CN107528461A

CN107528461A - 一种脉冲调制高频开关电源

Info

Publication number: CN107528461A
Application number: CN201610434428.6A
Authority: CN
Inventors: 周尧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-19
Filing date: 2016-06-19
Publication date: 2017-12-29

Abstract

本发明涉及一种脉冲调制高频开关电源，属于脉冲调制高频开关电源的技术领域。它包括功率因数校正（功率因数校正电路）电路、熄灭电路、直流‑直流变换电路、输出电流限制电路。所有功能电路布置在一块PCB上,与机壳装配成一体。本发明可广泛应用在舞台灯光设备中。

Description

一种脉冲调制高频开关电源

技术领域

本发明涉及脉冲调制高频开关电源，此电源特别适用于舞台灯光设备上。

技术背景

舞台灯光设备的广泛应用机电一体化控制技术，一台灯具之上使用了大量的步进电机，这些电机的工作电压一般在12V。为提高电源工作效率、减轻设备重量，提供给控制电路和步进电机的电源几乎都是采用27-28V的脉冲调制高频开关电源提供供电。这类电源目前市场上品种繁多，价格也千差万别，厂家为提高产品竟争能力，降低成本是很重要的手段之一，因此针对电源方面，特别研发出一款结构简洁、成本底低廉、装配工艺简单的电源。。

发明内容

本发明提供一种可靠性高，结构简单，容易装配，生产成本低的脉冲调制高频开关电源，包括功率因数校正电路、直流-直流变换电路、输出电流限制电路。功率因数校正电路电路校正输入电压与电流之间的相位，使电流波形跟踪电压波形变化，降低电流谐波对电网的污染。直流-直流变换电路完成直流高压到直流低压的变换工作，通过变压器隔离输出到整流电路，所有功能电路布置在一块PCB板上，所述PCB板与机壳成一体结构。

进一步地，所述功率因数校正电路采用安森美公司的集成电路NPC1653A作为控制器。NPC1653A控制器通过对输入市电电压波形跟踪，输出PWM脉冲开关信号对开关管进行控制，使输入电流相位与输入电压保持高度一至。

进一步地，所述直流-直流变换级采用飞兆半导体公司的集成电路FSFR2100作为控制功率开关。通过与变压器、谐振电容、输出整流滤波电路、输出电压采样电路的结合，实现直流高电压到直流低电压的变换和稳定，同时也对输出电流进行限制。

进一步地，所述电源还包括电压熄灭电路。当功率因数校正电路输出电压过低或停止工作时，该电路关闭直流-直流变换级工作电源，也即FSFR2100控制功率开关停止工作，起到保护整体电路的目的。

进一步地，所述电源还包括具有输入电磁兼容滤波（EMC）电路。整流滤波电路对变压器输出脉动电压进行全波整流和滤波，得到所需直流电。

更进一步地，所述滤波电路由两个共模电感与两个X电容组成。一方面起到消除电网对电源的干扰作用，另一方面又阻止电源开关杂讯对电网的污染。

本电源采用有源功率因数校正电路，采用安森美的NPC1653A集成电路作为校正控制器；直流-直流变换级电路采用飞兆半导体公司的集成电路FSFR2100作为PWM控制和功率开关；这两种电路的组合，既简化了设计，又降低了成本，达到提高经济效益的目的。

具体实施方式

1．采用有源功率因数校正电路对输入电流作校正处理，使输入电流与输入电压波形接近正弦波，极大地减少了对电网的污染。本发明采用安森美的NPC1653A功率因数校正控制器作为校正控制器，并根据其所提供的方案设计本实用电路。该电路主要由功率因数校正控制器U1、电感L3，功率开关管Q3，二极管D3、D4，整流桥堆RB1，滤波电容C5、C25、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R20、R21等元件组成。市电通过EMC滤波网络后加到整流桥堆RB1的输入端，经过整流后输出100Hz半正弦波电压，此电压加到电感L3输入端，同时也通过R9、R20加到功率因数校正控制器U1的第3脚，流经R9、R20的电流信息注入U1的第3脚，作为U1对输入电压的取样信息；另一方面功率因数校正电路输出电压经过电阻R13加到U1的第1脚，给该脚输入一定的电流，这个电流信息包含了输出电压的信息，控制器U1完成这两个信息的处理，从U1的第7脚输出适当宽度的脉冲，这个脉冲通过电阻R7加到开关管Q3的栅极，从而控制开关管Q3的开关状态，达到功率因数校正电路输出电压稳定。

2．直流—直流变换电路采用飞兆半导体公司的集成电路FSFR2100作为PWM控制和功率开关，并根据其所提供的方案设计本实用电路。控制器的功率开关器件与变压器的电感、漏感、谐振电容构成LLC拓扑，使电源具有较高的工作效率，也有较好的电磁兼容性，同时该级电路还实现初级电流限制功能。该电路主要由PWM控制功率开关U3，变压器T1，电容C、6、C7、C8、C9、C10、C11、C19、C23，二极管D5、D6和光耦U2组成。另外该部分还包括输出电压反馈电路，以控制输出电压在设定值和稳定电压。PWM控制功率开关U3工作电压由熄灭电路提供，在功率因数校正电路输出电压正常情况下熄灭电路三极管Q4导通，控制功率开关U3工作，其内部上下桥臂开关管轮流导通关断。功率因数校正电路输出380V电压一方面加在U3上桥臂的开关管漏极，另外还加在谐振电容C8、C9一端，C8、C9另一端与变压器一端连接，变压器另一端与U1上下桥臂中点连接， C8、C9与变压器的漏感形成谐振网络，在上下桥臂的轮流导通关断情况下，在谐振回路中形成谐振电流，变压器输出电压。

3．熄灭电路对功率因数校正（功率因数校正电路）电路的输出电压做监测，当功率因数校正电路输出的电压过低时，熄灭电路将关闭直流—直流变换级电源，使FSFR2100PWM控制器停止工作，从而保护功率因数校正电路电路和直流—直流变换级电路。该电路主要由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，三极管Q1、Q2，二板管D1、D2、D7组成和电容C3。功率因数校正电路输出的电压电阻R1、R2分压，R1、R2中点的电压加到三极管Q1基极，当功率因数校正电路输出电压低于330V时，三极管Q1不能导通，开关三极管Q4也不导通；一方面功率因数校正电路输出的电压通过电阻R3给电容C24充电，C24电压上升，这个电压加在开关三极管Q4发射极作为直流—直流变换级FSFR2100控制器的工作电压，此时由于Q4不导通而没有电压输出，FSFR2100控制器不工作。当功率因数校正电路输出电压高于330V时，三极管Q1导通，开关三极管Q4也导通，C24通过三极管Q4加到直流—直流变换级FSFR2100控制器的电压输入端，FSFR2100控制器开始工作。

Claims

1.一种脉冲调制高频开关电源，包括功率因数校正电路、直流-直流变换电路、输出电流限制电路，其特征是，所有功能电路布置在一块PCB板上，所述PCB板与机壳成一体结构。

2.根据权利要求1-3任一项所述脉冲调制高频开关电源，其特征是，所述功率因数校正电路采用安森美公司的集成电路NPC1653A作为控制器。

3.根据权利要求1-3任一项所述的脉冲调制高频开关电源，其特征是，所述直流-直流变换级采用飞兆半导体公司的集成电路FSFR2100作为控制功率开关。

4.根据权利要求1-3任一项所述的脉冲调制高频开关电源，其特征是，所述电源还包括电压熄灭电路。

5.根据权利要求1-3任一项所述的脉冲调制高频开关电源，其特征是，所述电源还包括具有输入电磁兼容滤波电路。