專利名稱：超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流穩(wěn)壓電源，具體涉及一種適應(yīng)超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩(wěn)壓變換器。
背景技術(shù)：
移動(dòng)電子設(shè)備的正常工作，需要為其提供具有穩(wěn)定輸出電壓的直流穩(wěn)壓電源，在許多較為特別的應(yīng)用環(huán)境中，常常會(huì)遇到給電子設(shè)備供電的輸入電壓在設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生大大超出常規(guī)范圍變化的情況，像坦克、裝甲車、特種工程車、通訊指揮車、導(dǎo)彈運(yùn)載發(fā)射車等各種車載供電系統(tǒng)所提供的電壓就是如此。而上述車輛中都大量使用著計(jì)算機(jī)、數(shù)字信息系統(tǒng)、指控系統(tǒng)和各種電子設(shè)備，為了保證這些設(shè)備的正常工作，就必須配備能適應(yīng)超寬范圍輸入電壓變化的加固型多路穩(wěn)壓電源，即在輸入電壓出現(xiàn)超低值時(shí)仍能提供穩(wěn)定的輸出電壓。此外，電源還需要滿足小型輕量模塊化的要求和在惡劣環(huán)境下可靠工作的能力，以節(jié)省寶貴的用戶空間并確保裝備電子系統(tǒng)的可靠性。
目前，世界各國所生產(chǎn)的眾多DC/DC直流電源穩(wěn)壓變換器，對其輸入電壓變化的適應(yīng)能力，普遍只能做到1∶2，比如從9V到18V，從18V到36V、從36V到76V等等，迄今能適應(yīng)較寬范圍輸入電壓并已面市的DC/DC電源模塊如法國某公司的產(chǎn)品，其輸入電壓適應(yīng)能力雖已接近為1∶5，但不能適應(yīng)超寬范圍電壓輸入(從5.85V到40V，其輸入電壓適應(yīng)能力接近1∶7)及多路電壓輸出的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而研制一種適應(yīng)超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩(wěn)壓變換器。
本實(shí)用新型為解決上述提出的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括直流輸入電路和直流變換穩(wěn)壓輸出電路，其不同之處在于設(shè)置有輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路連接自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的控制開關(guān)與雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器相聯(lián)接。
按上述方案，所述的直流輸入電路為防輸入反接及尖峰抑制電路；所述的直流變換穩(wěn)壓輸出電路包括有兩路，一路經(jīng)高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器接線性低壓差穩(wěn)壓器，輸出+3.3V電壓；另一路通過雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器與雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器的輸出端并接，輸出+5V電壓，并接的輸出端同時(shí)與一雙路輸出變換器導(dǎo)通，輸出±12V兩路電壓。
按上述方案，經(jīng)由輸入電路的直流輸入電壓為+5.85～40V，當(dāng)輸入電壓為+7.5～40V時(shí)，雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器開路(不工作)，由雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器輸出+5V電壓；當(dāng)輸入電壓為+5.85～7.5V時(shí)，通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的切換使雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器接通輸入電壓，輸出+5V電壓，而雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器被同時(shí)偏置(不工作)。
本實(shí)用新型的有益效果在于1、組合應(yīng)用多種穩(wěn)壓變換技術(shù)，設(shè)計(jì)了電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)切換電路，確保DC/DC穩(wěn)壓變換器能實(shí)時(shí)監(jiān)控輸入電壓、自動(dòng)切換、分段組合工作，完全解決了輸入電壓大范圍波動(dòng)的難題，在輸入電壓從5.85到40V范圍內(nèi)電源都能穩(wěn)定可靠的工作，輸入電壓適應(yīng)能力接近1∶7，能適應(yīng)超寬范圍電壓輸入的要求。
2、具有多路電壓輸出能力，輸出電壓種類+3.3V、+5V、+12V、-12V，輸出總功率可達(dá)75W。能充分滿足多種移動(dòng)電子設(shè)備對工作電源的要求，尤其是在特別應(yīng)用環(huán)境中的要求。
3、設(shè)計(jì)的電路可采用標(biāo)準(zhǔn)3U尺寸插件式模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、散熱良好，比目前的模塊化電源具有更高的性能價(jià)格比，并具備對惡劣環(huán)境較強(qiáng)的適應(yīng)能力。


圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路框圖。
圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施例不穩(wěn)定的輸入電壓經(jīng)過防輸入反接及尖峰抑制電路后分路進(jìn)入變換器的直流變換穩(wěn)壓輸出電路，防輸入反接及尖峰抑制電路由瞬變電壓抑制二極管V1組成。直流變換穩(wěn)壓輸出電路分成兩路，一路經(jīng)過高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器后再經(jīng)線性低壓差穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的3.3V電壓，所述的高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器由高頻串聯(lián)開關(guān)控制芯片U5及其外圍儲(chǔ)能濾波電路構(gòu)成，儲(chǔ)能濾波電路包括輸入端的電容C9，輸出端的二極管V6、電感L3和電容C10，U5外圍還設(shè)有C8、R11、R12；所述的線性低壓差穩(wěn)壓器由低壓差串聯(lián)線性穩(wěn)壓控制芯片U6和R13、C11構(gòu)成。另一路通過雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器，在輸入電壓高于7.5V時(shí)提供+5V電壓輸出，輸出的+5V電壓經(jīng)由雙路輸出變換器后提供±12V電壓輸出；所述的雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器由兩個(gè)并接的高頻串聯(lián)開關(guān)控制芯片U1、U2及其配置的儲(chǔ)能濾波電路構(gòu)成，其中U1的外圍電路由C1、C2、R7、R8以及二極管V4、電感L1組成，U2的外圍電路由C5、C4、R9、R10以及二極管V5、電感L2組成，兩芯片的輸出口共接電容C3；所述的雙路輸出變換器由芯片U7和兩個(gè)輸出端口的電容C12、C13構(gòu)成。與防輸入反接及尖峰抑制電路相通的第三路為輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路對輸入電壓實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控并對自動(dòng)切換電路實(shí)施控制，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入電壓的變化，按設(shè)定的組合方案完成供電結(jié)構(gòu)的自動(dòng)切換，在輸入電壓低于7.5V時(shí)，直接經(jīng)雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器輸出+5V電壓；所述的輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路由電壓比較器N1及其外圍電路組成，外圍電路包含穩(wěn)壓管V2、V3及電阻R1、R2、R3、R4、R5。所述的自動(dòng)切換電路由驅(qū)動(dòng)電路和小型繼電器J構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路包含三極管V3和C7、R6，繼電器回路中設(shè)有二極管V7。自動(dòng)切換電路在輸入電壓超低時(shí)接通雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器，雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器由兩塊低壓差串聯(lián)線性穩(wěn)壓控制芯片U3、U4并接而成，其輸入端接有電容C6，雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器輸出+5V電壓，并與雙路輸出變換器的輸入口相接。
上述實(shí)施例采用兩種高性能低價(jià)位集成芯片加上優(yōu)化設(shè)計(jì)的外圍電路組成，U1、U2、U5是一種高頻串聯(lián)開關(guān)控制芯片MC33167，它的開關(guān)工作頻率為72KHZ，輸入電壓允許范圍為7.5V～40V，最小輸出穩(wěn)定電壓為Uin-2V，其工作環(huán)境溫度為-40℃～+85℃，儲(chǔ)存溫度為-65℃～+150℃。設(shè)計(jì)了優(yōu)化的儲(chǔ)能濾波及電壓檢測反饋等外圍電路，構(gòu)成了高效的高頻串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓器單元，并確保其在輸入電壓從7.5V到40V范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠地工作。采用了由U1、U2組成的雙回路并聯(lián)功率倍增方案以擴(kuò)大輸出功率的能力。對于U5回路，則直接串聯(lián)了線性低壓差穩(wěn)壓器，保證輸入電壓在全范圍變化(5.85V～40V)時(shí)輸出穩(wěn)定的3.3V電壓供給負(fù)載。電路中的U3、U4、U6為低壓差串聯(lián)線性穩(wěn)壓控制芯片(U3、U4為MIC29500-5.0BT，U6為MIC29500-3.3BT)，其工作溫度范圍(結(jié)溫)為-40℃～125℃。設(shè)計(jì)了外圍電路構(gòu)成了低壓差線性串聯(lián)穩(wěn)壓變換器，此變換器維持穩(wěn)壓輸出的最小壓差為0.4V，其最高輸入電壓為26V。由電壓比較器N1和小型繼電器J組成了輸入電壓監(jiān)控及自動(dòng)切換電路，當(dāng)輸入電壓在7.5V～40V范圍時(shí)，J斷開，U1、U2、U5、U6、U7工作，U3、U4處于開路(休眠)狀態(tài)，輸出穩(wěn)定的四路電壓。當(dāng)輸入電壓降低，進(jìn)入5.85V～7.5V范圍時(shí)，J閉合，輸入電壓直接通過雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器U3、U4提供穩(wěn)定的5V電壓，而雙回路高頻串聯(lián)開關(guān)U1、U2由于輸入電壓低于其維持正常工作范圍，其輸出電壓降低而被U3、U4的輸出電壓偏置，由于U3、U4、U5、U6、U7工作，同樣保證穩(wěn)定的四路電壓輸出。這樣，實(shí)現(xiàn)了DC/DC穩(wěn)壓變換器對超寬范圍電壓變化(從5.85V～40V)的適應(yīng)能力，保證了電源工作的穩(wěn)定性和可靠性。V1為瞬變電壓抑制二極管，其作用是對輸入電壓尖峰實(shí)施抑制和防止輸入電壓極性反接。
本實(shí)用新型可進(jìn)行系統(tǒng)的加固設(shè)計(jì)，變換器模塊采用標(biāo)準(zhǔn)3U插件式結(jié)構(gòu)，機(jī)殼采用鋁合金整體切削加工、導(dǎo)電氧化工藝，發(fā)熱器件緊貼機(jī)殼，用二級(jí)傳導(dǎo)方式散熱，這種機(jī)殼結(jié)構(gòu)散熱及屏蔽效果良好。小型模塊化的要求和插件式結(jié)構(gòu)留給元器件極小的空間，為此，設(shè)計(jì)了兩層雙面印刷電路板元器件安裝方案，兩板之間采用高可靠接插件互聯(lián)，這樣既提高了組裝密度，又便于調(diào)試與維護(hù)，還增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和提高整機(jī)對沖擊、振動(dòng)的耐受性能及對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。
本實(shí)用新型組合應(yīng)用高頻串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓變換技術(shù)及線性低壓差穩(wěn)壓控制技術(shù)，采用高性能低價(jià)位的集成控制芯片，為高頻串聯(lián)式開關(guān)電路設(shè)計(jì)了高效的儲(chǔ)能、濾波回路和優(yōu)化完整的外圍電路；設(shè)計(jì)了雙回路功率倍增電路，可根據(jù)用戶需求靈活擴(kuò)充功率；為線性低壓差電路設(shè)計(jì)了合適的外圍補(bǔ)償電路；高性能低價(jià)位集成控制芯片的優(yōu)化應(yīng)用，除使新型多路穩(wěn)壓變換器對輸入電壓變化的適應(yīng)能力大大拓寬外，還使其成本顯著降低，極大地提高了穩(wěn)壓電源的性價(jià)比。
權(quán)利要求1.一種超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，包括直流輸入電路和直流變換穩(wěn)壓輸出電路，其特征在于設(shè)置有輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路連接自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的控制開關(guān)與雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于所述的直流輸入電路為防輸入反接及尖峰抑制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于所述的直流變換穩(wěn)壓輸出電路包括有兩路，一路經(jīng)高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器接線性低壓差穩(wěn)壓器，輸出+3.3V電壓；另一路通過雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器與雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器的輸出端并接，輸出+5V電壓，并接的輸出端同時(shí)與一雙路輸出變換器輸入端導(dǎo)通，輸出±12V兩路電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于經(jīng)由輸入電路的直流輸入電壓為+5.85～40V，當(dāng)輸入電壓為+7.5～40V時(shí)，雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器開路，由雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器輸出+5V電壓；當(dāng)輸入電壓為+5.85～7.5V時(shí)，通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的切換使雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器接通輸入電壓，輸出+5V電壓，而雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器被同時(shí)偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于所述的高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器由高頻串聯(lián)開關(guān)控制芯片U5及其外圍儲(chǔ)能濾波電路構(gòu)成，儲(chǔ)能濾波電路包括輸入端的電容C9，輸出端的二極管V6、電感L3和電容C10，U5外圍還設(shè)有C8、R11、R12；所述的線性低壓差穩(wěn)壓器由線性低壓差串聯(lián)穩(wěn)壓控制芯片U6和R13、C11構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于所述的雙回路高頻串聯(lián)儲(chǔ)能式開關(guān)穩(wěn)壓器由兩個(gè)并接的高頻串聯(lián)開關(guān)控制芯片U1、U2及其配置的儲(chǔ)能濾波電路構(gòu)成，其中U1的外圍電路由C1、C2、R7、R8以及二極管V4、電感L1組成，U2的外圍電路由C5、C4、R9、R10以及二極管V5、電感L2組成，兩芯片的輸出口共接電容C3；所述的雙路輸出變換器由芯片U7和兩個(gè)輸出端口的電容C12、C13構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于所述的輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路由電壓比較器N1及其外圍電路組成，外圍電路包含穩(wěn)壓管V2、V3及電阻R1、R2、R3、R4、R5，所述的自動(dòng)切換電路由驅(qū)動(dòng)電路和小型繼電器J構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路包含三極管V3和C7、R6。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器由兩塊線性低壓差串聯(lián)穩(wěn)壓控制芯片U3、U4并接而成，其輸入端接有電容C6，雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器輸出+5V電壓，并與雙路輸出變換器的輸入端相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩(wěn)壓變換器，其特征在于變換器模塊采用標(biāo)準(zhǔn)3U插件式結(jié)構(gòu)，機(jī)殼采用鋁合金整體切削加工、導(dǎo)電氧化工藝，發(fā)熱器件緊貼機(jī)殼，用二級(jí)傳導(dǎo)方式散熱，同時(shí)設(shè)計(jì)兩層雙面印刷電路板安裝元器件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直流穩(wěn)壓電源，具體涉及一種適應(yīng)超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩(wěn)壓變換器。包括直流輸入電路和直流變換穩(wěn)壓輸出電路，其不同之處在于設(shè)置有輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，輸入電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控電路連接自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的控制開關(guān)與雙回路線性低壓差穩(wěn)壓器相聯(lián)接。本實(shí)用新型的有益效果在于組合應(yīng)用多種穩(wěn)壓變換技術(shù)，設(shè)計(jì)了電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)切換電路，完全解決了輸入電壓大范圍波動(dòng)的難題，在輸入電壓從5.85到40V范圍內(nèi)電源都能穩(wěn)定可靠的工作，能適應(yīng)超寬范圍電壓輸入的要求。同時(shí)具有多路電壓輸出能力，能充分滿足多種移動(dòng)電子設(shè)備對工作電源的要求，尤其是在特別應(yīng)用環(huán)境中的要求。
文檔編號(hào)G05F1/56GK2807319SQ20052009715
公開日2006年8月16日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者王震, 占江山, 羅運(yùn)成, 王軍, 周軍 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七○九研究所