一种高变比双环控制电源模块

1.一种高变比双环控制电源模块，包括变压器，以及与变压器连接的低压输入部分和高压输出部分；其特征在于：所述变压器与反馈控制部分电连接；
所述低压输入部分包括与变压器电连接的低压电源输入端、电压转换模块、主控芯片、控制线路以及高速开关元件；
所述高压输出部分包括与变压器电连接的整流电路和输出端，所述整流电路与变压器的高压侧连接；
所述反馈控制部分包括与主控芯片电连接的使能回路、电流闭环控制回路以及电压闭环控制回路。
2.根据权利要求1所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：所述低压电源输入端的一端与外部输入电源电连接，低压电源输入端的另一端的正负极之间设置有滤波电容；
低压电源输入端还与所述电压转换模块电连接；所述电压转换模块将输入电源电压进行转换，转换后的电压为所述主控芯片供电；主控芯片采用PWM发生芯片；主控芯片的软起动控制引脚连接延时电容；主控芯片的使能控制引脚通过控制线路输入使能控制电压；主控芯片的参考电压输出引脚输入芯片内部参考电压；主控芯片的两个PWM输出引脚输出两个互补的PWM信号。
3.根据权利要求2所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：所述高速开关元件的控制端与所述主控芯片的PWM输出引脚电连接；所述高速开关元件的电源端和接地端分别与所述变压器低压侧的两端进行电连接。
4.根据权利要求3所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：所述变压器为交流变压器，所述变压器的低压侧为双绕组，高压侧为单绕组；所述低压侧的两个绕组采用交替开闭；所述高压侧与所述高压输出部分连接。
5.根据权利要求4所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：所述使能回路一端与外部输入电平连接，外部输入电平为控制信号，使能回路的另一端与所述主控芯片的使能控制引脚连接；
所述电流闭环控制回路的低压输入端电流为反馈；所述电压闭环控制回路以高变比双环控制电源模块的输出电压为反馈值，反馈信号与使能回路共同与所述主控芯片的使能控制引脚连接。
6.根据权利要求5所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：主控芯片与电压转换模块的输出端电连接，所述主控芯片输出PMW信号占空比是由NI引脚、INV引脚接收外部两路输入信号接收的电压差值与主控芯片的内部参考电压进行对比，得出主控芯片的输出端PWM信号的使用占空比，具体的占空比调节公式如下;
；
其中；
Η为输出PWM占空比；
VNI为所述主控芯片的NI引脚输入电压；
VINV为所述主控芯片的INV引脚输入电压；
VRef为所述主控芯片的芯片内部参考电压。
7.根据权利要求6所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：外部输入电源经过电压转换模块分为功率电与控制电，控制电与主控芯片、运放模块U1A、运放模块U1B进行电连接，功率电与高速开关元件两端以及变压器T1低压侧绕组连接。
8.根据权利要求2所述的一种高变比双环控制电源模块，其特征在于：主控芯片产生的PWM信号，即输出端的outA引脚和outB引脚分别经限流电阻与续流二极管变为DrvA驱动控制信号和DrvB驱动控制信号驱动对应的高速开关元件，高速开关元件高速开闭将功率电从直流电变为交流电即功率电；功率电通过变压器进行升压，升压后的电压通过整流电路进行整流，为下级电路供电。

一种高变比双环控制电源模块\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及电压转换模块技术领领域，具体涉及一种适用于高变比的电流环、电压环双环控制的电压转换模块。\n背景技术\n[0002] 现有技术中的电压转换模块，在具体的生产作业过程中，将直流小电压升高至直流高电压时，容易出现以下问题：电源稳定性不佳，安全性差缺乏电保护。例如，电源模块整体因突加或突减负载而导致整体功率出现振动，导致下级元器件损毁。电源模块输出端在出现短接情况时，所述电源模块整体失能，输出电压为零，出现打嗝现象，不能保护电源模块本身以及下级元器件不被损毁。变压器一侧绕组损毁时，电源模块无法进行工作。\n实用新型内容\n[0003] 本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种具有输入电流恒定、电压变比大、安全性高以及多模块协同性好的高变比双环控制电源模块。\n[0004] 为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种高变比双环控制电源模块，包括变压器，以及与变压器连接的低压输入部分和高压输出部分；所述变压器与反馈控制部分电连接；所述低压输入部分包括与变压器电连接的低压电源输入端、电压转换模块、主控芯片、控制线路以及高速开关元件；所述高压输出部分包括与变压器电连接的整流电路和输出端，所述整流电路与变压器的高压侧连接；所述反馈控制部分包括与主控芯片电连接的使能回路、电流闭环控制回路以及电压闭环控制回路。\n[0005] 具体的，所述低压电源输入端用于连接外部低压电源，外部低压电源分为控制电和功率电两部分，所述控制电是所述外部低压电源经电压调节、滤波后用于对所述主控芯片以及其余元器件供电使用；所述功率电是所述外部低压电源经过滤波后传递至所述高速开关元件以及所述变压器的低压侧，用于整体升压功率供电。所述控制线路用于将所述电压转换模块、所述主控芯片、所述高速开关元件以及所述反馈控制部分进行连接，确保电源供应与信号传递。\n[0006] 本实用新型一个优选的实施方案中，低压电源输入端的一端与外部输入电源电连接，低压电源输入端的另一端的正负极之间设置有滤波电容，低压电源输入端还与所述电压转换模块电连接；所述电压转换模块将输入电源电压进行转换，转换后的电压为所述主控芯片供电；主控芯片采用PWM发生芯片；主控芯片的软起动控制引脚连接延时电容；主控芯片的使能控制引脚通过控制线路输入使能控制电压；主控芯片的参考电压输出引脚输入芯片内部参考电压；主控芯片的两个PWM输出引脚输出两个互补的PWM信号。\n[0007] 本实用新型一个优选的实施方案中，高速开关元件的控制端与所述主控芯片的PWM输出引脚电连接；所述高速开关元件的电源端和接地端分别与所述变压器低压侧的两端进行电连接。\n[0008] 本实用新型一个优选的实施方案中，变压器为交流变压器，所述变压器的低压侧为双绕组，高压侧为单绕组；所述低压侧的两个绕组采用交替开闭；所述高压侧与所述高压输出部分连接。\n[0009] 本实用新型一个优选的实施方案中，使能回路一端与外部输入电平连接，外部输入电平为控制信号，使能回路的另一端与所述主控芯片的使能控制引脚连接；所述电流闭环控制回路的低压输入端电流为反馈；所述电压闭环控制回路以所述高变比双环控制电源模块的输出电压为反馈值，反馈信号与使能回路共同与所述主控芯片的使能控制引脚连接。\n[0010] 本实用新型一个优选的实施方案中，主控芯片与电压转换模块的输出端电连接，所述主控芯片输出PMW信号占空比是由NI引脚、INV引脚接收外部两路输入信号接收的电压差值与主控芯片的内部参考电压进行对比，得出主控芯片的输出端PWM信号的使用占空比，具体的占空比调节公式如下：\n[0011] ；\n[0012] 其中；\n[0013] Η为输出PWM占空比；\n[0014] VNI为所述主控芯片的NI引脚输入电压；\n[0015] VINV为所述主控芯片的INV引脚输入电压；\n[0016] VRef为所述主控芯片的芯片内部参考电压。\n[0017] 本实用新型一个优选的实施方案中，外部低压电源经过电压转换模块分为功率电与控制电，控制电与主控芯片、运放模块U1A、运放模块U1B进行电连接，功率电与高速开关元件两端以及变压器的低压侧绕组连接。\n[0018] 本实用新型一个优选的实施方案中，主控芯片产生的PWM信号，即输出端的outA引脚和outB引脚分别经限流电阻与续流二极管变为DrvA驱动控制信号和DrvB驱动控制信号驱动对应的高速开关元件，高速开关元件高速开闭将功率电从直流电变为交流电即功率电；功率电通过变压器进行升压，升压后的电压通过整流电路进行整流，为下级电路供电[0019] 具体的，主控芯片的SD引脚使能整个主控芯片输出PWM信号；主控芯片的RT引脚与CT引脚用于控制主控芯片输出PWM信号频率。通过调节RT引脚连接的电阻以及CT引脚连接的电容的数值，更改PWM信号频率；主控芯片的SOFT_RAMP引脚用于控制芯片开始发送信号的软起动延时时间，具体方式为调整主控芯片的SOFT_RAMP引脚连接的电容大小。主控芯片的Ref引脚用于产生所述主控芯片内部参考电压，该参考电压为具体恒定值。主控芯片的Clock引脚用于传递同步时钟。\n[0020] 本实用新型解决了技术背景中存在的缺陷，本实用新型有益的技术效果是：\n[0021] 本实用新型的电源模块在输入电压保持不变的情况下，整体输出功率保持恒定，使得所述电源模块输出功率不随负载情况变化产生变化，确保电源模块整体工作效果稳定；以电流为反馈值，整体采用恒定电流值输入；可以通过调节所述电流环基准电压调节所述电源模块电流大小；可以通过调节所述电压环基准电压调节所述电源模块输出电压幅值；所述电源模块整体采用电流与电压两种反馈回路，确保电源模块整体输出功率恒定，确保输出电压可以保证在一个确定范围内，同时当电源模块输出端出现短路时，电流环控制回路与电压环控制回路联合作用，使得电源模块输出失能，确保上下级电路稳定。\n[0022] 第一、采样双路互补PWM信号控制高速开关元件开合，降低开关元器件开闭损耗的同时，提供较大的电压输出，双绕组变压器确保整体一侧绕组损毁时，电源模块仍可以进行工作。\n[0023] 第二、采用输入电流大小为反馈值，控制电源模块整体功率输出，确保电源模块整体不会因突加或突减负载而导致整体功率出现振动，导致下级元器件损毁。\n[0024] 第三、采样输出电压为反馈值，设置电源模块整体输出电压输出上限，控制电源模块输出电压保持在合理范围内，确保上下级电路整体稳定、协同性好。\n附图说明\n[0025] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。\n[0026] 图1为电源模块的电路结构示意图；\n[0027] 图2为电源模块电流闭环控制回路控制流程示意图；\n[0028] 图3为电源模块电压闭环控制回路控制流程示意图；\n[0029] 图中，输入电压Vin，控制电压VCC，输出电压V0，电压反馈信号VSD，电流反馈信号Cus，电流环基准电压VRef1，电压环基准电压VRef2，驱动控制信号DrvA、驱动控制信号DrvB；运放模块U1A、运放模块U1B，主控芯片U2，基准电压模块U3，电压转换模块U4，隔离模块U5，变压器T1，高速开关元件Q1、高速开关元件Q2，整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6。\n具体实施方式\n[0030] 现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。\n[0031] 需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、底、顶等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。\n[0032] 如图1所示，高变比双环控制电源模块包括变压器，以及与变压器连接的低压输入部分和高压输出部分和反馈控制部分。低压输入部分包括低压电源输入端、电压转换模块U4、主控芯片U2、控制线路以及高速开关元件Q1、高速开关元件Q2。\n[0033] 具体的，低压电源输入端的一端与外部输入电源通过电源线连接，低压电源输入端另一端与电压转换模块U4进行连接，用于高变比双环控制电源模块的整体供电。电压转换模块U4将输入电源电压进行转换，转换后的电压用于为主控芯片U2提供合适的供电电压。低压电源输入端的外部低压电源引入后，分为控制电和功率电两部分，控制电是外部低压电源经过电压转换模块U4后，经电压调节、滤波后用于对主控芯片U2以及其余元器件供电使用。功率电是外部低压电压，经过滤波后传递至高速开关元件Q1、高速开关元件Q2以及变压器T1低压侧，用于整体升压功率供电。高速开关元件Q1、高速开关元件Q2由所述主控芯片U2发出的PWM信号控制开闭。所述高速开关元件Q1、高速开关元件Q2用于开闭所述变压器T1低压侧绕组，将低压直流电变为低压交流电，低压交流电经过所述变压器T1变换为高压交流电，变比由所述变压器T1绕组匝数比决定。\n[0034] 高压输出部分包括整流电路和输出端，整流电路由整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6组成整流桥。整流电路与变压器高压侧连接，将高压侧输出高压电整流成为直流电，实现整体高压直流输出。输出端包括与整流桥的输出端并联的电感L2以及电容C9，且电容C9的两端分别与电感L3的1号引脚和2号引脚连接，电感L3的4号引脚和3号引脚并联一组串联的电容C41和电容C42后作为输出端电压V0。\n[0035] 反馈控制部分由使能回路、电流闭环控制回路以及电压闭环控制回路组成。使能回路与外部使能信号直接连接，使能回路中设置有限流电阻与上拉电阻，使得失能状态下，保持使能信号出入端呈高压状态，当外部信号发送使能时，使能回路使能主控芯片U2，使得主控芯片U2开始发送PWM信号，进而驱动电源模块输出电压。\n[0036] 电流闭环控制回路使用电阻将输入电流转换为电流反馈信号Cus，通过运放模块U1A对采样的电流反馈信号Cus进行放大后，传递至主控芯片U2的INV引脚，将主控芯片U2参考电压进行分压形成VRef1为电流闭环控制回路基准电压，传递至主控芯片U2的NI引脚，根据主控芯片U2的PWM信号占空比调节机理，通过对比主控芯片U2的NI引脚与主控芯片U2的INV引脚输入电压调节主控芯片PWM信号占空比，由于主控芯片U2的INV引脚输入电压为将主控芯片U2参考电压分压后固定电压，主控芯片U2的NI引脚输入电流反馈信号Cus，使得电源模块电流值与PWM信号占空比形成闭环反馈系统，使得电源模块在使能后整体电流处于恒定值。电流闭环控制回路作用时，根据主控芯片U2的PWM占空比生成，通过调节电流环的电流环分压电阻以调节电流环基准电压VRef1，进而调节电流闭环控制回路电流目标值，达到调节输出电流的目的。\n[0037] 电压闭环控制回路使用电阻对输出电压进行分压采样，电压闭环控制回路作用时，反馈的电压信号与电压环基准电压VRef2进行对比，通过运放模块U1B传递至主控芯片U2的SD使能端，当高变比双环控制电源模块升压至设定阈值后，使主控芯片U2的SD使能端电压被提升，导致主控芯片U2失能，确保电源模块不因短路或电源断路导致电压飙升导致人员伤亡或其他元器件损毁。电压环基准电压VRef2由电阻将主控芯片U2的参考电压分压生成，可以通过调节电压环基准电压VRef2的电阻分压电阻阻值以调节该路电压，进而调节电压闭环控制回路电压幅值大小。\n[0038] 由于电流闭环控制回路以及电压闭环控制回路的控制，使得电源模块输出端在出现短接情况时，电源模块整体失能，输出电源为零出现打嗝现象，以确保电源模块本身以及下级元器件不被损毁。\n[0039] 当高变比双环控制的电源模块的电源模块接入电源开始进行工作时，输入电压被电压转换模块U4分为功率电与控制电，控制电用于对主控芯片U2、运放模块U1A、运放模块U1B进行供电，功率电用于与Q1、Q2高速开关元件两端以及变压器T1低压侧绕组连接，用于感应输出高压电源。当外部信号通过控制回路输入时，将主控芯片U2的SD引脚电压拉低，使能主控芯片U2开始生成PWM信号。此时PWM信号实际发出需进行一定延时，延时时间由主控芯片U2的Soft引脚连接电容的容值决定，容值越大延时时间越久，但过大的延时将导致响应速度减慢，过短延时将导致主控芯片U2往复重启。延时结束后，主控芯片U2将根据主控芯片U2的RT、CT引脚分别连接的电阻、电容形成大的电路对PWM信号的频率进行确定。由于启动初期主控芯片U2的INV引脚连接电流反馈值，NI引脚连接电流闭环控制回路基准电压，启动初期主控芯片U2发出的PWM信号占空比基本为满篇，启动后，根据电流闭环控制回路作用，PWM信号占空比根据电流数值进行动态调节，使得电源模块整体输入电流保持恒定。\n[0040] 主控芯片U2产生的PWM信号，即输出端的outA引脚和outB引脚分别经限流电阻与续流二极管变为DrvA驱动控制信号和DrvB驱动控制信号驱动对应的高速开关元件Q1和高速开关元件Q2，高速开关元件Q1、高速开关元件Q2通过高速开闭，将功率电从直流电变为交流电，使得电压可通过变压器T1进行升压。升压后的电压通过由整流二极D3、整流二极D4、整流二极D5、整流二极D6整流二极管组成的整流电路进行整流，变为直流电后输出电压V0，为下级电路供电。整流电路采用二极管单向整流，将所述变压器T1高压侧感应输出的交流电整流为直流电，最后经过滤波输出。\n[0041] 在输出电压V0的同时，电压闭环控制回路开始进行工作。通过对输出电压V0进行分压处理，同时采用基准电压模块U3用于与分压后信号进行对比，通过隔离模块U5得出电压反馈信号VSD，隔离模块U5包括光电耦合器，基准电压模块U3包括稳压三极管。电压反馈信号VSD与电压环基准电压VRef1进行对比，通过运放模块U1B传递至芯片SD使能端，当电压升压至设定阈值后，经过信号处理，使得主控芯片SD使能端电压被提升，导致主控芯片失能，确保输出电压不因短路或电源断路导致电压飙升导致人员伤亡或其他元器件损毁。\n[0042] 变压器T1为交流变压器，通过高压侧与低压侧线圈匝数比进行电压升降，变压器低压侧为双绕组，高压侧为单绕组，低压端两个绕组交替开闭，将电压传递至高压端；高压端与高压输出部分连接，实现变压输出。\n[0043] 本实用新型工作原理：\n[0044] 如图1 图3所示，高变比双环控制的电源模块，在输入电压保持不变的情况下，整~\n体输出功率保持恒定；整体采用恒定电流值输入，可以通过调节所述电流闭环控制回路的基准电压调节所述电源模块电流大小；可以通过调节电压闭环控制回路的基准电压调节所述电源模块输出电压幅值；所述电源模块整体采用电流与电压两种反馈回路，确保电源模块整体输出功率恒定，确保输出电压可以保证在一个确定范围内，同时当电源模块输出端出现短路时，电流环控制回路与电压环控制回路联合作用，使得电源模块输出失能，确保上下级电路稳定。\n[0045] 以上具体实施方式是对本实用新型提出的方案思想的具体支持，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。