專利名稱：有檔輸出的直流-直流交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通訊及音響電源柜內(nèi)用作不同輸出電壓及電流容量的有檔輸出的直流(DC)—直流(DC)變換器。
市場(chǎng)上現(xiàn)有的直流(DC)—直流(DC)變換器，都是按特定的輸出電壓、輸出電流容量來設(shè)計(jì)的，所以，當(dāng)一個(gè)電源柜內(nèi)需要輸出不同的直流電壓檔次的時(shí)候，必須選擇相應(yīng)不同設(shè)計(jì)的DC—DC變換器，這些變換器之間是沒有互換性的。因此，當(dāng)用戶訂購電源柜時(shí)，就必須同時(shí)訂購不同的DC—DC變換器作為該電源柜的備品，這提高了其一次投資的費(fèi)用。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種有檔輸出的DC—DC變換器，它能在一定的功率范圍內(nèi)根據(jù)需要輸出不同擋次的電壓和電流容量。
本實(shí)用新型的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的直流輸入電壓經(jīng)電源濾波電路去除高頻干擾后進(jìn)入高頻開關(guān)功率變換電路，直流電壓被轉(zhuǎn)換成極性交變的高頻交流電流和電壓，然后送到整流輸出及濾波電路，得到負(fù)載所需的低噪聲直流電壓，脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路控制高頻開關(guān)功率變換電路，自激式DC變換器電路為脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路提供工作電壓，反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路采樣和檢測(cè)后輸入脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路，其反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路由換檔開關(guān)K，電阻R12—R18，電位器RV2、RV3和電容C9組成，K采用雙路三檔開關(guān)作為K1和K2，電阻R15和電位器RV3串聯(lián)，電位器RV3一端接地，電阻R15一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的1腳連接，電阻R12、R13、R14、電容C9的一端連接后與變換器輸出端V0連接，另一端分別與開關(guān)K1、動(dòng)觸點(diǎn)2、3、電阻R15和開關(guān)K1定觸點(diǎn)連接，電阻R16一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)連接，另一端與電阻R17和電位器RV2一端連接，電阻R17另一端與開關(guān)K2的定觸點(diǎn)3連接，電位器RV2與高頻開關(guān)功率變換電路中變壓器B1副邊中心抽頭連接，電阻R18一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)2連接，另一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的15腳連接。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的敘述。


圖1為本實(shí)用新型的方框圖。
圖2為本實(shí)用新型的電原理圖。
圖3為本實(shí)用新型換檔改變輸出電壓和直流的電原理圖。
電源濾波電路由二極管D1、電容C1、C2和電感L1、L2組成，其中電容C1、C2和電感L1、L2組成了π型濾波電路，而二極管D1則為電感L1、L2提供了續(xù)流通路。
高頻開關(guān)功率變換電路，由VMOS開關(guān)管V1、V2、二極管D7、D8、雙向穩(wěn)壓管Z2、Z3及變壓器B1、B2、B3，電阻R6、R7、R8、R9組成，A點(diǎn)是變壓器B1初級(jí)的中心抽頭，它與經(jīng)過濾波后的輸入電壓正端A點(diǎn)相連結(jié)。開關(guān)管V1、V2起開關(guān)作用，當(dāng)V1和V2交替導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器B1的初級(jí)線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生交變的電壓和電流，這個(gè)交變的電流耦合到變壓器B1的副邊而輸出，二極管D7、D8作鉗位用，它能將開關(guān)管V2和V1的漏極電位鉗制在2倍的輸入電壓范圍之內(nèi)。雙向穩(wěn)壓管Z2、Z3保證開關(guān)管V2和V1的柵極電壓不會(huì)超過允許的范圍。電阻R8、R9起限流作用，抑制驅(qū)動(dòng)電流的過快增長，保護(hù)穩(wěn)壓管Z2、Z3不被過大的電流燒損。電阻R6、R7是變壓器B3、B2的副邊負(fù)載，即整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的輸出負(fù)載，它使驅(qū)動(dòng)電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。高頻變壓器B1的原、副邊之間能量的傳遞是通過電磁感應(yīng)完成，這樣可以避免輸入的高電壓竄入輸出的低電壓危害設(shè)備，還方便了輸出極性的選擇。
整流輸出及濾波電路，由二極管D9、D10、電感L和電容C10、C11、電阻R10組成。二極管D9、D10與變壓器B1副邊一起構(gòu)成了中心抽頭全波整流電路，兩個(gè)二極管D9、D10起輸出整流作用。電感L和電容C10、C11、電阻R10一起構(gòu)成了L型濾波電路，濾除輸出電壓中的高頻脈動(dòng)成份，使輸出的電壓成為符合要求的平滑直流，電容C10用于輸出濾波，電容C11則用于反饋濾波。輸出端的電阻R11為輸出負(fù)載，確定了輸出所必須的最小負(fù)載，保證了即使在負(fù)載開路時(shí)，DC變換器仍能正常工作。當(dāng)外電源停止供電之后，輸出電路內(nèi)的電容電壓會(huì)很快下降為零，不會(huì)有長時(shí)間的殘留電壓存在。
脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路，由集成電路IC2、三極管T1—T4，脈沖變壓器B2、B3電阻R19～R27，電容C12～C17組成。IC2是調(diào)制及產(chǎn)生調(diào)寬脈沖信號(hào)的專用集成電路，其型號(hào)為TL494，該集成電路內(nèi)部有一個(gè)三角波振蕩器OSC、兩個(gè)比較器CMP1、CMP2、兩個(gè)誤差放大器A1、A2以及一個(gè)電壓為5伏的基準(zhǔn)電壓源。其中比較器CMP1用來限制脈沖的最大寬度、產(chǎn)生“死區(qū)”時(shí)間，比較器CMP2是用誤差放大器的輸出信號(hào)控制脈沖寬度的比較器，能根據(jù)輸出反饋電壓的高低調(diào)節(jié)脈沖的寬度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。電阻R21～R27，電容C14～C17構(gòu)成了集成電路IC2的外圍電路，其中，電阻R21和R22構(gòu)成分壓器，將IC2的13、14腳引出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓后供給16腳作為內(nèi)部誤差放大器A2的參考電壓。R23和C16分別是IC2的定時(shí)電阻和定時(shí)電容，其參數(shù)確定了IC2內(nèi)部振蕩器OSC的振蕩頻率，因而也確定了IC2的工作頻率。電阻R24和電容C17則用于電路的軟起動(dòng)，即在起動(dòng)瞬間，為避免輸出端因?yàn)V波電容的充電電流過大對(duì)電路造成有害的沖擊需短時(shí)間地提高IC2第4腳的電位，以使“死區(qū)”時(shí)間延長，可抑制輸出電壓的急劇增長，來減少起動(dòng)時(shí)的沖擊電流。電阻R25是IC2內(nèi)部誤差放大器A1的增益調(diào)整電阻。電容C14、電阻R26和電容C15、電阻R27分別構(gòu)成了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器，使IC2內(nèi)部運(yùn)放工作穩(wěn)定。電阻R19和R20分別是IC2輸出11腳和8腳兩個(gè)OC門的集電極上拉電阻，保證當(dāng)IC2內(nèi)部輸出管截止時(shí)，對(duì)應(yīng)的引出腳為高電平。三極管T1—T4，電容C12、C13、變壓器B2、B3組成了輸出脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，將集成電路IC2提供的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，以推動(dòng)后面的功率變換級(jí)的工作?，F(xiàn)以三極管T1、T2、電容C12和變壓器B2組成的驅(qū)動(dòng)電路為例，說明其工作原理。當(dāng)集成電路IC2 11腳輸出為高電平時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，+15伏電源通過T1的集電極、發(fā)射極向電容C12充電，變壓器B2原邊有從上而下充電電流通過，當(dāng)IC2的11腳輸出為低電平時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通，電容C12通過T2的集電極、發(fā)射極放電，變壓器B2原邊有從下而上的放電電流流過，放電后電容C12上的電壓為零。這樣，B2的原邊有交變的充放電電流流通，在B2的副邊將產(chǎn)生同樣的交變輸出電壓，這個(gè)交變電壓可驅(qū)動(dòng)開關(guān)管V1的導(dǎo)通和截止。這里三極管T1和T2起了電流放大作用，電容C12起了隔直流和儲(chǔ)存能量作用，變壓器B2起到了傳輸驅(qū)動(dòng)脈沖能量及隔離驅(qū)動(dòng)電路和功率變換電路之間的作用。三極管T3、T4、電容C13和變壓器B3與上述電路相同，兩者區(qū)別在輸入和輸出脈沖的相位相差180°。
自激式DC變換器電路，由二極管D2—D5、電容C3～C8、電阻R1～R5、雙向穩(wěn)壓管Z1、三極管T5、T6、變壓器B4、集成電路IC1和電位器RV1組成，其功能是將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成15伏穩(wěn)定的直流電壓供給脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)輸入端加上40～60伏電壓時(shí)，由于電阻R3為三極管T5提供了基極電流，T5導(dǎo)通，B4原邊繞組1—2內(nèi)電流增長，導(dǎo)致B4副邊繞組3—4同名端有電流流出，該電流對(duì)三極管T5來說形成了正反饋，所以T5急劇導(dǎo)通，使B4副邊3—4電壓急劇上升，當(dāng)上升到一定值時(shí)，雙向穩(wěn)壓管Z1被擊穿，三極管T6飽和導(dǎo)通，三極管T5因其基極變?yōu)榈碗娢欢刂梗儔浩鰾4原邊繞組中儲(chǔ)存的能量通過B4副邊繞阻5—6，二極管D5、電阻R5、電容C7釋放，使電容C7充電。接著又通過電阻R3向T5基極供電而進(jìn)入又一周期。電能通過B4副邊繞阻5—6、D5、R5向負(fù)載供電。由于本電路沒有設(shè)置自動(dòng)穩(wěn)壓電路，所以增設(shè)了集成電路IC1，其型號(hào)為7815，是一個(gè)三端穩(wěn)壓器，能將變壓器B4副邊經(jīng)二極管D5、電阻R5輸出的直流電壓處理成穩(wěn)定的+15伏直流電壓，以供給集成電路IC2工作需要，C7、C8為直流濾波電容。D2是整流二極管，C3是退耦電容，用以隔離功率電路對(duì)本電路的干擾。二極管D3、電阻R1、電位器RV1一起為三極管T5提供正反饋時(shí)的基極直流通路，其中RV1可調(diào)節(jié)反饋強(qiáng)弱。C4是加速電容，在正反饋開始時(shí)可加速三極管T5的飽和導(dǎo)通，二極管D3可提高三極管T5的基極、發(fā)射極間耐受反壓的能力，電阻R1作為電位器RV1的墊底電阻。二極管D4可保護(hù)三極管T6的基極、發(fā)射極，使其不會(huì)承受過高的反向電壓，與其并聯(lián)的電容C5可吸收施加在T6基極上的尖峰脈沖。電容C6電阻R4組成了尖峰脈沖吸收電路。R3是T5的基極偏置電阻，在T5截止后為T5基極提供偏置電流，使其重新導(dǎo)通。R2是三極管T6基極的限流電阻，Z1為雙向穩(wěn)壓管，保證T6的基極、發(fā)射極不會(huì)承受過高的反向電壓，又提供了一個(gè)基準(zhǔn)電壓，即當(dāng)變壓器B4的3—4端電壓超過基準(zhǔn)電壓時(shí)，Z1被擊穿，T6就會(huì)飽和導(dǎo)通，而使T5截止。
反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路，由換檔開關(guān)K，電阻R12—R18，電位器RV2、RV3和電容C9組成，K采用雙路三檔開關(guān)作為K1和K2，電阻R15和電位器RV3串聯(lián)，電位器RV3一端接地，電阻R15一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的1腳連接，電阻R12、R13、R14、電容C9的一端連接后與變換器輸出端V0連接，另一端分別與開關(guān)K1、動(dòng)觸點(diǎn)2、3、電阻R15和開關(guān)K1定觸點(diǎn)連接，電阻R16一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)連接，另一端與電阻R17和電位器RV2一端連接，電阻R17另一端與開關(guān)K2的定觸點(diǎn)3連接，電位器RV2與高頻開關(guān)功率變換電路中變壓器B1副邊中心抽頭連接，電阻R18一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)2連接，另一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的15腳連接。
電阻R16—R18、電位器RV2組成了電流反饋網(wǎng)絡(luò)，電阻R12—R15、電位器RV3組成了電壓反饋網(wǎng)絡(luò)，電容器C9起穩(wěn)定電壓反饋值的作用，電路中的電阻起分壓作用。換檔開關(guān)K作用是通過換檔改變電阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以此改變反饋信號(hào)的大小，進(jìn)一步達(dá)到改變輸出電壓的效果。
換檔改變輸出電壓和輸出電流容量原理參考圖2，圖中數(shù)字是指集成電路IC2的引出腳序號(hào)，V0指輸出電壓，A1和A2為IC2內(nèi)部的兩只誤差放大器，其中A1用以控制電壓環(huán)，A2用以控制電流環(huán)，R10為電流反饋取樣電阻。由圖2看出改變開關(guān)K1的三個(gè)位置，即改變了電壓的反饋參數(shù)，DC變換器的輸出電壓就會(huì)有相應(yīng)改變當(dāng)開關(guān)K1置于K11時(shí)，電壓輸出24V當(dāng)開關(guān)K1置于K12時(shí)，電壓輸出12V當(dāng)開關(guān)K1置于K13時(shí)，電壓輸出6V改變K2的位置，即改變了電流反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，DC變換器的輸出電流亦可隨之改變當(dāng)開關(guān)K2置于K21時(shí)，電流輸出10A當(dāng)開關(guān)K2置于K22時(shí)，電流輸出5A由于采用了以上電路，只要撥動(dòng)開關(guān)K就可以在一定功率范圍內(nèi)根據(jù)需要輸出不同檔次的電壓和電流容量。
權(quán)利要求1.一種有檔輸出的直流—直流變換器，直流輸入電壓經(jīng)電源濾波電路去除高頻干擾后進(jìn)入高頻開關(guān)功率變換電路，直流電壓被轉(zhuǎn)換成極性交變的高頻交流電流和電壓，然后送到整流輸出及濾波電路，得到負(fù)載所需的低噪聲直流電壓，脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路控制高頻開關(guān)功率變換電路，自激式DC變換器電路為脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路提供工作電壓，反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路采樣和檢測(cè)后輸入脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于其反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路由換檔開關(guān)K，電阻R12—R18，電位器RV2、RV3和電容C9組成，K采用雙路三檔開關(guān)作為K1和K2，電阻R15和電位器RV3串聯(lián)，電位器RV3一端接地，電阻R15一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的(1)腳連接，電阻R12、R13、R14、電容C9的一端連接后與變換器輸出端V0連接，另一端分別與開關(guān)K1、動(dòng)觸點(diǎn)(2)、(3)、電阻R15和開關(guān)K1定觸點(diǎn)連接，電阻R16一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)連接，另一端與電阻R17和電位器RV2一端連接，電阻R17另一端與開關(guān)K2的定觸點(diǎn)(3)連接，電位器RV2與高頻開關(guān)功率變換電路中變壓器B1副邊中心抽頭連接，電阻R18一端與開關(guān)K2動(dòng)觸點(diǎn)(2)連接，另一端與脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路中集成電路IC2的(15)腳連接。
專利摘要一種有檔輸出的直流-直流變換器，適用于通訊和音響電源柜內(nèi)用作不同輸出電壓及電流容量變換器。由電源濾波電路、高頻開關(guān)功率變換電路、整流輸出及濾波電路、脈寬調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路、自激式直流變換器電路和反饋網(wǎng)絡(luò)及換檔開關(guān)電路組成。由于采用了反饋及換檔開關(guān)電路后，只要撥動(dòng)換檔開關(guān)，即可在一定功率范圍內(nèi)根據(jù)需要輸出不同檔次的電壓和電流，因此只需一塊變換器板即可輸出不同檔次的電壓和電流。
文檔編號(hào)H02M3/24GK2244787SQ95239980
公開日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月14日
發(fā)明者楊均銘 申請(qǐng)人:常熟市高專電氣設(shè)備廠