【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于開(kāi)關(guān)電源，具體涉及一種基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源。
技術(shù)介紹
1、開(kāi)關(guān)電源作為電子產(chǎn)品不可或缺的供電模塊，出現(xiàn)在各類電子產(chǎn)品中。開(kāi)關(guān)電源可以將來(lái)自外界的供電電壓轉(zhuǎn)換成實(shí)際待供電器件的需求負(fù)載電壓，同時(shí)需要滿足待供電器件的不同工況下的電流需求。對(duì)于實(shí)際電子產(chǎn)品，往往根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用，有些需要電子產(chǎn)品的供電電壓與其它外界電壓相互隔離，不共地。此時(shí)需要考慮采用隔離的開(kāi)關(guān)電源。其次，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，待供電器件(例如，功放器件，負(fù)載芯片等)的需求電流不斷增加，此時(shí)需要能提供更大功率的開(kāi)關(guān)電源。通常設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)選用更加復(fù)雜的開(kāi)關(guān)電源電路，例如，llc諧振變換電路(llc中的l表示諧振電感和勵(lì)磁電感，c表示諧振電容)或移相全橋電路等。這類電源從電路設(shè)計(jì)上看，電路更加復(fù)雜，電路組成環(huán)節(jié)增多，電源設(shè)計(jì)難度增加。從電路尺寸結(jié)構(gòu)上看，除了新增的各環(huán)節(jié)功能電路外，需要更大的儲(chǔ)能電感，封裝更大和散熱面更大的功率器件，同時(shí)還需要在電源溫升較高處進(jìn)行散熱處理(例如，涂導(dǎo)熱膠，增添散熱器等)，這樣，整體電源的整體尺寸將更大。相對(duì)應(yīng)的，隨著電源技術(shù)的發(fā)展，很多電源設(shè)計(jì)通過(guò)增大電源的開(kāi)關(guān)頻率，進(jìn)而減小變壓器或者電感的感量，減小變壓器(電感)的尺寸，以期待降低整體電源模塊的尺寸。然而，對(duì)于常用的si基mosfet開(kāi)關(guān)管(mosfet是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，mosfet的英文全稱為metal-oxide-semiconductor?field-effecttransistor)，一般存在導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，其中，開(kāi)關(guān)損耗正相關(guān)于電源電
2、電子產(chǎn)品的發(fā)展，符合功率越來(lái)越大、尺寸越來(lái)越小的整體趨勢(shì)。開(kāi)關(guān)電源作為整體電子產(chǎn)品中的一個(gè)環(huán)節(jié)，也需要減小自身的尺寸，并滿足更高的功率密度。因此，開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)需要兼顧以上的問(wèn)題。特別的，對(duì)于低壓直流輸入的場(chǎng)景(例如，外部提供18v/24v/28v總線供電)，此時(shí)終端電源需求功率較大時(shí)，電路中的電流將隨之增大，電流的增大將進(jìn)一步增加功率器件(尤其是開(kāi)關(guān)管mosfet)的損耗，電源的小型化設(shè)計(jì)難度將進(jìn)一步提升。例如，常見(jiàn)的隔離電源拓?fù)浞醇ぷ儞Q器在150w功率以上將不再那么適用。
3、也就是說(shuō)，亟需設(shè)計(jì)一種開(kāi)關(guān)電源，以滿足低壓輸入、大功率輸出，輸入輸出電壓隔離、高效率、低溫升和高集成度的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源。
2、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)提供一種基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，包括：第一級(jí)電路和第二級(jí)電路，其中，所述第一級(jí)電路的輸出端與所述第二級(jí)電路的輸入端連接，所述第一級(jí)電路的輸入端作為所述大功率隔離電源的輸入端，所述第二級(jí)電路的輸出端作為所述大功率隔離電源的輸出端；
4、所述第一級(jí)電路用于通過(guò)交錯(cuò)并聯(lián)boost升壓電路，將輸入的低壓直流電壓進(jìn)行抬升，得到升壓后的電壓；
5、所述第二級(jí)電路用于采用不對(duì)稱半橋反激ahb拓?fù)洌瑢⑺錾龎汉蟮碾妷恨D(zhuǎn)換為負(fù)載所需電壓后輸出，并通過(guò)功率變壓器將輸入的所述升壓后的電壓和輸出的所述負(fù)載所需電壓進(jìn)行隔離；
6、其中，所述第一級(jí)電路和所述第二級(jí)電路均采用gan功率管作為電路中的主功率開(kāi)關(guān)。
7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果：
8、本專利技術(shù)采用兩級(jí)式架構(gòu)設(shè)計(jì)低壓輸入、大功率隔離電源，具體而言，輸入的低壓直流電壓經(jīng)過(guò)第一級(jí)電路可以實(shí)現(xiàn)電壓抬升，例如，可以抬升到100v左右，接著，抬升后的電壓作為第二級(jí)電路的輸入，由于電壓的抬升，在輸出功率一定時(shí)，可以大大減小第二級(jí)電路中的輸入電流，根據(jù)mosfet導(dǎo)通損耗正比于mosfet流過(guò)的有效值電流，因此，本專利技術(shù)可以明顯降低主功率mosfet的導(dǎo)通損耗。此外，本專利技術(shù)的第二級(jí)電路利用變壓器實(shí)現(xiàn)了輸出電壓與輸入電壓的隔離，從而可滿足輸入、輸出相互隔離的電源設(shè)計(jì)的需要；同時(shí)，本專利技術(shù)的第二級(jí)電路由于采用不對(duì)稱半橋反激ahb拓?fù)?，因而可以利用其中的諧振儲(chǔ)能電容傳遞一定的能量，增大了電源電路中能量的傳遞，也提升了本專利技術(shù)所設(shè)計(jì)的電源電路的功率密度。此外，本專利技術(shù)使用gan功率管設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源，將gan器件在高頻開(kāi)關(guān)下開(kāi)關(guān)速度快、損耗低的特性利用到了電源設(shè)計(jì)中；在高頻工作時(shí)，由于gan器件的開(kāi)關(guān)速度快，因而可以縮短gan功率管的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間，而開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間這兩項(xiàng)指標(biāo)又正相關(guān)于gan功率管的開(kāi)通、關(guān)斷損耗，因此，本專利技術(shù)中功率開(kāi)關(guān)gan的開(kāi)關(guān)損耗也得到了優(yōu)化，從而優(yōu)化了整體電源電路的損耗，使得電路損耗的降低不需要更多的散熱器、散熱面積或措施，從而使得整體電源電路的面積也得到了節(jié)省，提升了電源電路的功率密度。
9、以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
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1.一種基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，包括：第一級(jí)電路和第二級(jí)電路，其中，所述第一級(jí)電路的輸出端與所述第二級(jí)電路的輸入端連接，所述第一級(jí)電路的輸入端作為所述大功率隔離電源的輸入端，所述第二級(jí)電路的輸出端作為所述大功率隔離電源的輸出端；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一級(jí)電路包括：第一BOOST升壓電路和第二BOOST升壓電路，并且，所述第一BOOST升壓電路的輸入端和所述第二BOOST升壓電路的輸入端連接后作為所述第一級(jí)電路的輸入端，所述第一BOOST升壓電路的輸出端和所述第二BOOST升壓電路的輸出端連接后作為所述第一級(jí)電路的輸出端，并且，所述第一BOOST升壓電路的控制端和所述第二BOOST升壓電路的控制端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一BOOST升壓電路中包含：第一濾波模塊、第一電源控制芯片U1、第一GaN驅(qū)動(dòng)芯片U3、第一功率電感L1和第一GaN功率管模塊；其中，所述第一濾波模塊、所述第一功率電感L1和所述第一GaN
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一電源控制芯片U1用于向所述第一GaN驅(qū)動(dòng)芯片U3發(fā)送控制信號(hào)，所述第一GaN驅(qū)動(dòng)芯片U3用于將接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第一GaN功率管模塊中的GaN功率管的驅(qū)動(dòng)電壓以對(duì)所述第一GaN功率管模塊中的GaN功率管的開(kāi)通、關(guān)斷進(jìn)行控制；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一濾波模塊包括：輸入濾波電容C1、輸出濾波電容C3；所述第一GaN功率管模塊包括：GaN功率管Q1、GaN功率管Q2；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，U1的引腳HO與U3的引腳HI連接，U1的引腳LO與U3的引腳LI連接，U3的引腳HS與Q2的柵極連接，U3的引腳LS與Q1的柵極連接；U1的引腳UVLO與U2的引腳UVLO連接，U1的引腳SS與U2的引腳SS連接，U1的引腳COMP與U2的引腳COMP連接，U1的引腳SYNOUT與U2的引腳SYNIN連接，U2的引腳SYNOUT懸空；U2的引腳HO與U4的引腳HI連接，U2的引腳LO與U4的引腳LI連接，U4的引腳HS與Q4的柵極連接，U4的引腳LS與Q3的柵極連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第二級(jí)電路包括：第三濾波模塊、諧振儲(chǔ)能電容、功率變壓器T1、第三GaN功率管模塊、不對(duì)稱半橋反激AHB控制芯片U5、第三GaN驅(qū)動(dòng)芯片U6、功率管模塊和同步整流控制芯片U7；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述不對(duì)稱半橋反激AHB控制芯片U5用于向所述第三GaN驅(qū)動(dòng)芯片U6發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，所述第三GaN驅(qū)動(dòng)芯片U6用于將接收到的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第三GaN功率管模塊中的GaN功率管的驅(qū)動(dòng)電壓以對(duì)所述第三GaN功率管模塊中的GaN功率管的開(kāi)通、關(guān)斷進(jìn)行控制；
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述功率管模塊包括：功率管Q5和功率管Q6，并且，Q5和Q6采用MOSFET并聯(lián)的連接方式連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于GaN功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第三濾波模塊包括：輸入濾波電容C5、輸出濾波電容C6；所述第二級(jí)電路中的所述諧振儲(chǔ)能電容為C7；所述第三GaN功率管模塊包括：GaN功率管Q7、GaN功率管Q8；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，包括：第一級(jí)電路和第二級(jí)電路，其中，所述第一級(jí)電路的輸出端與所述第二級(jí)電路的輸入端連接，所述第一級(jí)電路的輸入端作為所述大功率隔離電源的輸入端，所述第二級(jí)電路的輸出端作為所述大功率隔離電源的輸出端；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一級(jí)電路包括：第一boost升壓電路和第二boost升壓電路，并且，所述第一boost升壓電路的輸入端和所述第二boost升壓電路的輸入端連接后作為所述第一級(jí)電路的輸入端，所述第一boost升壓電路的輸出端和所述第二boost升壓電路的輸出端連接后作為所述第一級(jí)電路的輸出端，并且，所述第一boost升壓電路的控制端和所述第二boost升壓電路的控制端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一boost升壓電路中包含：第一濾波模塊、第一電源控制芯片u1、第一gan驅(qū)動(dòng)芯片u3、第一功率電感l(wèi)1和第一gan功率管模塊；其中，所述第一濾波模塊、所述第一功率電感l(wèi)1和所述第一gan功率管模塊連接，所述第一電源控制芯片u1、所述第一gan驅(qū)動(dòng)芯片u3和所述第一gan功率管模塊連接，并且，所述第一濾波模塊和所述第一gan功率管模塊還接地；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一電源控制芯片u1用于向所述第一gan驅(qū)動(dòng)芯片u3發(fā)送控制信號(hào)，所述第一gan驅(qū)動(dòng)芯片u3用于將接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第一gan功率管模塊中的gan功率管的驅(qū)動(dòng)電壓以對(duì)所述第一gan功率管模塊中的gan功率管的開(kāi)通、關(guān)斷進(jìn)行控制；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于gan功率管低壓輸入大功率隔離電源，其特征在于，所述第一濾波模塊包括：輸入濾波電容c1、輸出濾波電容c3；所述第一gan功率管模塊包括：g...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉少雄，曹琳，朱飛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安龍飛電氣技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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