CN107968555A - 一种用于高压输入的耐压电路及开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压输入的耐压电路及开关电路，该耐压电路应用于开关电源，包括变压器，包括原边绕组和副边绕组；分压限流电路，连接在外部高压电源的正输入端和负输入端之间，对外部高压电源提供的输入电压进行分压限流；控制电路，输出控制信号调节变压器的输出功率；控制电路包括主控开关；分压电路，分别与主控开关和分压限流电路连接，在开关电源通电时，对外部高压电源提供的输入电压进行分压；或者在变压器的副边绕组输出副边电压时，对外部高压电源提供的输入电压和原边绕组上的反射电压进行分压，以降低加载在主控开关上的电压。本发明以低成本降低加载在主控开关上的电压，保证开关电源的安全性及可靠性。

Description

一种用于高压输入的耐压电路及开关电路

技术领域

本发明涉及开关电源的技术领域，更具体地说，涉及一种用于高压输入的耐压电路及开关电路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代，计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。进入90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外，开关电源的发展与应用在安防监控、切纸能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

然而，业界对高压输入与宽范围交流电压输入的需求不断增加(如：某些地区与部分输入电压稳定性较差的国家与地区、或利用发电机作为输入电压供电的应用场合，一般会采用如277277VAC/347VAC/400VAC/480VAC等高压输入电压)，导致开关电源的输入电压也越来越高，相应的设计者为了符合这些高压输入，采用的一般电路是双管反激，双管正激，高压的LLC等等电路，这些电路一致的特性是成本太高。另外，在输入电压过高或者输入开关打火的情况下，存在超过晶体管最大耐压的现象，进而导致晶体管被损坏。对于小功率高压输入产品的应用领域受到使用局限性，降低了产品的实用性及应用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于高压输入的耐压电路及开关电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于高压输入的耐压电路，应用于开关电源中，包括：

变压器，包括原边绕组和副边绕组；

分压限流电路，连接在外部高压电源的正输入端和负输入端之间，用于对所述外部高压电源提供的输入电压进行分压限流；

控制电路，用于输出控制信号调节所述变压器的输出功率；所述控制电路包括主控开关；

分压电路，分别与所述主控开关和所述分压限流电路连接，用于在所述开关电源通电时，对所述外部高压电源提供的输入电压进行分压；或者，在所述变压器的副边绕组输出副边电压时，对所述外部高压电源提供的输入电压和所述原边绕组上的反射电压进行分压，以降低加载在主控开关上的电压。

优选地，还包括：

第二钳位电路，连接在所述原边绕组的第一端和第二端之间，用于在所述变压器的副边绕组输出副边电压时，吸收所述原边绕组上的尖峰电压。

优选地，所述第二钳位电路包括第二稳压管和第一二极管；

所述第二稳压管的阳极与所述变压器的原边绕组的第一端连接，所述第二稳压管的阳极还与所述外部高压电源的正输入端连接，所述第二稳压管的阴极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述变压器的原边绕组的第二端连接，所述第一二极管的阳极还与所述分压电路连接。

优选地，还包括第三钳位电路，所述第三钳位电路的第一端与所述分压限流电路连接，所述第三钳位电路的第二端连接在所述分压电路与所述控制电路的连接节点之间。

优选地，所述分压限流电路包括限流电路和第一钳位电路，限流电路的输入端与所述外部高压电源的正输入端连接，所述限流电路的输出端通过所述第一钳位电路连接所述外部高压电源的负输入端。

优选地，所述限流电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一钳位电路包括第一稳压管；

所述第一电阻的第一端与所述外部高压电源的正输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一稳压管的阴极连接，所述第一稳压管的阳极与所述外部高压电源的负输入端连接；

所述第一电阻的第一端为所述限流电路的输入端，所述第三电阻的第二端为所述限流电路的输出端。

优选地，所述分压电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述第二电阻和第三电阻之间的连接节点连接，所述第一MOS管的源极与所述控制电路连接，所述第一MOS管的漏极与所述变压器的原边绕组的第二端连接。

优选地，所述第三钳位电路包括第三稳压管，所述第三稳压管的阴极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三稳压管的阳极与所述第一MOS管的源极连接。

所述控制电路还包括与所述主控开关连接的反馈电路，所述主控开关包括开关MOS管；

所述开关MOS管的漏极与所述第一MOS管的源极连接，所述开关MOS管的源极与所述外部高压电源的负输入端连接，所述开关MOS管的栅极与所述反馈电路连接，所述反馈电路还与所述外部高压电源的负输入端连接。

本发明还提供一种开关电源，包括以上所述的用于高压输入的耐压电路。

实施本发明的用于高压输入的耐压电路，具有以下有益效果：本发明的的耐压电路体积小、可靠性高、成本低，通过设置分压限流电路对输入电压进行分压，同时通过分压电路的分压，可使加载在控制电路上的电压降低，同时减小控制电路内主控开关的耐压，有效地保证开关电源的安全性及可靠性，可适用范围更广，实用性好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明用于高压输入的耐压电路一实施例的结构示意图；

图2是本发明用于高压输入的耐压电路一实施例的电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参阅图1，图1为本发明用于高压输入的耐压电路一实施例的结构示意图，本实施例的用于高压输入的耐压电路可应用于输入电压包括但不限于277VAC/347VAC/400VAC/480VAC等高压。该耐压电路可以在高压输入或者输入开关打火的情况下，可有效降低电源控制电路中的主控开关上的压降，同时降低主控开关的耐压，避免因超过主控开关的耐压而损坏主控开关，延长了电源的使用

如图1所示，本实施例的用于高压输入的耐压电路，可应用于开关电源(如小功率高压输入的开关电源)中，具体可以包括：变压器、分压限流电路10、控制电路40以及分压电路30。

具体的，在本实施例中，

变压器，包括原边绕组和副边绕组；原边绕组主要用于根据外部高压输出电源提供的输入电压产生相应的原边电流并储存能量。其中，原边绕组的第一端与外部高压电源的正输入端通过导通连接，原边绕组的第二端与第二钳位电路20和分压电路30连接。副边绕组，用于传递能量，并输出相应的副边电压至负载给负载供电。

可选的，本实施例的变压器可以为反激式变压器，其中，反激式变压器在原边绕组储存能量的过程中，反激式变压器的副边绕组为截止状态，即原边绕组上的能量不传递至副边绕组，副边绕组无电能输出。

分压限流电路10，连接在外部高压电源的正输入端和负输入端之间，用于对外部高压电源提供的输入电压进行分压限流。

可选的，在本实施例中，分压限流电路10可以包括限流电路101和第一钳位电路102。限流电路101的输入端与外部高压电源的正输入端连接，限流电路101的输出端通过第一钳位电路102连接外部高压电源的负输入端。

限流电路101，可以包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一钳位电路102包括第一稳压管；第一电阻的第一端与外部高压电源的正输入端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端与第一稳压管的阴极连接，第一稳压管的阳极与外部高压电源的负输入端连接；其中，第一电阻的第一端为限流电路101的输入端，第三电阻的第二端为限流电路101的输出端。在此，由于外部高压电源提供的输入电压为高电压，因此，第一钳位电路102的钳位电压需选择高钳位电压，具体数值需根据所输入的输入电压范围进行确定。本发明不作具体限定。

可以理解地，在本实施例中，限流电路中的电阻数量并不限于前述的三个电阻，其具体数量以及电阻的阻值可以根据实际的电路设计确定，本发明不作具体限定。

控制电路40，用于输出控制信号调节变压器的输出功率；控制电路40包括主控开关401。可以理解地，在本实施例中，控制电路40还可以包括主控IC，其中，主控开关401的控制端与主控IC的驱动端连接，根据主控IC的驱动端输出的控制信号导通或关断。主控IC所输出的控制信号可以为PWM信号，主控IC通过调节PWM信号的脉冲宽度，进而控制主控开关401导通或关断时间，从而实现对变压器的输出功率的调节。主控开关401对变压器输出功率的调节原理为，通过主控IC输出的控制信号控制主控开关401的导通或关断时间的长度，进而控制变压器原边绕组的原边电流，即控制变压器原边绕组的储能时间，最终实现对变压器输出功率的调节。

在本实施例中，主控开关401可以包括开关MOS管，即本实施例的主控开关401可以为开关MOS管。

可选的，在本实施例中，控制电路40还可以包括与主控开关401连接的反馈电路402。反馈电路402主要用于采集变压器次级输出的信号，并根据所采集的信号发送反馈信号至主控IC，主控IC根据反馈信号输出相应的控制信号控制主控开关401的导通或关断，进而调节变压器的原边电流，最终实现目标输出。在一个具体中，开关MOS管的漏极与分压电路30连接，开关MOS管的源极与外部高压电源的负输入端连接，开关MOS管的栅极与反馈电路402连接，且反馈电路402还与外部高压电源的负输入端连接。

分压电路30，分别与主控开关401和分压限流电路10连接，用于在开关电源通电时，对外部高压电源提供的输入电压进行分压；或者，在变压器的副边绕组输出副边电压时，对外部高压电源提供的输入电压和原边绕组上的反射电压进行分压，以降低加载在主控开关401上的电压。

可选的，在本实施例中，分压电路30可以包括第一MOS管，第一MOS管的栅极与第二电阻和第三电阻之间的连接节点连接，第一MOS管的源极与控制电路40连接，第一MOS管的漏极与变压器的原边绕组的第二端连接。

在一个具体例子中，在开关电源通电时，外部高压电源提供的输入电压经第一电阻、第二电阻以及第三电阻分压限流后，产生限流电压，所产生的限流电压为第二电阻与第三电阻之间的节点电压，该节点电压可用于控制第一MOS管的导通或关断，即当该节点电压达到第一MOS管的导通电压时，第一MOS管导通。具体地，在有高压输入时，通过第一电阻、第二电阻和第三电阻对输入电压进行分压限流，以限制第一钳位电路102上的电流，并通过第一钳位电路102的作用可将主控开关401上的电压钳位于第一钳位电路102的钳位电压上；当主控IC接收到启动电压并正常启动后，主控开关401导通，此时，分压电路30中的第一MOS管的源极被下拉至外部高压电源的负输入端，若第二电阻和第三电阻之间的节点电压达到第一MOS管的导通电压时，第一MOS管导通，此时，即可通过第一MOS管分担主控开关401上的过高电压，并与主控开关401共同承受输入端的高压。

或者在变压器的副边绕组输出副边电压时，由于感应线圈的作用，变压器的原边绕组上会产生反射电压，而该反射电压与外部高压电源提供的输入电压同时加载在主控开关401上，本实施例通过增加分压电路30(第一MOS管)可以有效降低加载在主控开关401上的电压，避免超过主控开关401的最大耐压值而损坏主控开关401。进一步地，在反激式变压器中，当变压器的副边绕组输出副边电压时，变压器的原边绕组为截止状态，主控开关401和第一MOS管均处于截止状态。当变压器原边绕组上的反射电压小于第一钳位电路102的钳位电压时，主控开关401上的耐压被第一MOS管分担一部分，进而降低主控开关401上的压降，此时，主控开关401上的耐压由其输出电容决定，第一MOS管的耐压由其输出电容决定，即第一MOS管所分担的压降取决于所选取的MOS管自身输出电容值，当第一MOS管的输出电容大，则分担的压降越多，当第一MOS管的输出电容小，则分担的压降就小。当变压器的原边绕组上的反射电压大于第一钳位电路102的钳位电压时，主控开关401上的耐压为第一钳位电路102的钳位电压，而第一MOS管所分担的耐压为：变压器原边绕组的线圈耐压+Vin(外部高压电源的输入电压)-主控开关401的耐压。

进一步地，本实施例的用于高压输入的耐压电路还可以包括：

第二钳位电路20，连接在原边绕组的第一端和第二端之间，用于在变压器的副边绕组输出副边电压时，吸收原边绕组上的尖峰电压。可以理解地，当变压器的副边绕组输出副边电压时，变压器的原边绕组上会产生反射电压，该反射电压存在尖峰电压。通过设置第二钳位电路20，可以在原边绕组出现尖峰电压时将该尖峰电压吸收掉，进而保证了电路的稳定性和可靠性。

可选的，第二钳位电路20可以包括第二稳压管和第一二极管。

第二稳压管的阳极与变压器的原边绕组的第一端连接，第二稳压管的阳极还与外部高压电源的正输入端连接，第二稳压管的阴极与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与变压器的原边绕组的第二端连接，第一二极管的阳极还与分压电路30连接。

由于变压器原边绕组上的反射电压一般比较高，因此，第二钳位电路20的钳位电压需对应设置，即第二钳位电路20的钳位电压决定于反射电压，可根据反射电压的大小进行确定。

进一步地，本实施例的用于高压输入的耐压电路还可以包括第三钳位电路50，第三钳位电路50的第一端与分压限流电路10连接，第三钳位电路50的第二端连接在分压电路30与控制电路40的连接节点之间。

通过设置第三钳位电路50，可以将分压电路30的导通电压钳位于其钳位电压，即当分压电路30所获得的导通电压达到第三钳位电路50的钳位电压时，分压电路30导通。

具体的，在前述例子中，当变压器的原边绕组上的反射电压大于第一钳位电路101的钳位电压时，主控开关401上的耐压为：第一钳位电路102的钳位电压+第三钳位电路50的钳位电压，而第一MOS管所分担的耐压为：变压器原边绕组的线圈耐压+Vin(外部高压电源的输入电压)-主控开关401的耐压。

可选的，第三钳位电路50可以包括第三稳压管，第三稳压管的阴极与第三电阻的第一端连接，第三稳压管的阳极与第一MOS管的源极连接。第一MOS管的导通电压取决于第三稳压管的稳压值，当第一MOS管的导通电压达到第三稳压管的稳压值时，第一MOS管导通。第三稳压管可以为TVS(瞬变电压抵制二极管)管。

参阅图2，图2为本发明用于高压输入的耐压电路一具体实施例的电路图。在该实施例中，变压器T1为反激式变压器，U1为主控IC，外部高压电源提供的输入电压为Vin。

如图2所示，限流电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一钳位电路102包括第一稳压管VR1，其钳位电压以VR1表示；第二钳位电路20包括第二稳压管VR2和第一二极管D1，第二稳压管VR2的钳位电压以VR2表示；第三钳位电路50包括第三稳压管VR3，其钳位电压以VR3表示；分压电路30包括第一MOS管Q1，主控开关401为开关MOS管。

具体的，第一电阻R1的第一端与外部高压电源的正输入端连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端之间的连接节点还与第一MOS管Q1的栅极连接，第三电阻R3的第二端与第一稳压管VR1的阴极连接，第一稳压管VR1的阳极与外部高压电源的负输入端连接。

第一MOS管Q1的源极与开关MOS管的漏极连接，第一MOS管Q1的源极还与第三稳压管VR3的阳极连接，第三稳压管VR3的阴极与第一MOS管Q1的栅极连接，第一MOS管Q1的漏极与变压器T1的原边绕组的第二端连接，第一MOS管Q1的漏极与变压器T1的原边绕组的第二端的连接节点还与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第二稳压管VR2的阴极连接，第二稳压管VR2的阳极与变压器T1的原边绕组的第一端连接。开关MOS管的源极与外部高压电源的负输入端连接，开关MOS管的栅极与反馈电路402连接，反馈电路402还与外部高压电源的负输入端连接。

该实施例的用于高压输入的耐压电路的工作原理为：在开关电源通电时，外部高压电源提供的输入电压(Vin)经第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3分压限流后，产生限流电压至第一MOS管Q1的栅极，第一稳压管VR1将开关MOS管上的压降钳位于其钳位电压VR1，此时，开关MOS管导通，并将第一MOS管Q1的源极下拉至外部高压电源的负输入端，当限流电压达到第三稳压管VR3的钳位电压VR3时，第一MOS管Q1基于限流电压导通，此时，可通过第一MOS管Q1分担开关MOS管上的过高电压，并与开关MOS管共同承受Vin。

当变压器T1的副边绕组输出副边电压时，开关MOS管和第一MOS管Q1处于截止状态，变压器T1的原边绕组产生反射电压，此时，若原边绕组上的反射电压小于第一稳压管VR1的钳位电压VR1时，由第一MOS管Q1与开关MOS管共同承受反射电压，此时第一MOS管Q1和开关MOS管所能承受的耐压分别由各自的输出电容决定。当反射电压大于第一稳压管VR1的钳位电压VR1时，开关MOS管的耐压为(VR3+VR1)，第一MOS管Q1所分担的压降为(原边绕组的线圈耐压+Vin-(VR3+VR1))。

由以上可以看出，开关MOS管可通过第一MOS管Q1进行分压，以降低其耐压，同时，通过设置第一稳压管VR1可通过第一稳压管VR1将开关MOS管上的压降钳位于第一稳压管VR1的钳位电压VR1，即由第一稳压管VR1控制开关MOS管的耐压，当第一稳压管VR1越大，则开关MOS管的耐压越大，第一稳压管VR1越小，则开关MOS管的耐压越小。

本发明通过采用上述用于高压输入的耐压电路，实现了以小体积、高可靠性、低成本的方式来获得满足高压输入开关电源的要求，且本发明的耐压电路采用简单的晶体管分压来降低主控开关的耐压，达到了低成本高可靠性的效果，有效地保证开关电源的安全性及可靠性，且本电路稳定性好、实用性强，适用范围更广。

本发明还提供一种开关电源，包括以上所述的用于高压输入的耐压电路。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高压输入的耐压电路，应用于开关电源中，其特征在于，包括：

变压器，包括原边绕组和副边绕组；

分压限流电路，连接在外部高压电源的正输入端和负输入端之间，用于对所述外部高压电源提供的输入电压进行分压限流；

控制电路，用于输出控制信号调节所述变压器的输出功率；所述控制电路包括主控开关；

分压电路，分别与所述主控开关和所述分压限流电路连接，用于在所述开关电源通电时，对所述外部高压电源提供的输入电压进行分压；或者，在所述变压器的副边绕组输出副边电压时，对所述外部高压电源提供的输入电压和所述原边绕组上的反射电压进行分压，以降低加载在主控开关上的电压。

2.根据权利要求1所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，还包括：

第二钳位电路，连接在所述原边绕组的第一端和第二端之间，用于在所述变压器的副边绕组输出副边电压时，吸收所述原边绕组上的尖峰电压。

3.根据权利要求2所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述第二钳位电路包括第二稳压管和第一二极管；

所述第二稳压管的阳极与所述变压器的原边绕组的第一端连接，所述第二稳压管的阳极还与所述外部高压电源的正输入端连接，所述第二稳压管的阴极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述变压器的原边绕组的第二端连接，所述第一二极管的阳极还与所述分压电路连接。

4.根据权利要求1所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，还包括第三钳位电路，所述第三钳位电路的第一端与所述分压限流电路连接，所述第三钳位电路的第二端连接在所述分压电路与所述控制电路的连接节点之间。

5.根据权利要求4所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述分压限流电路包括限流电路和第一钳位电路，限流电路的输入端与所述外部高压电源的正输入端连接，所述限流电路的输出端通过所述第一钳位电路连接所述外部高压电源的负输入端。

6.根据权利要求5所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述限流电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一钳位电路包括第一稳压管；

所述第一电阻的第一端与所述外部高压电源的正输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一稳压管的阴极连接，所述第一稳压管的阳极与所述外部高压电源的负输入端连接；

所述第一电阻的第一端为所述限流电路的输入端，所述第三电阻的第二端为所述限流电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述分压电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述第二电阻和第三电阻之间的连接节点连接，所述第一MOS管的源极与所述控制电路连接，所述第一MOS管的漏极与所述变压器的原边绕组的第二端连接。

8.根据权利要求7所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述第三钳位电路包括第三稳压管，所述第三稳压管的阴极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三稳压管的阳极与所述第一MOS管的源极连接。

9.根据权利要求7所述的用于高压输入的耐压电路，其特征在于，所述控制电路还包括与所述主控开关连接的反馈电路，所述主控开关包括开关MOS管；

所述开关MOS管的漏极与所述第一MOS管的源极连接，所述开关MOS管的源极与所述外部高压电源的负输入端连接，所述开关MOS管的栅极与所述反馈电路连接，所述反馈电路还与所述外部高压电源的负输入端连接。

10.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的用于高压输入的耐压电路。