非隔离升降压电源电路及非隔离升降压电源模块的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种非隔离升降压电源电路及非隔离升降压电源模块。

背景技术：

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，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。

在一些控制系统场景中，由于控制系统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，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。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种非隔离升降压电源电路及非隔离升降压电源模块，能够解决或者至少部分解决上述存在的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是一种非隔离升降压电源电路，包括第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2，所述第一升降压稳压器 N1和所述第二升降压稳压器N2并联连接，其中，

所述第一升降压稳压器N1的SYNCI引脚和所述第二升降压稳压器N2的 SYNCI引脚电连接；

所述第一升降压稳压器N1的SYNCO引脚和所述第二升降压稳压器N2的 SYNCO引脚电连接；

所述第一升降压稳压器N1的EN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EN引脚电连接后连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电压输入端；

所述第一升降压稳压器N1的EAIN引脚和所述第二升降压稳压器N2的EAIN 引脚电连接后连接在电阻R4一端和电阻R8一端的连接电路上，电阻R4另一端连接电压输出端，电阻R8另一端接地；

所述第一升降压稳压器N1的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L1；

所述第二升降压稳压器N2的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L2。

更优地，所述第一升降压稳压器N1和所述第二升降压稳压器N2均采用PI3749 升降压稳压器芯片。

更优地，所述非隔离升降压电源电路还包括MCU，所述第一升降压稳压器N1 的JMON引脚分别电连接MCU的第一ADC引脚和电容C6一端，电容C6另一端接地，所述第二升降压稳压器N2的JMON引脚分别电连接MCU的第二ADC引脚和电容C9一端，电容C9另一端接地。

更优地，所述第一升降压稳压器N1的TRK引脚和所述第二升降压稳压器N2 的TRK引脚电连接后连接电容C5一端，电容C5另一端接地。

更优地，所述非隔离升降压电源电路还包括与电压输出端电连接的软启动电路，所述软启动电路包括P型MOS管V1和三极管V2，所述电压输出端与所述P型 MOS管V1的衬底电连接，所述P型MOS管的衬底与栅极之间并联有电阻R2和电容C4，所述P型MOS管的源极分别连接射频电压输出端和电容C3一端，电容 C3另一端接地，所述P型MOS管的栅极通过电阻R8连接到三极管V2的集电极，三极管V2的基集和发射极之间连接有电阻R7，三极管V2的发射极接地，三极管 V2的基极通过电阻R6连接到射频电压输出EN信号端。

更优地，所述P型MOS管V1的源极和漏极之间连接有寄生寄生二极管。

本实用新型还提供一种非隔离升降压电源模块，包括上述的非隔离升降压电源电路，所述非隔离升降压电源电路设置在PCB板上。

更优地，所述PCB板上的第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感 L1和电感L2分散布置，所述第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感 L1和电感L2的表面加有导热体填隙。

更优地，所述PCB板为四层板，所述PCB板的电压输入端走线宽度为24mm，所述电压输入端走线露铜，且在露铜处加有焊锡。

本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供的非隔离升降压电源电路，将两片升降压稳压器并联连接，通过SYNCI、SYNCO两个引脚实现 MOSFET同步开关，通过EN引脚实现同步启动，通过EAIN引脚共用反馈电阻实现同步输出电压，该电源电路能够提供宽输入、高功率、稳定可靠的电源，且结构简单适合广泛推广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的一种非隔离升降压电源电路；

图2为本实用新型实施例2提供的另一种非隔离升降压电源电路；

图3为本实用新型实施例2提供的非隔离升降压电源电路在未加入软启动电路时输出电压波形；

图4为本实用新型实施例2提供的非隔离升降压电源电路在加入软启动电路后输出电压波形；

图5为本实用新型实施例3提供的一种非隔离升降压电源模块。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种非隔离升降压电源电路，包括第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2，第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2 并联连接。

其中，第一升降压稳压器N1的SYNCI引脚和第二升降压稳压器N2的SYNCI 引脚电连接；第一升降压稳压器N1的SYNCO引脚和第二升降压稳压器N2的 SYNCO引脚电连接；第一升降压稳压器N1的EN引脚和第二升降压稳压器N2的 EN引脚电连接后连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电压输入端；第一升降压稳压器N1的EAIN引脚和第二升降压稳压器N2的EAIN引脚电连接后连接在电阻 R4一端和电阻R8一端的连接电路上，电阻R4另一端连接电压输出端，电阻R8 另一端接地；第一升降压稳压器N1的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L1；第二升降压稳压器N2的VS1引脚和VS2引脚之间电连接有电感L2。

需要说明的是，第一升降压稳压器N1和第二升降压稳压器N2均采用PI3749 升降压稳压器芯片。

这里举例具体说明，某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，因此设计的电源输出功率应达到400W。

鉴于目前市面上暂时没有单片能达到输出功率400W的非隔离芯片，所以设计中采用两片PI3749升降压稳压器芯片并联输出。PI3749芯片输入电压范围+16V～ +34V，输出电压范围+12V～+28V，单片最大输出功率240W，效率最高能到98.5％，因此并联输出完全能满足系统设计要求。

两片PI3749芯片通过SYNCI、SYNCO两个引脚实现MOSFET同步开关，通过EN引脚实现同步启动，并且能够通过EAIN引脚共用反馈电阻实现同步输出电压。

PI3749芯片设置有过压输出保护功能：PI3749芯片配备了两种检测输出过压条件的方法：1，如果输出电压超过EAIN脚规定的值20％；2，输出电压超过了输出门限。PI3749芯片的调节器将完成当前循环，关闭开关并上报过压故障。

PI3749芯片还设置有过温保护功能：PI3749芯片内部温度被监控，如果超过过温保护阈值，PI3749芯片的调节器将完成当前的开关周期，进入低功率模式，当温度下降到一定温度后重新启动。

如图2所示，非隔离升降压电源电路还包括MCU，第一升降压稳压器N1的 JMON引脚分别电连接MCU的第一ADC引脚和电容C6一端，电容C6另一端接地；第二升降压稳压器N2的JMON引脚分别电连接MCU的第二ADC引脚和电容C9一端，电容C9另一端接地。

具体的，PI3749芯片还设置有负载电流检测功能：通过PI3749芯片内部运算放大器可以实时监测负载电流大小，PI3749芯片检测负载电流大小，并将检测值通过JMON引脚发送到MCU的ADC引脚，若MCU检测到负载电流值超过预设阈值，则通过JMON引脚控制PI3749芯片停止工作并上报过流故障。

需要说明的是，在非隔离升降压电源电路中，第一升降压稳压器N1的TRK引脚和第二升降压稳压器N2的TRK引脚电连接后连接电容C5一端，电容C5另一端接地。

需要说明的是，非隔离升降压电源电路还包括与电压输出端电连接的软启动电路，所述软启动电路包括P型MOS管V1和三极管V2，其中，电压输出端与P型 MOS管V1的衬底电连接；P型MOS管的衬底与栅极之间分别并联有电阻R2和电容C4；P型MOS管的源极分别连接射频电压输出端和电容C3一端，电容C3 另一端接地；P型MOS管的栅极通过电阻R8连接到三极管V2的集电极；三极管 V2的基集和发射极之间连接有电阻R7；三极管V2的发射极接地；三极管V2的基极通过电阻R6连接到射频电压输出EN信号端。

具体的，P型MOS管V1的源极和漏极之间连接有寄生二极管。寄生二极管的正极连接P型MOS管V1的源极，寄生二极管的负极连接P型MOS管V1的漏极，该寄生二极管能够起到保护MOS管的作用，当电源电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过寄生二极管导出来，不至于击穿MOS管。

这里，由于该电源电路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。为了避免这样的冲击电流，在设计中加入了软启动设计。首先通过设置PI3749芯片TRK管脚到地的电容C5来调整芯片的输出上升时间，然后加入MOSFET作为天线部分的电源开关，用以缓冲开机瞬间的大电流。通过调整图2中C4、R2和R3的值来实现加大输出电压上升时间的目的。

图3为该电源电路在未加入软启动电路时输出电压波形，图4为该电源电路在加入软启动电路后输出电压波形，可见在加入软启动电路之后输出电压上升时间提高到200ms左右，经实测在天线供电开启瞬间控制系统能够正常稳定工作。该电源电路输入电压范围为+16V～+34V，输出电压范围为+12V～+28V，经过测试，最大输出功率满足设计要求(400W)。

如图5所示，本实用新型实施例还提供一种非隔离升降压电源模块，包括上述的非隔离升降压电源电路，该电源电路设置在PCB板上。

需要说明的是，PCB板上的第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感L1和电感L2分散布置，第一升降压稳压器N1、第二升降压稳压器N2、电感 L1和电感L2的表面加有导热体填隙。

需要说明的是，PCB板可以为四层板，PCB板上的电压输入端走线宽度为 24mm，电压输入端走线露铜，且在露铜处加有焊锡。

这里，由于整个电源输出功率达400W，所以在PCB设计中需要考虑散热、走线载流问题。首先将发热量大的元器件比如芯片、电感、采样电阻等分散摆放，在芯片和电感表面加导热体填隙，将热量直接导入金属结构。在满负荷工作时，电源输入的走线需要通过近17A的电流。为了达到这个要求，将走线宽度扩宽到24mm，并且采用4层PCB叠层结构，在顶层、内层和底层同时布大电流走线并通过多个通孔使上下层连接。除此之外将大电流走线进行露铜，后期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。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。