[发明专利]无电解电容的磁集成Vcc电源模块控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种无电解电容的低压电源模块的控制方法。

背景技术

低压直流电源模块，除在电子电路中，作为单片机、集成电路(IC)的工作电源Vcc之外，还可以直接成为产品，例如电动工具充电器、电动车充电器、大型蓄电池充电器等等。用硅钢片小型变压器，把50Hz工频交流电压降压，经整流和滤波之后，输出小功率直流电源。由于工频变压器的体积不能做得太小，难以做成令人满意的小模块，尤其是须滤平整流后的工频纹波(半波50Hz，全波100Hz)，须用大电容量电解电容器，可靠性更差。用高频开关电源，用高频磁芯做的高频电子变压器，比相同功率的工频变压器的重量和体积大幅度减轻及缩小，但是，传统的Vcc电源仍然使用铝电解电容或钽电解电容，于是，电解电容的不可靠性，制约了低压直流电源模块的可靠性。

所有的电解电容产品外壳，都开了一个十字凹痕或K字形凹痕，就是生产厂家对电解电容产品可能爆炸的预估性，一旦电解质高温沸腾(民品85℃、工业品105℃、特殊用途125℃)产生气化时，允许电解电容气化物从凹痕处爆炸。不但可能产生电解质化学污染，而且电解质对电容的金属极板的电化学作用，使其寿命有限(一般小于0.3万小时，高价优质长寿命电解电容也难保证超过1万小时)。另外，电解电容的体积较大，也不利于做成轻薄短小的电源模块。

发明内容

本发明的目的是提供一种无电解电容磁集成Vcc电源模块的控制方法。该方法制造的电源模块不使用电解电容，可以避免电解质化学污染，提高低压直流电源模块的可靠性，可以做成轻薄短小的低压开关电源模块。

本发明通过以下技术方案解决上述无电解电容低压直流电源模块控制方法的技术问题：

采用单片机软件方法，产生多相高频方波脉冲群，用多组不同相位的高频方波脉冲，分别控制多相位电力电子开关的“通”(ON)和“断”(OFF)，实现多相高频CUK开关电源DC-DC变换器的控制。其控制方式及步骤为：

各相CUK变换器每次“通”(ON)或“断”(OFF)，均给予输出端输送一个有源微分电能，用单片机实现对这些高频有源微分电能的高速调控，用以代替传统用无源电解电容贮存电荷抑平直流纹波的方法。

当输入电源Vac波动下浮时，或者输出电流增大，均使输出电压V₀下浮，看作谷值纹波增大时，单片机负反馈数码系统迅即增加CUK相数、增大脉宽、提高频率，即用增加有源微分电能的有源电力电子学方法，来填平下陷的谷值纹波。

反之，当输入电源Vac波动上浮时，或者输出电流减小，均使输出电压V₀上浮，看作峰值纹波增大时，单片机负反馈数码系统迅即减少CUK相数、减小脉宽、降低频率，即用减少有源微分电能的有源电力电子学方法，来削平上涨的峰值纹波。

本发明的有益效果是，采用本技术方案的V_CC电源模块，因为不使用可靠性最差的电解电容元件，使本模块可靠性大幅度提升，并由于应用高速单片机及磁集成技术，使本模块的性价比，超越传统有电解电容的V_CC模块。

附图说明

图1是无电解电容的磁集成Vcc电源模块拓扑示意图。

图2是无电解电容的磁集成Vcc电源模块控制方法示意图。

具体实施方式

结合图1，具体说明本发明的实施方式如下：

从电解电容在传统有电解电容Vcc模块之中的功能看，电解电容的主要作用，是把电力峰值+Δu₀的电荷，贮存于电解电容之中，称为“充电“。然后，在电力下陷低谷-Δu₀时，释放贮存电荷，称为“放电”；电解电容用“充电“来吸收峰值纹波，又用“放电”来填平谷值纹波，起着平滑直流电压纹波的作用。

一般无源等效替代方法，是用非电解质的交流长寿命电容一微法，来替代有电解质的短寿命电解电容一微法，这种等效替代方法，是实现无电解电容最基本的，但是消极的策略之一，治标不治本，带来成本增加，体积增大，实用性差。

电解电容是一个固定电容量，其贮存电荷能量有限，其抑平输出纹波的能力也是有限的。如图1所示，本发明采用多相高频CUK开关电源的方法，并利用磁集成技术，用有源微分电能调控手段，来抑平输出纹波的能力是可大可小，灵活可控的。用单片机高速调控高频多相CUK开关电源的方法，可以不用电解电容，而能够实现与有电解电容相似或更优良的纹波系数。

并且，由于磁集成TR的线圈之间互感耦合作用，有利于抑平纹波。

本发明提供更积极的方法是：用单片机高速控制数码技术，用软件方法产生多相高频方波脉冲群，分别控制多相电力电子开关的“通”(ON)或“断”(OFF)，进行CUK变换，由于串联电感(L_a1或L_b1或L_c1)的作用，使每相的电子开关均实现“零电流接通”(ZCT)，又由于电容(Ca或Cb或Cc)经二极管(Da或Db或Dc)与电力电子开关并联的作用，使每相的电力电子开关均实现“零电压断开”(ZVT)，所以开关损耗极小。又由于开关频率较高，所以，电感及电容量均较小。还由于TR磁集成的感应耦合，使一部分纹波得以抵消。又由于三相高频开关输出的三倍频作用，输出端电容C₀的纹波得以抵消。再由于三相高频开关输出的三倍频作用，输出端电容C₀的纹波频率是电力电子开关频率的三倍，所以C₀电容量不必太大，都可以实现有足够低的纹波效果。