CN103840670A - 一种节能型高频开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型高频开关电源，包括有滤波电路模块、整流滤波电路模块、高频反激变换电路模块、输出整流滤波模块、反馈电路模块、控制电路模块和辅助电路模块，其特征在于：所述高频反激变换电路模块包括与高频变压器的初级线圈并联的电容、能量转换线圈和开关管，所述电容、能量转换线圈和开关管构成放电回路，并且能量转换线圈绕在高频变压器的铁芯上。由于对高频反激变换电路模块进行了改进，在放电回路中将等效电阻替换为能量转换线圈，从而将传统的以热能的形式损耗掉的能量通过能量转换线圈转换成磁能后进行输出，不仅实现了能量的再利用，具有节能环保的特点，而且还因发热量的降低，从而延长了节能型高频开关电源的使用寿命。

Description

一种节能型高频开关电源

技术领域

    本发明涉及一种开关电源，具体是指一种高频开关电源。

背景技术

 传统的高频开关电源电路中的主电路：从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网；2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换；3、高频反激变换电路模块：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小；4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 在控制电路方面，一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。传统的高频开关电源电路按TRC控制原理，有三种方式：一、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）：开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式；二、脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM）：导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式；三、混合调制：导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。高频开关电源不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小。

但是，传统的高频开关电源电路中包括高频反激变换电路模块，在高频反激变换电路模块中包含有高频变压器的初级线圈并联的电容，该电容上并联有电阻，在以高频方式工作时，该电阻极易发热，大量的能量以热量的形式被损耗掉了不仅容易烧坏电路板，而且还浪费了能源。

发明内容

    为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种节能环保、使用寿命长的节能型高频开关电源。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种节能型高频开关电源，包括有整流滤波电路模块、控制电路模块、开关管、高频变压器、输出整流滤波模块，所述的整流滤波电路模块输出接所述的高频变压器的初级线圈，所述的输出整流滤波模块与所述的高频变压器的次级线圈相连，所述的开关管在所述的控制电路模块控制下连接在所述的整流滤波电路模块的直流输出端与所述的高频变压器的初级线圈之间；还包括高频反激变换电路模块；

所述高频反激变换电路模块包括与高频变压器的初级线圈并联的储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1，所述储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1构成放电回路。所述的能量转换线圈N3绕在所述的高频变压器的铁芯上。

所述高频反激变换电路模块包括与所述的高频变压器的初级线圈、储能电容C3、能量转换线圈和所述的开关管，所述的高频变压器的初级线圈的同相端接所述的开关管的源极，所述的开关管的漏极接所述的能量转换线圈的异向端，所述的能量转换线圈的同向端接所述的储能电容C3的一极，所述的储能电容C3的另一极接所述的高频变压器的初级线圈的同相端，所述的开关管的栅极接所述的控制电路模块的控制信号输出端。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：在所述的能量转换线圈的同向端与所述的高频变压器的初级线圈的异相端之间设置有二极管D5，所述的二极管D5相极接所述的能量转换线圈的同向端。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：在所述的能量转换线圈的异向端与所述的开关管的漏极之间还设置有二极管D10，所述的二极管D10的阳极接所述的开关管的漏极。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：还包括反馈电路模块，所述的反馈电路模块连接在所述的输出整流滤波模块与所述的控制电路板模块之间，所述的反馈电路模块对所述的输出整流滤波模块的输出电压进行采集并传送给所述的控制电路板模块。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：所述的反馈电路模块包括有精密稳压源U1和线性光耦U2、分压电阻R4、分压电阻R5、限流电阻R6和滤波电容C7；

所述的分压电阻R4和分压电阻R5串连在所述的输出整流滤波模块输出端与地之间，分压电阻R5的一端接地；

所述的精密稳压源U1的阴极通过滤波电容C7接所述的分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点，所述的精密稳压源U1的参考极直接与所述的分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点相连，所述的精密稳压源U1的阳极接地；

所述的线性光耦U2的输入端的阳极通过串连所述的限流电阻接所述的输出整流滤波模块输出端，所述的线性光耦U2的输入端的阴极与所述的精密稳压源U1的阴极相接；所述的线性光耦U2的输出端接所述的控制电路模块。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：所述的控制电路模块包括控制芯片UC3824，控制芯片UC3824的第1、2脚分别与所述的线性光耦U2的输出端相连，控制芯片UC3824的第6脚输出控制信号与所述的开关管的栅极相连。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：所述输出整流滤波模块包括整流二极管D6和整流二极管D7，滤波电容C4、C5、C6，电阻R3和滤波电感L2；

所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阳极均接所述的高频变压器次级线圈的同相端，所述的高频变压器次级线圈的异相端接地；

所述的滤波电容C4与电阻R3串连，所述的滤波电容C4的另一极接所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阳极，电阻R3的另一端接所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阴极；

所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阴极通过所述的滤波电感L2接负载；

所述的滤波电容C5、C6分别在所述的滤波电感L2的两侧接地。

进一步的，上述的节能型高频开关电源中：在所述的整流滤波电路模块与交流电输入之间还设置有输入滤波电路模块；所述的输入滤波电路模块包括抑制正态噪声的抗串模干扰电路和抑制共态噪声干扰的抗共模干扰电路构成。

    本发明的有益效果在于：由于对高频反激变换电路模块进行了改进，在放电回路中将等效电阻替换为能量转换线圈，从而将传统的以热能的形式损耗掉的能量通过能量转换线圈转换成磁能后进行输出，不仅实现了能量的再利用，具有节能环保的特点，而且还因发热量的降低，从而延长了节能型高频开关电源的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的电原理框图；

图2为图1所示的电原理图。

图中：1、输入滤波电路模块； 2、整流滤波电路模块； 3、高频反激变换电路模块； 4、输出整流滤波模块； 5、反馈电路模块；6、控制电路模块。

具体实施方式

如图1、2所示，本实施例是一种节能型高频开关电源，包括有输入滤波电路模块1、整流滤波电路模块2、高频反激变换电路模块3、输出整流滤波模块4、反馈电路模块5、控制电路模块6以及控制电路模块的辅助电路模块，交流电经输入滤波电路模块1低通滤波后，经整流滤波电路模块2产生直流电，一路经高频反激变换电路模块3，再经输出整流滤波模块4输出，反馈电路模块5对输出整流滤波模块4整流后的输出电压进行采样并传送控制电路模块6，控制电路模块6控制高频反激变换电路模块3的开关管S1的工作。

本实施例中高频反激变换电路模块3是关键，包括与高频变压器的初级线圈N1、储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1，高频反激变换电路模块包括与高频变压器的初级线圈并联的储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1，储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1构成放电回路。能量转换线圈N3绕在所述的高频变压器的铁芯上。这样能量转换线圈N3可以直接耦联到输出，减少损耗，降低成本。

高频变压器的初级线圈N1的同相端接开关管S1的源极，开关管S1的漏极接能量转换线圈N3的异向端，能量转换线圈N3的同向端接储能电容C3的一极，储能电容C3的另一极接高频变压器的初级线圈N1的同相端，开关管S1的栅极接控制电路模块6的控制信号输出端。

在高频反激变换电路模块3还包括两个二极管D5和D10，在能量转换线圈N3的同向端与高频变压器的初级线圈N1的异相端之间设置有二极管D5，二极管D5阳极接所述的能量转换线圈N3的同向端。在能量转换线圈N3的异向端与开关管S1的漏极之间设置有二极管D10，二极管D10的阳极接开关管S1的漏极。

这里高频反激变换电路模块3包括与高频变压器的初级线圈N1并联的储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管S1，储能电容C3、二极管D10、能量转换线圈N3和开关管S1构成放电回路，并且能量转换线圈N3绕在高频变压器的铁芯上， 控制电路模块6采用UC3842芯片，开关管S1通过一个二极管D9与UC3842芯片的引脚6电连接，由UC3842芯片产生的控制信号控制。

输入滤波电路模块1设置在整流滤波电路模块之前，对输入交流电进行低通滤波。本实施例中的输入滤波电路1是由抗串模干扰电路和抗共模干扰电路构成，其中抗串模干扰电路是由滤波电容C16、滤波电容C15构成，用于抑制正态噪声，其中滤波电容C16跨接在输入交流电的零线和火线之间，也就是L线和N线之间，滤波电容C15跨接在整流滤波电路的整流电桥的输入端。

抗共模干扰电路是由滤波电容C14、滤波电容C13、滤波电感L1构成，用于抑制共态噪声干扰，滤波电感L1由共轭的两个线圈组成，每个线圈分别串连在输入交流电的L线和N线上，滤波电容C14、滤波电容C13分别连接在输入交流电的L线和N线和地之间。

本实施例中整流滤波电路模块包括由整流二极管D1－D4组成的整流电桥和由滤波电容C1和滤波电容C2组成的滤波电路组成，在整流电桥D1－D4的输出端，通过滤波电容C1和滤波电容C2并联电路接地。

本实施例中输出整流滤波模块4主要是由两个整流二极管D6、D7、一个滤波电容C4与一个电感L2构成，两个整流二极管D6、D7及电容C4并联后与电感L2串联。整流二极管D6和整流二极管D7的阳极均接高频变压器次级线圈N2的同相端，高频变压器次级线圈N2的异相端接地。滤波电容C4与电阻R3串连，滤波电容C4的另一极接整流二极管D6和整流二极管D7的阳极，电阻R3的另一端接整流二极管D6和整流二极管D7的阴极。整流二极管D6和整流二极管D7的阴极通过滤波电感L2接负载。滤波电容C5、C6分别在所述的滤波电感L2的两侧接地。

反馈电路模块5包括有精密稳压源TL431和线性光耦PC817，精密稳压源TL431的输入端与输出整流滤波模块电连接，再通过线性光耦PC817与UC3842芯片的引角1和引角2电连接

    在电路模块中，控制芯片是UC3842芯片中，在UC3842芯片中引脚1是内部误差放大器的输出端，通常此引脚与引脚2接有反馈电路，以确定误差放大器的增益和频响；引脚2是反馈电压输入端，将取样电压加到误差放大器的反相输入端， 再与同相输入端的基准电压（为2.5 V）进行比较，产生误差电压；引脚3是电流检测输入端与取样电阻配合，构成过流保护电路，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3842芯片就停止输出，可以有效地保护功率开关管；引脚4外接锯齿波振荡器外部定时电阻与定时电容，决定振荡频率；引脚5接地；引脚6是输出端，此脚为图腾柱式输出，能提供±1A 的峰值电流，可驱动双极型功率开关管或MOSFET管；引脚7接电源，当供电电压低于16 V 时， UC3842芯片不工作， 耗电在1 mA 以下；输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后， 输入电压可在10～30 V 波动， 低于10V 则停止工作，工作时耗电约为15mA；引脚8是基准电压输出，可输出精确的5 V 基准电压， 电流可达50mA，UC3842芯片的电压率可达0.01%。

反馈电路模块5是连接在4输出整流滤波模块与控制电路板模块4之间，反馈电路模块的作用是对输出整流滤波模块的输出电压进行采集并传送给所控制电路板模块。本实施例中反馈电路模块包括有精密稳压源U1和线性光耦U2、分压电阻R4、分压电阻R5、限流电阻R6和滤波电容C7；分压电阻R4和分压电阻R5串连在输出整流滤波模块输出端与地之间，分压电阻R5的一端接地；精密稳压源U1的阴极通过滤波电容C7接分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点，精密稳压源U1为TL341是美国德州仪器公司（TI ）生产的一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从参考电压Verf（2.5V）到最高36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2欧姆，在很多应用中用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

TL341的参考极直接与分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点相连，精密稳压源TL341的阳极接地；

本实施例中线性光耦U2为PC817，PC817为SHARP 的DIP封装的线性光耦。PC817的输入端的发光二极管的阳极通过串连限流电阻接R6接输出整流滤波模块输出端，线性光耦PC817输入端发光二极管的阴极与精密稳压源TL341的阴极相接，线性光耦PC817的输出端接控制电路模块。。

工作原理：上述实施例以UC3842为核心控制部件，设计一款AC 220V输入。DC24V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。工作时，整流滤波电路模块输出的电压经电阻R1降压后，输送给UC3842芯片的引角7，当电压达到UC3842芯片的启动电压门槛值时，UC3842芯片开始工作并提供驱动脉冲，由脚6输出推动开关管工作。随着UC3842芯片的启动，电阻R1的工作也就基本结束，UC3842芯片主要包括高频振荡、误差比较、欠压锁定、电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。UC3842主要用于高频中小容量开关电源，用它构成的传统离线式反激变换器电路在驱动隔离输出的单端开关时，通常将误差比较器的反向输入端通过反馈绕组经电阻分压得到的信号与内部2.5V基准进行比较，误差比较器的输出端与反向输入端接成PI补偿网络，UC3842芯片通过其内的误差比较器的输出端与采样电压进行比较，从而控制PWM序列的占空比，达到电路稳定的目的。

本专利的最大特点是将高频反激变换电路模块中，在放电回路中将等效电阻替换为能量转换线圈，从而将传统的以热能的形式损耗掉的能量通过能量转换线圈转换成磁能后进行输出，不仅实现了能量的再利用，具有节能环保的特点，而且还因发热量的降低，从而延长了节能型高频开关电源的使用寿命。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种节能型高频开关电源，包括有整流滤波电路模块、控制电路模块、开关管、高频变压器、输出整流滤波模块，所述的整流滤波电路模块输出接所述的高频变压器的初级线圈（N1），所述的输出整流滤波模块与所述的高频变压器的次级线圈（N2）相连，所述的开关管在所述的控制电路模块控制下连接在所述的整流滤波电路模块的直流输出端与所述的高频变压器的初级线圈（N1）之间；其特征在于：还包括高频反激变换电路模块（3）；

所述高频反激变换电路模块包括与高频变压器的初级线圈并联的储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管（S1），所述储能电容C3、能量转换线圈N3和开关管（S1）构成放电回路。

2.根据权利要求1所述的节能型高频开关电源，其特征在于：所述的能量转换线圈N3绕在所述的高频变压器的铁芯上。

3.根据权利要求1或2所述的节能型高频开关电源，其特征在于：所述高频反激变换电路模块包括与所述的高频变压器的初级线圈（N1）、储能电容C3、能量转换线圈（N3）和所述的开关管（S1），所述的高频变压器的初级线圈（N1）的同相端接所述的开关管（S1）的源极，所述的开关管（S1）的漏极接所述的能量转换线圈（N3）的异向端，所述的能量转换线圈（N3）的同向端接所述的储能电容C3的一极，所述的储能电容C3的另一极接所述的高频变压器的初级线圈（N1）的同相端，所述的开关管（S1）的栅极接所述的控制电路模块（7）的控制信号输出端。

4.根据权利要求3所述的节能型高频开关电源，其特征在于：在所述的能量转换线圈（N3）的同向端与所述的高频变压器的初级线圈（N1）的异相端之间设置有二极管D5，所述的二极管D5相极接所述的能量转换线圈（N3）的同向端。

5.根据权利要求3所述的节能型高频开关电源，其特征在于：在所述的能量转换线圈（N3）的异向端与所述的开关管（S1）的漏极之间还设置有二极管D10，所述的二极管D10的阳极接所述的开关管（S1）的漏极。

6.根据权利要求3所述的节能型高频开关电源，其特征在于：还包括反馈电路模块（5），所述的反馈电路模块（5）连接在所述的输出整流滤波模块（4）与所述的控制电路板模块（7）之间，所述的反馈电路模块（5）对所述的输出整流滤波模块（4）的输出电压进行采集并传送给所述的控制电路板模块（7）。

7.根据权利要求6所述的节能型高频开关电源，其特征在于：所述的反馈电路模块（5）包括有精密稳压源U1和线性光耦U2、分压电阻R4、分压电阻R5、限流电阻R6和滤波电容C7；

所述的分压电阻R4和分压电阻R5串连在所述的输出整流滤波模块（4）输出端与地之间，分压电阻R5的一端接地；

所述的精密稳压源U1的阴极通过滤波电容C7接所述的分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点，所述的精密稳压源U1的参考极直接与所述的分压电阻R4和分压电阻R5之间的连接点相连，所述的精密稳压源U1的阳极接地；

所述的线性光耦U2的输入端的阳极通过串连所述的限流电阻接所述的输出整流滤波模块（4）输出端，所述的线性光耦U2的输入端的阴极与所述的精密稳压源U1的阴极相接；所述的线性光耦U2的输出端接所述的控制电路模块（6）。

8.根据权利要求7所述的节能型高频开关电源，其特征在于：所述的控制电路模块包括控制芯片UC3824，控制芯片UC3824的第1、2脚分别与所述的线性光耦U2的输出端相连，控制芯片UC3824的第6脚输出控制信号与所述的开关管（S1）的栅极相连。

9.根据权利要求3所述的节能型高频开关电源，其特征在于：所述输出整流滤波模块（4）包括整流二极管D6和整流二极管D7，滤波电容C4、C5、C6，电阻R3和滤波电感L2；

所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阳极均接所述的高频变压器次级线圈（N2）的同相端，所述的高频变压器次级线圈（N2）的异相端接地；

所述的滤波电容C4与电阻R3串连，所述的滤波电容C4的另一极接所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阳极，电阻R3的另一端接所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阴极；

所述的整流二极管D6和整流二极管D7的阴极通过所述的滤波电感L2接负载；

所述的滤波电容C5、C6分别在所述的滤波电感L2的两侧接地。

10.根据权利要求3所述的节能型高频开关电源，其特征在于：在所述的整流滤波电路模块与交流电输入之间还设置有输入滤波电路模块（1）；所述的输入滤波电路模块（1）包括抑制正态噪声的抗串模干扰电路和抑制共态噪声干扰的抗共模干扰电路构成。