高功率密度600W全砖电源模块的制作方法

本技术涉及一种电源模块，具体地说，涉及一种高功率密度600w全砖电源模块。

背景技术：

1、目前，标准隔离式dc/dc电源模块主要分为1/8砖、1/4砖、1/2砖和全砖四种，其中全砖为单体输出功率最大的隔离式dc/dc电源模块。美国vicor公司、日本lambda公司和美国synqor为标准隔离式dc/dc电源模块等产品的专业生产商，其制造和设计技术水平始终处于行业领先地位，以高可靠性、高功率密度、宽工作环境温度范围等优势被广泛地应用在通信、工控、医疗设备及军工领域。

2、国内标准隔离式dc/dc大功率电源模块的研发难点受到功率转换变压器、功率转换电感磁性材料和体积的限制，全砖尺寸单体功率转换的变压器和电感很难实现600w的功率转换，研发出来的标准成品全砖功率最大为400w-500w,效率最高不超过88%，而国外同类产品都为600w-700w，效率最高可达90%～91%，并且国内研发的全砖产品电路拓扑多以单端正激电路、正激有源钳位电路和正反激有源钳位电路拓扑为主，此几种电路拓扑研发出来的产品也受到国内功率转换变压器、功率转换电感磁性材料和体积的限制，输出功率和转换效率一直没有国外同类产品性能指标好。

3、以典型的传统单端正激电路为例进行说明，单端正激电路拓扑方式适合做功率50w～600w的电源模块，具体简图见图7。

4、此电路拓扑方式主要由一个功率转换变压器和一个滤波储能电感构成；正激有源钳位和正反激有源钳位电源拓扑也是基于正激电路拓扑进行延伸开发的，也是由一个功率转换变压器和一个滤波储能电感构成。

5、高端军用dc/dc电源模块中，以功率最大的全砖为研发难度技术最大、研发周期最长的一种产品。

技术实现思路

1、本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种高功率密度600w全砖电源模块。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种高功率密度600w全砖电源模块，包括开关管、变压器t1、pwm控制芯片ic、滤波电路、整流电路和反馈及保护电路；直流电源+vin端与-vin端之间跨接输入滤波电路，直流电源+vin与变压器t1的初级线圈的同名端相连，变压器t1的初级线圈的异名端与开关管q1的漏极相连，开关管q1的源极与直流电源-vin端相连，开关管q1的栅极与pwm控制芯片ic的控制端相连；变压器t1次级同名端与整流二极管d1的阳极相连，整流二极管d1的阴极与直流输出+vo相连，变压器t1次级异名端通过储能电感l1与直流输出-vo相连；续流二极管d2的阳极与变压器t1次级异名端相连，续流二极管d2的阴极与整流二极管d1的阴极相连；直流输出+vo端与-vo端之间跨接输出滤波电路，反馈及保护电路输入端通过采样电阻器连接直流输出+vo，反馈及保护电路输出端通过光耦芯片q2与pwm控制芯片ic反馈输入端相连；所述保护电路包括过压保护电路和过流保护电路。

4、所述高功率密度600w全砖电源模块还包括使能控制电路，所述使能控制电路包括二极管d31、d32和d33，inh引脚与二极管d31阴极相连，二极管d31阳极连接7.5v稳压二极管d33阴极，稳压二极管d33阳极与gnd相连；同时，二极管d31阳极连接5.1v稳压二极管d32阳极，稳压二极管d32阴极通过电阻与直流电源+vin端相连；稳压二极管d32阴极通过两个级联的三极管驱动电路与pwm控制芯片ic的电源端vcc相连；当inh引脚悬空时，电源模块控制电路部分供电正常，电源模块正常输出；当inh引脚对地短接时，相当于将输入供电稳压电路中7.5v稳压管对地短接，此时电源模块供电电压为5.1v左右，控制芯片的要求最低供电电压最低位8.7v左右，控制芯片不工作，进而实现使能控制功能。

5、所述高功率密度600w全砖电源模块还包括输出电压调节电路，所述输出电压调节电路，trim脚与+s脚之间外接0欧-100k电位器，实现输出电压上调；trim脚与-s脚之间外接0欧-100k电位器，实现输出电压下调，输出电压上下调范围为：-10%～+10%；通过调节trim与+s端或-s端阻值，可以调节基准芯片基准电压，从而实现输出电压上下调。

6、所述高功率密度600w全砖电源模块，所述过流保护电路包括检流电阻r51、运放电路和光耦芯片ic51，通过检流电阻r51两端采样电压信号，将采样电压信号经过一个运放路放大后与另一个运放电路构成比较器；当采用电压信号高于比较器基准电压0.71v时，比较器输出高电平打开光耦芯片ic51，光耦芯片ic51工作后，反馈端连接控制芯片comp引进实现输出功率部分恒流保护。

7、所述高功率密度600w全砖电源模块，所述过压保护电路包括16v稳压管d51、d52和光耦芯片ic51，两个串联的16v稳压管d51、d52与光耦构成串联回路；当输出电压高于设定值，即过压保护点电压为33v左右，光耦工作，光耦反馈端连接控制芯片comp，引进实现输出恒压式过压保护。

8、所述高功率密度600w全砖电源模块还包括均流控制电路，所述均流控制电路，包括检流电阻r51和运放电路；电源模块输出端通过检流电阻r51两端电压信号，将采样电压信号经过运放电路放大后，将采集电压信号给另一个运放电路构成比较器“正向”和“负向”两端，理论上比较器“正向”和“负向”两端的电压值是相同的，比较器运放输出端不提供高电平，当比较器“正向”端处引出pc端；当电源模块端正并联时，pc端是并联在一起取母线电流值，当其中一个模块输出电流高时，运放比较器工作输出一个高电平，三极管导通将+s、trm和串联电阻形成回路，调节输出电压。

9、所述高功率密度600w全砖电源模块，所述pwm控制芯片ic选用sod323、sot-89或so-8封装；功率元器件选用dpak封装元器件。

10、所述高功率密度600w全砖电源模块，所述pwm控制芯片ic型号为hrw1843m。

11、所述高功率密度600w全砖电源模块，所述电源模块外壳采用全砖的外形结构。

12、本项目方案、成果及实现路径采用的电路拓扑方式为单端正激电路拓扑最高效率可达91%实现高功率密度特点。主要难点及创新点：

13、全砖dc/dc电源模块针对体积、效率和电磁兼容性问题进行可靠性小型化实用性设计优化。具体方案如下：

14、1）功率器件的优化设计。本产品信号元器件和控制芯片选择sod323、sot-89和so-8等封装可以保证控制电路占用空间很小，实现小型化设计。功率元器件优选dpak封装元器件，从体积、散热、驱动损耗、开关损耗、漏电流、温度漂移、寄生电感等方面都大大优于一般dc/dc电源模块的d2pak元件。即减小了产品体积及提高了产品效率。

15、2）小型化实用性设计。本产品取消所有功率元件的阻容吸收电路，虽然阻容吸收电路对满足dc/dc电源模块功率元件消除尖峰的作用，但是阻容吸收电路和emi放电电容通用具有抵消作用，对电磁干扰具有副作用。同时，功率mos管选用dpak封装，其寄生参数干扰低，其上的尖峰已经比d2pak元件的尖峰低，还由于有高耦合的变压器使尖峰更低，故也不需要阻容吸收电路；即减少了元件数量，缩小了体积，实现高可靠性小型化实用性设计。

16、3）高耦合功率变压器的设计。本产品不采用一般dc/dc电源模块的功率变压器多股绕线方式，而是采用金属铜片取代多股绕线方式，优点为：承载电流大，降低趋肤效应和邻近效应，降低dc/dc电源模块变压器损耗，提高效率，同时采用次级-次级-初级-次级-初级-次级-次级三明治绕制方法，使变压器的长度、宽度、开口面积和填充空间上具有优势，此类变压器设计不仅磁场辐射小，且转换效率高，耦合程度高，使功率元件上的尖峰极低；这样可以选择耐压更低，损耗更低的功率元件。

17、4）r网络信号控制技术的使用。通过一个电阻网络实现绝大部分信号控制功能，替代了一般控制电路采用晶体管、电容和电阻匹配实现信号控制功能的方式，不仅在元件数量上减少50%，同时信号电路损耗减少80%，采用电阻网络更保证了温度稳定性，r网络信号控制技术进行预升高信号电压减小了功率检测电路的损耗，使产品整体损耗降低10%左右。同时实现了反浴盆保护、效率平衡和扩大了输入范围（最大可达5倍），增大了产品的输入抗浪涌能力（20%）。即缩小了产品体积，提高了产品效率和可靠性，此技术通过若干电阻组成网络进行多点信号的采集和补偿，替代大部分晶体管和电容采样电路，依据电阻元件的高精度和低温漂的特点实现了精确信号控制，同时将原有功率采样电路中消耗的功率大幅降低。本技术实现了在同功率和电气参数的要求下，整体控制电路和功率采样损耗大幅度降低，所用元件数量减少、体积缩小，电保护特性一致、准确稳定且温漂小，提高了dc/dc 电源模块的效率，缩小了dc/dc 电源模块体积，使高可靠小型化二次电源在宽工作温度范围内的一致性、可靠性均达到很高要求，全温度范围内特性温飘≤4%,此技术特点集成一体化采样和控制方式，整体补偿，提高的是整体性能，而非单一补偿单一性能，可以缩小体积、提高效率、一致性、温漂等均达到很高要求，从而满足军用高可靠小型化二次电源的安全运行。

18、5）通用化和标准化设计，针对产品的每一个元件都达到最优化设计，特别是在温漂、体积、效能、降额等方面均达到合理利用，由于以上的优化设计，所有元件的损耗降低，故大部分元件可以采用更小的同通用化和标准化封装，从而缩小了产品体积和高频干扰（封装更小的元件具有更低的寄生参数，即干扰性）。

19、通过上述实现高可靠二次电源优化寄生元件参数的高可靠性小型化实用性设计。

20、本实用新型的有益效果是：高功率密度600w全砖电源模块通过功率优化设计解决了功率效率和电磁兼容性问题，实现了全砖电源模块小型化、标准化和国产化，实用性设计优化，其功率密度大、应用领域和范围广。