、高效和高功率密度。當(dāng)整個電子系統(tǒng)體積被規(guī)劃得更小時，系統(tǒng)中電源的尺寸的下降顯得相當(dāng)?shù)闹匾?。而且，系統(tǒng)電路的不同部分需要不同電源電壓，這樣，電源設(shè)計者面臨的難題就是提供能夠滿足多路需要、體積更小、性能更優(yōu)的電源。例如，隨著計算機(jī)芯片制造技術(shù)和節(jié)能的要求，原來使用單一+5V供電的地方，現(xiàn)在開始向+3.3V、+2.5V甚至更低工作電壓過渡，這樣使得在使用多種芯片的領(lǐng)域，存在著不同電壓等級的要求，如果在一個體積內(nèi)實現(xiàn)多路輸出電壓，既作到了減小體積，又能滿足使用要求，不失為一種經(jīng)濟(jì)可行的好方法。但是這種場合下使用的電源，又不同于常規(guī)的多輸出電源，有著特殊的要求，即在負(fù)載、輸入電壓變化下各路輸出電壓都能保持較高的穩(wěn)壓精度，且要求一路負(fù)載變化時，對另外一路輸出電壓精度影響非常小?，F(xiàn)有的電源裝置大都無法滿足這一要求。
在專利號為US5715153、名稱為《Dual-output DC-DC power supply》的美國專利中，公開了一種雙路輸出電源，其體積較小，兩路輸出之間也可以獨立調(diào)節(jié)。其第一路輸出采用一個前向變換器(Forward Convert)實現(xiàn)，第二路輸出是把第一路的直流輸出用降壓調(diào)節(jié)器(Buck Regulator)變換成相對較低的直流電壓而實現(xiàn)的。兩路輸出電路各自用獨立的控制裝置。其缺點是用直流進(jìn)行降壓的效率低(因為有損耗)，而且對BuckRegulator進(jìn)行控制其電路復(fù)雜。
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源，實現(xiàn)體積小、兩路之間可獨立調(diào)節(jié)，而且效率高、控制簡單的目的。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的方案是一種高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源，包括第一路輸出電路、第一路控制保護(hù)電路、第二路輸出電路、第二路控制和保護(hù)電路，其特征是所述第一路輸出電路為正激變換器，它包括變壓器、電子開關(guān)；電子開關(guān)串聯(lián)于變壓器的原邊，其控制端接第一路控制和保護(hù)電路的輸出端；變壓器的副邊經(jīng)第一路整流儲能濾波電路后接第一路輸出端子。所述第二路輸出電路包括磁放大器和第二路整流儲能濾波電路，磁放大器的輸入端直接接于變壓器的次級，其輸出端經(jīng)第二路整流儲能濾波電路后接第二路輸出端子，第二路控制和保護(hù)電路的輸入端接第二路輸出端子，而其輸出端則接于磁放大器的輸出端與第二路整流儲能濾波電路之間。
由于采用了以上的方案，第二路輸出電路是從第一路輸出電路的變壓器次級引入，二者共用變壓器，有效減小了體積；第二路輸出電路直接從變壓器副邊得到，而不是由第一路輸出的直流電壓再經(jīng)過降壓變換器得到，這樣比用降壓調(diào)節(jié)器的效率高。由于磁放大器串聯(lián)在電路中，可以抑制噪聲和減少干擾，所以本方案的電源紋波小、噪聲低，電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)小。由于兩路的控制和保護(hù)電路各自獨立，每路輸出電壓各自獨立調(diào)節(jié)，負(fù)載變化時，沒有一般多輸出電源產(chǎn)生的交互調(diào)整率問題，且在不超出輸出總功率前提下，輸出電流可以由任一路單獨輸出，也可由兩路聯(lián)合輸出，增加了用戶使用的靈活性。


圖1是本發(fā)明電路方框示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例的一個具體電路示意圖。
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的要點是針對兩路輸出的電源，模塊電路主拓?fù)錇閱味苏ぷ儞Q器加電容諧振復(fù)位，兩路輸出在副邊并聯(lián)于變壓器次級兩端，通過各自整流濾波電路得到兩種規(guī)格電壓。第一路輸出電壓用脈寬調(diào)制芯片PWM閉環(huán)控制，通過原副邊隔離電路，控制原邊開關(guān)管通斷時間，也即對原邊向副邊傳送能量大小進(jìn)行控制，從而得到第一路穩(wěn)定直流電壓。第二路輸出電壓采用磁放大器技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓，其控制電路位于副邊，獨立控制第二路輸出電壓；磁放大器的控制比BUCK變換器(降壓變換器)要簡單。上述電路單元都放在一個獨立的封裝整體內(nèi)。本發(fā)明中兩路輸出電壓由各自控制電路獨立控制，每路變換器的輸出都能得到很好的調(diào)節(jié)。并且在規(guī)定的使用條件下，兩路電壓在輸入電壓及負(fù)載變化時，都能保持較高穩(wěn)壓精度，一路輸出負(fù)載變化時，幾乎不影響另外一路輸出電壓。在不超過額定總輸出功率前提下，該電源輸出電流可以任意分配，即可以由某一路單獨輸出，也可以由兩路聯(lián)合輸出。
其具體方案見圖1，所示高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源包括第一路輸出電路1、第一路控制保護(hù)電路2、第二路輸出電路3、第二路控制和保護(hù)電路4。所述第一路輸出電路1為正激變換器，它包括變壓器T、電子開關(guān)Q；電子開關(guān)Q串聯(lián)于變壓器T的原邊，其控制端接第一路控制和保護(hù)電路2的輸出端；變壓器T的副邊經(jīng)第一路整流儲能濾波電路后接第一路輸出端子Uo1、-Uo1。
所述第二路輸出電路3包括磁放大器MA和第二路整流儲能濾波電路，磁放大器MA的輸入端直接接于變壓器T的次級，其輸出端經(jīng)第二路整流儲能濾波電路后接第二路輸出端子Uo2，第二路控制和保護(hù)電路4的輸入端接第二路輸出端子Uo2，而其輸出端則接于磁放大器MA的輸出端與第二路整流儲能濾波電路之間。
所述第一路整流儲能濾波電路包括第一整流管D1、第一電感L1和第一電容C1；所述第二路整流儲能濾波電路包括第二整流管D2、第二電感L2和第二電容C2。
該電源模塊中還包括電流采樣電路5、采樣和輸出保護(hù)電路6，所述電流采樣電路5一端接電子開關(guān)Q負(fù)端，另一端接第一路控制和保護(hù)電路2的一個輸入端；采樣和輸出保護(hù)電路6一端接第一路輸出端子Uo1，另一端接第一路控制和保護(hù)電路2的另一個輸入端。
圖2是一個具體實施例的電路示意圖。
如上所述，正激變換器電路主要由開關(guān)管Q和變壓器T(設(shè)匝比為n)、整流管D1、電感L1和電容C1組成。開關(guān)管Q閉和時，原邊能量通過變壓器Q傳遞到副邊，同時一部分能量貯存在電感L1中。開關(guān)管關(guān)斷時，輸出電壓由續(xù)流電感L1維持，同時L1和C1組成輸出濾波電路，將高頻方波轉(zhuǎn)化為直流電壓。設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通時間為D，根據(jù)下面公式Ui×D/n＝Uo1(式中Ui為輸入電壓，n為變壓器匝比)可以看出，通過控制開關(guān)管導(dǎo)通時間，可以控制輸出電壓維持穩(wěn)定。
見圖2，控制和保護(hù)電路1主要由開關(guān)電源控制芯片38C43完成，主要根據(jù)實際輸出電壓與額定值之差輸出相應(yīng)方波脈沖驅(qū)動開關(guān)管Q，以控制原邊向副邊輸送的能量大小，最終使輸出電壓穩(wěn)定。
電流采樣電路5主要由電流互感器(原邊T2A，副邊T2B)組成，用于向脈寬調(diào)制芯片PWM提供工作時必須的原邊電流波形，同時當(dāng)電流超過預(yù)定值時，將脈寬調(diào)制芯片PWM輸出脈沖關(guān)閉，所以也起到輸入和輸出端過電流保護(hù)作用。
采樣和輸出保護(hù)電路6用于在輸出電壓變化時，通過隔離電路(主要由一些隔離器件如變壓器T、光耦器件N3A、N3B、N4A、N4B等組成)將此差值傳遞到原邊給脈寬調(diào)制芯片PWM，同時當(dāng)兩路輸出電壓任一路過電壓時，也通過此電路關(guān)斷脈寬調(diào)制芯片PWM。其主要元件有二極管N5、N3A、N3B、N4A、N4B、Z4、Z5等。
第二路控制和保護(hù)電路4根據(jù)輸出電壓與額定值差值通過控制磁放大器MA飽和與否，決定變壓器T副邊能量傳遞到輸出端的多少，達(dá)到第二路輸出穩(wěn)壓目的。其主要元件有二極管N6、三極管Q8、二極管D9等使用本發(fā)明實現(xiàn)的模塊電源具有以下幾個特點1、效率高，特別是第二路輸出直接從變壓器副邊得到，而不是由第一路直流輸出再經(jīng)過降壓變換器得到，這樣比其它方案效率平均高出3～4％；2、紋波小、噪聲低，電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)小。由于磁放大器串聯(lián)在電路中，可以抑制噪聲和減少干擾。
3、每路輸出電壓各自獨立調(diào)節(jié)，負(fù)載變化時，沒有一般多輸出電源產(chǎn)生的交互調(diào)整率問題。
4、在不超出輸出總功率前提下，輸出電流可以由任一路單獨輸出，也可由兩路聯(lián)合輸出，增加了用戶使用的靈活性。
權(quán)利要求
1.一種高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源，包括第一路輸出電路(1)、第一路控制保護(hù)電路(2)、第二路輸出電路(3)、第二路控制和保護(hù)電路(4)，其特征是所述第一路輸出電路(1)為正激變換器，它包括變壓器(T)、電子開關(guān)(Q)；電子開關(guān)(Q)串聯(lián)于變壓器(T)的原邊，其控制端接第一路控制和保護(hù)電路(2)的輸出端；變壓器(T)的副邊經(jīng)第一路整流儲能濾波電路后接第一路輸出端子(Uo1、-Uo1)；所述第二路輸出電路(3)包括磁放大器(MA)和第二路整流儲能濾波電路，磁放大器(MA)的輸入端直接接于變壓器(T)的次級，其輸出端經(jīng)第二路整流儲能濾波電路后接第二路輸出端子(Uo2)，第二路控制和保護(hù)電路(4)的輸入端接第二路輸出端子(Uo2)，而其輸出端則接于磁放大器(MA)的輸出端與第二路整流儲能濾波電路之間。
2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源，其特征是所述第一路整流儲能濾波電路包括第一整流管(D1)、第一電感(L1)和第一電容(C1)；所述第二路整流儲能濾波電路包括第二整流管(D2)、第二電感(L2)和第二電容(C2)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源，其特征是還包括電流采樣電路(5)、采樣和輸出保護(hù)電路(6)，所述電流采樣電路(5)一端接電子開關(guān)(Q)負(fù)端，另一端接第一路控制和保護(hù)電路(2)的一個輸入端；采樣和輸出保護(hù)電路(6)一端接第一路輸出端子(Uo1)，另一端接第一路控制和保護(hù)電路(2)的另一個輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高穩(wěn)壓精度雙路輸出電源,包括:第一、二路輸出電路和第一、二路控制保護(hù)電路,第一路輸出電路為正激變換器,它包括變壓器、電子開關(guān)。第二路輸出電路包括磁放大器和第二路整流儲能濾波電路,磁放大器的輸入端直接接于變壓器的次級,其輸出端經(jīng)第二路整流儲能濾波電路后接第二路輸出端子。本電源效率高、紋波小,每路輸出可獨立調(diào)節(jié)。
文檔編號H02M3/24GK1262551SQ00101439
公開日2000年8月9日 申請日期2000年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者張輝 申請人:深圳市華為電氣股份有限公司