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一种高 电压输入两路输出高功率密度阵面电源

阅读：533发布：2022-09-27

专利汇可以提供一种高电压输入两路输出高功率密度阵面电源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种高压输入两路输出高功率密度阵面电源，包括辅助电源、主功率电路和控制电路；主功率电路提供两路直流电源，控制电路用于控制主功率电路提供的两路直流电源的输出，辅助电源在主功率电路未工作时，为控制电路供电。本发明提高电源和供电设备的可靠性，能够减小高压电源变换器的体积，防止输出电源短路的现象。，下面是一种高电压输入两路输出高功率密度阵面电源专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高压输入两路输出高功率密度阵面电源，其特征在于，包括辅助电源(1)、主功率电路(2)和控制电路(3)；主功率电路(2)提供两路直流电源，控制电路(3)用于控制主功率电路(2)提供的两路直流电源的输出，辅助电源(1)在主功率电路(2)未工作时，为控制电路(3)供电。
2.如权利要求1所述高压输入两路输出高功率密度阵面电源，其特征在于，所述主功率电路(2)包括电容一(C1)、电容二(C2)、电容三(C3)、电容四(C4)、电容五(C5)、电容六(C6)、电容七(C7)、开关管一(S1)、开关管二(S2)、开关管三(S3)、变压器(T1)、二极管一(D1)、二极管二(D2)、二极管三(D3)、二极管四(D4)、滤波电感一(L1)、滤波电感二(L2)、滤波电感三(L3)、负载电阻一(R1)、负载电阻二(R2)；其中，电容一(C1)、电容二(C2)、电容三(C3)、电容四(C4)、开关管一(S1)、开关管二(S2)、二极管一(D1)、二极管二(D2)、二极管三(D3)、电感一(L1)以及变压器(T1)构成半桥电路，电感一(L2)、电感三(L3)、电容五(C5)、电容六(C6)、二极管四(D4)以及负载电阻一(R1)构成降压电路；变压器(T1)采用PCB平面变压器，其包括第一绕组(N1)、第二绕组(N2)、第三绕组(N3)和第四绕组(N4)，第三绕组(N3)和第四绕组(N4)置于PCB板的内层，第一绕组(N1)和第二绕组(N2)置于PCB板的外层。
3.如权利要求2所述高压输入两路输出高功率密度阵面电源，其特征在于，电容一(C1)与电容二(C2)串联后两端接外部输入的高压电源，变压器(T1)的第一绕组(N1)的一端接电容一(C1)与电容二(C2)的公共端；开关管一(S1)的漏极接外部输入的高压电源的正端，开关管一(S1)的源极接变压器(T1)中第一绕组(N1)的另一端；开关管二(S2)的源极接外部输入的高压电源的地端，开关管二(S2)的漏极接开关管一(S1)的源极；二极管一(D1)的阳极接变压器(T1)中第二绕组(N2)的一端，电容三(C3)的一端与二极管一(D1)的阴极连接，电容三(C3)的另一端与第二绕组(N2)的另一端连接；二极管二(D2)的阴极与二极管三(D3)的阴极连接，二极管二(D2)的阳极接变压器(T1)中第三绕组(N3)的一端，二极管三(D3)的阳极接变压器(T1)中第四绕组(N4)的一端，第三绕组(N3)的另一端与第四绕组(N4)的另一端连接；电感一(L1)一端与二极管二(D2)阴极连接，另一端与电感二(L2)一端连接；电容四(C4)的一端与电感一(L1)和电感二(L2)的公共端连接；电容五(C5)的一端同时与开关管三(S3)的漏极和电感二(L2)的另一端连接；开关管三(S3)的源极同时与二极管四(D4)的阴极和电感三(L3)的一端连接；电感三(L3)的另一端同时与负载电阻一(R1)的一端和储能电容六(C6)的一端连接；电容四(C4)的另一端、电容五(C5)的另一端、二极管四(D4)的另一端、电容六(C6)的另一端以及负载电阻一(R1)的另一端均与第三绕组(N3)和第四绕组(N4)公共端连接；
电感一L1与电感二(L2)的公共端和绕组(N3)与绕组(N4)的公共端分别接控制电路(3)中启动控制模块(303)的两个输入端，储能电容七(C7)与负载电阻二(R2)并联后接至启动控制模块(303)两个输出端之间。
4.如权利要求3所述高压输入两路输出高功率密度阵面电源，其特征在于，所述控制电路(3)还包括半桥电路控制模块(301)和降压电路控制模块(302)，半桥电路控制模块(301)的缓启动时间小于降压电路控制模块(302)的缓启动时间；启动控制模块(303)用于控制主功率电路(2)产生的两路直流电源中其中一路电源的输出启动；
所述启动控制模块(303)包括开关(V303)、mos管(V301)、三极管三(V302)、电阻七(R301)、电阻八(R302)、电阻九(R303)以及电容十(C301)；其中，
开关(V303)接电感一(L1)与电感二(L2)的公共端，开关(V303)的另一端接到mos管(V301)的漏极；电阻七(R301)接于mos管(V301)的漏极与源极之间，mos管(V301)的源极接主功率电路(2)中的电容七(C7)一端；电阻八(R302)与电容十(C301)并联后接于mos管(V301)的漏极与基极之间；电阻九(R303一端接三极管三(V302)的集电极，另一端接mos管(V301)的基极；两路直流电源中其中一路电源的启动控制信号接三极管三(V302)的基极，三极管三(V302)的发射极接第三绕组(N3)与第四绕组(N4)的公共端。
5.如权利要求1所述高压输入两路输出高功率密度阵面电源，其特征在于，所述辅助电源(1)包括电阻三(R101)、电阻四(R102)、电阻五(R103)、电阻六(R104)、电容八(C101)、电容九(C102)、三极管一(V101)、三极管二(V102)、二极管五(V103)、二极管六(V104)、稳压二极管一(V105)、稳压二极管二(V106)；外部输入的高压电源正端接三极管二(V102)的集电极；二极管六(V104)与稳压二极管一(V105)串联后接于三极管二(V102)的发射极与基极之间；电阻六(R104)一端与三极管二(V102)的发射极连接，另一端与二极管五(V103的阴极连接并作为辅助电源的输出端，稳压二极管二(V106)与电容九(C102)并联后一端接二极管五(V103)的阴极，另一端接地；主功率电路(2)提供的输入电源分别接电阻三(R101)的一端和二极管五(V103)的阳极，电阻三(R101)的另一端接三极管一(V101)的基极，电阻五(R103)与电容八(C101)并联后接在三极管一(V101)的基极与发射极之间；外部输入的高压电源正端接电阻四(R102)的一端，电阻四(R102)的另一端接三极管一(V101)的集电极。

说明书全文

一种高电压输入两路输出高功率密度阵面电源

技术领域

[0001] 本发明属于电源变换技术领域，具体涉及一种高电压输入两路输出高功率密度阵面电源，用于通信、制导和电子对抗设备应用的高功率密度直流电源。

背景技术

[0002] 随着阵面电源在雷达、综合射频有源阵面系统中的广泛应用，以及雷达电子战系统阵面T/R组件功率和体积要求的不断增加，对阵面电源的要求进一步提高。在低压大电流场合，高压输入、多路输出电源变换器常采用同步整流技术的半桥或全桥拓扑结构，一方面，由于高频变压器的体积大、输出电压纹波大等缺点，降低了直流电源的可靠性，另一方面，由于阵面电源带大电流的脉冲性负载，需在输出端接大容量电容来防止电压顶降，这会造成阵面电源启动瞬间的输出电源短路，不利于设备的可靠运行。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种高压输入两路输出高功率密度阵面电源，提高电源和供电设备的可靠性，能够减小高压电源变换器的体积，防止输出电源短路的现象。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种高压输入两路输出高功率密度阵面电源，包括辅助电源、主功率电路和控制电路；主功率电路提供两路直流电源，控制电路用于控制主功率电路提供的两路直流电源的输出，辅助电源在主功率电路未工作时，为控制电路供电。

[0005] 较佳地，所述主功率电路包括电容一、电容二、电容三、电容四、电容五、电容六、电容七、开关管一、开关管二、开关管三、变压器、二极管一、二极管二、二极管三、二极管四、滤波电感一、滤波电感二、滤波电感三、负载电阻一、负载电阻二；其中，电容一、电容二、电容三、电容四、开关管一、开关管二、二极管一、二极管二、二极管三、电感一以及变压器构成半桥电路，电感一、电感三、电容五、电容六、二极管四以及负载电阻一构成降压电路；变压器采用PCB平面变压器，其包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组，第三绕组和第四绕组置于PCB板的内层，第一绕组和第二绕组置于PCB板的外层。

[0006] 较佳地，电容一与电容二串联后两端接外部输入的高压电源，变压器的第一绕组的一端接电容一与电容二的公共端；开关管一的漏极接外部输入的高压电源的正端，开关管一的源极接变压器中第一绕组的另一端；开关管二的源极接外部输入的高压电源的地端，开关管二的漏极接开关管一的源极；二极管一的阳极接变压器中第二绕组的一端，电容三的一端与二极管一的阴极连接，电容三的另一端与第二绕组的另一端连接；二极管二的阴极与二极管三的阴极连接，二极管二的阳极接变压器中第三绕组的一端，二极管三的阳极接变压器中第四绕组的一端，第三绕组的另一端与第四绕组的另一端连接；电感一一端与二极管二阴极连接，另一端与电感二一端连接；电容四的一端与电感一和电感二的公共端连接；电容五的一端同时与开关管三的漏极和电感二的另一端连接；开关管三的源极同时与二极管四的阴极和电感三的一端连接；电感三的另一端同时与负载电阻一的一端和储能电容六的一端连接；电容四的另一端、电容五的另一端、二极管四的另一端、电容六的另一端以及负载电阻一的另一端均与第三绕组和第四绕组公共端连接；电感一L1与电感二的公共端和绕组与绕组的公共端分别接控制电路中启动控制模块的两个输入端，储能电容七与负载电阻二并联后接至启动控制模块两个输出端之间。

[0007] 较佳地，所述控制电路还包括半桥电路控制模块和降压电路控制模块，半桥电路控制模块的缓启动时间小于降压电路控制模块的缓启动时间；启动控制模块用于控制主功率电路产生的两路直流电源中其中一路电源的输出启动；所述启动控制模块包括开关、mos管、三极管三、电阻七、电阻八、电阻九以及电容十；其中，开关接电感一与电感二的公共端，开关的另一端接到mos管的漏极；电阻七接于mos管的漏极与源极之间，mos管的源极接主功率电路中的电容七一端；电阻八与电容十并联后接于mos管的漏极与基极之间；电阻九的集电极，另一端接mos管的基极；两路直流电源中其中一路电源的启动控制信号接三极管三的基极，三极管三的发射极接第三绕组与第四绕组的公共端。

[0008] 较佳地，所述辅助电源包括电阻三、电阻四、电阻五、电阻六、电容八、电容九、三极管一、三极管二、二极管五、二极管六、稳压二极管一、稳压二极管二；外部输入的高压电源正端接三极管二的集电极；二极管六与稳压二极管一串联后接于三极管二的发射极与基极之间；电阻六一端与三极管二的发射极连接，另一端与二极管五与电容九并联后一端接二极管五的阴极，另一端接地；主功率电路提供的输入电源分别接电阻三的一端和二极管五的阳极，电阻三的另一端接三极管一的基极，电阻五与电容八并联后接在三极管一的基极与发射极之间；外部输入的高压电源正端接电阻四的一端，电阻四的另一端接三极管一的集电极。

[0009] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于，(1)本发明采用高频平面变压器，电路拓扑简单，从而降低了整个阵面电源的体积；(2)本发明具有完善的辅助电源设计，可以运用于高电压输入场合；(3)本发明采用缓启动控制的输出电源，提高电源的可靠性。附图说明

[0010] 图1为本发明高电压输入两路输出高功率密度阵面电源的电路示意图。

[0011] 图2为本发明中辅助电源的电路示意图。

[0012] 图3为本发明中+28V输出电源的启动控制电路示意图。

具体实施方式

[0013] 容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明高电压输入两路输出高功率密度阵面电源的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

[0014] 对于特定的T/R组件，一般要求提供两路直流电源，即‘+9V’电源和‘+28V’电源，且要求‘+9V’电源要优于‘+28V’电源供电，则‘+28V’电源是否加电需要受到外部‘+28V启动信号’控制指令的控制。因此，两路输出直流电源需提供‘+9V’电源和‘+28V’电源，且两路输出直流电源具有输出的‘+9V’电压优于‘+28V’电压的启动要求。

[0015] 结合图1，本发明高压输入两路输出高功率密度阵面电源包括辅助电源1、主功率电路2和控制电路3；主功率电路2提供两路直流电源，控制电路3用于控制主功率电路2提供的两路直流电源的输出，辅助电源1在主功率电路2未工作时，为控制电路3供电。

[0016] 结合图1，主功率电路2包括电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、电容五C5、电容六C6、电容七C7、开关管一S1、开关管二S2、开关管三S3、变压器T1、二极管一D1、二极管二D2、二极管三D3、二极管四D4、滤波电感一L1、滤波电感二L2、滤波电感三L3、负载电阻一R1、负载电阻二R2；其中，电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、开关管一S1、开关管二S2、二极管一D1、二极管二D2、二极管三D3、电感一L1以及变压器T1构成半桥电路，电感一L2、电感三L3、电容五C5、电容六C6、二极管四D4以及负载电阻一R1构成降压电路。变压器T1采用PCB平面变压器，包括第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3和第四绕组N4，第三绕组N3和第四绕组N4置于PCB板的内层，第一绕组N1和第二绕组N2置于PCB板的外层。

[0017] 具体讲，电容一C1与电容二C2串联后接在外部输入的高压电源DC300正负极之间，变压器T1的第一绕组N1的一端接电容一C1与电容二C2的公共端；开关管一S1的漏极接外部输入的高压电源的正端DC300+，开关管一S1的源极接变压器T1中第一绕组N1的另一端；开关管二S2的源极接外部输入的高压电源的地端GND，开关管二S2的漏极接开关管一S1的源极；二极管一D1的阳极接变压器T1中第二绕组N2的一端，电容三C3的一端与二极管一D1的阴极连接，此连接点为VCC-1，电容三C3的另一端与第二绕组N2的另一端连接；二极管二D2的阴极与二极管三D3的阴极连接，二极管二D2的阳极接变压器T1中第三绕组N3的一端，二极管三D3的阳极接变压器T1中第四绕组N4的一端，第三绕组N3的另一端与第四绕组N4的另一端连接；电感一L1一端与二极管二D2阴极连接，另一端与电感二L2一端连接；电容四C4的一端与电感一L1和电感二L2的公共端a连接；电容五C5的一端同时与开关管三S3的漏极和电感二L2的另一端连接；开关管三S3的源极同时与二极管四D4的阴极和电感三L3的一端连接；电感三L3的另一端同时与负载电阻一R1的一端和储能电容六C6的一端连接，此连接点作为+9V电源的输出端；电容四C4的另一端、电容五C5的另一端、二极管四D4的另一端、电容六C6的另一端以及负载电阻一R1的另一端均与第三绕组N3和第四绕组N4公共端b连接；

[0018] 电感一L1与电感二L2的公共端a和绕组N3与绕组N4的公共端b分别接启动控制电路303两个输入端，储能电容七C7与负载电阻二R2并联后接至启动控制电路303两个输出端之间，作为+28V电源的输出端。

[0019] 结合图2，辅助电源1包括：电阻三R101、电阻四R102、电阻五R103、电阻六R104、电容八C101、电容九C102、三极管一V101、三极管二V102、二极管五V103、二极管六V104、稳压二极管一V105、稳压二极管二V106；外部输入的高压电源正端DC300V+接入三极管二V102的集电极；二极管六V104与稳压二极管一V105串联后接于三极管二V102的发射极与基极之间；电阻六R104一端与三极管二V102的发射极连接，另一端与二极管五V103的阴极连接并作为辅助电源的输出端VDD，稳压二极管二V106与电容九C102并联后一端接二极管五V103的阴极，另一端接地；输入电源VDD-1由主功率电路2产生，其分别接电阻三R101的一端和二极管五V103的阳极，电阻三R101的另一端接三极管一V101的基极，电阻五R103与电容八C101并联后接在三极管一V101的基极与发射极之间；外部输入的高压电源DC300+接入电阻四R102的一端，电阻四R102的另一端接三极管一V101的集电极。

[0020] 结合图3，控制电路3包括半桥电路控制模块301、降压电路控制模块302及启动控制模块303，启动控制模块303用于控制其中一路输出电源的启动，例如控制‘+28V’电源的启动与否；为了保证变压器T1输出的两路电源的可靠输出，半桥电路控制模块301的缓启动时间小于降压电路控制模块302的缓启动时间。

[0021] 以+28V输出电源的启动控制电路303为例，启动控制电路303包括开关V303、mos管V301、三极管三V302、电阻七R301、电阻八R302、电阻九R303以及电容十C301；其中，[0022] 开关V303的一端接主功率电路2提供的输入+28V-1电源，即接电感一L1与电感二L2的公共端a，开关V303的另一端接到mos管V301的漏极，开关V303受外部提供的‘+28V启动控制信号’的控制，实现导通或关断；电阻七R301接于mos管V301的漏极与源极之间，mos管V301的源极在‘+28V启动控制信号’的控制下输出‘+28V’电压并接到主功率电路2中的电容七C7一端；电阻八R302与电容十C301并联后接于mos管V301的漏极与基极之间；电阻九R303一端接三极管三V302的集电极，另一端接mos管V301的基极；控制信号‘+28V控制’同时接于三极管三V302的基极，三极管三V302的发射极接到GND，即接第三绕组N3与第四绕组N4的公共端b。

[0023] 工作时，辅助电源1在主功率电路2未工作时，用二极管五V103和二极管六V104，稳压二极管一V105和稳压二极管二V106以及电阻六R104和电容九C102构成高压输入辅助电源电路，给主功率电路的控制芯片供电VDD，待主功率电路工作正常后，产生电压VDD-1，VDD-1控制三极管一V101导通，切断高压输入辅助电源电路，通过二极管五V103得到控制芯片供电电源VDD；

[0024] 主功率电路2中电容C1～C4、开关管S1和S2、二极管D1～D3、电感L1及变压器T1构成半桥电路；其中，变压器T1采用PCB平面变压器设计，绕组N3与N4置于PCB板的内层，绕组N1和N2置于PCB板的外层；二极管D1、电容C3与绕组N2构成辅助电源VDD-1；电感L2和L3、电容C5和C6、二极管D4及电阻R1构成降压电路，R1为一路电源+9V的负载；另一路输出电源经过启动电路303后接大容量电容C7，R2为另一路电源+28V的脉冲性负载；

[0025] 为减小输出电源+28V带大电流脉冲性负载时的电压顶降，需并接大电容C7，利用启动控制303解决带大电容负载时启动瞬间输出短路现象的问题，控制电路303中：正常工作时，‘+28V控制’信号控制开关V303和三极管V302导通；开关V303和V302导通后，电容C301充电，当电容C301上电压未达到mos管V301的开启阈值时，mos管V301不导通，+28V-1电源通过电阻R301输出+28V，此时电阻R301与大电容C7串联，从而克服启动瞬间输出电源电路的短路，待电容C301上电压达到V301的开启阈值时，mos管V301导通，切断电阻R301，+28V正常输出。

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