CN109039089A - 超宽电压输入的隔离开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超宽电压输入的隔离开关电源，该电源包括电源输入端、直流输出电路、开关电源电路以及电源输出端，电源输入端为直流输出电路输出电能，直流输出电路输出直流电信号至开关电源电路，开关电源电路将直流电信号转换成开关电源信号，并且输出开关电源信号至电源输出端。本发明提供的超宽电压输入的隔离开关电源可以广泛应用于输入电压为直流19V～370V/交流15V～265V的仪器、仪表的工作电源，可以有效提升开关电源的输入电压范围，从而使电器设备能够承受很大的电网电压波动。

Description

超宽电压输入的隔离开关电源
【技术领域】
本发明涉及电力电子技术领域，具体的，涉及一种超宽电压输入的隔离开关电源。
【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。
在某些特殊的应用场合里，需要电源系统在很宽的电压范围内都能正常工作，如光伏系统、UPS等，尤其在工业现场，电网的电压往往受用电负载的变化而变动，特别是负载较大时情况尤其严重，另外现场环境的干扰尖峰也会叠加在输入电压上一起进入电源电路，致使在恶劣环境下正常供电的电源芯片或其它的元件极其容易损坏。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种可以应用于各种超宽输入电压场合的超宽电压输入的隔离开关电源。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的超宽电压输入的隔离开关电源包括电源输入端、直流输出电路、开关电源电路以及电源输出端，电源输入端为直流输出电路输出电能，直流输出电路输出直流电信号至开关电源电路，开关电源电路将直流电信号转换成开关电源信号，并且输出开关电源信号至电源输出端；直流输出电路包括第一滤波电路以及整流桥堆，第一滤波电路的输出端与整流桥堆的输入端电连接；开关电源电路包括开关电源芯片、驱动电路、MOS管、变压器、以及误差放大电路，开关电源芯片与误差放大电路之间连接有光电隔离器，开关电源芯片的第一端与驱动电路的输入端电连接，驱动电路的输出端与MOS管的栅极电连接，MOS管的漏极与变压器的第一输入端电连接，变压器的第一输出端、第二输出端分别连接有第二滤波电路。
进一步的方案是，驱动电路包括第一晶体管以及第二晶体管，第一晶体管的发射极与第二晶体管的发射极电连接；第一晶体管的集电极还连接有第一二极管、第一电容，第一二极管与第一电容并联。
更进一步的方案是，误差放大电路包括电压基准芯片、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻，电压基准芯片的第一端与第二电容电连接，电压基准芯片的第二端与第一电阻电连接，第二电阻与第三电阻串联。
更进一步的方案是，变压器的第二输入端分别连接有第二二极管、第三电容、第四电阻，第二二极管的负极与第三电容电连接，第四电阻与第三电容并联。
更进一步的方案是，开关电源芯片的第二端与整流桥堆的输出端之间连接有第四电容。
更进一步的方案是，开关电源电路还包括电流取样电路，电流取样电路与MOS管的源极电连接。
更进一步的方案是，第一滤波电路包括第一电感以及电容器组，第一电感与电容器组电连接。
更进一步的方案是，第二滤波电路包括第二电感、第五电容，第二电感与第五电容并联。
一个优选的方案是，MOS管的漏极与变压器的第一输入端之间还连接有缓冲电路；缓冲电路包括第三二极管、第六电容以及第五电阻，第三二极管的负极与第五电阻电连接，第六电容与第五电阻并联。
一个优选的方案是，开关电源电路还包括电压取样电路，电压取样电路与误差放大电路电连接。
由此可见，本发明提供的隔离开关电源包括电源输入端、直流输出电路、开关电源电路以及电源输出端，直流输出电路从电源输入端上获取电流，并且可以为后续电路提供相对平滑稳定的直流电；当输入电压大于最低启动电压时，开关电源电路开始工作，由开关电源芯片进行脉宽调制，并且经由滤波电路输出直流电源至电源输出端，可广泛应用于输入电压为直流19V～370V/交流15V～265V的仪器、仪表(含各类电能表)的工作电源，可以有效提升开关电源的输入电压范围，从而使电器设备能够承受很大的电网电压波动。
【附图说明】
图1是本发明超宽电压输入的隔离开关电源实施例的原理图。
图2是本发明超宽电压输入的隔离开关电源实施例中直流输出电路的电路原理图。
图3是本发明超宽电压输入的隔离开关电源实施例中关于开关电源芯片、驱动电路以及MOS管依次连接的电路原理图。
图4是本发明超宽电压输入的隔离开关电源实施例中关于变压器、误差放大电路以及第二滤波电路依次连接的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
参见图1，本发明的超宽电压输入的隔离开关电源包括电源输入端1、直流输出电路2、开关电源电路3以及电源输出端4，电源输入端1为直流输出电路2输出电能，直流输出电路2输出直流电信号至开关电源电路3，开关电源电路3将直流电信号转换成开关电源信号，并且输出开关电源信号至电源输出端4。
参见图2，直流输出电路2包括第一滤波电路、整流桥堆D1、保险管F1和压敏电阻R1，第一滤波电路的输出端与整流桥堆D1的输入端电连接，其中，第一滤波电路包括电感L1以及电容器组，第一电感L1与电容器组电连接，电容器组包括电容C2、电容C3以及电容C4。具体地，外界电源输入的电流经过电源输入端1流到电容C1两端后，经过保险管F1与压敏电阻R1，可以实现输入过流、过压保护。然后，电流经过共模电感L1、电容C2、电容C3、电容C4组成的第一滤波电路，也就是共模和差模滤波电路，共模和差模滤波电路的输出端接到整流桥堆D1的交流输入端，整流桥堆D1在输入直流时可以实现输入极性保护作用，或者，在输入交流时功能为整流。
参见图3与图4，开关电源电路3包括开关电源芯片U1、驱动电路20、MOS管Q1、变压器T2以及误差放大电路40，开关电源芯片U1与误差放大电路40之间连接有光电隔离器U2，开关电源芯片U1的第一端与驱动电路20的输入端电连接，驱动电路20的输出端与MOS管Q1的栅极电连接，MOS管Q1的漏极与变压器T2的第一输入端电连接，变压器T2的第一输出端、第二输出端分别连接有第二滤波电路70。其中，开关电源芯片U1的第二端与整流桥堆D1的输出端之间连接有电容C5，开关电源芯片U1的第三端连接有电阻R15、电阻R16、二极管D5，整流桥堆D1整流后连接到电解电容C5两端，为后续电路提供相对平滑稳定的直流电。
在本实施例中，变压器T2的第一输出端所连接的第二滤波电路70包括电感L2、电容C12，电感L2与电容C12并联；变压器T2的第二输出端所连接的第二滤波电路70包括电感L3、电容C16，电感L3与电容C16并联。
其中，驱动电路20包括晶体管Q2以及晶体管Q3，晶体管Q2的发射极与晶体管Q3的发射极电连接，晶体管Q2的集电极还连接有二极管D2、电容C8，二极管D2与电容C8并联。
误差放大电路40包括电压基准芯片U3、电容C17、电阻R19、电阻R8、电阻R18，电压基准芯片U3的第一端与电容C17电连接，电压基准芯片U3的第二端与电阻R19电连接，电阻R8与电阻R18串联。
变压器T2的第二输入端分别连接有二极管D6、电容C13、电阻R2，二极管D6的负极与电容C13电连接，电阻R2与电容C13并联。
优选的，开关电源电路3还包括电流取样电路50，电流取样电路50与MOS管Q1的源极电连接。其中，电流取样电路50为电流互感器T1。
优选的，MOS管Q1的漏极与变压器T2的第一输入端之间还连接有缓冲电路，缓冲电路包括二极管D3、电容C7以及电阻R6，二极管D3的负极与电阻R6电连接，电容C7与电阻R6并联。
优选的，开关电源电路3还包括电压取样电路60，电压取样电路60与误差放大电路40电连接，电压取样电路60包括电阻R20和电阻R21，电阻R20和电阻R21串联。
具体地，开关电源芯片U1的第二端接到电解电容C5的正端上，电解电容C5上的电荷经过开关电源芯片U1里的恒流源对电容C8进行充电，同时经过二极管D2对电容C13进行充电，当输入电压大于最低启动电压时，例如19V，开关电源芯片U1开始工作，开关电源芯片U1的第一端输出PWM信号，经过限流电阻R3限流到晶体管Q2、晶体管Q3组成的图腾柱式驱动电路，再经过电阻R10到MOS管Q1的栅极，此时，MOS管Q1导通，电容C5正极上的电荷经过变压器T2的第4引脚流向第6引脚，再经过MOS管Q1的漏极流向MOS管Q1的源极，接着，电荷从电流互感器T1的第1引脚流向第2引脚上，最后返回到电容C5的负极上。
然后，电流互感器T1的第3引脚感应到的电流大小信号经过二极管D5整流后，流过电阻R16后再流向变压器T1的第4引脚。此时，流过电阻R16的电流在电阻R16上产生的电压经过电阻R15后流到开关电源芯片U1的第三端。
此时，让开关电源芯片U1进行脉宽调制，当开关电源芯片U1的第一端关断输出时，MOS管Q1栅极上的电荷经过二极管D4、晶体管Q3泄放到电容C5的负极上，MOS管Q1关断，但变压器T2里的线圈电流不能立刻回到零，变压器T2漏感产生的振荡电压经过二极管D3、电阻R6、电容C7组成的RCD缓冲电路吸收。
同时，变压器T2储存的能量可以通过3个反相绕组进行释放，例如，绕组1(变压器T2的第1引脚至第2引脚)的第1引脚经过二极管D6对电容C13充电，再回到变压器T2的第2引脚，此时，电阻R2为电容C13的泄放电阻；绕组2(变压器的第7引脚至第8引脚)的第8引脚经过二极管D7对电容C11充电，再回到变压器T2的第7引脚，电容C11上的电荷经过电感L2、电容C12组成的LC滤波器，再输出至电源输出端，此时，电阻R13为此输出即24V电压输出的假负载，电容C18跨接在24V电压负端与5V电压负端之间；绕组3(变压器T2的第11引脚至第12引脚)的第12引脚经过二极管D8A、二极管D8B对电容C15充电，再回到变压器T2的第11引脚，电容C15上的电荷经过电感L3、电容C16组成的LC滤波器，再输出到电源输出端，此时，电阻R9为此输出即5V电压输出的假负载，电容C14、电阻R12为二极管D8A、二极管D8B的尖峰吸收电路，电容C10、电阻R11为二极管D7的尖峰吸收电路。
另外，在5V电压正端与负端之间串联电阻R20和电阻R21，到电压基准芯片U3的第1引脚，电压基准芯片U3的第1引脚和第3引脚之间跨接电容C17、电阻R19作为补偿电路，当电压取样电阻R20、R21分压出来的电压高于或低于基准电压时，电压基准芯片U3通过光电隔离器U2、电阻R18、电阻R8对开关电源芯片U1的第2引脚的电压进行控制，使开关电源芯片U1PWM输出根据输出电压进行脉宽调制，从而实现稳压。
所以，本发明提供的隔离开关电源包括电源输入端1、直流输出电路2、开关电源电路3以及电源输出端4，直流输出电路2从电源输入端1上获取电流，并且可以为后续电路提供相对平滑稳定的直流电；当输入电压大于最低启动电压时，开关电源电路3开始工作，由开关电源芯片U1进行脉宽调制，并且经由滤波电路输出直流电源至电源输出端4，可广泛应用于输入电压为直流19V～370V/交流15V～265V的仪器、仪表(含各类电能表)的工作电源，可以有效提升开关电源的输入电压范围，从而使电器设备能够承受很大的电网电压波动。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于，包括：
电源输入端、直流输出电路、开关电源电路以及电源输出端，所述电源输入端为所述直流输出电路输出电能，所述直流输出电路输出直流电信号至开关电源电路，所述开关电源电路将所述直流电信号转换成开关电源信号，并且输出所述开关电源信号至所述电源输出端；
所述直流输出电路包括第一滤波电路以及整流桥堆，所述第一滤波电路的输出端与所述整流桥堆的输入端电连接；
所述开关电源电路包括开关电源芯片、驱动电路、MOS管、变压器以及误差放大电路，所述开关电源芯片与所述误差放大电路之间连接有光电隔离器，所述开关电源芯片的第一端与所述驱动电路的输入端电连接，所述驱动电路的输出端与所述MOS管的栅极电连接，所述MOS管的漏极与所述变压器的第一输入端电连接，所述变压器的第一输出端、第二输出端分别连接有第二滤波电路。
2.根据权利要求1所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述驱动电路包括第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的发射极电连接；
所述第一晶体管的集电极还连接有第一二极管、第一电容，所述第一二极管与所述第一电容并联。
3.根据权利要求2所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述误差放大电路包括电压基准芯片、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述电压基准芯片的第一端与所述第二电容电连接，所述电压基准芯片的第二端与所述第一电阻电连接，所述第二电阻与所述第三电阻串联。
4.根据权利要求3所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述变压器的第二输入端分别连接有第二二极管、第三电容、第四电阻，所述第二二极管的负极与所述第三电容电连接，所述第四电阻与所述第三电容并联。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述开关电源芯片的第二端与所述整流桥堆的输出端之间连接有第四电容。
6.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述开关电源电路还包括电流取样电路，所述电流取样电路与所述MOS管的源极电连接。
7.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述第一滤波电路包括第一电感以及电容器组，所述第一电感与所述电容器组电连接。
8.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述第二滤波电路包括第二电感、第五电容，所述第二电感与所述第五电容并联。
9.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述MOS管的漏极与所述变压器的第一输入端之间还连接有缓冲电路；
所述缓冲电路包括第三二极管、第六电容以及第五电阻，所述第三二极管的负极与所述第五电阻电连接，所述第六电容与所述第五电阻并联。
10.根据权利要求1至4任一项所述的超宽电压输入的隔离开关电源，其特征在于：
所述开关电源电路还包括电压取样电路，所述电压取样电路与所述误差放大电路电连接。
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