一种电源转换器模块的制作方法

1.本实用新型涉及一种电源转换器模块，尤其涉及一种体积小、抗干扰能力强的电源转换器模块。


背景技术：

2.随着我国社会现代化水平和城市化进程不断加快，交通基础设施等高速交通网络也不断完善，这些都极大的方便人们的出行，相应私家汽车也慢慢进入寻常百姓家。
3.私家车的普及，环境污染问题和能源紧缺问题也日益突出，为解决这些环境污染所带来的温室效应的问题，新能源电动汽车代替传统的燃油汽已成为一种趋势，新能源汽车的普及，导致相应的充电桩的需求越来越多，国家电网智慧车联网平台已接入充电桩超103万个，覆盖全国29个省、273个城市，成为全球覆盖面最广、数量最多、服务能力最强的充电桩网络。
4.在政策不断引导，充电桩建设不断完善的时代背景下，新能源汽车成主流发展已是大势所趋，同时因充电桩都安装于室外，工作环境温度高，emc电磁环境复杂,一种满足复杂电磁兼容环境，高效率，高可靠性的超小电源模块成为必需。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电源转换器模块，具有体积小、抗干扰能力强的特点。
6.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种电源转换器模块，其创新点在于：所述电源转换器模块从电源输入端到直流电压输出端依次包括与电源输入端相连的rfi滤波电路、与所述rfi滤波电路相连的输入整流滤波电路、与所述输入整流滤波电路相连的隔离功率变压器、与所述隔离功率变压器相连的输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路输出直流电压，所述隔离功率变压器上设置有交换单元，所述交换单元和直流电压输出端之间设置有依次串联的光电信号隔离电路和采样补偿电路，所述交换单元上设置有回授控制回路，所述输入整流滤波电路包括整流电路和与所述整流电路相连的共模电感模块，所述共模电感模块位于所述整流电路后一级。
7.优选的，所述电源输入端包括l线和n线，所述rfi滤波电路包括ntc电阻、与所述 ntc电阻相连的压敏电阻mov，所述ntc电阻串联在l线上，所述压敏电阻mov跨接于l线和n线之间；所述ntc电阻为负温度系数的ntc电阻。
8.优选的，所述整流电路由四个二极管组成的桥式整流电路，桥式整流电路其中两端分别与所述rfi滤波电路相连，桥式整流电路另外两端与共模电感模块相连。
9.优选的，所述共模电感模块由共模电感lcm和高压大电解ec1和高压大电解ec2组成的”π型”滤波电路组成，桥式整流电路与高压大电解ec1两端相连，所述高压大电解ec2 与隔离功率变压器相连。
10.优选的，所述隔离功率变压器包括位于隔离功率变压器初级侧的初级主绕组np和
初级辅助绕组nvcc、位于隔离功率变压器次级侧的次级主绕组ns，初级主绕组np一端接高压大电解ec2的正极，初级主绕组np另一端接所述交换单元，初侧辅助绕组nvcc一端通过串联设置的二极管d1和电阻r2与所述交换单元相连，所述电阻r2和所述交换单元之间通过高压大电解ec3接地，初级辅助绕nvcc另一端接地，次级主绕组ns的两端与所述输出整流滤波电路相连。
11.优选的，所述交换单元为内置mos的pwm电源控制ic，所述pwm芯片上设置有与初级主绕组np相连的第一管脚、与回授控制回路相连的cs管脚、与初侧辅助绕组nvcc 相连的vdd管脚、与光电信号隔离电路相连的fb管脚。
12.优选的，所述直流电压输出端包括输出端正极和接地端，隔离功率变压器其中一端与输出整流滤波电路相连，隔离功率变压器另一端与接地端相连；所述输出整流滤波电路实现经隔离功率变压器输出的同步整流，包括输出端正极之间的二极管d2、位于所述输出端正极和所述接地端之间的储能滤芯波电解电容ec4。
13.优选的，所述回授控制回路为电压运算反馈电路，由一端接地另一端与交换单元相连的电阻r1组成。
14.优选的，所述光电信号隔离电路由位于所述交换单元和所述采样补偿电路之间的光电耦合器u2组成，所述光电耦合器u2上设置有两个输入侧端口和两个输出侧端口，两个输入侧端口其中一个端口接直流电压输出端的正极，两个输入侧端口中另一个端口接所述采样补偿电路，两个输出侧端口其中一个端口接交换单元,两个输出侧端口中另一个端口接地。
15.优选的，所述采样补偿电路包括相互串联设置在直流电压输出端的正极和接地端之间的分压网络电阻r4和分压网络电阻r5，并联设置在分压网络电阻r5两端且依次串联的相位补偿电容c1、相位补偿网络电阻r3和电压基准芯片u3，相串联的相位补偿电容c1和相位补偿网络电阻r3上并联设置有相位补偿电容c2，所述电压基准芯片u3上设置有pin 脚r、管脚阳极k和管脚阴极，相位补偿电容c1和相位补偿电容c2的共同端与pin脚r 相连，相位补偿电容c2和相位补偿网络电阻r3的共同端分别与所述光电信号隔离电路和管脚阳极k相连，所述管脚阴极接地。
16.本实用新型的优点在于：本实用新型可以满足rs 10v/m抗扰度测试，采用差模电感和共模电感抑制干扰杂讯，符合emc en55032 class b的限值要求，同时本发明采用初级侧使用内置mos管pwm控制方案，次级侧采用同步整流方案，实现高效紧凑型电源模块，本实用新型同时实现上述功能，并且电路简单，总体成本低，安全可靠。
17.实现功率传输和电压转换，具体采用反激电路拓扑，为提高效率，缩小产品体积，初级侧主控ic采用内置mos管pwm控制方案，典型效率达89％，有效提高产品在恶劣环境下长期工作可靠性。
18.通过将电路共模电感位置，由传统的整流桥前，移至整流桥后，利用共模电感的漏感，与输入buck高压大电解电容形成”π型”滤波，因输入高压大电解，容值较大，故电感与电容形成的”π型”滤波的转折频率较低，故在全频段(150khz-30mhz)，都可以形成三阶滤波器才具有的-60db衰减效果，实现共模电感对共模干扰杂讯的有效抑制同时，也可对低频差模干扰进行有效抑制，从而可以省掉一颗差模电感和两颗x电容，轻松满足en55032 class b标准限值要求，全频段有8db min余量，有效降低成本，缩小产品体积。
19.采用特有的环路控制策略，满足rs 10v/m抗扰度测试要求。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
21.图1是本一种电源转换器模块的原理框图。
22.图2是本一种电源转换器模块的电路图。
23.图中：1-rfi滤波电路、11-ntc电阻、12-压敏电阻mov、2-输入整流滤波电路、21
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整流电路、22-共模电感模块、221-共模电感lcm、222-高压大电解ec1、223-高压大电解 ec2、3-隔离功率变压器、31-初级主绕组np、32-初级辅助绕组nvcc、321-二极管d1、 322-电阻r2、323-高压大电解ec3、33-次级主绕组ns、4-输出整流滤波电路、41-二极管 d2、42-储能滤芯波电解电容ec4、5-交换单元、51-第一管脚、52-cs管脚、53-vdd管脚、 54-fb管脚、6-光电信号隔离电路、61-光电耦合器u2、7-采样补偿电路、71-分压网络电阻r4、72-分压网络电阻r5、73-相位补偿电容c1、74-相位补偿网络电阻r3、75-电压基准芯片u3、76-相位补偿电容c2、77-pin脚r、78-管脚阳极k、79-管脚阴极、8-回授控制回路、81-电阻r1、91-输出端正极、92-接地端。
具体实施方式
24.本实用新型的电源转换器模块从电源输入端到直流电压输出端依次包括与电源输入端相连的rfi滤波电路1、与rfi滤波电路相连的输入整流滤波电路2、与输入整流滤波电路相连的隔离功率变压器3、与隔离功率变压器相连的输出整流滤波电路4，输出整流滤波电路输出直流电压，隔离功率变压器上设置有交换单元5，交换单元和直流电压输出端之间设置有依次串联的光电信号隔离电路6和采样补偿电路7，交换单元上设置有回授控制回路8，输入整流滤波电路包括整流电路21和与整流电路相连的共模电感模块22，共模电感模块位于整流电路后一级。本实用新型可以满足rs 10v/m抗扰度测试，采用差模电感和共模电感抑制干扰杂讯，符合emc en55032 class b的限值要求，同时本实用新型采用在初级侧使用控制ic内置mos管pwm控制方案，次级侧采用同步整流方案，实现高效紧凑型电源模块，本实用新型同时实现上述功能，并且电路简单，总体成本低，安全可靠。
25.上述的电源输入端包括l线和n线，rfi滤波电路包括ntc电阻11、与ntc电阻相连的压敏电阻mov12，ntc电阻串联在l线上，压敏电阻mov跨接于l线和n线之间； ntc电阻为负温度系数的ntc电阻。
26.上述的整流电路21由四个二极管组成的桥式整流电路，桥式整流电路其中两端分别与 rfi滤波电路相连，桥式整流电路另外两端与共模电感模块相连。共模电感模块22由共模电感lcm221和高压大电解ec1222和高压大电解ec2223组成的”π型”滤波电路组成，桥式整流电路与高压大电解ec1两端相连，高压大电解ec2与隔离功率变压器相连。通过将电路共模电感位置，由传统的整流桥前，移至整流桥后，利用共模电感的漏感，与输入 buck高压大电解电容形成”π型”滤波，因输入高压大电解，容值较大，故电感与电容形成的”π型”滤波的转折频率较低，故在全频段(150khz-30mhz)，都可以形成二阶滤波器才具有的40db衰减效果，实现共模电感对共模干扰杂讯的有效抑制同时，也可对低频差模干扰进行有效抑制，从而可以省掉一颗差模电感和两颗x电容，轻松满足en55032 classb标准限值要求，
全频段有8db min余量，有效降低成本，缩小产品体积。
27.上述的隔离功率变压器包括位于隔离功率变压器初级侧的初级主绕组np31和初级辅助绕组nvcc32、位于隔离功率变压器次级侧的次级主绕组ns33，初级主绕组np一端接高压大电解ec2的正极，初级主绕组np另一端接交换单元，初侧辅助绕组nvcc一端通过串联设置的二极管d1321和电阻r2322与交换单元相连，电阻r2和交换单元之间通过高压大电解ec3323接地，初级辅助绕nvcc另一端接地，次级主绕组ns的两端与输出整流滤波电路相连。
28.上述的交换单元5为内置mos的pwm电源控制ic，pwm芯片上设置有与初级主绕组np相连的第一管脚51、与回授控制回路相连的cs管脚52、与初侧辅助绕组nvcc相连的vdd管脚53、与光电信号隔离电路相连的fb管脚54。上述的直流电压输出端包括输出端正极91和接地端92，隔离功率变压器其中一端与输出整流滤波电路相连，隔离功率变压器另一端与接地端相连；所述输出整流滤波电路实现经隔离功率变压器输出的同步整流，包括输出端正极之间的二极管d241、位于输出端正极和接地端之间的储能滤芯波电解电容 ec442。
29.上述的回授控制回路8为电压运算反馈电路，由一端接地另一端与交换单元相连的电阻r181组成。光电信号隔离电路6由位于交换单元和采样补偿电路之间的光电耦合器u2 61组成，光电耦合器u2上设置有两个输入侧端口和两个输出侧端口，两个输入侧端口其中一个端口接直流电压输出端的正极，两个输入侧端口中另一个端口接采样补偿电路，两个输出侧端口其中一个端口接交换单元,两个输出侧端口中另一个端口接地。
30.上述的采样补偿电路7包括相互串联设置在直流电压输出端的正极和接地端之间的分压网络电阻r471和分压网络电阻r572，并联设置在分压网络电阻r5两端且依次串联的相位补偿电容c173、相位补偿网络电阻r374和电压基准芯片u375，相串联的相位补偿电容c1和相位补偿网络电阻r3上并联设置有相位补偿电容c276，电压基准芯片u3上设置有pin脚r77、管脚阳极k78和管脚阴极79，相位补偿电容c1和相位补偿电容c2 的共同端与pin脚r相连，相位补偿电容c2和相位补偿网络电阻r3的共同端分别与光电信号隔离电路和管脚阳极k相连，管脚阴极接地。
31.本实用新型实现原理，为利用共模电感漏感与电容形成”π型”滤波原理，因”π型”滤波为”clc”结构，为三阶滤波，其对应转折频率为
[0032][0033]
其中ldm为共模电感的漏感，cx1为共模电感前的电容容值，cx2为共模电感后端的电容容值，r
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共模电感直流阻抗，故增加c1和c2的电容容值，可以有效降低转换频率，因为转折频率后的衰减增益为
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60db”，常规应用中，共模电感放在整流桥前，此种应用方式，电容有安规要求，故容值不能太大，将共模电感放在整流桥后，输入buck高压大电解电容形成”π型”滤波，整流桥后电容无安规要求，且从能量转换要求，整流桥后需放容值较大的电容用于储能，对于共模电感来说，两个绕组为对称结构，故漏感值有限，通过调整共模电感的位置，可以有效的提高”π型滤波”结构中的电容容值。从而有效降低转折频率，从而有效抑制低频端的电磁干扰，低频端(150khz左右)电磁干扰主要以差模干扰为主，常规应用，此频率段电磁干扰一般以x电容和差模电感器件，使用新的电路结构，可以省掉两颗x电容和一颗差模电感。
[0034]
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而
且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。