一种降压多路隔离式直流变换器的制作方法

1.本实用新型涉及降压隔离技术领域，特别涉及一种降压多路隔离式直流变换器。


背景技术：

2.电源是电子产品中的动力来源，电源的质量好坏直接影响产品的系统安全和性能指标、人身财产的安全。隔离电源将输入电压和产品应用部分电压的参考面隔离开，尤其是对市电的隔离，以防触电，还有一些不同信号需要隔离，以免信号互相串扰。
3.常见的工控产品系统中，通常需要多路的电气隔离负载。比如人机界面，有多路485、can等通讯装置；再如plc，有输出多组相互电气隔离的电子开关(等效多刀单掷开关原理)。早期我们产品和友商清一色先用非隔离降压电路输出功率较大的主电源，然后使用一个或几个国内外知名大厂的成品电源模块实现多路电源隔离。我们产品通常需要1-6路隔离电源，隔离部分电路对电源电压范围相对不高，电流相对也较小，如5v
±
20％，《100ma。
4.然而成品dc-dc隔离模块或芯片，基本上被国内外知名大厂(金升阳、adi、ti)垄断，商家本地意识强即难以代换，单颗隔离3路及以上型号较罕见，价格明显偏高，所以有的需要3-6路的产品上要使用几颗。在产品成本中该部分占有率很高，应用两颗以上占空间较大，产能变幻莫测，增加下游产品出货风险。碰到一些难以有现货匹配产品指标的，对厂家设计定制品更是让成本有较高要求的设计方无法接受。而且3w以下小体积成品dc-dc隔离模块或芯片，4路以下的隔离目前还是以定电压输入的型号居多，宽电压(10-32v范围)输入一般功率和体积较大，单路和双路隔离多见。定电压输入的缺点是内部稳压效果欠佳，抗电气鲁棒能力较弱，在事实中模块返修率较高。产品负载、结构空间、成本的需求肯定是定电压型优先，但是在工业场合中，对外部电气抗扰度却要宽电压的能力，设计中将左右为难。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种降压多路隔离式直流变换器，能够保证原先宽压输入(10-32v)的非隔离部分负载供电上实现多路隔离电压输出。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种降压多路隔离式直流变换器，包括非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路，所述非隔离降压电路的输入端接电源，所述非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，所述变压器t1的一个次级线圈对应连接一个的匹配整流电路的输入端，一个所述匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压。
8.进一步的，所述匹配整流电路包括电阻r1、电容c1和二极管d1，所述二极管d1的阳极与变压器t1的一个次级线圈的一端电连接，所述二极管d1的阴极分别与电容c1的一端和电阻r1的一端电连接，所述电容c1的另一端分别与压器l1的一个次级线圈的另一端和电阻r1的另一端电连接。
9.进一步的，所述非隔离降压电路包括降压芯片u1，所述降压芯片u1的型号为
lv14340ddar，所述降压芯片u1的boot引脚与变压器t1的初级线圈的一端电连接，所述降压芯片u1的vin引脚接电源。
10.进一步的，所述非隔离降压电路还包括电阻r5和电阻r7，所述降压芯片u1的fb引脚分别与电阻r5的一端和电阻r7的一端电连接，所述电阻r5的另一端与变压器t1的初级线圈的另一端电连接，所述电阻r7的另一端接地。
11.本实用新型的有益效果在于：
12.通过设置非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路，非隔离降压电路的输入端接电源，非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，变压器t1的一个次级线圈对应连接一个的匹配整流电路的输入端，一个匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压，这样能够保证原先宽压输入(10-32v)的非隔离部分负载供电上实现多路隔离电压输出，保证了需求隔离的部分有足够多的路数任设计人员灵活调整；本方案通过非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路替代现有的隔离芯片，能够大大幅度降低物料成本，使得物料供货渠道来源广泛，兼容元件封装的替代料众多，进而提高通用型工控产品的市场竞争力。
附图说明
13.图1所示为根据本实用新型的一种降压多路隔离式直流变换器的电路原理图。
具体实施方式
14.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
15.请参照图1所示，本实用新型提供的技术方案：
16.一种降压多路隔离式直流变换器，包括非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路，所述非隔离降压电路的输入端接电源，所述非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，所述变压器t1的一个次级线圈对应连接一个的匹配整流电路的输入端，一个所述匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压。
17.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：
18.通过设置非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路，非隔离降压电路的输入端接电源，非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，变压器t1的一个次级线圈对应连接一个的匹配整流电路的输入端，一个匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压，这样能够保证原先宽压输入(10-32v)的非隔离部分负载供电上实现多路隔离电压输出，保证了需求隔离的部分有足够多的路数任设计人员灵活调整；本方案通过非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路替代现有的隔离芯片，能够大大幅度降低物料成本，使得物料供货渠道来源广泛，兼容元件封装的替代料众多，进而提高通用型工控产品的市场竞争力。
19.进一步的，所述匹配整流电路包括电阻r1、电容c1和二极管d1，所述二极管d1的阳极与变压器t1的一个次级线圈的一端电连接，所述二极管d1的阴极分别与电容c1的一端和电阻r1的一端电连接，所述电容c1的另一端分别与压器l1的一个次级线圈的另一端和电阻r1的另一端电连接。
20.从上述描述可知，电阻r1为假负载，能够防止当前空载绕组且其他绕组负载电流过大时，空载绕组输出电压过高的电能吸收。
21.进一步的，所述非隔离降压电路包括降压芯片u1，所述降压芯片u1的型号为lv14340ddar，所述降压芯片u1的boot引脚与变压器t1的初级线圈的一端电连接，所述降压芯片u1的vin引脚接电源。
22.进一步的，所述非隔离降压电路还包括电阻r5和电阻r7，所述降压芯片u1的fb引脚分别与电阻r5的一端和电阻r7的一端电连接，所述电阻r5的另一端与变压器t1的初级线圈的另一端电连接，所述电阻r7的另一端接地。
23.从上述描述可知，通过设置电阻r5和电阻r7用以决定非隔离降压电路的输出电压。
24.请参照图1所示，本实用新型的实施例一为：
25.一种降压多路隔离式直流变换器，包括非隔离降压电路、变压器t1(型号为efd15-35)和至少一个的匹配整流电路，所述非隔离降压电路的输入端接电源，所述非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，所述变压器t1的一个次级线圈对应连接一个的匹配整流电路的输入端，一个所述匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压。
26.所述匹配整流电路包括电阻r1(电阻值为3kω)、电容c1(电容值为10μf)和二极管d1(型号为fs14)，所述二极管d1的阳极与变压器t1的一个次级线圈的一端电连接，所述二极管d1的阴极分别与电容c1的一端和电阻r1的一端电连接，所述电容c1的另一端分别与压器l1的一个次级线圈的另一端和电阻r1的另一端电连接。
27.所述非隔离降压电路包括降压芯片u1，所述降压芯片u1的型号为lv14340ddar，所述降压芯片u1的boot引脚与变压器t1的初级线圈的一端电连接，所述降压芯片u1的vin引脚接电源。
28.所述非隔离降压电路还包括电阻r5和电阻r7，所述降压芯片u1的fb引脚分别与电阻r5的一端和电阻r7的一端电连接，所述电阻r5的另一端与变压器t1的初级线圈的另一端电连接，所述电阻r7的另一端接地。电阻r5和电阻r7决定输出电压，当降压芯片u1的fb引脚电压v
fb
＝0.75v，r5＝68kω，r7＝12kω时，输出电压为5v。
29.所述非隔离降压电路还包括电阻r4(电阻值为200kω)、电阻r6(电阻值为68kω)、电容c4(电容值为0.01μf)、电容c5(电容值为10μf)、电容c6(电容值为0.01μf)、电容c7(电容值为0.001μf)、电容c8(电容值为22μf)、电容c9(电容值为0.01μf)和二极管d4(型号为sk34)，其各元器件之间的具体连接关系请参照图1。
30.电阻r6决定pwm工作频率f
sw
＝(-1.045√(r6/32537))＝522.36khz；
31.变压器t1最小值lmin＝(vinmax
–
vout)*vout/(iout*kind*vinmax*fsw)＝((32v
–
5v)*5v)/(3a*0.4*32v*522khz)＝6.7μh，可取10μh
±
20％；
32.变压器t1和二极管d4的峰值电流：ipp＝iout+(vinmax
–
vout)*vout/(vinmax*lmin*f
sw
)＝3a+(32v-5v)*5v/(32v*6.7μh*522khz)＝4.2a；
33.降压芯片u1的占空比d＝5v+vd4on/vin；其中vd4on为二极管d4的压降。
34.本方案中的变压器t1可以由电感元件外部添加多组线圈绕组处理，为了方便产品化，电感元件找厂家定制。目前使用ee13的磁芯和8脚骨架作为电感元件的基座，适合产品的空间要求，先在第1-2脚绕制电感量为10μh
±
20％，能承受峰值电流4.2a不会磁饱和的线
圈。然后再在3-4脚、5-6脚和7-8脚复制1-2脚电感的绕法，并做一定的隔离手段使其相互耐压达到ac1.5kv，每绕组的相同同名端添加匹配整流电路(图中d1-d3、r1-r3、c1-c3)，r1-r3为假负载，避免空载输出超压。通过上述对电感元件的处理，绕组3-4脚、5-6脚和7-8脚的输出波形和绕组1-2脚两端几乎相同，每绕组的相同同名端输出电压理论均为vout＝vin*d-vd4on＝5v。
35.综上方案实测和结论：
36.1、用ut56万用表和nds104e示波器实测以下数据：
37.当输入10v，以下推得最大负载调整率约8.2％：
38.主路轻载100ma时，主路输出5.02v，纹波12mv(20m带宽，下同)；三路隔离均带载100ma，输出为4.65/4.62/4.63v，纹波均为17mv，整体变换器效率92.3％；
39.主路负载带2.5a时，主路输出4.95v，纹波14mv；三路隔离均轻载6ma，输出为5.18/5.26/5.23v，纹波均为18mv，整体变换器效率90％；
40.主路负载带2.5a时，主路输出4.95v，纹波18mv；三路隔离均带载100ma，输出为4.95/4.92/4.94v，纹波均为21mv，整体变换器效率90％。
41.当输入32v，以下推得最大负载调整率约6.5％：
42.主路轻载100ma时，主路输出5.02v，纹波12mv；三路隔离均带载100ma，输出为4.7/4.73/4.72v，纹波均为17mv，整体变换器效率87％；
43.主路负载带2.5a时，主路输出4.93v，纹波18mv；三路隔离均轻载6ma，输出为5.33/5.35/5.35v，纹波均为24mv，整体变换器效率88％；
44.主路负载带2.5a时，主路输出4.94v，纹波20mv；三路隔离均带载100ma，输出为5.06/5.1/5.1v，纹波均为24mv，整体变换器效率88％。
45.2、用耐压测试仪rk2671am测试：主路分别对3路隔离输出、3路隔离输出之间ac1.5kv/1min，均无过流报警和打火现象，漏电流不超过10μa。
46.3、用数字电桥hioki 3532-50测试：主路分别对3路隔离输出作用100khz/1v，测得隔离电容均16pf左右。
47.以上参数均符合产品要求(主路电源5v
±
10％，100-2000ma；隔离电源5v
±
20％，100mamax，隔离电压》1kvac)。且指标均优于原先应用的金升阳全厂唯一一款、产能不稳定的4路隔离输出的电源模块j0505n-2wr3(5v输入转4路5v输出，标称输入4.5-5.5v、4路隔离输出电压负载调整率18％、最小/最大负载电流10/100ma、纹波100-250mvp-p，隔离强度1500vdc，隔离电容40pf)。
48.本电路由传统buck电路演变为多路隔离电源的装置，即保证原先宽压输入(10-32v)的非隔离部分负载供电，又保证需求隔离的部分有足够多的路数任设计人员灵活调整。
49.该电路方案代换成品电源模块，可承受较宽的输入电源电压。最大优势是只需在原电路基础上添加所需的电感线圈和匹配整流电路，大大幅度降低物料成本，物料供货渠道来源广泛，兼容元件封装的替代料众多，提高通用型工控产品的市场竞争力。
50.综上所述，本实用新型提供的一种降压多路隔离式直流变换器，通过设置非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路，非隔离降压电路的输入端接电源，非隔离降压电路的输出端与变压器t1的初级线圈电连接，变压器t1的一个次级线圈对应连接一个
的匹配整流电路的输入端，一个匹配整流电路的输出端输出一个隔离电压，这样能够保证原先宽压输入(10-32v)的非隔离部分负载供电上实现多路隔离电压输出，保证了需求隔离的部分有足够多的路数任设计人员灵活调整；本方案通过非隔离降压电路、变压器t1和至少一个的匹配整流电路替代现有的隔离芯片，能够大大幅度降低物料成本，使得物料供货渠道来源广泛，兼容元件封装的替代料众多，进而提高通用型工控产品的市场竞争力。
51.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。