高效率線性電源模塊制造技術

高效率線性電源模塊是采用電源調整管輸出輸入電壓自動跟蹤技術，使固定輸出電壓的線性電源效率和功率密度得到最大限度的提升，從而創(chuàng)造出全功率輸出范圍內超小體積的塊狀ＡＣ／ＤＣ線性電源，模塊具有完善的線性電源使用功能，可以應用到所有需要固定線性電源的電子產(chǎn)品。本發(fā)明專利技術技術和高壓開關電源的各種拓撲構成，從小功率輸出的單端反激、正激、ＴＯＰ等各種電源管、大功率輸出的半橋、全橋、推挽等，采用同步整流和有源箝位技術，都能實現(xiàn)很好的接口和控制。本發(fā)明專利技術技術通用性很強，模塊的輸出功率從幾瓦到幾百瓦都能適用，技術可以延伸到幾十千瓦以上。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術采用電源調整管輸出輸入電壓自動跟蹤技術，使固定輸出電壓的線性電源效率和 功率密度得到最大限度的提升，從而創(chuàng)造出全功率輸出范圍內超小體積的塊狀AC/DC線性電 源，該技術屬電源電子

技術介紹
目前固定電壓輸出的線性電源，為了保證在負載變化、供電電源電壓變化等情況下，電 源調整管都能工作在線性區(qū)，其兩端都有幾伏到十幾伏的壓差，當輸出電流大時，電源調整 管就有很大的功率消耗，因此，目前的線性電源效率很低，其次，電源調整管必須用散熱器 及風機散熱，這導致線性電源的體積增大。低壓差線性集成穩(wěn)壓器和模塊效率較高，但工作方式依然是被動的，即不能自動控制和 改變電源調整管輸入端電壓，在絕大多數(shù)情況下，其效率高的特性不能體現(xiàn)。另外，這類器 件價格高且輸出功率不大也限制了其應用范圍。開關電源模塊因效率高，使用量也很大，但一些技術指標太低，猶其是輸出紋波太大難 以克服，故在很多精密電子產(chǎn)品、特別是含模擬量控制的電子產(chǎn)品中都不能使用。目前為小功率電子產(chǎn)品提供電源的還有采用工頻變壓器的電源適配器，這類產(chǎn)品要消耗 大量的有色金屬和硅鋼材料，效率低，體積大，且無穩(wěn)壓輸出，和電子產(chǎn)品匹配更增大了產(chǎn) 品的能耗。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術是使線性電源的電源調整管輸入端直接接高壓隔離開關電源變壓器的次級電壓， 在電源調整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運算放大器的同相和反相輸入端 作減法運算，將運算出的差值電壓和設定壓差比較后，用其誤差電壓對高壓隔離開關電源的 輸出電壓進行控制，在所有不同段的輸出電壓和輸出功率范圍內，以及供電電壓變化，電源 調整管輸出輸入兩端的壓差始終能精確控制在其臨界飽和的線性區(qū)，其功率消耗限制到最低， 從而使線性電源的效率得到最大限度的提升。本專利技術技術和高壓開關電源的各種拓撲構成，從小功率輸出的單端反激、正激、TOP等各 種電源管、大功率輸出的半橋、全橋、推挽等，采用同步整流和有源箝位技術，都能實現(xiàn)很 好的接口和控制。由于線性電源的電源調整管功率消耗很小，占用電源的空間不大，所以本線性電源模塊 的功率密度能在所有不同的輸出功率下都和開關電源模塊相近。 本專利技術的技術實質和有益效果是-1.電子產(chǎn)品無用的耗能皆為電源，提高電源的效率可以提高產(chǎn)品的能耗標準；我國現(xiàn)使 用線性電源的電子產(chǎn)品在10億以上，若全部采用本模塊或本模塊高效率技術模式，以每個產(chǎn)品平均年節(jié)電30度計，我國可以年節(jié)約電能300億度以上。2. 本專利技術改變了數(shù)十年來線性電源效率低的狀況，能有效地節(jié)約能源和資源，提高線性 電源的功率密度，降低相關電子產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和制造成本；3. 技術通用性強，模塊的輸出功率從幾瓦到幾百瓦都能適用，技術可以延伸到幾十千瓦 以上；4. 開關型電源及電源模塊由于工作方式的限制，很多技術指標難以達到精密直流電源的 要求，而線性電源很容易做到，本專利技術突破了線性電源效率低的瓶頸，將會產(chǎn)生一種全新的 直流電源理念和格局；5. 線性電源是極為重要的一種電源，其優(yōu)劣直接影響到各種精密電子產(chǎn)品的性能指標， 而線性電源形成的方法很多，水平參差不齊，本專利技術將對規(guī)范直流電源行業(yè)市場、制訂各類 電子產(chǎn)品的行業(yè)能耗標準和國家標準，起到積極的典范作用。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1和圖2是本專利技術的基本原理框圖。用于說明本專利技術的技術結構特征。 圖1和圖2中《輸出電壓設定》可用精密可調式穩(wěn)壓器TL431、各種集成穩(wěn)壓器或其它 穩(wěn)壓方式實現(xiàn)。圖1和圖2中《壓差設定控制》可用LM358或TL082等通用運算放大器。圖1中《脈寬調制器》可由精密可調式穩(wěn)壓器TL431和線性光電藕合器等組成精密負反饋回路來控制分立元件或單片電源管組成的正激、反激單端輸出的開關電源輸出的基本原理結構框圖。圖2中《脈寬調制器》可由雙端輸出的脈寬調制器集成芯片如SG3524、 TL494等組成， 用于對不同拓撲如半橋、全橋、推挽等大功率開關電源輸出脈寬控制的基本原理結構框圖。圖3、圖4和圖5是本專利技術的三個典型可實施例，各元器件使用及元器件參數(shù)選用僅用 于對該可實施例的原理和工作方式的詳細說明，由于本專利技術的應用范圍可涉足整個固定輸出 電壓的直流穩(wěn)壓電源和所有釆用線性電源的電子產(chǎn)品，在實際應用中，根據(jù)其處理方式以及 輸出功率要求的不同會有很多不同的電路組成結構。圖3、圖4和圖5中，3V電壓為一組獨立電源，迭加在主輸出電壓上，提供集成穩(wěn)壓器 或復合管BG1正常工作的必要電壓，以保證電源調整管在IV以下的壓差下正常工作，在輸 出電壓小于9V的情況下，還可以兼作輔助電源，如圖3。圖6是本專利技術兩種輸出功率的典型體積尺寸，用以對本專利技術的高效率和高功率密度的感 性了解，實際上，根據(jù)輸出電壓和輸出功率的不同，本專利技術可以形成十多種體積尺寸和一百 多種型號規(guī)格品種。 具體實施例方式圖3、圖4和圖5是本專利技術三種完整體現(xiàn)產(chǎn)品設計構思的典型電原理圖，下面加以詳細 說明。圖3可用于和TOP系列電源管構成的單端反激開關電源接口，輸出功率30W以下、輸出電流小于2A的線性電源模塊，模塊的整機效率大于70%。圖中，從電源調整管BG2輸入輸出端分別取出采樣電壓，送到運算放大器IC2A的同相 和反相輸入端，經(jīng)放大器減法運算獲取差值電壓，此電壓作為精密穩(wěn)壓器TL431控制的基準 電壓，經(jīng)光電耦合器PC817A，控制TOP247Y輸出的振蕩脈沖寬度，達到輸出穩(wěn)定的跟蹤電 壓，這是一個閉環(huán)負反饋過程，設BG2輸入電壓ViT，貝ijIC2A輸出電壓T。 TL431輸出電壓 i， PC817A輸出電流T， TOP247Y的脈沖寬度i,變壓器Bl輸出電壓i，以此達到電源調整 管輸入輸出壓差不變。反之亦然，改變電阻R16和R13的比值即可改變BG2輸入輸出壓差 的大小。由IC2B等元件構成過流保護電路，當發(fā)生過流時，IC2B輸出高電壓使BG3飽和導 通，BG1和BG2截止，輸出電壓為O,由R22和K1組成正反饋自鎖回路，Kl為一常閉按鈕， 排除負載故障后，按一下K1，模塊即可恢復正常工作。圖4為輸出功率在2CM50W，輸出電流可達10A以上的多路電壓輸出模塊典型實施方式。 圖中輔助電壓是假定輸出電壓大于12V而設計的供電方式，若輸出電壓小于12V，可采用圖 3的供電方法。本圖中，Rb為均衡電阻，當輸出電流很大時，以保證多個BG2并聯(lián)其輸出電 流平均分配。第二路輸出中，IC4可以采用普通三端穩(wěn)壓器或低壓差穩(wěn)壓器，如果輸出電流 較大，為提高效率，也可以采用主輸出的原理方法，圖中RIO、 Rll、 R12需根據(jù)各路輸出電 流大小、穩(wěn)壓精度要求等因素正確選配。圖5為線性電源和由功率MOS管組成的半橋式開關電源的典型接口方法，該電路的輸 出功率大于150W，合理選取BG2的參數(shù)和個數(shù)，輸出電流可以任意大。圖5中，從電源調整管BG2輸出輸入端分別取出采樣電壓，送到運算放大器IC2A的同 相和反相輸入端，經(jīng)減法運算后獲取差值電壓，送到IC1的反相輸入端，和同相輸入端的基 準電壓比較，其誤差電壓來控制IC1輸出的脈沖寬度，達到輸出穩(wěn)定的跟蹤電壓，上述過程 是一個閉環(huán)負反饋過程，設電源調整管BG2的輸入電壓ViT， IC2A輸出電壓T， IC2輸出電 壓的脈寬寬度i，高頻變壓器輸出電壓i，以此達到電源調本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
高效率線性電源模塊，可使固定電壓輸出的線性電源的效率和功率密度最大限度提升而創(chuàng)造的一種新的系列ＡＣ／ＤＣ電源產(chǎn)品，其特征是：線性電源的電源調整管輸入端直接接高壓隔離開關電源的次級電壓，在電源調整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運算放大器的同相和反相輸入端作減法運算，將運算出的差值電壓和設定壓差比較后，用其誤差電壓對高壓隔離開關電源的輸出電壓進行控制，無論供電電壓和輸出功率如何改變，電源調整管輸入輸出兩端的壓差始終精確控制在其臨界飽和的線性區(qū)。

【技術特征摘要】
1.高效率線性電源模塊，可使固定電壓輸出的線性電源的效率和功率密度最大限度提升而創(chuàng)造的一種新的系列AC/DC電源產(chǎn)品，其特征是線性電源的電源調整管輸入端直接接高壓隔離開關電源的次級電壓，在電源調整管的輸入和輸出端取出采樣電壓，分別送到集成運算放大器的同相和反相輸入端作減法運算，將運算出的差值電壓和設定壓差比較后，用其誤差電壓對高壓隔離開關電源的輸出電壓進行控制，無論供電電壓和輸出功率如何改變，電源調整管輸入輸出兩端的壓差始終精確控制在其...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：程杰保，
申請(專利權)人：程杰保，
類型：發(fā)明
國別省市：83[中國|武漢]