專利名稱：超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流穩壓電源，具體涉及一種適應超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩壓變換器。
背景技術：
移動電子設備的正常工作，需要為其提供具有穩定輸出電壓的直流穩壓電源，在許多較為特別的應用環境中，常常會遇到給電子設備供電的輸入電壓在設備運行中發生大大超出常規范圍變化的情況，像坦克、裝甲車、特種工程車、通訊指揮車、導彈運載發射車等各種車載供電系統所提供的電壓就是如此。而上述車輛中都大量使用著計算機、數字信息系統、指控系統和各種電子設備，為了保證這些設備的正常工作，就必須配備能適應超寬范圍輸入電壓變化的加固型多路穩壓電源，即在輸入電壓出現超低值時仍能提供穩定的輸出電壓。此外，電源還需要滿足小型輕量模塊化的要求和在惡劣環境下可靠工作的能力，以節省寶貴的用戶空間并確保裝備電子系統的可靠性。
目前，世界各國所生產的眾多DC/DC直流電源穩壓變換器，對其輸入電壓變化的適應能力，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品，其輸入電壓適應能力雖已接近為1∶5，但不能適應超寬范圍電壓輸入(從5.85V到40V，其輸入電壓適應能力接近1∶7)及多路電壓輸出的要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而研制一種適應超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩壓變換器。
本發明為解決上述提出的技術問題所采用的技術方案是包括直流輸入電路和直流變換穩壓輸出電路，其不同之處在于設置有輸入電壓實時監控電路，輸入電壓實時監控電路連接自動轉換電路，自動轉換電路的控制開關與雙回路線性低壓差穩壓器相聯接。
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；所述的直流變換穩壓輸出電路包括有兩路，一路經高頻串聯儲能式開關穩壓器接線性低壓差穩壓器，輸出+3.3V電壓；另一路通過雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器與雙回路線性低壓差穩壓器的輸出端并接，輸出+5V電壓，并接的輸出端同時與一雙路輸出變換器導通，輸出±12V兩路電壓。
按上述方案，經由輸入電路的直流輸入電壓為+5.85～40V，當輸入電壓為+7.5～40V時，雙回路線性低壓差穩壓器開路(不工作)，由雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器輸出+5V電壓；當輸入電壓為+5.85～7.5V時，通過自動轉換電路的切換使雙回路線性低壓差穩壓器接通輸入電壓，輸出+5V電壓，而雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器被同時偏置(不工作)。
本發明的有益效果在于1、組合應用多種穩壓變換技術，設計了電壓實時監控和自動切換電路，確保DC/DC穩壓變換器能實時監控輸入電壓、自動切換、分段組合工作，完全解決了輸入電壓大范圍波動的難題，在輸入電壓從5.85到40V范圍內電源都能穩定可靠的工作，輸入電壓適應能力接近1∶7，能適應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75W。能充分滿足多種移動電子設備對工作電源的要求，尤其是在特別應用環境中的要求。
3、設計的電路可采用標準3U尺寸插件式模塊化結構，結構緊湊、散熱良好，比目前的模塊化電源具有更高的性能價格比，并具備對惡劣環境較強的適應能力。
圖1為本發明一個實施例的電路框圖。
圖2為本發明一個實施例的電路原理圖。
具體實施例方式
以下結合說明書附圖進一步說明
具體實施例方式不穩定的輸入電壓經過防輸入反接及尖峰抑制電路后分路進入變換器的直流變換穩壓輸出電路，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。直流變換穩壓輸出電路分成兩路，一路經過高頻串聯儲能式開關穩壓器后再經線性低壓差穩壓器輸出穩定的3.3V電壓，所述的高頻串聯儲能式開關穩壓器由高頻串聯開關控制芯片U5及其外圍儲能濾波電路構成，儲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外圍還設有C8、R11、R12；所述的線性低壓差穩壓器由低壓差串聯線性穩壓控制芯片U6和R13、C11構成。另一路通過雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器，在輸入電壓高于7.5V時提供+5V電壓輸出，輸出的+5V電壓經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儲能式開關穩壓器由兩個并接的高頻串聯開關控制芯片U1、U2及其配置的儲能濾波電路構成，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和兩個輸出端口的電容C12、C13構成。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時監控電路，輸入電壓實時監控電路對輸入電壓實施實時監控并對自動切換電路實施控制，以實現根據輸入電壓的變化，按設定的組合方案完成供電結構的自動切換，在輸入電壓低于7.5V時，直接經雙回路線性低壓差穩壓器輸出+5V電壓；所述的輸入電壓實時監控電路由電壓比較器N1及其外圍電路組成，外圍電路包含穩壓管V2、V3及電阻R1、R2、R3、R4、R5。所述的自動切換電路由驅動電路和小型繼電器J構成，驅動電路包含三極管V3和C7、R6，繼電器回路中設有二極管V7。自動切換電路在輸入電壓超低時接通雙回路線性低壓差穩壓器，雙回路線性低壓差穩壓器由兩塊低壓差串聯線性穩壓控制芯片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。
上述實施例采用兩種高性能低價位集成芯片加上優化設計的外圍電路組成，U1、U2、U5是一種高頻串聯開關控制芯片MC33167，它的開關工作頻率為72KHZ，輸入電壓允許范圍為7.5V～40V，最小輸出穩定電壓為Uin-2V1，其工作環境溫度為-40℃～+85℃，儲存溫度為-65℃～+150℃。設計了優化的儲能濾波及電壓檢測反饋等外圍電路，構成了高效的高頻串聯開關穩壓器單元，并確保其在輸入電壓從7.5V到40V范圍內穩定可靠地工作。采用了由U1、U2組成的雙回路并聯功率倍增方案以擴大輸出功率的能力。對于U5回路，則直接串聯了線性低壓差穩壓器，保證輸入電壓在全范圍變化(5.85V～40V)時輸出穩定的3.3V電壓供給負載。電路中的U3、U4、U6為低壓差串聯線性穩壓控制芯片(U3、U4為MIC29500-5.0BT，U6為MIC29500-3.3BT)，其工作溫度范圍(結溫)為-40℃～125℃。設計了外圍電路構成了低壓差線性串聯穩壓變換器，此變換器維持穩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組成了輸入電壓監控及自動切換電路，當輸入電壓在7.5V～40V范圍時，J斷開，U1、U2、U5、U6、U7工作，U3、U4處于開路(休眠)狀態，輸出穩定的四路電壓。當輸入電壓降低，進入5.85V～7.5V范圍時，J閉合，輸入電壓直接通過雙回路線性低壓差穩壓器U3、U4提供穩定的5V電壓，而雙回路高頻串聯開關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，同樣保證穩定的四路電壓輸出。這樣，實現了DC/DC穩壓變換器對超寬范圍電壓變化(從5.85V～40V)的適應能力，保證了電源工作的穩定性和可靠性。V1為瞬變電壓抑制二極管，其作用是對輸入電壓尖峰實施抑制和防止輸入電壓極性反接。
本發明可進行系統的加固設計，變換器模塊采用標準3U插件式結構，機殼采用鋁合金整體切削加工、導電氧化工藝，發熱器件緊貼機殼，用二級傳導方式散熱，這種機殼結構散熱及屏蔽效果良好。小型模塊化的要求和插件式結構留給元器件極小的空間，為此，設計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，這樣既提高了組裝密度，又便于調試與維護，還增強了結構強度和提高整機對沖擊、振動的耐受性能及對惡劣環境的適應能力。
本發明組合應用高頻串聯開關穩壓變換技術及線性低壓差穩壓控制技術，采用高性能低價位的集成控制芯片，為高頻串聯式開關電路設計了高效的儲能、濾波回路和優化完整的外圍電路；設計了雙回路功率倍增電路，可根據用戶需求靈活擴充功率；為線性低壓差電路設計了合適的外圍補償電路；高性能低價位集成控制芯片的優化應用，除使新型多路穩壓變換器對輸入電壓變化的適應能力大大拓寬外，還使其成本顯著降低，極大地提高了穩壓電源的性價比。
權利要求
1.一種超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，包括直流輸入電路和直流變換穩壓輸出電路，其特征在于設置有輸入電壓實時監控電路，輸入電壓實時監控電路連接自動轉換電路，自動轉換電路的控制開關與雙回路線性低壓差穩壓器相聯接。
2.根據權利要求1所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，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.根據權利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于所述的直流變換穩壓輸出電路包括有兩路，一路經高頻串聯儲能式開關穩壓器接線性低壓差穩壓器，輸出+3.3V電壓；另一路通過雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器與雙回路線性低壓差穩壓器的輸出端并接，輸出+5V電壓，并接的輸出端同時與一雙路輸出變換器輸入端導通，輸出±12V兩路電壓。
4.根據權利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于經由輸入電路的直流輸入電壓為+5.85～40V，當輸入電壓為+7.5～40V時，雙回路線性低壓差穩壓器開路，由雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器輸出+5V電壓；當輸入電壓為+5.85～7.5V時，通過自動轉換電路的切換使雙回路線性低壓差穩壓器接通輸入電壓，輸出+5V電壓，而雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器被同時偏置。
5.根據權利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于所述的高頻串聯儲能式開關穩壓器由高頻串聯開關控制芯片U5及其外圍儲能濾波電路構成，儲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外圍還設有C8、R11、R12；所述的線性低壓差穩壓器由線性低壓差串聯穩壓控制芯片U6和R13、C11構成。
6.根據權利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于所述的雙回路高頻串聯儲能式開關穩壓器由兩個并接的高頻串聯開關控制芯片U1、U2及其配置的儲能濾波電路構成，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和兩個輸出端口的電容C12、C13構成。
7.根據權利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于所述的輸入電壓實時監控電路由電壓比較器N1及其外圍電路組成。外圍電路包含穩壓管V2、V3及電阻R1、R2、R3、R4、R5，所述的自動切換電路由驅動電路和小型繼電器J構成，驅動電路包含三極管V3和C7、R6。
8.根據權利要求3所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于雙回路線性低壓差穩壓器由兩塊線性低壓差串聯穩壓控制芯片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.根據權利要求1或2所述的超寬范圍輸入直流電源穩壓變換器，其特征在于變換器模塊采用標準3U插件式結構，機殼采用鋁合金整體切削加工、導電氧化工藝，發熱器件緊貼機殼，用二級傳導方式散熱，同時設計兩層雙面印刷電路板安裝元器件。
全文摘要
本發明涉及一種直流穩壓電源，具體涉及一種適應超寬范圍輸入電壓的DC/DC直流電源穩壓變換器。包括直流輸入電路和直流變換穩壓輸出電路，其不同之處在于設置有輸入電壓實時監控電路，輸入電壓實時監控電路連接自動轉換電路，自動轉換電路的控制開關與雙回路線性低壓差穩壓器相聯接。本發明的有益效果在于組合應用多種穩壓變換技術，設計了電壓實時監控和自動切換電路，完全解決了輸入電壓大范圍波動的難題，在輸入電壓從5.85到40V范圍內電源都能穩定可靠的工作，能適應超寬范圍電壓輸入的要求。同時具有多路電壓輸出能力，能充分滿足多種移動電子設備對工作電源的要求，尤其是在特別應用環境中的要求。
文檔編號H02M3/00GK1725611SQ200510019080
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月12日 優先權日2005年7月12日
發明者王震, 占江山, 羅運成, 王軍, 周軍 申請人:中國船舶重工集團公司第七○九研究所