专利名称：有档输出的直流-直流交换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种通讯及音响电源柜内用作不同输出电压及电流容量的有档输出的直流(DC)—直流(DC)变换器。
市场上现有的直流(DC)—直流(DC)变换器，都是按特定的输出电压、输出电流容量来设计的，所以，当一个电源柜内需要输出不同的直流电压档次的时候，必须选择相应不同设计的DC—DC变换器，这些变换器之间是没有互换性的。因此，当用户订购电源柜时，就必须同时订购不同的DC—DC变换器作为该电源柜的备品，这提高了其一次投资的费用。
本实用新型的目的是要提供一种有档输出的DC—DC变换器，它能在一定的功率范围内根据需要输出不同挡次的电压和电流容量。
本实用新型的目的是这样来实现的直流输入电压经电源滤波电路去除高频干扰后进入高频开关功率变换电路，直流电压被转换成极性交变的高频交流电流和电压，然后送到整流输出及滤波电路，得到负载所需的低噪声直流电压，脉宽调制及驱动电路控制高频开关功率变换电路，自激式DC变换器电路为脉宽调制及驱动电路提供工作电压，反馈网络及换档开关电路采样和检测后输入脉宽调制及驱动电路，其反馈网络及换档开关电路由换档开关K，电阻R12—R18，电位器RV2、RV3和电容C9组成，K采用双路三档开关作为K1和K2，电阻R15和电位器RV3串联，电位器RV3一端接地，电阻R15一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的1脚连接，电阻R12、R13、R14、电容C9的一端连接后与变换器输出端V0连接，另一端分别与开关K1、动触点2、3、电阻R15和开关K1定触点连接，电阻R16一端与开关K2动触点连接，另一端与电阻R17和电位器RV2一端连接，电阻R17另一端与开关K2的定触点3连接，电位器RV2与高频开关功率变换电路中变压器B1副边中心抽头连接，电阻R18一端与开关K2动触点2连接，另一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的15脚连接。
以下结合附图对本实用新型作进一步的叙述。
图1为本实用新型的方框图。
图2为本实用新型的电原理图。
图3为本实用新型换档改变输出电压和直流的电原理图。
电源滤波电路由二极管D1、电容C1、C2和电感L1、L2组成，其中电容C1、C2和电感L1、L2组成了π型滤波电路，而二极管D1则为电感L1、L2提供了续流通路。
高频开关功率变换电路，由VMOS开关管V1、V2、二极管D7、D8、双向稳压管Z2、Z3及变压器B1、B2、B3，电阻R6、R7、R8、R9组成，A点是变压器B1初级的中心抽头，它与经过滤波后的输入电压正端A点相连结。开关管V1、V2起开关作用，当V1和V2交替导通时，高频变压器B1的初级线圈内就会产生交变的电压和电流，这个交变的电流耦合到变压器B1的副边而输出，二极管D7、D8作钳位用，它能将开关管V2和V1的漏极电位钳制在2倍的输入电压范围之内。双向稳压管Z2、Z3保证开关管V2和V1的栅极电压不会超过允许的范围。电阻R8、R9起限流作用，抑制驱动电流的过快增长，保护稳压管Z2、Z3不被过大的电流烧损。电阻R6、R7是变压器B3、B2的副边负载，即整个驱动电路的输出负载，它使驱动电路处于稳定工作状态。高频变压器B1的原、副边之间能量的传递是通过电磁感应完成，这样可以避免输入的高电压窜入输出的低电压危害设备，还方便了输出极性的选择。
整流输出及滤波电路，由二极管D9、D10、电感L和电容C10、C11、电阻R10组成。二极管D9、D10与变压器B1副边一起构成了中心抽头全波整流电路，两个二极管D9、D10起输出整流作用。电感L和电容C10、C11、电阻R10一起构成了L型滤波电路，滤除输出电压中的高频脉动成份，使输出的电压成为符合要求的平滑直流，电容C10用于输出滤波，电容C11则用于反馈滤波。输出端的电阻R11为输出负载，确定了输出所必须的最小负载，保证了即使在负载开路时，DC变换器仍能正常工作。当外电源停止供电之后，输出电路内的电容电压会很快下降为零，不会有长时间的残留电压存在。
脉宽调制及驱动电路，由集成电路IC2、三极管T1—T4，脉冲变压器B2、B3电阻R19～R27，电容C12～C17组成。IC2是调制及产生调宽脉冲信号的专用集成电路，其型号为TL494，该集成电路内部有一个三角波振荡器OSC、两个比较器CMP1、CMP2、两个误差放大器A1、A2以及一个电压为5伏的基准电压源。其中比较器CMP1用来限制脉冲的最大宽度、产生“死区”时间，比较器CMP2是用误差放大器的输出信号控制脉冲宽度的比较器，能根据输出反馈电压的高低调节脉冲的宽度，使输出电压保持稳定。电阻R21～R27，电容C14～C17构成了集成电路IC2的外围电路，其中，电阻R21和R22构成分压器，将IC2的13、14脚引出的内部基准电压分压后供给16脚作为内部误差放大器A2的参考电压。R23和C16分别是IC2的定时电阻和定时电容，其参数确定了IC2内部振荡器OSC的振荡频率，因而也确定了IC2的工作频率。电阻R24和电容C17则用于电路的软起动，即在起动瞬间，为避免输出端因滤波电容的充电电流过大对电路造成有害的冲击需短时间地提高IC2第4脚的电位，以使“死区”时间延长，可抑制输出电压的急剧增长，来减少起动时的冲击电流。电阻R25是IC2内部误差放大器A1的增益调整电阻。电容C14、电阻R26和电容C15、电阻R27分别构成了两个PI调节器，使IC2内部运放工作稳定。电阻R19和R20分别是IC2输出11脚和8脚两个OC门的集电极上拉电阻，保证当IC2内部输出管截止时，对应的引出脚为高电平。三极管T1—T4，电容C12、C13、变压器B2、B3组成了输出脉冲的驱动电路，将集成电路IC2提供的控制信号进行功率放大，以推动后面的功率变换级的工作。现以三极管T1、T2、电容C12和变压器B2组成的驱动电路为例，说明其工作原理。当集成电路IC2 11脚输出为高电平时，T1导通，T2截止，+15伏电源通过T1的集电极、发射极向电容C12充电，变压器B2原边有从上而下充电电流通过，当IC2的11脚输出为低电平时，T1截止，T2导通，电容C12通过T2的集电极、发射极放电，变压器B2原边有从下而上的放电电流流过，放电后电容C12上的电压为零。这样，B2的原边有交变的充放电电流流通，在B2的副边将产生同样的交变输出电压，这个交变电压可驱动开关管V1的导通和截止。这里三极管T1和T2起了电流放大作用，电容C12起了隔直流和储存能量作用，变压器B2起到了传输驱动脉冲能量及隔离驱动电路和功率变换电路之间的作用。三极管T3、T4、电容C13和变压器B3与上述电路相同，两者区别在输入和输出脉冲的相位相差180°。
自激式DC变换器电路，由二极管D2—D5、电容C3～C8、电阻R1～R5、双向稳压管Z1、三极管T5、T6、变压器B4、集成电路IC1和电位器RV1组成，其功能是将直流输入电压转换成15伏稳定的直流电压供给脉宽调制及驱动电路。当输入端加上40～60伏电压时，由于电阻R3为三极管T5提供了基极电流，T5导通，B4原边绕组1—2内电流增长，导致B4副边绕组3—4同名端有电流流出，该电流对三极管T5来说形成了正反馈，所以T5急剧导通，使B4副边3—4电压急剧上升，当上升到一定值时，双向稳压管Z1被击穿，三极管T6饱和导通，三极管T5因其基极变为低电位而截止，变压器B4原边绕组中储存的能量通过B4副边绕阻5—6，二极管D5、电阻R5、电容C7释放，使电容C7充电。接着又通过电阻R3向T5基极供电而进入又一周期。电能通过B4副边绕阻5—6、D5、R5向负载供电。由于本电路没有设置自动稳压电路，所以增设了集成电路IC1，其型号为7815，是一个三端稳压器，能将变压器B4副边经二极管D5、电阻R5输出的直流电压处理成稳定的+15伏直流电压，以供给集成电路IC2工作需要，C7、C8为直流滤波电容。D2是整流二极管，C3是退耦电容，用以隔离功率电路对本电路的干扰。二极管D3、电阻R1、电位器RV1一起为三极管T5提供正反馈时的基极直流通路，其中RV1可调节反馈强弱。C4是加速电容，在正反馈开始时可加速三极管T5的饱和导通，二极管D3可提高三极管T5的基极、发射极间耐受反压的能力，电阻R1作为电位器RV1的垫底电阻。二极管D4可保护三极管T6的基极、发射极，使其不会承受过高的反向电压，与其并联的电容C5可吸收施加在T6基极上的尖峰脉冲。电容C6电阻R4组成了尖峰脉冲吸收电路。R3是T5的基极偏置电阻，在T5截止后为T5基极提供偏置电流，使其重新导通。R2是三极管T6基极的限流电阻，Z1为双向稳压管，保证T6的基极、发射极不会承受过高的反向电压，又提供了一个基准电压，即当变压器B4的3—4端电压超过基准电压时，Z1被击穿，T6就会饱和导通，而使T5截止。
反馈网络及换档开关电路，由换档开关K，电阻R12—R18，电位器RV2、RV3和电容C9组成，K采用双路三档开关作为K1和K2，电阻R15和电位器RV3串联，电位器RV3一端接地，电阻R15一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的1脚连接，电阻R12、R13、R14、电容C9的一端连接后与变换器输出端V0连接，另一端分别与开关K1、动触点2、3、电阻R15和开关K1定触点连接，电阻R16一端与开关K2动触点连接，另一端与电阻R17和电位器RV2一端连接，电阻R17另一端与开关K2的定触点3连接，电位器RV2与高频开关功率变换电路中变压器B1副边中心抽头连接，电阻R18一端与开关K2动触点2连接，另一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的15脚连接。
电阻R16—R18、电位器RV2组成了电流反馈网络，电阻R12—R15、电位器RV3组成了电压反馈网络，电容器C9起稳定电压反馈值的作用，电路中的电阻起分压作用。换档开关K作用是通过换档改变电阻网络的结构，以此改变反馈信号的大小，进一步达到改变输出电压的效果。
换档改变输出电压和输出电流容量原理参考图2，图中数字是指集成电路IC2的引出脚序号，V0指输出电压，A1和A2为IC2内部的两只误差放大器，其中A1用以控制电压环，A2用以控制电流环，R10为电流反馈取样电阻。由图2看出改变开关K1的三个位置，即改变了电压的反馈参数，DC变换器的输出电压就会有相应改变当开关K1置于K11时，电压输出24V当开关K1置于K12时，电压输出12V当开关K1置于K13时，电压输出6V改变K2的位置，即改变了电流反馈网络的参数，DC变换器的输出电流亦可随之改变当开关K2置于K21时，电流输出10A当开关K2置于K22时，电流输出5A由于采用了以上电路，只要拨动开关K就可以在一定功率范围内根据需要输出不同档次的电压和电流容量。
权利要求1.一种有档输出的直流—直流变换器，直流输入电压经电源滤波电路去除高频干扰后进入高频开关功率变换电路，直流电压被转换成极性交变的高频交流电流和电压，然后送到整流输出及滤波电路，得到负载所需的低噪声直流电压，脉宽调制及驱动电路控制高频开关功率变换电路，自激式DC变换器电路为脉宽调制及驱动电路提供工作电压，反馈网络及换档开关电路采样和检测后输入脉宽调制及驱动电路，其特征在于其反馈网络及换档开关电路由换档开关K，电阻R12—R18，电位器RV2、RV3和电容C9组成，K采用双路三档开关作为K1和K2，电阻R15和电位器RV3串联，电位器RV3一端接地，电阻R15一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的(1)脚连接，电阻R12、R13、R14、电容C9的一端连接后与变换器输出端V0连接，另一端分别与开关K1、动触点(2)、(3)、电阻R15和开关K1定触点连接，电阻R16一端与开关K2动触点连接，另一端与电阻R17和电位器RV2一端连接，电阻R17另一端与开关K2的定触点(3)连接，电位器RV2与高频开关功率变换电路中变压器B1副边中心抽头连接，电阻R18一端与开关K2动触点(2)连接，另一端与脉宽调制及驱动电路中集成电路IC2的(15)脚连接。
专利摘要一种有档输出的直流-直流变换器，适用于通讯和音响电源柜内用作不同输出电压及电流容量变换器。由电源滤波电路、高频开关功率变换电路、整流输出及滤波电路、脉宽调制及驱动电路、自激式直流变换器电路和反馈网络及换档开关电路组成。由于采用了反馈及换档开关电路后，只要拨动换档开关，即可在一定功率范围内根据需要输出不同档次的电压和电流，因此只需一块变换器板即可输出不同档次的电压和电流。
文档编号H02M3/24GK2244787SQ95239980
公开日1997年1月8日 申请日期1995年6月14日 优先权日1995年6月14日
发明者杨均铭 申请人:常熟市高专电气设备厂