一种非隔离电源的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，具体而言，涉及一种非隔离电源。

背景技术：

在实际使用中，电源的负载可以包括大功率的射频功放、步进电机驱动和高主频的ARM处理器等多种负载，为了给各部分可靠供电，如何设计一款高效、简单、稳定可靠的电源成为急需解决的问题。

常用的电源有隔离电源和非隔离电源，非隔离电源是指输入端和负载端之间没有变压器进行电气隔离，直接将输入端和负载端共地的电源。与隔离电源相比有如下优点：

1、效率高：一般的非隔离电源效率能达到92％以上，而隔离电源一般只能达到85％左右。在带大功率负载情况下，非隔离电源的发热量更小。

2、体积小：由于非隔离电源不需要变压器，所以整个产品尺寸可以做的非常小，在对设计尺寸要求比较高的应用场景中，非隔离电源能起到重要的作用。

3、成本低：非隔离电源外围电路简单、器件种类少，设计简单易用，在各类产品中得到广泛的应用。

具体的，例如天通一号指挥控制系统主要包括多通道阵列天线、动中通天线、综合控制单元和主控单元，对电源的输出功率、电源的效率要求较高，天通一号指挥控制系统要求电源输入范围为+24V～+32V，主控单元功率最大72W，天线部分功率最大240W，电源输出总功率不小于320W。由于天通一号指挥控制系统由于该设备要求工作温度为-40℃～55℃，考虑高温时电源输出功率的降额，设计的电源输出功率应达到400W。目前，现有的非隔离电源的输出功率无法达到需要的电源输出功率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种非隔离电源，在能够接受较大范围的输入电压和能够提供较大范围的输出电压的同时，提高了电源的输出功率，并且具有很高的电源效率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种非隔离电源，包括印制电路板PCB，其特征在于，包括：第一电源芯片、第二电源芯片、第一同步电阻R1、第一分压电阻R2和第二分压电阻R3；

第一电源芯片的同步输入SYNCI端口通过第一同步电阻R1与第二电源芯片的同步输出SYNCO端口连接，第二电源芯片的同步输入SYNCI端口与第一电源芯片的同步输出SYNCO端口连接；

第一电源芯片的使能EN端口与第二电源芯片的使能EN端口连接；

第一电源芯片的EAIN端口与第二电源芯片的EAIN端口连接后，通过第一分压电阻R2与第一电源芯片的电压输出VOUT端口连接，并且通过第二分压电阻R3接地。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：还包括第一匹配电感L1、第二匹配电感L2：

第一电源芯片的VS1端口通过第一匹配电感L1与第一电源芯片的VS2 端口连接，第二电源芯片的VS1端口通过第二匹配电感L2与第二电源芯片的VS2端口连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述第一电源芯片的同步输入SYNCI端口与第一电源芯片的PGD端口连接，和/或所述第二电源芯片的同步输入SYNCI端口与第二电源芯片的PGD端口连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中还包括第一采样电阻R4、第一采样电容C1和微控制单元MCU：

第一电源芯片的电压输出VOUT端口通过第一采样电阻R4连接印制电路板PCB的电压输出端口，并且第一电源芯片的电压输出VOUT端口通过第一采样电阻R4连接第一电源芯片的ISN端口和第一分压电阻R2，第一电源芯片的IMON端口通过第一采样电容C1接地，第一电源芯片的 IMON端口与微控制单元MCU的输入数模转换ADC端口连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中还包括第二采样电阻R5和第二采样电容C2：

第二电源芯片的电压输出VOUT端口通过第二采样电阻R5连接印制电路板PCB的电压输出端口，并且第二电源芯片的电压输出VOUT端口通过第二采样电阻R5连接第二电源芯片的ISN端口和第一分压电阻R2，第二电源芯片的IMON端口通过第二采样电容C2接地，第二电源芯片的 IMON端口与微控制单元MCU的输入数模转换ADC端口连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中还包括金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关；

所述金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关包括金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、三极管、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、和第五电容C5：

金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源端接电源电压，并且通过并联的第六电阻R6和第五电容C5与栅端连接，金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的漏端接电源电压，金属-氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET的栅端通过第七电阻R7与三极管的集电极连接，三极管的发射机接地并通过第八电阻R8与三极管的基极连接，三极管的基极通过第九电阻 R9与第一电源芯片的使能EN端口和/或第二电源芯片的使能EN端口连接。

结合第一方面第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中还包括第一开关电容C3、第二开关电容C4；

第一电源芯片的TRK端口通过第一开关电容C3接地；第二电源芯片的TRK端口通过第二开关电容C4接地。

结合第一方面、第一方面第一到第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中第一电源芯片和第二电源芯片的走线在印制电路板PCB上分多层布置，并在所述印制电路板PCB上间隔布置多个通孔使印制电路板PCB的每一层相互连接。

结合第一方面第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中：在印制电路板PCB的每一层同时将第一电源芯片和第二电源芯片的走线宽度增加到预设宽度。

结合第一方面第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中：所述第一电源芯片的电压输入走线、第二电源芯片的电压输入走线、第一电源芯片的电压输出走线和第二电源芯片的电压输出走线露铜，并在露铜表面设置焊锡。

本实用新型实施例提供的一种非隔离电源，与现有技术中的非隔离电源相比，在能够接受较大范围的输入电压和能够提供较大范围的输出电压的同时，提高了电源的输出功率，并且具有很高的电源效率。

进一步，本实用新型实施例提供的一种非隔离电源，还具有过压保护功能和过温保护功能，并且可以对负载电流进行监测。

进一步，本实用新型实施例提供的一种非隔离电源，具有软启动设计，可以缓冲开机瞬间大的冲击电流，可以避免冲击电流对本实用新型非隔离电源的负载造成损坏。

进一步的，本实用新型实施例提供的一种非隔离电源，通过对印制电路板PCB的设计提高了大电流情况下的散热，并且提升了印制电路板PCB 走线的载流能力。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种非隔离电源的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的一种非隔离电源中，电流检测装置的具体结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的一种非隔离电源中，软启动装置的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的一种非隔离电源，提高了电源的输出功率，并且具有很高的电源效率。具体的例如，应用于天通一号指挥控制系统时，输入电压范围+16V～+34V，输出电压范围+12V～+28V，电源输出功率应达到480W，效率最高能到98.5％，完全能够满足系统需求。

为便于对本实施例进行理解，下面对本实用新型实施例所公开的一种非隔离电源公知进行详细介绍。

需要注意的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例一提供了一种非隔离电源，包括：第一电源芯片N1、第二电源芯片N2、第一同步电阻R1、第一分压电阻R2 和第二分压电阻R3；

第一电源芯片N1的同步输入SYNCI端口通过第一同步电阻R1与第二电源芯片N2的同步输出SYNCO端口连接，第二电源芯片N2的同步输入 SYNCI端口与第一电源芯片N1的同步输出SYNCO端口连接；

第一电源芯片N1的使能EN端口与第二电源芯片N2的使能EN端口连接；

第一电源芯片N1的EAIN端口与第二电源芯片N2的EAIN端口连接后，通过第一分压电阻R2与第一电源芯片N1的电压输出VOUT端口连接，并且通过第二分压电阻R3接地。

这里，第一电源芯片N1、第二电源芯片N2和其余所有电容、电阻、电感等器件均焊接在印刷电路板PCB板上。

这里，第一电源芯片N1的电压输入VIN端口与第二电源芯片N2的电压输入VIN端口连接，并连接印制电路板PCB的电压输入端口。

这里，第一电源芯片N1的EAIN端口与第二电源芯片N2的EAIN端口连接后，通过第一分压电阻R2与第一电源芯片N1的电压输出VOUT端口连接，并且通过第二分压电阻R3接地。

这里，第一电源芯片N1的VS1端口通过第一匹配电感L1与第一电源芯片N1的VS2端口连接，第二电源芯片N2的VS1端口通过第二匹配电感L2与第二电源芯片N2的VS2端口连接。

这里，第一电源芯片N1和第二电源芯片N2并联。

这里，为了过滤输入电压信号的干扰噪声，还设置有两个输入的旁路电容，第一输入电容CIN1、第二输入电容CIN2；

第一电源芯片N1的电压输入VIN端口通过第一输入电容CIN1与第一电源芯片N1的PGND端口连接，第一电源芯片N1的电压输入VIN端口连接印制电路板PCB的电压输入端口，第一电源芯片N1的PGND端口接地；第二电源芯片N2的电压输入VIN端口通过第二输入电容CIN2与第二电源芯片N2的PGND端口连接，第二电源芯片N2的电压输入VIN端口连接印制电路板PCB的电压输入端口，第二电源芯片N2的PGND端口接地。具体的在图1中，由于第一电源芯片为N1，第二电源芯片为N2，因此，第一输入电容CIN1为第一电源芯片N1的电压输入VIN端口和第一电源芯片N1的PGND端口之间的电容CIN；第二输入电容CIN2为第二电源芯片N2的电压输入VIN端口和第二电源芯片N2的PGND端口之间的电容CIN。

这里，为了过滤输出电压信号的干扰噪声，还设置有两个输出的旁路电容，第一输出电容COUT1、第二输出电容COUT2；

第一电源芯片N1的电压输出VOUT端口通过第一输出电容COUT1接地，第二电源芯片N2的电压输出VOUT端口通过第二输出电容COUT2接地。

同样的在图1中，由于第一电源芯片为N1，第二电源芯片为N2，因此，第一输出电容COUT1为第一电源芯片N1的电压输出VOUT端口的接地电容COUT；第二输出电容COUT 2为第二电源芯片N2的电压输出 VOUT端口的接地电容COUT。

这里，第一电源芯片N1和第二电源芯片N2通过第一电源芯片N1的使能EN端口与第二电源芯片N2的使能EN端口连接实现两个并联的电源芯片的同步启动。

这里，第一电源芯片N1和第二电源芯片N2通过第一电源芯片N1的同步输入SYNCI端口、第二电源芯片N2的同步输出SYNCO端口、第二电源芯片N2的同步输入SYNCI端口和第一电源芯片N1的同步输出 SYNCO端口的连接实现两个电源芯片的同步电压输出控制，通过第一电源芯片N1的EAIN端口与第二电源芯片N2的EAIN端口共用第一分压电阻 R2和第二分压电阻R3实现两个并联的电源芯片输出电压大小的同步，使两个并联的电源芯片可以同步输出电压。

这里，所述第一电源芯片N1的同步输入SYNCI端口与第一电源芯片 N1的PGD端口连接，和/或所述第二电源芯片N2的同步输入SYNCI端口与第二电源芯片N2的PGD端口连接。可以将第一电源芯片N1的同步输入SYNCI端口和/或第二电源芯片N2的同步输入SYNCI端口强制拉低。

这里，第一电源芯片N1和第二电源芯片N2具有过压保护功能、过温保护功能。由于第一电源芯片N1和第二电源芯片N2具有过压保护功能，第一电源芯片N1和第二电源芯可以在输出电压超过预定阈值时关闭电压输出，并上报过压故障。由于第一电源芯片N1和第二电源芯片N2具有过温保护功能，第一电源芯片N1和第二电源芯可以在芯片温度超过预定阈值时，进入低功率模式，当温度下降到预定阈值以下时重新启动。

具体的，例如所述第一电源芯片N1和第二电源芯片N2可以选择的型号为PI3749。

这里，本实施例提供的非隔离电源还包括第一匹配电感L1、第二匹配电感L2：

第一电源芯片N1的VS1端口通过第一匹配电感L1与第一电源芯片 N1的VS2端口连接，第二电源芯片N2的VS1端口通过第二匹配电感L2 与第二电源芯片N2的VS2端口连接。

实施例二

本实用新型实施例二提供的一种非隔离电源还具有负载电流检测功能，具体的，为实现负载电流的检测，还包括第一采样电阻R4、第一采样电容C1和微控制单元MCU：

第一电源芯片的电压输出VOUT端口通过第一采样电阻R4连接印制电路板PCB的电压输出端口，并且第一电源芯片的电压输出VOUT端口通过第一采样电阻R4连接第一电源芯片的ISN端口和第一分压电阻R2，第一电源芯片的IMON端口通过第一采样电容C1接地，第一电源芯片的 IMON端口与微控制单元MCU的输入数模转换ADC端口连接。

示例性的，如图2所示为第一电源芯片N1的负载电流检测功能电路图，为实现负载电流的检测，本实用新型实施例提供的一种非隔离电源还包括：第一采样电阻R4、第一采样电容C和微控制单元MCU。在图2中，第一采样电容C1为连接在第一电源芯片N1的IMON端口和地端之间的电容C。

这里，第二电源芯片也可以通过第二采样电阻R5、第二采样电容C2 和微控制单元MCU实现电流监测。第二电源芯片的电压输出VOUT端口通过第二采样电阻R5连接印制电路板PCB的电压输出端口，并且第二电源芯片的电压输出VOUT端口通过第二采样电阻R5连接第二电源芯片的 ISN端口和第一分压电阻R2，第二电源芯片的IMON端口通过第二采样电容C2接地，第二电源芯片的IMON端口与微控制单元MCU的输入数模转换端口ADC连接。

通过第一采样电阻R4、第二采样电阻R5可以进行第一电源芯片、第二电源芯片输出电压端口的负载电流采样，另外通过微控制单元MCU可以进行数模转换，将第一电源芯片的IMON端口和/或第二电源芯片的IMON 端口输出的负载电流的模拟量转化为数字量并进行采样和上传，方便对负载电流的解读和存储。

这里，第一电源芯片和第二电源芯片具有电流监测功能。由于第一电源芯片和第二电源芯片具有电流监测功能，当第一电源芯片和第二电源芯片的负载电流过大时，启动过流保护机制。

实施例三

由于本实用新型实施例三提供的一种非隔离电源的负载不仅有高功率射频功放，还有步进电机这样的感性负载，在开机瞬间会有很大的负载电流，因此，本实用新型实施例三提供的一种非隔离电源需要设计软启动功能。首先通过设置第一电源芯片的TRK端口通过第一开关电容C3接地和第二电源芯片的TRK端口通过第二开关电容C4接地来调整芯片的输出上升时间。然后加入MOSFET开关作为电源开关，用以缓冲开机瞬间的大电流，具体的，通过调整第五电容C5、第六电阻R6和第七电阻R7来实现加大输出电压上升时间的目的。

具体的，为实现软启动功能，所述印制电路板PCB上还安装有第一开关电容C3、第二开关电容C4和金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET 开关；

第一电源芯片的TRK端口通过第一开关电容C3接地；第二电源芯片的TRK端口通过第二开关电容C4接地；

所述金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关包括金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、三极管、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、和第五电容C5：

金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源端接电源电压，并且通过并联的第六电阻R6和第五电容C5与栅端连接，金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的漏端接电源电压，金属-氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET的栅端通过第七电阻R7与三极管的集电极连接，三极管的发射机接地并通过第八电阻R8与三极管的基极连接，三极管的基极通过第九电阻 R9与第一电源芯片的使能EN端口和/或第二电源芯片的使能EN端口连接。

示例性的，一个金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关的具体实施例如图3所示，包括：晶体管V38、三极管V5、电阻R49、电阻R51、电阻R52、电阻R53、和电容C70。在图3中，金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET为晶体管V38、三极管为三极管V5、第六电阻R6为电阻 R49、第七电阻R7为电阻R51、第八电阻R8为电阻R53、第九电阻R9为电阻R52、和第五电容C5为电容C70。

具体的，例如应用于天通一号指挥控制系统时，所述第一电源芯片和第二电源芯片可以选择的型号为PI3749，在加入软启动之后输出电压上升时间提高到200ms左右。

实施例四

本实用新型实施例四提供的一种非隔离电源通过对印制电路板PCB的设计提高了大电流情况下的散热，并且提升了印制电路板PCB走线的载流能力。

这里，所述印制电路板PCB上各个器件分散摆放，尤其是发热量大的元器件比如电源芯片、电感、采样电阻等，有利于热量的发散，并在芯片和电感表面加导热填隙，将热量直接导入金属结构。

在满负荷工作时，第一电源芯片的电压输入VIN端口和第二电源芯片的电压输入VIN端口连接印制电路板PCB的电压输入端口的走线需要通过近17A的电流，因此印制电路板PCB采用4层叠层结构，在印制电路板 PCB的每一层同时增加第一电源芯片的电压输入走线、第二电源芯片的电压输入走线的走线宽度，具体的，例如第一电源芯片的电压输入走线、第二电源芯片的电压输入走线的走线宽度可以扩宽到24mm，并布置多个通孔使印制电路板PCB的每一层相互连接。

同时，根据本实施例非隔离电源的负载情况，可以在印制电路板PCB 的每一层同时增加第一电源芯片的电压输出VOUT端口和第二电源芯片的电压输出VOUT端口连接印制电路板PCB的电压输出端口的走线的走线宽度，具体的，可以根据负载情况和负载电流的大小设置走线宽度的大小。

且第一电源芯片的电压输入走线、第二电源芯片的电压输入走线、第一电源芯片的电压输出走线和第二电源芯片的电压输出走线露铜。后期还通过在露铜部分加焊锡的方式可以进一步提升走线的载流能力。

具体的，走线暴露敷铜的方式采用在阻焊层开窗的方式进行。

上述内容尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。