【发明授权】电源系统_广州金升阳科技有限公司_201811441297.X 

申请/专利权人:广州金升阳科技有限公司

申请日:2018-11-29

发明/设计人:王保均

公开(公告)日:2020-09-15

代理机构:

公开(公告)号:CN109586582B

代理人:

主分类号:H02M3/337(20060101)

地址:510663 广东省广州市广州开发区科学城科学大道科汇发展中心科汇一街5号

分类号:H02M3/337(20060101);H02M3/338(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.09.15#授权;2019.04.30#实质审查的生效;2019.04.05#公开

摘要:本发明公开了一种电源模块及应用该电源模块的电源系统,所述电源模块较现有应用罗耶电路的电源模块而言,去掉了其中的输入滤波电容、输出整流和滤波电路;去掉的由客户在其电源系统中外接,且两个电容均与电源模块之间的距离≤λ11的前提下,电源系统也能满足电磁兼容标准的要求,从而能解决因电容失效带来的系统损失;去掉的输出整流电路也通过客户在其电源系统中外接,从而能实现客户应用上的拓展,即通过一个模块能实现单路、正负双路以及两倍电压输出。本发明极具推广价值。

主权项:1.一种电源系统,包括电源模块,其特征在于:所述电源模块,不包括输入滤波电容和输出滤波电容,其他至少包括四个端子,分别为输入正端子、输入地、两个输出端子,以及包括启动电路、三极管TR1、三极管TR2和主变压器B1,主变压器B1包括原边绕组NP1和NP2、反馈绕组NB1和NB2、以及至少一个副边绕组NS1;启动电路至少包括两个端子,启动输入端和启动输出端,启动输入端连接电源模块的输入正端子,启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头;三极管TR1和TR2的发射极均连接至电源模块的输入地,集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头,基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头;原边绕组NP1和NP2的中心抽头连接电源模块的输入正端子;副边绕组NS1的两端连接电源模块的两个输出端子;所述电源系统,在电源模块的输入正端子和输入地之间并联电容C2,两个输出端子之间并联电容C3,且电容C2和电容C3均与电源模块之间的距离≤λ11,λ为电源模块的工作频率对应的波长。

全文数据:一种电源模块及应用该电源模块的电源系统技术领域本发明涉及电源模块,特别涉及应用罗耶电路的电源模块。背景技术现有的自激推挽式变换器,总的来说分为两类:罗耶电路和井森电路。罗耶电路来自1955年美国罗耶G.H.Royer发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,通常简称为Royer电路,这也是实现高频转换控制电路的开端;1957年美国查赛JenSen,大部份文献译作“井森”发明了自激式推挽双变压器电路,后被称为自振荡Jensen电路、自激推挽式Jensen电路,大部份文献称作井森电路;这两种电路,后人都称为自激推挽式变换器,自激推挽式变换器在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述,该书ISBN号为7-121-00211-6。电路的主要形式为罗耶电路和井森电路。图1示出了罗耶电路的典型应用原理图,图2示出的是罗耶电路另外一种典型应用原理图,对应本发明人的另一份中国申请号为201210174076.7简称为背景1的图9,该专利申请名称为《一种自激推挽式变换器的短路保护方法》,图2与图1的不同之处在于启动电路中的电容接法不同,图1中的电容C1直接与偏置电阻R1并联,此种接法电容C1在很多场合可以省去;而图2中的电容C1则是连接于反馈绕组中心抽头和输入地之间,这样的连接方法能解决图1电容C1在开机时因短路对推挽三极管的冲击,实现软启动,该改进申请人曾于2003年申请了实用新型专利ZL03273278.3,事实上在人民邮电出版社的《电源变换技术》第41页的图2-18已公开,第56页图2-27也有公开,该书ISBN号为7-115-04229-2TN·353。并且本申请的发明人在背景1授权文件第0029段至0035段,以及其附图的图3-1至图3-7,给出了现有罗耶或井森电路的偏置电路的演变,还给出了详细的工作原理,证明了启动电路中的电容C1采取图1或图2的接法对电路的成功启动后的稳态工作均无影响。由于自激推挽式变换器为开环工作,因此频率响应好,在小信号模型中,其小信号状态下的输入阻抗为正。而其它各种闭环工作的开关电源的小信号输入阻抗是负的,即当输入电压因某种原因升高时,其它开关电源的消耗电流是减小的,以维持输出功率不变。正因为自激推挽式变换器的小信号输入阻抗是正的,元件少,可靠性极高,其并联或级联使用都非常简单,故自激推挽式变换器在未来的很长时间内,很难被其它电路拓扑取代,并被制作成电源模块作为器件直接销售,制作成电源模块的方法常见有两种,一种为塑封,成品的电源模块类似集成电路,采用环氧树脂类混合物,包括填充颗粒、固化剂,在模具中高温下成型,塑封电源模块使用方便;另一种为灌封,把电路板放入外壳中,灌入聚胺脂的双组份混合物或硅胶而成型,一般不方便制作成贴片式的器件,工程上使用略不方便。目前,应用自激推挽式变换器生产的电源模块,全球年产量在1亿以上,其输出功率多为1W,俗称微功率电源模块,生产厂家包括日本村田公司、美国德州仪器、德国RECOM公司、中国台湾MINMAX公司等、以及国内的几十家公司,均存在以下技术瓶颈。该电源模块应用于振动场合,如汽车、动车、高铁上时,经常出现失效,特别是塑封类的电源模块,由于电源模块已密封成型,只能整体更换,失效的机率并不高,装机投入使用一年的失效率约为千分之一,即1000ppm,这在汽车行业是不能接受的,汽车行业的期望是零缺陷,根据失效机理中的浴盆曲线,失效在第一年是比较高的,汽车行业期望在第一年的失效率能在8ppm以下,即百万分之八,同时在10年内的整体失效率也满足8ppm以下。目前国内外最为先进的工艺生产出来的产品失效率只能达到300ppm左右,而客户能够接受的只有8ppm,一旦有不良品被出货,这些不良品将被广泛应用于汽车、轨道交通、机械设备及工业通讯等领域,如引发事故后果非常严重,因此生产厂家只能在上线前进行检测,确保是100%合格后才上板装机,但仍有不良品出现,对此,汽车生产厂和微功率电源模块生产厂都想尽各种办法,如更换为全球排名前几的品牌,但问题仍在用户使用中出现。售后付出的成本极高,引起的索赔也很高昂。由于微功率电源模块使用于汽车等温度、湿度环境恶劣的环境,产品要求使用塑封或灌封,提高其环境适应性,这也导致了产品失效后,在拆解时就会破坏电源模块,因而极难进行失效分析,也无法进一步进行终极改良,实现零缺陷。此外,电源模块应用场合五花八门,对其输入电压、输出电压、输出路数、隔离耐压及封装等的要求也会存在非常多的需求,对于电源模块生产厂家而言,目前都是将输出整流电路集成在电源模块内部,这意味着单路输出和两路输出的产品需要各自设计制造,这会使得电源模块生产厂家的型号翻倍,导致管理成本和库存压力的增加。发明内容有鉴于此,本发明要解决的技术问题是提供一种电源模块,在应用罗耶电路时能降低失效率,减少社会成本损失,并能降低生产厂家的管理成本和库存压力,本发明同时还提供应用该电源模块的电源系统,方便客户使用,并能实现应用上的拓展。本申请较现有应用罗耶电路的电源模块而言,发明构思为去掉其中的输入滤波电路、输出整流电路和输出滤波电容;去掉输入滤波电路和输出滤波电容的依据在于客户通过外接依然能实现相关功能,且在这两个电容均与电源模块之间的距离≤λ11的前提下其中λ为电源模块的工作频率对应的波长,即光速除以电源模块的工作频率,电源系统能突破现有技术认知,实现满足电磁兼容标准的要求,从而能解决微功率电源模块失效带来的客诉、索赔以及使用者的生命财产损失;而去掉输出整流电路,通过外接输出整流电路能实现客户应用上的拓展,即通过一个模块能实现单路、正负双路以及两倍电压输出。基于上述发明构思,本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种电源模块,其特征在于:至少包括四个端子,分别为输入正端子、输入地、两个输出端子,包括启动电路、三极管TR1、三极管TR2、主变压器B1、原边绕组NP1和NP2,反馈绕组NB1和NB2,以及至少一个副边绕组NS1;启动电路至少包括两个端子,启动输入端和启动输出端,启动输入端连接电源模块的输入正端子,启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头;三极管TR1和TR2的发射极均连接至电源模块的输入地,集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头,基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头;原边绕组NP1和NP2的中心抽头连接电源模块的输入正端子;副边绕组NS1的两端连接电源模块的两个输出端子。作为启动电路的一种具体的实施方式,启动电路包括电流提供器件和电容C1,电流提供器件一端为启动输入端,另一端为启动输出端,电容C1和电流提供器件并联,电流提供器件为电阻,或为恒流源器件。作为启动电路的另一种具体的实施方式,启动电路还包括一个第三端子,以及启动电路包括电流提供器件和电容C1,电流提供器件一端为启动输入端,另一端为启动输出端,第三端子连接输入地,电容C1一端连接在启动输出端,电容C1的另一端为第三端子,电流提供器件为电阻,或为恒流源器件。对于客户希望电源模块自带输出整流功能的情况,则在上述技术方案的基础上:副边绕组NS1的任意一端和其连接的电源模块的输出端子之间连接一只二极管D1。作为上述技术方案的第一种改进,主变压器B1的磁芯由主部和局部组成,主部和局部材质相同,截面积不同;或者主部和局部截面积相同,材质不同。作为上述技术方案的第二种改进,在三极管TR1和三极管TR2的集电极之间连接电容C4。作为上述技术方案第二种改进的优选方式,电容C4的容值小于1000pf。另外,本发明提供的应用上述电源模块的电源系统的技术方案如下:一种应用上述电源模块的电源系统,其特征在于:在电源模块的输入正端子和输入地之间并联输入滤波电容C2,两个输出端子之间并联输出滤波电容C3,必要时C3通过一只整流二极管与输出端子并联,且输入滤波电容C2和输出滤波电容C3均与电源模块之间的距离≤λ11,λ为电源模块的工作频率对应的波长。本发明涉及的名词注解如下:输入滤波电容:连接在自激推挽式变换器输入端的电容,用于滤除输入电压中的纹波,如图1和图2中的电容C2。它可以是上级供电电源的滤波电容或电池本身,含超级电容。输出滤波电容:连接在自激推挽式变换器输出端的电容,用于滤除输出电压中的纹波,如图1和图2中的电容C3。它可以是下级电源的的输入滤波电容或电池本身,含超级电容。启动电容:实现自激推挽式变换器快速启动或软启动的电容,如图1和图2中的电容C1。推挽三极管:实现自激推挽式工作的三极管,如图1和图2中的三极管TR1和TR2。主变压器:主功率变压器的简称,用于向负载传输能量的变压器,将电压变换为所需要的数值,其原边中心抽头连接于供电电源,即自激推换式变换器的工作电压,其原边另两个端子分别与推挽三极管的两个集电极相连,副边绕组接一路或多路整流电路,如图1和图2中的变压器B1;反馈绕组中心抽头:指连接于两只推挽三极管基极之间的绕组的中心抽头,如图1和图2中主变压器绕组NB1和NB2的中心抽头。本发明的电源模块解决了长期以来相关人员一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题,发现过程和方法,以及工作原理将在具体实施例中进行分析,在此不赘述。本发明的自激推换式变换器的有益效果为:1失效率大幅降低;2产品型号将减少,客户使用的通用性增加。附图说明图1为罗耶电路的典型应用原理图;图2为罗耶电路的另外一种典型应用原理图;图3为本发明第一实施例电源模块典型原理图;图3-1为本发明第一实施例输出电压的波形图;图3-2为本发明第一实施例客户外接输出整流及滤波电路的原理图;图3-3为图3-2假定滤波电容C3不存在时且使用纯阻性负载时电压波形图;图3-4为本发明第一实施例获得共地的双路输出的原理图;图3-5为本发明第一实施例获得倍压输出的原理图;图3-6为本发明第一实施例增加一路副边绕组获得独立双路输出的原理图,也是为本发明第五实施例电源模块在电源系统中应用的原理图。图3-7为本发明第一实施启动电路替换为电容C1和电阻R1并联后的原理图;图4为本发明第二实施例电源模块典型原理图;图4-1为本发明第二实施例获得共地的双路输出的原理图;图4-2为本发明第二实施例增加一路副边绕组获得独立双路输出的原理图;图5-1为本发明第三实施例电源模块主变压器磁芯结构示意图之一;图5-2为本发明第三实施例电源模块主变压器磁芯结构示意图之二;图5-3为本发明第三实施例电源模块主变压器磁芯结构示意图之三;图6为本发明第四实施例电源模块典型原理图。具体实施方式本发明所针对的失效是业界长期以来希望攻克的技术难题,产品使用塑封或灌封来提高其环境适应性,这也导致了产品失效后,在拆解时就会破坏电源模块,因而极难进行失效分析,也无法进一步进行终极改良。申请人收集了很多失效的样品,按传统的方法分析,得到的结论无非都是推挽用的三极管击穿,电源模块由于在电路板上再次充当器件,再一次经历回流焊而引发电容开裂,引发短路,或内部使用的整流用肖特基二极管击穿。发明人留意到,电源模块对外体现出来的短路,其短路阻抗分布较广,从0.1Ω到近10Ω都有,在2Ω左右较多,这与半导体失效体现出来的分布不同,猜测是其它原因引起的失效,但是查阅很多资料,咨询过国内很多专家,都没有令人信服的解释,这时,同事刘坤明提出,是否为纯锡在第二次回流焊中引起的短路呢。电源模块本身在生产中,使用的锡膏均为合金,又叫焊锡膏,主要由助焊剂和焊料粉组成,焊料粉又称锡粉,主要由锡铅、锡铋、锡银铜合金组成,像其它厂家一样,选用了高熔点焊锡膏,熔点在280℃以上,按理说,在客户端当器件再次回流焊时,温度是严格控制在260℃以下的,电源模块内部的焊点不应该再次熔化,投入数万只产品,每批5000只,用不同温度试验,发现在235度至265度之间温度范围内,产品确实会出现失效,主要为短路。纯锡的熔点为231.89℃,但是电源模块内部的纯锡从什么地方来呢。电源模块内部器件的引脚多为纯锡镀层覆盖的引脚,申请人再次使用了本技术领域常见的方法:替代法。用电化学工艺,对参与的器件引脚退镀除锡,并镀上银层,其熔点在961度以上,应该克服这一问题,但是结果仍有短路,经过费用高昂的透明水晶胶切片分析,发现仍是纯锡引起的短路,进一步联想到是焊锡膏中锡粒直径过大,要求焊锡膏供应商在锡粉制备时,电火花电流降低,获得更小直径的锡粒,焊锡膏供应商直接采用了日本、德国进口的地球上最小颗粒的原材料,配合行业解决问题,试验表明,仍存在几乎相同失效率。这时,发明人留意到电源模块内的电容均为贴片式电容器,业界叫片式多层陶瓷电容器,英文缩写为MLCC,它由印好电极内电极的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层外电极,以实现所需的电容值及其他参数特性。这种电容内部有多层,内电极为银层,还有电介质的陶瓷材料,它们的热膨胀系数不一样,像多块饼干叠加在一起,在贴片时很难保证其中的片状面与电路板是平行的,是否也会出现垂直90度的情况呢,即电容在贴片时,是否被轴向旋转了90度,注:轴穿过两个端子的几何中心。经过水晶胶切片分析,发现存在短路的10只样品,8只是由于电容被旋转了90度贴片了,发明人猜想:电容被旋转了90度以后,以电路板水平放置为基准,与电路板平行的顶部出现很多潜在的槽沟,在高温下,纯锡先行熔化,受塑封或灌封的密闭环境影响,在这个槽沟中向前飞奔,短路了两个端头。贴片机本身是不可能完成这一动作的,询问贴片电容的供应商,电容的供应商承认电容是随机编带在盘状的料盘中的,即在贴片时,有可能近50%的机率是轴向旋转了90度。这只是猜想,在包括水晶胶切片拆解产品时,短路会消失,无法验证这一猜想,发明人再次提出新的实验方法:从外部使用低压大电流的电源,能否利用短路形成的内阻发热,溶化锡,并利用液态锡的表面张力,自行回缩成球形,或有这种趋势,从而让短路点消失?经过计算,与结合实验,最后用最大输出电压5V,恒流输出2A的电源,对输入端短路的电源模块进行实验,发现短路点真的消失了;对电源模块输出端短路的电源模块进行实验,需要注意极性,否则会烧毁内部的整流二极管,发现短路点同样消失了,产品的性能恢复。找到了根因后,解决这一问题的方案,似乎有了,那就是不要输入、输出滤波电容。但是客户一定是不会同意的,客户会这样想:这很显然降低了降低了电源模块的性能,电磁兼容性一定也在恶化。注:电路板包括使用金属薄板的引线框架。即使发现了根因,电容外置对于本领域的技术人员而言是容易想到,但是受制于电磁兼容标准要求的限制,并没有人认为这是可行的解决方案,因此国内外即使最为先进的生产厂家,一直以来都是致力于焊接材料及焊接工艺的改进,2011年至2013年日本村田公司就申请了焊接材料及焊接工艺的多项专利来用于罗耶电路的电源模块。以至于自1955年该电路产生以来虽然被广泛应用,但历经60余年一直无法进一步降低失效率。本申请的发明人突破常规思维,提出电容可以外置,理论基础具体如下:根据公知的电学理论,有:C=λf其中:C:电磁波的传播速度,为3×108ms;λ:波长,单位为m;f:频率,单位为Hz;本发明要求外置电容距离电源模块的距离≤λ11,此时其对空间产生的电磁辐射微乎其微,可视为不对空间产生电磁辐射,损耗也较小,效果较好。相关的理论依据没有直接论据,较近的可以参考中国电源学会第二十一届学术年会论文《最小回路在EMC设计中的应用》,论文在2015年11月发表,该论文作者为本申请的发明人,文中指出“高频信号的14波长若与天线的长度相同,天线就具有良好的辐射与接收能力……天线一旦形成,那么回路中存在阶跃信号时,该天线会自动选出与之谐振的频率发射出去”,而本发明的变压器输出正是方波,其上升沿或下降沿就是阶跃信号,那么,为了减少对外的辐射,外置电容距离电源模块的距离要在14波长以内,更优地,在14波长的一半以下,即18波长以下。为了进一步的确保效果,外置电容距离电源模块的距离要在14波长的黄金分割点以内,即1-0.618,为0.382倍14波长,最为接近的为λ11。由于自激推挽式变换器的工作频率主要为50kHz、100kHz和200kHz,目前最高频率可以做到1MHz,未来有望实现10MHz的突破,针对不同工作频率的自激推挽式变换器,外置电容距离电源模块的距离计算如下:工作频率波长λλ1150kHz6000m545.4m100kHz3000m272.7m200kHz1500m136.3m1MHz300m27.27m10MHz30m2.727m回路中存在阶跃信号时,该天线会自动选出与之谐振的频率发射出去,根据工程经验,谐波的19次谐波仍有很可观的辐射能力,即使将自激推挽式变换器的工作频率乘以19,那么,外置电容距离电源模块的距离要在111波长的19分之一以内,即1209波长以内,依然能满足电磁兼容标准的要求,以下为此种情况下外置电容距离电源模块的距离计算结果:当模块工作频率为1MHz时,距离为1.44米,仍可保证电磁兼容的性能。第一实施例请参阅图3,图3为本发明第一实施例电源模块典型原理图,采用了类似集成电路的画法,外边有引脚,外框用虚粗线,表示内部的器件集成在一起封装,外框的虚粗线不表示电气连接,电源模块包括输入正端子Vin、输入地GND和两个输出端子Out1和Out2,电源模块内部包括:电阻R1、电容C1、三极管TR1、三极管TR2、主变压器B1、原边绕组NP1和NP2,反馈绕组NB1和NB2,以及副边绕组NS1;电阻R1的一端连接输入正端子,电阻R1的另一端经电容C1后连接输入地;三极管TR1和TR2的发射极均连接至输入地,集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头,基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头;原边绕组NP1和NP2的中心抽头连接电源模块的输入正端子;副边绕组NS1的两端连接电源模块的两个输出端子。上面已说明电源模块内部去掉输入滤波电容和输出滤波电容,客户的电源系统依然能够满足电磁兼容的设计方法和理论依据,在此不赘述。图3-1是本实施例输出电压的波形图,同现有技术,为正负电压交替出现的方波;当客户外接图3-2所示的电路后能获得单路输出电压,由于只使用了一只二极管D1,当输出滤波电容C3不存在,且使用纯阻性负载时,其输出电压的波形图如图3-3所示,为半波输出,这时C3的容量应加大,以获得合乎要求的纹波电压,前面论述过,当模块工作频率为1MHz时,距离为1.44米,仍可保证电磁兼容的性能。即C3离电源模块1.44米以内即可,很显然,在客户的系统中,完全可以利用其系统中的原有退耦电容充当C3,而不用增加成本,由于原有的退耦电容可能是电解电容与1000pF至0.1uF的陶瓷电容并联组成,总体容量因为使用了诸如钽固态电解电容而比较大,因此滤波效果会很好。半波输出并不会对推挽用三极管造成任何不利影响,仅为其中一只三极管一直处于轻载状态。当把图3-2中的二极管D1反接时,就可以获得负电压输出,不再以实施例单独列出。当然,直接把图3-2中二极管D1的阴极与C3的上引线连接点当作直流输出地线,那么与C3的另一条引线相连的直流输出端就会输出一个负压,一样可以正常工作。在二极管D1之前,即图3的两个输出端子直接并联一个小容量滤波电容,仍然可以吸收方波的上升沿和下降沿,有利于电磁兼容性的提升。由于电源模块内部没有二极管,众所周知,由于开关电源工作频率较高,其输出整流二极管多采用肖特基二极管,作为电源模块,客户贴装或插装到他们的电路上以后,会再次回流焊或波峰焊,而大部份器件,都是按等效260℃耐受12秒来设计的,承受2次高温,对于肖特基二极管来说,引起的失效急剧上升。欧盟通过RoHS和WEEE指令,于2006年7月1日禁止使用铅和其它有害物质,拉开了电子产品高温焊接的开始,传统锡铅共晶焊料的熔点为183℃,而目前得到普遍认可与广泛采用的锡银铜SAC无铅焊料的熔点大约为217℃,使得热致失效大大加剧,各相关器件厂商是经过多年研究,才让器件能在260℃下,支持12秒的焊接,以展示自己的可靠性。这并不代表,器件在260℃下,12秒焊接是可靠的,是无损的,器件生产商只能保证在这个高温下,失效率低于某个值。同期,作为高品质的电子产品生产商,其回流焊的温度仍控制在245℃以下;这里我们要留意一个事实,这类产品是民品,其寿命要求不高,如MP3,能连续工作3000小时,消费者的满意度就比较高了,3000小时后,返修率低于3%就已是很好的产品,而这个要求,用于开关电源就会引起重大投诉。用于汽车上,更是无法接受。从科学的角度来讲,持续高温对半导体是有负面影响的。集中表现为:绝缘性能退化;元器件直接损坏;材料的热老化。这得从半导体的特性说起,目前的电子工业用的半导体,通常指硅半导体,硅本身是很强悍的,熔点为1410℃,这并不代表要到1410℃才坏,一般在165℃下,通电的硅半导体就基本上因为少子的大量出现,少子的定向移动而直接损坏硅半导体;在肖特基二极管中,通常掺杂浓度越高,半导体的导电性就会变得越好,压降越低,原因是能进入导带的电子数量会随着掺杂浓度提高而增加。掺杂浓度非常高的半导体会因为导电性接近金属,而被广泛应用于肖特基二极管。再次的高温回流焊等,硅半导体尽管没有通电,可以存活下来,但在高温下,少子的大量出现,和多子的结合、再生,其无定向运动仍对半导体PN结是有损伤的。众所周知,在165℃的结温下,通电的硅半导体就因为少子的大量出现,少子的定向移动而直接损坏硅半导体。本发明把整流二极管外置,使得整流二极管只承受一次焊接高温,显然降低了整个系统的的失效率,提高了整个系统的可靠性。整流二极管外置,由于外接电容C3容易用低成本的电解电容加大容量,使得电源模块的副边绕组由图1、图2中的两个绕组,简化为一个绕组,节约了成本。整流二极管外置,还获得另一个有益效果:轻松获得共地的双路输出,参见图3-4,即可获得双路输出,推挽用三极管都处于有载状态。进一步地,若把图3-4中的负输出作为地线,那么,就可得到倍压输出,如想得到18V直流电压,仅需使用本发明的9V的电源模块,使用图3-5的用法即可。整流二极管外置,还获得另一个有益效果:轻松获得独立双路以上的输出,独立双路,是指它们不共地,图3-6给出了这种电源模块及其用法:增加了一路副边绕组NS2,相应地,外置整流二极管增加D2,滤波电容增加C5,获得另一路直流输出电压,即图中DCout2这路,其电压可以与Dcout1这路相同,也可以不同,改变匝比即可,而且两路电压的正负极性可以任意设置。留意图3-6中副边两路的同名端,这是为了确保推挽用三极管都处于有载状态。传统的使用图1、图2技术方案的,获得双路不共地的方案,副边要使用4个副边绕组,成本高,绕制困难。图3-6的技术方案,再增加一只二极管,可以获得三路输出,其中二路共地,与第三路不共地;进一步再增加一只二极管,共四只二极管,可获得四路输出,其中第一路、第二路共地,第三路与第四路共地,第一路、第二路和第三路与第四路不共地。需要说明的是,本实施例的启动电路由电阻R1和电容C1组成,电阻R1为电流提供器件,为电源模块提供启动电压,电阻R1可以用电阻并联电容或者恒流源替代,同样可以实现发明目的,电容C1在电源模块上电时可以吸收三极管TR1和三极管TR2上的尖峰电压,避免三极管因此而烧毁,从而实现电源模块的软启动。图3-7示出了第一实施例的另一种实施方式,启动电路包括电流提供器件电阻R1和电容C1,电阻R1一端为启动输入端,另一端为启动输出端,电容C1和电阻R1并联,电阻R1可用恒流源器件替代,这种恒流源的用法在中国申请号为201110200894.5中已充份公开,这里不再给出说明。第二实施例请参阅4,为本发明第二实施例电源模块原理图,与第一实施例的图3不同之处在于将图3-2所示的输出整流二极管D1集成到了电源模块内部,对于不愿外部设计输出整流电路的客户而言,这样的设计可以满足其需求。本实施例内部去掉输入滤波电容和输出滤波电容,客户的电源系统依然能够满足电磁兼容的设计方法和理论依据上文已说明,此处同样不再不赘述。第二实施例的有益效果是,客户原来的系统无需进行任何改动,可以直接使用第二实施例的电源模块替代诸如图1、图2的原有模块,使用极为方便。同样,第二实施例内部集成的二极管再增加一只二极管D2,得到图4-1的实施例,可获得共地的双路输出;图4-2示出了第二实施例内部再增加一个绕组NS2,串接二极管D2,轻松获得不共地的双路以上的输出,同样,图4-2的技术方案,再增加一只二极管,可以获得三路输出,其中二路共地,与第三路不共地;进一步再增加一只二极管,共四只二极管,可获得四路输出,其中第一路、第二路共地,第三路与第四路共地,第一路、第二路和第三路与第四路不共地。启动电路包括电流提供器件电阻R1和电容C1,电阻R1一端为启动输入端,另一端为启动输出端,电容C1改为和电阻R1并联,同样实现发明目的。电阻R1,或为恒流源器件,这种恒流源的用法在中国申请号为201110200894.5中已充份公开,这里不再给出说明。第三实施例请参阅图5-1、图5-2和图5-3,为本发明第三实施例电源模块主变压器磁芯三种结构示意图,电路图结构同第一实施例或第二实施例,这里不再赘述。第三实施例的发明构思为主变压器B1的磁芯由主部和局部组成,局部在相同的由小到大的磁场激励下比所述的主部先达到磁饱和,如此一来,磁芯在工作时,局部只在瞬间接近或达到局部第一象限饱和点或第三象限饱和点,其它时间都在固有的第一象限饱和点和第三象限饱和点之间,由于自激推挽式变换器在磁芯饱和时会消耗大量的能量,局部磁饱代替全部磁饱和的发明构思可以使得效率得到显著提升。这种磁芯在业界被称为荣岭磁芯。这部分的工作原理可以参见中国申请号为201110436359.X、201110436259.7的专利说明书。图5-1所示磁芯主部A和局部B材质相同,主部截面积大于局部截面积,所述的局部在相同的由小到大的磁场激励下比所述的主部先达到磁饱和。局部在工作时,只在瞬间接近或达到局部第一象限饱和点或第三象限饱和点,局部占整个磁芯长度越小效果越好;图5-1的磁芯来自中国申请号为201220206952中的图7、图8的方案,这里仅去了磁芯上两个凸起而已。图5-2所示磁芯主部A和局部B材质不相同,主部截面积小于局部截面积,局部使用高导磁率的材料,实现局部在相同的由小到大的磁场激励下比主部先达到磁饱和。局部在工作时,只在瞬间接近或达到局部第一象限饱和点或第三象限饱和点,局部占整个磁芯长度越小效果越好;图5-3所示磁芯主部A和局部B截面积相同,材质不同,如果局部磁导率大于主部磁导率,即局部使用更高导磁率的材料,也可实现局部在相同的由小到大的磁场激励下比主部先达到磁饱和。局部在工作时,只在瞬间接近或达到局部第一象限饱和点或第三象限饱和点,局部占整个磁芯长度越小效果越好。图5-3的磁芯来自中国申请号为201220206952中的图12的方案。第四实施例请参阅图6,为本发明第四实施例电源模块典型原理图,与第一实施例不同之处为在两只推挽三极管的集电极之间并联有电容C4,目的在于消除推挽三极管在上电时因特征频率过高而产生高频自激,增加电容C4后,高频自激会衰减振荡或振荡频率下移,两只推挽三极管便能在十几个周期内,很快进入利用磁心饱和特性进行的推挽振荡中,实现电路的快速启动,另外高频自激得到了有效控制,不再损坏推挽三极管。并且还能获得输出短路保护功能,其工作原理详见中国申请号为201010604284.7。第五实施例请参阅图3-6,为本发明电源模块在电源系统中应用的原理图,本实施例应用的是第一实施例的电源模块,输入滤波电容C2和二极管D1、D2,输出滤波电容C3由客户在其电源系统中设计,焊接在客户的电路板之上,C2可以是上一级开关电源的输出滤波电容,而无需专门安装。以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,如把N型三极管换成P型的,把电源电压反过来;或采用MOS管实现上述的恒流源电路;以及将本发明的构思应用于采用非自激推挽式变换器的电源模块及电源系统,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围,这里不再用实施例赘述,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

权利要求:1.一种电源模块,其特征在于:至少包括四个端子,分别为输入正端子、输入地、两个输出端子,以及包括启动电路、三极管TR1、三极管TR2、主变压器B1、原边绕组NP1和NP2,反馈绕组NB1和NB2,以及至少一个副边绕组NS1;启动电路至少包括两个端子,启动输入端和启动输出端,启动输入端连接电源模块的输入正端子,启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头;三极管TR1和TR2的发射极均连接至电源模块的输入地,集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头,基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头;原边绕组NP1和NP2的中心抽头连接电源模块的输入正端子;副边绕组NS1的两端连接电源模块的两个输出端子。2.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于:启动电路包括电流提供器件和电容C1,电流提供器件一端为启动输入端,另一端为启动输出端,电容C1和电流提供器件并联,电流提供器件为电阻,或为恒流源器件。3.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于:启动电路还包括一个第三端子,以及启动电路包括电流提供器件和电容C1,电流提供器件一端为启动输入端,另一端为启动输出端,第三端子连接输入地,电容C1一端连接在启动输出端,电容C1的另一端为第三端子,电流提供器件为电阻,或为恒流源器件。4.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于:副边绕组NS1的任意一端和其连接的电源模块的输出端子之间至少连接一只二极管D1。5.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于:主变压器B1的磁芯由主部和局部组成,主部和局部材质相同,截面积不同;或者主部和局部截面积相同,材质不同。6.根据权利要求1所述的电源模块,其特征在于:在三极管TR1和三极管TR2的集电极之间连接电容C4。7.根据权利要求6所述的电源模块,其特征在于:电容C4的容值小于1000pf。8.一种应用权利要求1至7任一项所述的电源模块的电源系统,其特征在于:在电源模块的输入正端子和输入地之间并联电容C2,两个输出端子之间并联电容C3,且电容C2和电容C3均与电源模块之间的距离≤λ11,λ为电源模块的工作频率对应的波长。9.一种应用权利要求1至7任一项所述的电源模块的电源系统,其特征在于:在电源模块的输入正端子和输入地之间并联电容C2,两个输出端子之间并联电容C3和二极管串联组成的电路,且电容C2和电容C3均与电源模块之间的距离≤λ11,λ为电源模块的工作频率对应的波长。

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