CN102013818B - 超宽输入范围开关电源以及对交流电压降压变换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超宽输入范围开关电源，包括交流到直流变换电路、降压变换电路、及PWM控制电路。降压变换电路包括第一电容，与交流到直流变换电路连接；第二电容，与第一电容串联；控制电路，与第一电容以及第二电容连接，用于在交流到直流变换电路输入高压时，控制第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有第一电容工作。本发明还提供一种对交流电压降压变换的方法。上述超宽输入范围开关电源以及对交流电压降压变换的方法，可满足超宽输入范围和耐压的要求，减少电容所占的体积以及电容成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源，尤其涉及超宽输入范围开关电源降压变换电路。
背景技术
根据电力部门的要求，电表电源的输入电压范围应当为额定电压的正负1.9倍，约为65-460伏的交流电压，此类型的电源称为超宽输入范围的开关电源。在超宽输入范围开关电源的降压(BUCK)变换电路中，根据输出功率选择BUCK电容时，电容的额定电压值是非超宽输入的BUCK电容的两倍，比如，设计一个20W非超宽输入范围的开关电源只需要一个47UF/400V电容，而设计一个20W超宽输入范围的开关电源则需要两个100UF/400V的电容。
因此在超宽输入范围开关电源的BUCK电路中，为了满足超宽输入范围和耐压的要求必需使用两个100UF/400V的电容串起来构成BUCK电容，这样就会使得总容量降低了一半，此外，还会增加电容所占的体积以及电容成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超宽输入范围开关电源以及对交流电压降压变换的方法，以满足超宽输入范围和耐压的要求，并减少电容所占的体积以及电容成本。
本发明提供一种超宽输入范围开关电源，包括交流到直流变换电路、降压变换电路、直流到直流降压电路以及PWM控制电路，降压变换电路包括第一电容，与交流到直流变换电路连接；第二电容，与第一电容串联；控制电路，与第一电容以及第二电容连接，用于在交流到直流变换电路输入高压时，控制第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有第一电容工作。
优选的，上述控制电路包括开关管Q3、稳压器Q4以及电阻R3，其中开关管Q3的漏极及源极分别与第二电容的两端连接，栅极与稳压器Q4的第二端连接；稳压器Q4的第三端接地，第一端通过电阻R3与开关管Q3的漏极连接。
优选的，上述控制电路还包括第三电容C6、电阻R15以及取样电阻R24，其中第三电容C6以及电阻R15的两端分别与稳压器Q4的第二端以及第三端连接，取样电阻R24的两端分别与稳压器Q4的第三端以及第一端连接。
优选的，上述控制电路还包括电阻R17和R18，其中所述R17与R18组成的串联电路与所述第一电容并联。
优选的，上述控制电路还包括电阻R19和R20，其中R19与R20组成的串联电路与所述第二电容并联，并与所述R17与R18组成的串联电路串联。
优选的，上述控制电路还包括电阻R12和R25，其中所述R12与R25组成的串联电路与所述第三电容C6串联之后，再与所述第一电容以及第二电容组成的串联电路并联。
优选的，上述控制电路还包括取样电阻R27、R28、R29和第四电容C10，其中第四电容C10与取样电阻R24并联，并且取样电阻R27、R28、R29和第四电容C10组成串联电路之后，再与所述第一电容以及第二电容组成的串联电路并联。
本发明还提供一种对交流电压降压变换的方法，包括在交流到直流变换电路输入高压时，控制所述第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有所述第一电容工作。
本发明实施例提供的超宽输入范围开关电源以及对交流电压降压变换的方法，可满足超宽输入范围和耐压的要求，减少电容所占的体积以及电容成本。
附图说明
图1所示为本发明超宽输入范围开关电源一种实施例的结构示意图；
图2所示为图1所示的降压变换电路的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
图1所示为本发明超宽输入范围开关电源一种实施例的结构示意图。
超宽输入范围开关电源10包括交流到直流变换电路101、降压变换电路102、直流到直流降压电路103以及PWM控制电路104。其中，降压变换电路102与交流到直流变换电路101连接，直流到直流降压电路103与降压变换电路102连接，PWM控制电路104与直流到直流降压电路103连接。
交流到直流变换电路101用于把交流电压变成直流电压。PWM控制电路104用于控制降压变换电路102和直流到直流降压电路103将交流到直流变换电路101所输出的直流电压进行降压后输出。
图2所示为图1所示的降压变换电路的电路图。
降压变换电路的电路包括第一电容C8、第二电容C7和控制电路。
第一电容C8与交流到直流变换电路101连接。第二电容C7与第一电容C8串联。控制电路与第一电容C8以及第二电容C7连接，用于在交流到直流变换电路101输入高压时，控制第一电容C8与第二电容C7串联工作，在输入低压时，控制只有所述第一电容C8工作。
控制电路的具体电路结构如下，控制电路包括开关管Q3、稳压器Q4以及电阻R3，其中开关管Q3的漏极及源极分别与第二电容C7的两端连接，栅极与稳压器Q4的第二端连接；稳压器Q4的第三端接地，第一端通过电阻R3与开关管Q3的漏极连接。本实施例中，开关管Q3可以是三极管也可以使继电器等具有开关作用的电子元器件。
此外，控制电路还包括第三电容C6、电阻R15以及取样电阻R24，其中第三电容C6以及电阻R15的两端分别与稳压器Q4的第二端以及第三端连接，取样电阻R24的两端分别与稳压器Q4的第三端以及第一端连接。
控制电路还包括电阻R12、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R25、取样R27、取样R28、取样R29和第四电容C10。
电阻R17与R18组成的串联电路与第一电容C8并联。电阻R19与R20组成的串联电路与第二电容C7并联，并与电阻R17与R18组成的串联电路串联。电阻R12与R25组成的串联电路与第三电容C6串联之后，再与第一电容C8以及第二电容C7组成的串联电路并联。第四电容C10与取样电阻R24并联，并且取样电阻R27、R28、R29和第四电容C10组成串联电路之后，再与第一电容C8以及第二电容C7组成的串联电路并联。
本发明实施例中控制电路的工作原理如下：
稳压器Q4为精密稳压器TL432，用来检测交流到直流变换电路101所输入的输入电压，当输入电压高于设定值时，稳压器Q4导通，此时开关管Q3的栅极电压低于1.5V，因此开关管Q3的漏极为断开状态，从而控制第二电容C7和第一电容C8串联工作；反之，当输入电压低于设定值时，稳压器Q4截止，开关管Q3导通，将第二电容C7短路，从而使只有第一电容C8工作，将电容量增加一倍以满足低压时的功率要求。
在本实施例中，设定值不能为低压的上限和高压的下限，因此将该预定值设定为140V，低于140V时只有第一电容C8工作，高于140V时第一电容C8和第二电容C7都工作。进一步的，本发明为了防止电压在设定值附近造成振荡，增加了负反馈电阻R3，调节电阻R3的阻值，可改变电路翻转的回差。
此外，开关管Q3在导通瞬间，由于第二电容C7中有100HZ的纹波电流，所以开关管Q3的导通电流不需选择太大，在本发明实施例中选用5A/500VMOSFET。
本发明提供的上述超宽输入范围开关电源，在有限空间内完成了超宽范围的电压输入，以及超低工作温度的开关电源设计。当需要20W输出的开关电源时，使用本发明提供的上述超宽输入范围开关电源，可实现输入范围是65-460伏的交流电压，此时的工作温度为-25℃-60℃，印刷电路板的尺寸为：100*50mm；如果现有的设计，则BUCK电容必需用2个100UF/400V的电容进行串联才能满足低压低温的要求，此时由于100UF/400V的电容体积太大，无法完成在设置在100*50mm的印刷电路板上。
基于上述控制电路的工作原理，本发明还提供一种对交流电压降压变换的方法，应用于上述超宽输入范围开关电源中，该方法包括在交流到直流变换电路输入高压时，控制第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有第一电容工作。
本发明实施例提供的超宽输入范围开关电源以及对交流电压降压变换的方法，可满足超宽输入范围和耐压的要求，减少电容所占的体积以及电容成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种超宽输入范围开关电源，包括交流到直流变换电路、降压变换电路、直流到直流降压电路以及PWM控制电路，其特征在于，所述降压变换电路包括：
第一电容，与所述交流到直流变换电路连接；
第二电容，与所述第一电容串联；
控制电路，与所述第一电容以及第二电容连接，用于在交流到直流变换电路输入高压时，控制所述第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有所述第一电容工作。
2.如权利要求1所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路包括开关管Q3、稳压器Q4以及电阻R3，其中开关管Q3的漏极及源极分别与第二电容的两端连接，栅极与稳压器Q4的第二端连接；稳压器Q4的第三端接地，第一端通过电阻R3与开关管Q3的漏极连接。
3.如权利要求2所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括第三电容C6、电阻R15以及取样电阻R24，第三电容C6以及电阻R15的两端分别与稳压器Q4的第二端以及第三端连接，取样电阻R24的两端分别与稳压器Q4的第三端以及第一端连接。
4.如权利要求3所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括电阻R17和R18，其中所述R17与R18组成的串联电路与所述第一电容并联。
5.如权利要求4所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括电阻R19和R20，其中电阻R19与R20组成的串联电路与所述第二电容并联，并与所述电阻R17与R18组成的串联电路串联。
6.如权利要求5所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括电阻R12和R25，其中所述电阻R12与R25组成的串联电路与所述第三电容C6串联之后，再与所述第一电容以及第二电容组成的串联电路并联。
7.如权利要求6所述的超宽输入范围开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括取样电阻R27、R28、R29和第四电容C10，其中第四电容C10与取样电阻R24并联，并且取样电阻R27、R28、R29和第四电容C10组成串联电路之后，再与所述第一电容以及第二电容组成的串联电路并联。
8.一种对交流电压降压变换的方法，应用于权利要求1至7任一项所述的超宽输入范围开关电源中，其特征在于，所述方法包括：
在交流到直流变换电路输入高压时，控制所述第一电容与第二电容串联工作，在输入低压时，控制只有所述第一电容工作。
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