一种小体积多输出电源的制作方法

1.本技术涉及电力电子变换技术领域，尤其涉及一种小体积多输出电源。


背景技术：

2.随着工业技术不断发展，直流无刷电机的应用越来越多，直流无刷电机必须使用专用的驱动器进行驱动，一般的驱动器由于在上下桥臂均使用n-mosfet 作为开关管，因此上桥臂的驱动需要专门的隔离电源。集成电路一般使用自举电容和二极管隔离的电路，在下桥臂开通时给电容储能，从而保证上桥臂的开通能量。但是电容的充电受到下桥臂开通时间的影响，导致当上桥臂初级等效电容比较大时不能保证有效开通。尤其是使用新型sic-mosfet时问题尤其严重。使用自举电容的方法无法产生负压，导致在使用igbt作为上下桥臂开关管时，上管不能保证可靠关断。
3.使用隔离电源作为驱动的专用电源时，由于mosfet的特点需要保证在开通瞬间产生非常大的电能释放，用于给输入电容和米勒平台电容充电，以保证快速开通，降低开通损耗。因此需要保证开通时的大电流输送能力，而开通以后只需要维持电压，基本不需要能量。在上管关断时间内需要提供一定的负压，保证上管可靠关断。
4.目前驱动器产品集成度越来越高，体积越来越小，作为驱动器内部的部件，辅助电源也需要体积足够小，以适应驱动器的体积要求。


技术实现要素：

5.本技术通过提供一种小体积多输出电源，至少解决了现有技术中直流无刷电机采用驱动器进行驱动时由于电容的充电受到下桥臂开通时间的影响，导致当上桥臂初级等效电容比较大时不能保证有效开通的技术问题，实现了能够保证输出端的能量在开通瞬间的维持并能够保证有效开通的目的。
6.本技术提供的一种小体积多输出电源，包括输入单元、多绕组变压器、整流滤波单元和储能输出单元；所述输入单元的输出端与所述多绕组变压器的输入端连接；所述多绕组变压器的输出端与所述整流滤波单元的输入端连接；所述整流滤波单元的输出端与所述储能输出单元的输入端连接；所述储能输出单元的输出端与外部电路端口连接。
7.在一种可能的实现方式中，所述输入单元包括输入滤波单元和功率变换单元；所述输入滤波单元的输入端连接有直流输入接口，所述输入滤波单元的输出端连接于所述功率变换单元的输入端；所述功率变换单元的输出端连接于所述多绕组变压器的输入端。
8.在一种可能的实现方式中，所述多绕组变压器包括一个输入绕组和多个输出绕组；所述输入绕组连接于所述功率变换单元的输出端；多个所述输出绕组连接于所述整流滤波单元的输入端。
9.在一种可能的实现方式中，所述整流滤波单元包括与每一个所述输出绕组相对应的多个整流滤波电路；多个所述整流滤波电路的输入端分别连接于多个所述输出绕组；多个所述整流滤波电路的输出端与所述储能输出单元的输入端连接。
10.在一种可能的实现方式中，所述储能输出单元包括与每一个所述整流滤波电路相对应的多个储能输出电路；多个所述储能输出电路的输入端分别连接于多个所述整流滤波电路的输出端；所述储能输出电路的输出端与外部电路端口连接。
11.在一种可能的实现方式中，所述输入绕组和每一个所述输出绕组之间的匝数比均为1：1。
12.在一种可能的实现方式中，每一个所述输出绕组均具有三个输出端子，各绕组绝缘水平相同、各绕组之间的绝缘水平相同。
13.在一种可能的实现方式中，其中一个所述整流滤波电路与其相对应的一个所述储能输出电路之间共地连接。
14.本技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
15.本技术通过采用了输入单元、多绕组变压器、整流滤波单元和储能输出单元；将输入单元的输出端与多绕组变压器的输入绕组连接；同时将多绕组变压器的输出绕组与整流滤波单元的输入端连接，实现将输入单元的单路输入转化为多路输出并输入到整流滤波单元进行处理；然后将整流滤波单元的输出端与储能输出单元的输入端连接，最后将储能输出单元的输出端与外部电路端口连接，通过储能输出单元对整流滤波单元输出的能量进行储能处理，并在开通瞬间进行放能维持，有效解决了现有技术中直流无刷电机采用驱动器进行驱动时由于电容的充电受到下桥臂开通时间的影响，导致当上桥臂初级等效电容比较大时不能保证有效开通的技术问题，实现了能够保证输出端的能量在开通瞬间的维持并能够保证有效开通的技术效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。
17.图1为本技术实施例提供的一种小体积多输出电源的电路图；
18.图2为本技术实施例提供的输入滤波单元的电路图；
19.图3为本技术实施例提供的功率变换单元的电路图；
20.图4为本技术实施例提供的整流滤波单元的电路图；
21.图5为本技术实施例提供的储能输出单元的电路图。
22.附图标记：1-输入单元；11-输入滤波单元；12-功率变换单元；2-多绕组变压器；21-输入绕组；22-输出绕组；3-整流滤波单元；4-储能输出单元。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
24.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，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实施例和简化描述，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。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。此外，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
25.参照图1，本技术实施例提供的一种小体积多输出电源，包括输入单元1、多绕组变压器2、整流滤波单元3和储能输出单元4；输入单元1的输出端与多绕组变压器2的输入绕组21连接；多绕组变压器2的输出绕组22与整流滤波单元3的输入端连接；整流滤波单元3的输出端与储能输出单元4的输入端连接；储能输出单元4的输出端与外部电路端口连接。
26.参照图1、3、4，多绕组变压器2包括一个输入绕组21和多个输出绕组22；输入绕组21连接于功率变换单元12的输出端；多个输出绕组22连接于整流滤波单元3的输入端。本技术实施例中多绕组变压器2包括一个+15v输入绕组21和四个+15v、-3v的输出绕组22。
27.参照图1-3，输入单元1包括输入滤波单元11和功率变换单元12；输入滤波单元11的输入端连接有直流输入接口，输入滤波单元11的输出端连接于功率变换单元12的输入端；功率变换单元12的输出端连接于多绕组变压器2 的输入绕组21。本技术实施例中直流输入接口的电压采用15v-18v，功率变换单元12的输入端的电压即采用15v，对应的多绕组变压器2的输入绕组21的电压为+15v。
28.参照图4，整流滤波单元3包括与每一个输出绕组22相对应的多个整流滤波电路；多个整流滤波电路的输入端分别连接于多个输出绕组22；多个整流滤波电路的输出端与储能输出单元4的输入端连接。本技术实施例中整流滤波电路的数量均选用四个，四个输出绕组22分别连接四个整流滤波电路的输入端，其中三个整流滤波电路的输出端中的三组端子分别与直流无刷电机的u、v、w 三相连接，剩余一个整流滤波电路的输出端中的一组端子接地连接。
29.参照图5，储能输出单元4包括与每一个整流滤波电路相对应的多个储能输出电路；多个储能输出电路的输入端分别连接于多个整流滤波电路的输出端；储能输出电路的输出端与外部电路端口连接。本技术实施例中储能输出电路的数量选用四个，四个储能输出电路的输入端分别与四个整流滤波电路的输出端连接，其中三个储能输出电路的输入端中的三组端子分别与直流无刷电机的u、v、w三相连接，剩余一个储能输出电路的输入端中的一组端子接地连接。
30.参照图1、3、4，输入绕组21和每一个输出绕组22之间的匝数比均为1： 1。本技术实施例中输入绕组21和四个输出绕组22之间的匝数比为1：1：1： 1：1，电感均为60uh。
31.参照图1，每一个输出绕组22均具有三个输出端子，各绕组绝缘水平相同、各绕组之间的绝缘水平相同。
32.参照图1、4、5，其中一个整流滤波电路与其相对应的一个储能输出电路之间共地连接。本技术实施例中由于电机驱动器的输出中有一组是可与前级共地的，并且三路下管都需使用，因此将此路输出作为主输出，即将储能输出单元4中接地的那一个储能输出电路
作为主输出，功率之和与其他三个储能输出电路一致，其余三个储能输出电路是依次使用的，所以将其余的三个储能输出电路作为次输出；由于次输出的三路都是浮在高压上，因此绕组间的电压隔离度比较高，并且每路输出之间不相互干扰。由于现有技术中在使用驱动器对直流无刷电机进行驱动时，使用自举电容的方法无法产生负压，导致在使用igbt 作为上下桥臂开关管时，上管不能保证可靠关断。本技术实施例中设置多绕组变压器2的输出绕组22为+15v、-3v，因此输入到整流滤波电路的输入端的两端的电势就为+15v、-3v，以整流滤波单元3中的第一个整流滤波电路为例，该整流滤波电路的输出端的中间的端子与直流无刷电机的u相连接，则该端子的电势即为u，输入到整流滤波电路的输入端的电势在经过整流滤波电路中的二极管和电阻后，整流滤波电路的输出端的两端的电势变为+12v-u、-3v-u,最终经储能输出单元4后的输出端的电势即为+12v-u、-3v-u。同理，整流滤波电路中的第四个整流滤波电路中，该整流滤波电路的输出端的中间的端子与地连接，输入到该整流滤波电路的输入端的电势在经过整流滤波电路中的二极管和电阻后，该整流滤波电路的输出端的两端的电势变为+12v、-3v,最终经储能输出单元4后的输出端的电势即为+12v、-3v，即此路作为主输出，其他三路为次输出。因此，本技术实施例中可以产生负压，能够保证上管可靠关断。
33.本技术实施例提供的小体积多输出电源创新性的使用了前级和主次极联合稳压的技术，同时考虑输入和输出负载变化引起的输出电源不稳的情况；采用罐型变压器，仔细选型磁材，计算绕组；由于开关管开通的大能量需求，每一个储能输出电路上都并接了大容量的电容保证能量在开通瞬间的维持；另外通过仔细计算开关管的导通能量优化电源的输出电容，既保证开通瞬时的能量提供，又减小电源储能电容的体积。
34.本技术实施例提供的小体积多输出电源考虑到由于开关管导通后又只需要极小能量保证维持电压即可，因此本技术实施例中将电源的稳态功耗设计的比较小，这样有利于电源变压器的设计优化，最终使电源的体积进一步减小。多绕组变压器2采用绝缘铜线绕制，可以在保证绝缘要求的前提下尽量提高磁芯中的铜线比例，此外多绕组变压器2采用中间抽头的方式，减少了引出线，降低了多绕组变压器2制作难度；本技术实施例中采用两块pcb板的结构设计，将输入输出隔离，进一步提高电源输入输出之间的隔离股和抗干扰能力；本技术实施例中采用两块pcb板中间夹多绕组变压器2的结构，将输入和输出电路面对面相对布置，进一步减小了电源体积。
35.本技术实施例提供的电源已经成功应用于500v/50a直流无刷电机驱动器中；采用超小体积封装的阻容元件，缩小元件占用体积；采用双面pcb布线工艺，减小pcb板面积；采用焊盘接线的方式，减小接插件占用面积；最终产品体积减小到33*15.6*8mm。
36.本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
37.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术技术方案的范围。