一种1000V输出无光耦隔离型DC-DC电源电路的制作方法

本发明涉及开关电源领域，具体涉及一种1000v输出无光耦隔离型dc-dc电源电路。

背景技术：

现有隔离型高压dc-dc电源采用电压型脉宽调制器，稳压反馈环路使用变压器、光电耦合器及辅助电路对输出电压进行采样并将误差信号反馈到原边控制器；这种电压型隔离高压dc-dc模块存在一些问题：dc-dc模块电压调整率、负载调整率及输出能效偏低，变压器及光耦等额外的元件增加电源的成本、物理尺寸并降低模块的可靠性；整流二极管受工作环境温度变化影响高压dc-dc模块输出准度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种1000v输出无光耦隔离型dc-dc电源电路，提高隔离型高压dc-dc模块动态性能，降低电路成本并压缩电路体积。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种1000v输出无光耦隔离型dc-dc电源电路，包括：专用dc-dc开关电源控制芯片、反激式隔离变压器、整流二极管、滤波电容及电压输出控制模块；所述反激式隔离变压器包括一个原边绕组和三个独立副边绕组，原边绕组和副边绕组电气隔离，原边与副边绕组匝数比为1:10:10:10；电压输出控制模块由nmos管及驱动电路组成；所述反激式隔离变压器原边绕组一端与dc-dc电源输入正vin连接，所述反激式隔离变压器原边绕组另一端与所述专用dc-dc开关电源控制芯片5脚sw连接，所述反激式隔离变压器三个副边绕组的一端分别与三个整流二极管正端连接，其中两个副边绕组的另一端分别与其中两个整流二极管负端连接，第三个整流二极管负端与电压输出控制模块nmos管m5d端连接。

所述专用dc-dc开关电源控制芯片具有输入电压欠压保护电路模块，通过串接在电源输入vin及直流地间的两个电阻ren1及ren2设置欠压保护电压值，当时，欠压保护电路工作，专用dc-dc开关电源控制芯片内部pmos管m1关断，sw无开关信号输出，dc-dc停止工作。

所述专用dc-dc开关电源控制芯片具有输出电压调节模块，输出电压用两个外部电阻rf及rref编程，通过rf及rref调节dc-dc模块的输出电压。

所述dc-dc模块输出电压计算公式为：其中vref＝1.000v，rf为反馈电阻，nps为反激式隔离变压器原边与副边绕组扎数比，vf为整流二极管正向导通管压降。

所述专用dc-dc开关电源控制芯片具有原边输出电流检测模块，直接从原边反激式波形对隔离输出电压进行采样检测输出电压，无需配置大尺寸高电压分压器，也不必采用光耦合器。

其中三个整流二极管分别对反激式隔离变压器三个副边输出的方波进行整流，三个滤波电容对二极管整流后电压信号进行稳压及滤波。

其中nmos管m5的d端与整流二极管dout1负端连接，nmos管m5的s端与外部负载连接，通过m5的g端控制dc-dc电源电压输出。

其中lt8304-1内嵌的温度补偿模块通过tc引脚上的电阻连接到rref引脚上，实现输出整流二极管温度补偿。

本发明专为高输出电压应用而设计，该电源电路在不需要外部负荷补偿元件的情况下提高了负荷调节能力，输出电流能力随着输入电压的增加而提高，当输入电压高于24v时输出电流可达到13ma；通过直接从原边反激式波形对隔离输出电压进行采样，不需要输出分压器及光隔离器；具有温度补偿功能，可补偿整流二极管因环境温度变化带来的输出误差；满足高压、隔离、宽温及小体积的应用场合，电源能够随着负载、电压和温度的变化提供卓越的稳压性能。

附图说明

图1是本发明的电器原理图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是有本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所述的一种1000v输出无光耦隔离型dc-dc电源电路，所述反激式隔离变压器t1原边绕组①端与dc-dc电源输入正vin连接，所述反激式隔离变压器t1原边绕组②端与所述专用dc-dc开关电源控制芯片5脚(sw)连接，所述反激式隔离变压器t1副边绕组t1b③、t1c⑤、t1d⑦与分别整流二极管dout1、dout2、dout3正端连接，所述反激式隔离变压器t1副边绕组t1b④端与整流二极管dout2负端连接，副边绕组t1c⑥端与整流二极管dout3负端连接，整流二极管dout1负端连接与输出控制模块nmos管m5d端连接，所述输出控制模块nmos管m5的s端与外部负载连接，通过m5的g端控制电源电压的输出的打开及关断。

本发明的具体实施中，专用dc-dc开关电源控制芯片使用专用脉宽调制芯片lt8304-1，该芯片集成了基准、调节器、振荡器、逻辑、电流放大器、电流比较器、驱动器和功率开关、反激脉冲感测电路、采样和保持误差放大器、边界模式检测器等部件，通过直接从原边反激式波形对隔离输出电压进行采样，不需要输出分压器及光隔离器，芯片集成度高。采用该芯片做dc-dc的脉宽调制芯片，可大幅降低电源的成本及物理尺寸并提高dc-dc电源模块系统可靠性。

本发明的具体实施中，欠压保护电路实现方案如图1所示，lt8304-1引脚1为欠压保护控制端，该引脚电压低于1.214v时，lt8304-1停止工作。功率开关m1输出关断，避免低压造成反激式变压器t1原边烧毁，通过串接在电源输入vin及直流地间的两个电阻ren1及ren2可以设置欠压保护电压值，满足关系式时，欠压保护电路工作，dc-dc输出禁止。

本发明的具体实施中，输出电压简单地利用两个外部电阻器进行设置。如图1所示，在不考虑温度影响的条件下，可通过rf及rref调节dc-dc模块的输出电压；dc-dc模块输出电压计算公式为：其中vref＝1.000v，rf为微处理器控制数字电位器，nps为反激式隔离变压器原边与副边绕组扎数比，vf为整流二极管正向导通管压降，通过微处理器调节rf电阻值实现输出电压调节，可调节输出0～1000v直流电压。

本发明具体实施中，整流二极管在工作中随环境温度变化会产生一个额外的温度电压，环境温度每增加1℃整流二极管会产生-1mv～-2mv电压，当整流二极管在-40℃～85℃温度环境下工作时，二极管会产生额外200mv～300mv的电压误差，lt8304-1温度补偿模块输出电压与绝对温度(ptat)成正比(温度系数为3.35mv/℃)。tc引脚电压可用于测量环境温度。将该引脚上的电阻连接到rref引脚上，利用lt8304-1内嵌的温度补偿模块补偿整流二极管因工作环境温度变化带来输出电压误差。

本发明的具体实施中，所述专用dc-dc开关电源控制芯片具有原边输出电流检测模块、直接从原边l1a反激波形中采样隔离输出电压。该方法在不需要外部负荷补偿元件的情况下提高了负荷调节能力。负边电流为零时，专用dc-dc开关电源控制芯片lt8304-1电源开关管m1导通，变压器原边电流增加，当原边电流增加到lt8304-1内部控制的峰值电流极限时，lt8304-1电源开关管m1关闭，sw引脚上的电压上升到输出电压乘以一次到二次变压器的匝数比加上输入电压。当通过输出二极管的二次电流降到零，sw引脚电压崩溃，并在vin周围形成回路。边界模式检测器感知这个事件，并打开电源开关，变压器原边电流增加。边界导通模式使二次电流每周恢复到零，寄生电阻压降不会引起负载调节误差。与通用dc-dc连续导通模式不同，lt8304-1工作于边界导通模式，这种导通模式允许使用较小的变压器，并且出现次谐波振荡。

本发明的具体实施中，反激式隔离变压器t1包括一个原边和三个副边，三个副边具有独立输出绕组。原边至副边匝数比为1:10:10:10，而不是单副边绕组1:30匝数比变压器。1:10:10:10变压器使得输出电压应力可在三个高电压输出二极管和三个高电压输出电容器之间分担。单个组件的电压额定值只需为总电压的1/3，因而有利于获得更多可供选择的输出二极管和输出电容器。

本发明的具体实施中，整流及滤波输出模块包括整流二极管及滤波电容，反激式隔离变压器t1副边的三个独立绕组t1b、t1c、t1d分别接整流二极管dout1、dout2、dout3进行整流，通过电容cout1、cout2、cout3稳压及滤波后按图1所示依次串联。

所述整流开关二极管为三个低vf整流二极管dout2、dout2dout2；cout1、cout2、cout3为滤波电容，该滤波电容对二极管整流后电压信号进行稳压及滤波。

本发明的具体实施中，电压输出控制模块由nmos管m5及驱动电路组成，nmos管m5的d端与整流二极管dout1负端连接，nmos管m5的s端与外部负载连接。通过m5的g端控制电源电压输出的打开及关断，提高dc-dc模块电压的输出动态响应时间。