[发明专利]一种高效率适配器模块

说明书

本发明属于电气工程技术领域，具体为一种高效率适配器模块,包括：PWM控制器、第一栅驱动电路、第二栅驱动电路、第三栅驱动电路、第四栅驱动电路、第一GaN功率开关管(MH)、第二GaN功率开关管(ML)、第三GaN功率开关管(MH3)和第四GaN功率开关管(ML3)，分别连接在MH和ML栅端的第一限流电阻(RH)和RL，分别连接在MH1和ML1栅端的第三限流电阻(RH1)和RL1，变压器T，输出电容C1、输出电感L1和输出电感L2，以及检测电路和反馈电路。本发明为提高频率和功率密度，采用多管并联LGA封装GaN功率开关进行开关变换；采用双面布局结构对栅驱动、多管并联GaN器件和电压母线进行布局优化，提高GaN器件工作可靠性，实现功率模块的高频化和小型化，从而实现高密度功率集成和高效率，可以广泛应用于便携式供电系统中。

技术领域

本发明涉及一种高效率适配器模块，属于电气工程技术领域。

背景技术

进入21世纪，在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微小电源模块。上述应用要求电力电子系统在设计效率>95％的同时，还具有高的功率密度(>500W/in3，即30.5W/cm3)、高比功率(10kW/磅,22kW/kg)和高总负载点(>1000W)。

电源适配器又叫外置电源(开关电源适配器)，它是一种小型便携式电子设备及电子电器的供电变亚器，它的产生是由于在实际生活中，电子器件往往是不可直接使用家用电力的，因为家里所使用的是220伏的电源电压，而普遍的电子产品一般所需的电源电压为5伏至20伏左右。所以电源适配器的作用是至关重要的(模块电源)，尤其是如果去到电压和我国的不同国度，那就更加需要220V转110V转换器了。电源适配器常见于手机、液晶显示器和笔记本电脑等小型电子产品上。一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。电源适配器广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域，并且在这些领域都有着不可忽视的作用。

在电源适配器核心开关电源电路中的，开关管在驱动信号的激励下，交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，现有产品的工作频率一般为100kHz以下。这使得开关管的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率一般可以达到85％，质量好的可以达到95％甚至更高。另外电源适配器必须实现体积小、质量轻特性。据统计，100W的铁芯变压器的质量为1200g左右，体积达350cm3，而100W的电源适配器的质量只有250g，而且敞开式电源适配器更轻，体积不到铁芯变压器的1/4。此外为扩大应用场景，还必须实现输出电流、电压比较容易改变，且稳定、可控。电源适配器的输出电压是由驱动信号来调节的，输入电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压，所以电源适配器的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，电源适配器不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，灵活地选用各种类型的电源适配器。随着技术不断发展，新一代电子装备要求电源适配器产品要求输入电压通用(适用世界各国电网电压规模)、输出电压范围扩大、输入端功率因数进一步提高，并具有安全、过电压保护等功能，同时还必须具有更高的功率密度。整机的小型化对供电电源模块小型化和功率密度要求日益严格，如何在空间越来越小的情况下，提供越来越高的输出功率，并具有超高速瞬态响应和最佳的性价比，是电源适配器设计的一个综合瓶颈问题。