CN106936324A - 一种自动转换开关电器控制器专用电源 - Google Patents

一种自动转换开关电器控制器专用电源 Download PDF

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周慧
任婧
刘洋
李双佑
沈飞飞
王健
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Abstract

本发明公开了一种自动转换开关电器控制器专用电源，包括：整流滤波模块、功率变换块、漏感吸收模块和控制模块；整流滤波模块有两个，分别与所述自动转换开关要转换的两个电源POWER1和POWER2连接，将高压交流电源转换成脉动的直流电压，再接入漏感吸收模块、功率变换模块和控制模块供电；漏感吸收模块用于保护功率变换模块中的元器件N型MOSFET，功率变换模块用于将两个电源的电压转换成可供控制器使用的电压；控制模块用于实现两个电源的同时输入，单一输出，并控制输出电压维持在所需电压。该自动转换开关电器控制器专用电源具有两个输入接口，可以同时将两路不同的电源同时接在其输入接口上，产生一路或者多路输出。

Description

一种自动转换开关电器控制器专用电源
技术领域
本发明属于自动转换开关电器技术领域，特别是涉及一种自动转换开关电器控制器专用电源。
背景技术
随着现代社会经济的发展，人们对于配电系统可靠性的要求越来越高，从而对配电电器元件的要求也在提高。由于自动转换开关往往作为一级或者特级负荷的供电电源端，所以对他的要求也是比较高的。
传统的自动转换开关电器控制器电源往往是由两个工频变压器或者两个开关电源来组成的。两个电源之间没有任何联系。属于将两个单输入电源简单并列连接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新式的自动转换开关电器控制器专用电源，这种专用电源具有两个输入接口，可以同时将两路不同的电源同时接在其输入接口上，产生一路或者多路输出。
为了达到上述目的，本发明提供一种自动转换开关电器控制器专用电源包括：整流滤波模块、功率变换块、漏感吸收模块、控制模块；
所述整流滤波模块有两个，分别与所述自动转换开关要转换的两个电源POWER1和POWER2连接，将高压交流电源转换成脉动的直流电压，再接入所述漏感吸收模块、功率变换模块和控制模块供电；
所述功率变换模块包括N型MOSFET QA1、N型MOSFET QB1、功率变压器TA1、和功率变压器TB1；与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QA1的漏极相连；N型MOSFET QA1的源极与N型MOSFET QB1的源极相连，并共同连接参考点；对称的，与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TB1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QB1的漏极相连；功率变压器TA1一次侧的管脚5与二极管DA7的阳极相连接，管脚8接参考点；功率变压器TB1一次侧的管脚5与二极管DB7的阳极相连接，管脚8接参考点；二极管DA7、DB7的阴极分别接POWER端；
所述漏感吸收模块有两个，分别连接在所述整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与N型MOSFET的漏极之间，用于保护N型MOSFET QA1、QB1；
所述控制模块包括正向输入模块和反馈模块；所述正向输入模块包括二极管DA5、二极管DB5、电阻器RA5、电阻器RB5、电阻器RC1、电阻器RC2和PWM芯片UC1；二极管DA5的阳极与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DA5的阴极与电阻器RA5相连，电阻器RA5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；同时，二极管DB5的阳极与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DB5的阴极与电阻器RB5相连，电阻器RB5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；PWM芯片UC1的VDD管脚接电容CC1的第一端，电容CC1的第二端接参考点；PWM芯片UC1的VDD管脚接POWER端(同二极管DA7、DB7的阴极所连接的POWER端)；PWM芯片UC1的FB管脚接电容CC2的第一端，电容CC2的第二端接参考点；PWM芯片UC1的CS管脚接电容CC3的第一端，电容CC3的第二端接参考点；PWM芯片UC1的GND管脚接参考点；PWM芯片UC1的DRV管脚同时连接电阻RC1和电阻RC2，电阻RC1接N型MOSFETQA1的栅极，电阻RC2接N型MOSFET QB1的栅极，进而控制所述功率变化模块中功率变压器TA1和功率变压器TB1输出端电压；
所述反馈模块包括光电耦合器UC2、二极管CA8、二极管CB8、电阻器RC3～RC7、电容器CC4和电容器CC5；二极管CA8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TA1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TA1的输出线圈的管脚6接地；二极管CB8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TB1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TB1的输出线圈的管脚6接地；二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出控制器使用电压；
光电耦合器UC2的输出端的集电极与PWM芯片UC1的FB管脚相连，发射极与参考点相连；光电耦合器UC2的输入侧的阳极与电阻器RC3、RC4相连；电阻器RC3的另一侧与二极管CA8的阴极、二极管CB8的阴极相连，
电阻器RC4的另一端与三端稳压器UC3的3脚、电阻器CC4的第一端、电容器CC5的第一端相连，三端稳压器UC3的2脚接地，电容器CC5串联电阻RC6后与电容器CC4的第二端相连，电容器CC4的第二端与电阻器RC5的第一端连接，电阻器RC5的第二端接在二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出的控制器使用电压上；同时，三端稳压器UC3的1脚和电阻器RC7的第一端均与电容器CC4的第二端相连，电阻器RC7的第二端接地。
进一步，所述两块整流滤波模块结构相同，与POWER1相连的整流滤波模块所涉及的元器件标记为A，与POWER2相连的整流滤波模块所涉及的元器件标记为B，以下以与POWER1相连的整流滤波模块为准，描述整流滤波模块的结构；包括电阻器RA1～RA4、二极管DA1～DA4、电容器CA1～CA2元器件，电阻器RA1-RA4依次串联，电源POWER1的输入端POWER1_A与二极管DA1的阳极、DA3的阴极连接，POWER1_N与二极管DA2的阳极、DA4的阴极连接；二极管DA1和二极管DA2的阴极与电容器CA1的正电源端、电阻器RA1的一端相连接；二极管DA3和二极管DA4的阳极与电容器CA2的负电源端、电阻器RA4的一端相连接；电容器CA1和电容器CA2首尾串联，其中间连接点与电阻器RA2和电阻器RA3的中间点相连。
进一步，所述两个漏感吸收模块结构相同，与POWER1相连所涉及的元器件标记为A，与POWER2相连的元器件标记为B，以下以与POWER1相连的漏感吸收模块为例描述漏感吸收模块的结构。所述漏感吸收模块包括电阻器RA6、电容器CA3和二极管DA6；电阻器RA6的一端连接在整流滤波模块输出的直流电压的正输入端，另一端连接在二极管DA6的阴极，二极管DA6的阳极与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输出管脚3相连；电容器CA3与电阻器RA6并联。
本发明提供的自动转换开关电器控制器专用电源具有下述技术效果：
1)具有两路电源输入接口，并且两路接口能够同时输入不同配电回路的电源，并且可以输出一路电源。
2)相比于两路电源的产品，降低了产品的成本。
3)体积小，重量轻。
附图说明
图1为本发明提供的自动转换开关电器控制器专用电源的总电路图。
图2a为与电源POWER1连接的整流滤波模块的电路图；
图2b为与电源POWER2连接的整流滤波模块的电路图；
图3为功率变换模块的电路图；
图4a为与电源POWER1连接的漏感吸收模块的电路图；
图4b为与电源POWER2连接的漏感吸收模块的电路图；
图5为控制模块的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种自动转换开关电器控制器专用电源包括：整流滤波模块、功率变换块、漏感吸收模块、控制模块；
所述整流滤波模块有两个，分别与所述自动转换开关要转换的两个电源POWER1和POWER2连接，将高压交流电源转换成脉动的直流电压，再接入所述漏感吸收模块、功率变换模块和控制模块供电；
所述功率变换模块包括N型MOSFET QA1、N型MOSFET QB1、功率变压器TA1、和功率变压器TB1；与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QA1的漏极相连；N型MOSFET QA1的源极与N型MOSFET QB1的源极相连，并共同连接参考点；对称的，与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TB1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QB1的漏极相连；功率变压器TA1一次侧的管脚5与二极管DA7的阳极相连接，管脚8接参考点；功率变压器TB1一次侧的管脚5与二极管DB7的阳极相连接，管脚8接参考点；二极管DA7、DB7的阴极分别接POWER端；
所述漏感吸收模块有两个，分别连接在所述整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与N型MOSFET的漏极之间，用于保护N型MOSFET QA1、QB1；
所述控制模块包括正向输入模块和反馈模块；所述正向输入模块包括二极管DA5、二极管DB5、电阻器RA5、电阻器RB5、电阻器RC1、电阻器RC2和PWM芯片UC1；二极管DA5的阳极与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DA5的阴极与电阻器RA5相连，电阻器RA5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；同时，二极管DB5的阳极与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DB5的阴极与电阻器RB5相连，电阻器RB5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；PWM芯片UC1的VDD管脚接电容CC1的第一端，电容CC1的第二端接参考点；PWM芯片UC1的VDD管脚接POWER端(同二极管DA7、DB7的阴极所连接的POWER端)；PWM芯片UC1的FB管脚接电容CC2的第一端，电容CC2的第二端接参考点；PWM芯片UC1的CS管脚接电容CC3的第一端，电容CC3的第二端接参考点；PWM芯片UC1的GND管脚接参考点；PWM芯片UC1的DRV管脚同时连接电阻RC1和电阻RC2，电阻RC1接N型MOSFET QA1的栅极，电阻RC2接N型MOSFET QB1的栅极，进而控制所述功率变化模块中功率变压器TA1和功率变压器TB1输出端电压；
所述反馈模块包括光电耦合器UC2、二极管CA8、二极管CB8、电阻器RC3～RC7、电容器CC4和电容器CC5；二极管CA8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TA1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TA1的输出线圈的管脚6接地；二极管CB8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TB1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TB1的输出线圈的管脚6接地；二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出24V电压；
光电耦合器UC2的输出端的集电极与PWM芯片UC1的FB管脚相连，发射极与参考点相连；光电耦合器UC2的输入侧的阳极与电阻器RC3、RC4相连；电阻器RC3的另一侧与二极管CA8的阴极、二极管CB8的阴极相连，
电阻器RC4的另一端与三端稳压器UC3的3脚、电阻器CC4的第一端、电容器CC5的第一端相连，三端稳压器UC3的2脚接地，电容器CC5串联电阻RC6后与电容器CC4的第二端相连，电容器CC4的第二端与电阻器RC5的第一端连接，电阻器RC5的第二端接在二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出的24V电压上；同时，三端稳压器UC3的1脚和电阻器RC7的第一端均与电容器CC4的第二端相连，电阻器RC7的第二端接地。
自动转换开关电器控制器连接在二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极之间24V电压上；为自动转换开关电器控制器供电。
优选，可以在与整流滤波模块、漏感吸收模块和功率变压器TA1的管脚1与电源POWER1相连后接电容CA4、电容CA5后接地。对应的在电源POWER2相连后接电容CB4、电容CB5后接地。
功率变换模块的工作方式为：通过接收控制模块的驱动信号，使得N型MOSFETQA1、QB1同时打开，这样就能够允许POWER1和POWER2的脉动直流电中的能量分别通过功率变压器TA1、TB1继而分别通过N型MOSFET QA1、QB1达到参考点上；这样，就能够将能量存储在功率变压器TA1、TB1中的一次侧，而在N型MOSFET QA1、QB1接收到控制模块的驱动信号同时关闭的时候，功率变压器中存储的能量就会传递到功率变压器的二次侧，形成一次完整的能量传输。
控制模块的工作方式为：电源POWER1、POWER2分别将整流后产生的直流脉动电源通过二极管DA5、DB5、电阻器RA5、RB5送入芯片UC1的HV管脚，用来提供工作电源，维持其正常工作。电容器CC1的作用是，提供芯片UC1的内部工作电源的基准稳压源。
通过电阻器RC5、RC7能够在芯片UC3的3脚产生一个理想的标准24V电压。此电压通过光电耦合器输入端、电阻器RC3与功率变压器实际传送到二次侧的电压相比较，其差值会产生一个微弱的电流，此电流将会驱动光电耦合器线性导通，从而影响到光电耦合器输出侧漏极的电压的大小，此电压会进入到芯片UC1与其内部定时器产生的三角波波形进行比较，产生占空比控制波形，会驱动DRV引脚产生一个高压电平，分别通过电阻器RC1、RC2来控制N型MOSFET QA1、QB1的导通，从而驱动整个功率变换模块开始工作。同时，由于其整个功率变换器的整体拓扑结构决定了，它在快速相应时期会发生二次谐波震荡，因此加入由电容器CC4、CC5、电阻器RC6组成的二阶电路，用来改变拓扑结构的零极点相应特性。
本发明所述自动转换开关电器专用电源工作流程如下，两路交流电源分别通过整流滤波电路变换成为直流脉动电源，直流脉动电源的正极分别通过二极管DA5、DB5电阻器RA5、RB5直接连接到芯片UC1的HV管脚，来提供启动工作电源，当UC1启动之后，通过DVR管脚输出高电平，分别驱动NMOSFET QA1、QB1的栅极使得NMOSFET导通，致使电流分别通过NMOSFET QA1、QB1源极与漏极导通，使得电流通过功率变压器TA1、TB1。当DRV管脚截止时，功率变压器TA1的第一绕组产生反向电动势，由吸收回路将其吸收。此时，能量分别由原边传递到功率变压器TA1、TB1的副边，通分别过二极管CA8、CB8，输出到负载侧，形成标准24V电压。
在本发明的具体实施方式中，所述两块整流滤波模块结构相同，与POWER1相连的整流滤波模块所涉及的元器件标记为A，与POWER2相连的整流滤波模块所涉及的元器件标记为B，以下以与POWER1相连的整流滤波模块为准，描述整流滤波模块的结构；包括电阻器RA1～RA4、二极管DA1～DA4、电容器CA1～CA2元器件，电阻器RA1-RA4依次串联，电源POWER1的输入端POWER1_A与二极管DA1的阳极、DA3的阴极连接，POWER1_N与二极管DA2的阳极、DA4的阴极连接；二极管DA1和二极管DA2的阴极与电容器CA1的正电源端、电阻器RA1的一端相连接；二极管DA3和二极管DA4的阳极与电容器CA2的负电源端、电阻器RA4的一端相连接；电容器CA1和电容器CA2首尾串联，其中间连接点与电阻器RA2和电阻器RA3的中间点相连。
整流滤波模块的工作方式如下：在电源POWER1的输入端，高压交流电源通过二极管DA1-DA4之后转换成为脉动的直流电压。通过电容器CA1-CA2，使得脉动的直流电压更加趋于平缓，通过分析在电压正常与非正常情况下的脉动的直流电压的波形，计算出相应的电容器的需求，电阻器RA1-RA4的目的是将脉动的直流电压平均分配到相应的电容器上。
同样，电源POWER2连接相同结构的整流滤波模块，实现相同功能(在附图中，为了区别电源POWER1和电源POWER2，与前者相连的元器件用A表示，与后者相连的元器件用B表示。)
所述两个漏感吸收模块结构相同，与POWER1相连所涉及的元器件标记为A，与POWER2相连的元器件标记为B，以下以与POWER1相连的漏感吸收模块为例描述漏感吸收模块的结构。在本发明的具体实施方式中，所述漏感吸收模块包括电阻器RA6、电容器CA3和二极管DA6；电阻器RA6的一端连接在整流滤波模块输出的直流电压的正输入端，另一端连接在二极管DA6的阴极，二极管DA6的阳极与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输出管脚3相连；电容器CA3与电阻器RA6并联。
漏感吸收模块的工作方式如下：依靠二极管DA6的反向保护，在N型MOSFET QA1关闭的时刻，建立一条由电阻器RA6、电容器CA3组成的RC震荡泄放路径，将PCB铜箔以及变压器TA1中的漏感中的寄生能量通过本路径泄放掉，从而实现保护N型MOSFET QA1的功能。
在电源2的漏感吸收模块，电阻器RB6、电容器CB3、二极管DB6。也同样实现相同的功能。
同样，与电源POWER2整流滤波模块相连的漏感吸收模块的结构相同，实现相同功能(在附图中，为了区别电源POWER1和电源POWER2，与前者相连的元器件用A表示，与后者相连的元器件用B表示。)

Claims (3)

1.一种自动转换开关电器控制器专用电源包括：整流滤波模块、功率变换块、漏感吸收模块和控制模块；
所述整流滤波模块有两个，分别与所述自动转换开关要转换的两个电源POWER1和POWER2连接，将高压交流电源转换成脉动的直流电压，再接入所述漏感吸收模块、功率变换模块和控制模块供电；
所述功率变换模块包括N型MOSFET QA1、N型MOSFET QB1、功率变压器TA1、和功率变压器TB1；与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QA1的漏极相连；N型MOSFET QA1的源极与N型MOSFET QB1的源极相连，并共同连接参考点；对称的，与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与功率变压器TB1的一次侧输入线圈的输入管脚1相连，其输出管脚3与N型MOSFET QB1的漏极相连；功率变压器TA1一次侧的管脚5与二极管DA7的阳极相连接，管脚8接参考点；功率变压器TB1一次侧的管脚5与二极管DB7的阳极相连接，管脚8接参考点；二极管DA7、DB7的阴极分别接POWER端；
所述漏感吸收模块有两个，分别连接在所述整流滤波模块输出的直流电压的正输入端与N型MOSFET的漏极之间，用于保护N型MOSFET QA1、QB1；
所述控制模块包括正向输入模块和反馈模块；所述正向输入模块包括二极管DA5、二极管DB5、电阻器RA5、电阻器RB5、电阻器RC1、电阻器RC2和PWM芯片UC1；二极管DA5的阳极与所述电源POWER1相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DA5的阴极与电阻器RA5相连，电阻器RA5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；同时，二极管DB5的阳极与所述电源POWER2相连的整流滤波模块输出的直流电压的正输入端相连，二极管DB5的阴极与电阻器RB5相连，电阻器RB5与PWM芯片UC1的HV管脚相连；PWM芯片UC1的VDD管脚接电容CC1的第一端，电容CC1的第二端接参考点；PWM芯片UC1的VDD管脚接POWER端；PWM芯片UC1的FB管脚接电容CC2的第一端，电容CC2的第二端接参考点；PWM芯片UC1的CS管脚接电容CC3的第一端，电容CC3的第二端接参考点；PWM芯片UC1的GND管脚接参考点；PWM芯片UC1的DRV管脚同时连接电阻RC1和电阻RC2，电阻RC1接N型MOSFET QA1的栅极，电阻RC2接N型MOSFET QB1的栅极，进而控制所述功率变化模块中功率变压器TA1和功率变压器TB1输出端电压；所述反馈模块包括光电耦合器UC2、二极管CA8、二极管CB8、电阻器RC3～RC7、电容器CC4和电容器CC5；二极管CA8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TA1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TA1的输出线圈的管脚6接地；二极管CB8的阳极与所述功率变换模块中的功率变压器TB1的输出线圈的管脚7相连，功率变压器TB1的输出线圈的管脚6接地；二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出控制器使用电压；光电耦合器UC2的输出端的集电极与PWM芯片UC1的FB管脚相连，发射极与参考点相连；光电耦合器UC2的输入侧的阳极与电阻器RC3、RC4相连；电阻器RC3的另一侧与二极管CA8的阴极、二极管CB8的阴极相连，电阻器RC4的另一端与三端稳压器UC3的3脚、电阻器CC4的第一端、电容器CC5的第一端相连，三端稳压器UC3的2脚接地，电容器CC5串联电阻RC6后与电容器CC4的第二端相连，电容器CC4的第二端与电阻器RC5的第一端连接，电阻器RC5的第二端接在二极管CA8的阴极和二极管CB8的阴极输出的控制器使用电压上；同时，三端稳压器UC3的1脚和电阻器RC7的第一端均与电容器CC4的第二端相连，电阻器RC7的第二端接地。
2.如权利要求1所述自动转换开关电器控制器专用电源，其特征在于：所述整流滤波模块包括电阻器RA1～RA4、二极管DA1～DA4、电容器CA1～CA2元器件，电阻器RA1-RA4依次串联，电源POWER1的输入端POWER1_A与二极管DA1的阳极、DA3的阴极连接，POWER1_N与二极管DA2的阳极、DA4的阴极连接；二极管DA1和二极管DA2的阴极与电容器CA1的正电源端、电阻器RA1的一端相连接；二极管DA3和二极管DA4的阳极与电容器CA2的负电源端、电阻器RA4的一端相连接；电容器CA1和电容器CA2首尾串联，其中间连接点与电阻器RA2和电阻器RA3的中间点相连。
3.如权利要求1所述自动转换开关电器控制器专用电源，其特征在于：所述漏感吸收模块包括电阻器RA6、电容器CA3和二极管DA6；电阻器RA6的一端连接在整流滤波模块输出的直流电压的正输入端，另一端连接在二极管DA6的阴极，二极管DA6的阳极与功率变压器TA1的一次侧输入线圈的输出管脚3相连；电容器CA3与电阻器RA6并联。
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