[发明专利]高效率线性电源模块的机械结构和输入输出接口方法

说明书

所属技术领域

本发明对全功率输出范围内超小体积的块状AC/DC高效率线性电源模块的机械结构和输入输出接口方法进行确定，该技术属电源电子技术领域。

背景技术

现今电子产品更新换代很快，产品研发工作量越来越大，作为电子产品所必需的电源，将完全趋向模块化使用和安装。

开关电源模块的效率很高，并已形成了各种成熟的系列产品，在电子技术领域得到广泛使用，但由于其工作方式局限，一些技术指标不高，犹其是输出纹波太大难以克服，故在很多精密电子产品、特别是含模拟量控制的电子产品中都不能直接使用。

目前为小功率电子产品提供电源的还有采用工频变压器的电源适配器，其主要用途为民用消费类电子产品，此类产品要消耗大量的有色金属和硅钢材料，效率低，体积大，且无稳压输出，和电子产品匹配更增大了产品的能耗，正逐渐走向淘汰趋势。

高效率线性电源模块是一种新型电源器件，其效率略低于开关电源模块，技术指标和性能远高于开关电源模块，它将和开关电源模块齐列并驾，互相补充，在模块电源领域中各显技术特色。

发明内容

本发明对高效率线性电源模块各种功率的模块机械结构形成，模块外壳材料选择，模块输入输出接口方法进行界定和确定。

附图1为高效率线性电源模块的电原理框图，图中虚线框内为在开关电源模块上增加的线性部分。从该图看到，影响高效率线性电源模块体积和结构的只有一个功率发热器件——电源调整管。在高效率线性电源里，根据电源调整管的最大输出电流、饱和压降、输入输出电压的自动跟踪特性，可以将电源调整管输入输出压差作一抽象界定，以此对模块的体积和结构进行确定。用作电源调整管的功率器件很多，几乎所有的双极型功率晶体管、MOS型场效应管都可以用作电源调整管，大电流集成三端稳压器、低压差线性稳压器的电源调整管也皆为这两种器件，故可以一并说明。

表1和表2为高效率线性电源模块的电源调整管在正常工作时各种不同最大输出电流(I)下所对应的设定输入输出压差(Vi-Vo)和耗散功率(P)。

表1

表2

根据表1和表2中电源调整管的耗散功率，可以生成两种结构的高效率线性电源模块。

一.塑料外壳结构的高效率线性电源模块(参见附图2)

高效率线性电源模块通常采用TO-220封装的管子作为电源调整管，对于TO-220封装的管子，其耗散功率≤1W可以不用散热器，所以高效率线性电源模块输出电流小于1A时单只电源调整管可以不用散热器散热，如果输出电流超过1A而单只电源调整管的耗散功率≥1W，则可以采用基极均流法(参见附图3)用多只电源调整管并联，使各只电源调整管的耗散功率都≤1W，使用以上方法和具有以上功率特点的高效率线性电源模块的结构方法是不用散热器并封装在塑料外壳里。

二.金属外壳结构的高效率线性电源模块(参见附图4)

当输出功率和输出电流很大，需要高频开关电源管用大散热器散热和过多的电源调整管均流而安装困难时，则高效率线性电源模块应采用金属外壳结构。例如，如果输出20A的电流，采用五只双极型晶体管并联作电源调整管，则每个管子的耗散功率约4W(参见表1和表2)，总耗散功率约20W，外壳可采用廉价的铝型材，安装方法参见附图，散热面积可参考有关散热器资料。

因为单只电源调整管分配的电流越少，则功耗越低，而在金属外壳上可以很容易安装多只电源调整管而不占用体积，如果希望能在大电流时尽可能提高高效率线性电源模块的功率密度，可以灵活利用这个特点。

任何电子产品都需要电源，而高效率线性电源模块可以用于任何电子产品，根据这个特点，为高效率线性电源模块设计了两种外输入输出的接口方法。

一.插针式联接方法(参见附图5)

这种方法主要用于将高效率线性电源模块直接装在电子产品的电路板上，根据这个特点，高效率线性电源模块的底板可以采用绝缘板或绝缘材料灌封，引出脚插针的粗细根据需流过电流的大小确定，根据需要，这种方法还可以不用外壳，做成开放式高效率线性电源模块结构，这样既利于散热，还可以降低成本。

二.电源适配器式联接方法(参见附图6)

这种方法是将联接市电电源的输入端做成电源插头，或引出电源插头线，低压側线性电压输出用低压电源线引出并配上直流电源插头，直接给电子产品供电。这种联接方法的高效率线性电源模块主要用于民用消费类电子产品以便方便地使用。

本发明的技术实质和有益效果是：