CN101873074A - 一种三相微型高频开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相微型高频开关电源，包括滤波电路，所述滤波电路包括由回馈开关管构成的回馈电路，二极管止逆电路，两个稳压管串联成的稳压电路和滤波电容，三相全桥整流电路的输出依次经回馈电路、止逆电路送至稳压电路稳压，稳压电路的输出端并接滤波电容滤波，滤波电容输出接DC/DC隔离变换电路的输入端。本发明通过稳压电路控制加在滤波电容两端的电压，使其始终工作在安全电压范围，电容不易损坏，增加了滤波电路可靠性，通过增加回馈电路保证稳压电路可靠工作，保护稳压管，增加限流电感抑制电流突变引起的谐波电流，在整流电路前串联耦合电容，提高电路功率因数，提高工作效率。

Description

一种三相微型高频开关电源

技术领域

本发明涉及电力系统高压变压器终端、配电箱式变压器终端、高低压柜终端、动力负荷终端中三相三线系统的仪器仪表及智能设备的辅助控制电源，尤其是一种三相微型高频开关电源。

背景技术

当前电力三相三线系统的各种电子设备所需辅助控制电源，基本上淘汰了采用笨重且效率低的工频变压器降压→整流→再稳压的技术方案，普遍采用了三相微型高频开关电源技术，提高了效率与稳压精度，减轻了重量。根据目前检索与掌握的资料，所有厂家生产的三相微型高频开关电源，无一例外地采用了如图2所示的经典原理拓扑电路：三相交流380V电源经三相全桥整流，经负阻特性的启动限流电阻NTC限流，再经电容C01与C02串联滤波，到DC/DC隔离变换电路输出用户所需直流电压。上述电路单纯从原理上讲不存在什么缺陷，但在实际应用的过程中存在的最大问题是：①在三相交流电压为380V时，C01与C02串联电容上的电压高达DC537V，由于小型电解电容耐压值最高的产品只有DC450V，所以上述电路采用了两只电解电容串联，再分别并联电阻R1与R2均压以解决耐压问题。R01与R02阻值选小些，当C01与C02老化出现电容量不平衡时，均压效果好，但功耗大；R01与R02阻值选大些，功耗小，但当C01与C02老化出现电容量不平衡时，容易导致电容量小的电容击穿损坏。②对DC/DC变换电路中的开关管耐压与可靠性要求高，耐压高的开关管由于导通电阻较大，导致DC/DC变换电路效率较低。③有元件失效击穿时，将导致交流电源相间短路，即使加有电子保险限流电路，也会产生瞬间电流冲击。④由于DC/DC变换电路隔离降低比大，输出电压要做到高精度与低纹波非常困难，成本代价很高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种滤波电路电容不易损坏，电路稳定可靠，节能高效的三相微型高频开关电源。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种三相微型高频开关电源，包括三相全桥整流电路，限流电阻NTC，滤波电路以及DC/DC隔离变换电路，三相交流电源由三相全桥整流电路整流后，经启动限流电阻NTC限流，再经滤波电路滤波，送到DC/DC隔离变换电路输出所需直流电压，所述滤波电路包括由回馈开关管构成的回馈电路，二极管止逆电路，两个稳压管串联成的稳压电路和滤波电容C4，三相全桥整流电路的输出依次经限流电阻NTC、回馈电路、止逆电路送至稳压电路稳压，稳压电路的输出端并接滤波电容C4滤波，滤波电容C4输出接DC/DC隔离变换电路的输入端。

本发明滤波电路进一步还包括限流电感，串联在三相全桥整流电路和回馈电路之间。

本发明三相全桥整流电路的输入端还串联耦合电容；所述耦合电容为长寿命聚炳烯薄膜电容。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过稳压电路控制加在滤波电容两端的电压，使其始终工作在安全电压范围，电容不易损坏，增加了滤波电路可靠性，通过增加回馈电路保证稳压电路可靠工作，保护稳压管，增加限流电感抑制电流突变引起的谐波电流，在整流电路前串联耦合电容，提高电路功率因数，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是传统的三相高频开关电源原理图；

图3是本发明的三相高频开关电源原理图；

其中：1、三相全桥整流电路，2、限流电阻NTC，3、滤波电路，4、DC/DC隔离变换电路，5、回馈电路，6、止逆电路，7、稳压电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明开关电源为用于电力系统高压变压器终端、配电箱式变压器终端、高低压柜终端、动力负荷终端中三相三线系统的仪器仪表及智能设备的辅助控制电源，为微型开关电源，其包括三相全桥整流电路1，限流电阻NTC2，滤波电路3以及DC/DC隔离变换电路4，三相交流电源由三相全桥整流电路1整流后，经启动限流电阻NTC2限流，再经滤波电路3滤波，送到DC/DC隔离变换电路4输出所需直流电压，所述的滤波电路3包括回馈电路5，止逆电路6，稳压电路7和滤波电容C4，三相全桥整流电路1的输出依次经限流电阻NTC2、回馈电路5、止逆电路6送至稳压电路7稳压，稳压电路7的输出端并接滤波电容C4滤波，滤波电容C4输出接DC/DC隔离变换电路4的输入端。

为了提高电路工作的可靠性，防止回馈电路回馈时产生高频谐波电流，对电路器件和电网造成影响，在三相全桥整流电路和回馈电路之间串联限流电感；为提高电路工作效率，提高功率因数，进一步在三相全桥整流电路的输入端串联长寿命聚炳烯薄膜电容耦合电容。

具体实施例

参见图3，C1、C2、C3为三相桥式整流电路1的输入端耦合电容，为电容量稳定的长寿命聚炳烯薄膜电容，具体电容量根据DC/DC变换电路输出功率计算得出；二极管D1-D6组成三相全桥整流电路1；NTC为负阻特性的启动限流电阻；L为高频限流电感；D7为止逆二极管(止逆电路)；C4为滤波电解电容；开关管Q1为回馈电路核心，瞬态抑制稳压二极管TVS1与TVS2构成稳压电路，开关管Q1、电阻R1与R2、稳压二极管TVS1与TVS2组成限幅预稳压电路，同时以无功补偿的方式转移多余能量。具体工作机理如下：①三相交流380V电源经电容C1、C2、C3耦合到三相全桥整流电路1进行整流，经启动限流电阻NTC与高频限流电感L对电容C4充电；②当C4上的电压达到所需值(即TVS 1与TVS2的串联击穿值)时，TVS2两端有稳定的电压(正好是Q1栅极G驱动Q1导通所需电压)，由于Q1是MOSFET开关管，属于电压型驱动器件，所需栅极驱动电流很小，因此R1阻值选取保证有适当小的电流流过即可；TVS2击穿有稳定电压产生时Q1导通，Q1的导通压降很小，可忽略。③Q1导通后，由于D7的止逆作用，C4上的电荷不能反向放电，只能向DC/DC变换电路供电(R1、TVS1、TVS2、R2通道中消耗的功率微小，可忽略)；Q1的导通，使得三相电源连接了C1、C2、C 3形成等效星型电路(D1-D6以及NTC与L1上的压降很小，等效忽略)；在电力系统三相负荷中，基本上都是感性负载，由于功率因数低，普便加装了无功补偿装置，本电路C1、C2、C3形成的等效星型电路相当于在系统加载了一个小的暂态无功补偿装置。④L的作用是在Q1导通瞬间抑制电流突变产生高频谐波电流，由于D7与C4的共同作用，Q1关断期间，其上所加最大电压等于D7正向管压降加上C4上的电压。⑤Q1导通后，随着C4向DC/DC变换电路供电，只要其上电压略有下降(2-3V)，TVS1与TVS2截止，快速恢复高阻态，Q1栅极G驱动电压消失，Q1关断；三相电源继续通过C1、C2、C3以及后续电路对C4充电，上述反馈控制过程周而复始，在C3上就会有一个相对稳定的直流电压，保证DC/DC变换电路可靠工作。⑥R2作用是TVS1与TVS2截止后，快速提供Q1栅极G与源栅极S之间等效电容电荷泄放，加速Q1关断；同时虽然TVS1与TVS2恢复高阻态，但还是有极微小漏电流，通过R2泄放产生的压降很小，不会引起Q1误开通。

本发明Q1与C4相互限压平衡，因此Q1与C4选用比DC/DC变换电路初级所需电压略高就可以，采用上面原理制作的输出功率为5W的实验室测试机，其C4上的电压通过TVS1与TVS2的匹配稳在了DC257V左右，MOSFET开关管Q1与电解电容C4选用的都是耐压DC400V的器件，通过仪器监测，长时间不间断运行，电压一直维持在257V左右，且电网电压影响及其微小，电压非常稳定，本发明即便有关键器件失效，上述电路也不会形成短路通道，降低了因高电压导致器件击穿失效的风险，保证了系统可靠性，降低了滤波电容的耐压要求，同时对DC/DC变换电路器件耐压要求也相应降低，提高了电源的可靠性，降低了成本，该电源同时具有功耗小，绿色节能，效率高的特点。

Claims (7)

1.一种三相微型高频开关电源，包括三相全桥整流电路(1)，限流电阻NTC(2)，滤波电路(3)以及DC/DC隔离变换电路(4)，三相交流电源由三相全桥整流电路(1)整流后，经启动限流电阻NTC(2)限流，再经滤波电路(3)滤波，送到DC/DC隔离变换电路(4)输出所需直流电压，其特征在于：所述滤波电路(3)包括回馈电路(5)，止逆电路(6)，稳压电路(7)和滤波电容C4，三相全桥整流电路(1)的输出依次经限流电阻NTC(2)、回馈电路(5)、止逆电路(6)送至稳压电路(7)稳压，稳压电路(7)的输出端并接滤波电容C4滤波，滤波电容C4输出接DC/DC隔离变换电路(4)的输入端。

2.根据权利要求1所述的三相微型高频开关电源，其特征在于所述滤波电路还包括限流电感，串联在三相全桥整流电路和回馈电路之间。

3.根据权利要求1所述的三相微型高频开关电源，其特征在于三相全桥整流电路(1)的输入端串联耦合电容。

4.根据权利要求1所述的三相微型高频开关电源，其特征在于所述回馈电路(5)为回馈开关管。

5.根据权利要求1所述的三相微型高频开关电源，其特征在于所述止逆电路(6)为止逆二极管。

6.根据权利要求1所述的三相微型高频开关电源，其特征在于所述稳压电路(7)为串联的两只稳压二极管。

7.根据权利要求3所述的三相微型高频开关电源，其特征在于所述耦合电容为长寿命聚炳烯薄膜电容。

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