CN111130089A - 一种开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关电源装置，用于控制交流电源对交流设备的供电，包括开关、开关控制电路、高压整流滤波电路、辅助电源供电电路、以及交流电采样电路；当交流电采样电路从高压整流滤波电路的输出采集的电压信号超过预设阈值时，开关控制电路控制开关保持交流电源与高压整流滤波电路的连通，当交流电采样电路从高压整流滤波电路的输出采集的电压信号低于阈值时，开关控制电路控制开关连通交流电源与交流设备。采用上述开关电源装置不会因供电电压信号过高而给开关电源装置以及交流设备带来风险，造成器件或设备的损坏，同时在该过程中，无需采用成本高昂的耐高压器件，使用常规器件即可，从而降低了成本。

Description

一种开关电源装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源装置。
背景技术
开关电源装置控制电源对负载或设备的供电，例如AC-DC开关电源一般由交流输入，经过整流滤波后给负载或设备供电。目前的交流电源一般为220V的市电信号，普通的AC-DC开关电源只能在电压90～264V的范围内工作。但是交流输入供电方式复杂，比如工业应用环境、三相电应用环境，并不能确保所有的应用场景都采用市电信号进行供电，具体地，当高空作业车在户外作业时，可用的电源可能会是380V，若直接引入交流380V到开关电源的交流输入口，目前常规的整流桥和滤波电容会过压失效，导致开关电源产品损坏。为解决上述问题，目前常用的方式是在开关电源主回路上选用高耐压器件，但是该解决方法将会造成成本会大幅增加，其次是整流后电容很少有更高耐压器件可供选择。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，为避免高压损伤，目前的开关电源主回路上通常需要选用高耐压器件，造成成本高和选择范围少。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关电源装置，用于控制交流电源对交流设备的供电，开关电源装置包括：开关、开关控制电路、高压整流滤波电路、辅助电源供电电路、以及交流电采样电路；其中，高压整流滤波电路的输入端与开关连接，输出端分别与交流电采样电路以及辅助电源供电电路连接；交流电采样电路与开关控制电路连接，当交流电采样电路从高压整流滤波电路的输出采集的电压信号超过预设阈值时，开关控制电路控制开关保持交流电源与高压整流滤波电路的连通，当交流电采样电路从高压整流滤波电路的输出采集的电压信号低于阈值时，开关控制电路控制开关连通交流电源与交流设备。
优选地，高压整流滤波电路包括高压整流桥、以及两个串联的辅助滤波电容，高压整流桥的输入端与开关连接，两个串联的辅助滤波电容相连的连接端分别与交流电采样电路以及辅助电源供电电路连接，两个串联的辅助滤波电容的另一端分别与高压整流桥的输出端连接。
优选地，高压整流桥的第一输入端与火线连接，第二输入端与零线连接；高压整流桥的第一输出端与一个辅助滤波电容的一端连接，第二输出端与另一个辅助滤波电容的一端连接。
优选地，当交流电源与高压整流滤波电路连通时，交流电采样电路和辅助电源供电电路从两个辅助滤波电容相连的连接端取电，辅助电源供电电路启动对交流电采样电路供电。
优选地，辅助电源供电电路通过二极管与两个辅助滤波电容相连的的连接端相连，二极管的正极与两个辅助滤波电容相连的连接端相连，二极管的负极与辅助电源供电电路连接。
优选地，开关控制电路与辅助电源供电电路连接，由辅助电源供电电路向开关控制电路供电。
优选地，开关为继电器，开关控制电路为继电器控制电路。
优选地，开关电源装置还包括主路整流滤波电路，交流电源通过主路整流滤波电路向交流设备供电。
优选地，主路整流滤波电路包括主路整流桥和一个主路滤波电容；主路整流桥的输入端与开关连接，主路滤波电容分别与主路整流桥的输出端、以及交流设备的输入端连接。
优选地，当交流电源与主路整流滤波电路连通时，辅助电源供电电路从主路滤波电容取电。
实施本发明具有以下有益效果：通过上述开关电源装置，交流电源不会直接接入交流设备，而是会在交流电采样电路采集到的电压信号确保符合安全工作电压要求时才会连通交流设备与交流电源，启动交流电源对交流设备的供电，因此不会因供电电压信号过高而给开关电源装置以及交流设备带来风险，造成器件或设备的损坏，同时在该过程中，无需采用成本高昂的耐高压器件，使用常规器件即可，从而降低了成本。
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是依据本发明第一实施例的一种开关电源装置的逻辑框图；
图2是图1中高压整流滤波电路的一示例电路图；
图3是图1中继电器控制电路的一示例电路图；
图4是图1中交流电采样电路的一示例电路图；
图5是依据本发明第一实施例的一种开关电源装置的示例电路图；
图6是依据本发明第二实施例的一种开关电源装置的逻辑框图；
图7是图6中主路整流滤波电路的一示例电路图。
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。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
参阅图1，示出了依据本发明第一实施例的一种开关电源装置100的逻辑框图，该开关电源装置100例如可以是AC-DC开关电源装置，用于控制交流电源200对交流设备300的供电。当开关电源装置100控制交流电源200与交流设备300导通时，交流电源200开始对交流设备300进行供电；当开关电源装置100控制交流电源200与交流设备300断开时，交流电源200停止对交流设备300进行供电。
其中，上述交流电源200可以是交流市电信号，也可以是高压交流电压信号，例如380V的交流电源。交流设备300可以是各种可能的交流负载，此处不一一列举。
开关电源装置100包括：开关110、开关控制电路120、高压整流滤波电路130、辅助电源供电电路140、以及交流电采样电路150。其中，高压整流滤波电路130的输入端与开关110连接，输出端分别与交流电采样电路150以及辅助电源供电电路140连接；交流电采样电路150与开关控制电路120连接，当交流电采样电路150从高压整流滤波电路130的输出端采集的电压信号超过预设阈值时，发出控制信号给开关控制电路120，从而通过开关控制电路120控制开关110保持交流电源200与高压整流滤波电路130的连通，当交流电采样电路150从高压整流滤波电路130的输出端采集的电压信号低于上述阈值时，确定为安全工作电压时，发出控制信号给开关控制电路120，通过开关控制电路120控制开关110连通交流电源200与交流设备300，使交流设备300开始工作。上述预设阈值为业内的安全工作电压，例如220V左右，或者根据负载情况还可以是其他的电压值。
在默认状态下，开关110保持交流电源200与高压整流滤波电路130连通，同时交流电源200与交流设备300断开；在开关控制电路120的控制下，例如确保为安全电压时，开关可以连通交流电源200与交流设备300，同时断开交流电源200与高压整流滤波电路130的连接。
辅助电源供电电路140分别对交流电采样电路150和开关控制电路120供电，以确保两者可以正常工作。辅助电源供电电路140的取电方式有两种，当交流电源200与高压整流滤波电路130连通时，辅助电源供电电路140从高压整流滤波电路130取电；当交流电源200与交流设备300连通时，辅助电源供电电路140与交流设备300一同取电。
通过上述开关电源装置100，交流电源200不会直接接入交流设备300，而是会在交流电采样电路150采集到的电压信号确保符合安全工作电压要求时才会连通交流设备300与交流电源200，启动交流电源200对交流设备300的供电，因此不会因供电电压信号过高而给开关电源装置100以及交流设备300带来风险，造成器件或设备的损坏，同时在该过程中，无需采用成本高昂的耐高压器件，使用常规器件即可，从而降低了成本。
参见图2，在本实施例的一具体实施方式中，高压整流滤波电路130包括高压整流桥BD1、以及两个串联的辅助滤波电容EC1和EC2，高压整流桥BD1的输入端与开关110连接，两个串联的辅助滤波电容EC1和EC2相连的连接端AC_VS分别与交流电采样电路150以及辅助电源供电电路140连接，两个串联的辅助滤波电容EC1和EC2的另一端分别与高压整流桥BD1的输出端连接。具体地，高压整流桥BD1的第一输入端与火线L1连接，第二输入端与零线N连接；高压整流桥BD1的第一输出端与一个辅助滤波电容EC1的一端连接，第二输出端与另一个辅助滤波电容EC2的一端连接。
当交流电源200与高压整流滤波电路130连通时，交流电采样电路150和辅助电源供电电路140从两个辅助滤波电容EC1和EC2相连的连接端或连接点AC_VS取电，辅助电源供电电路140启动对交流电采样电路150供电，同时交流电采样电路150开始采集电压信号。具体地，辅助电源供电电路140还可以通过二极管与两个辅助滤波电容EC1和EC2相连的连接端AC_VS相连，二极管的正极与两个辅助滤波电容EC1和EC2相连的连接端AC_VS相连，二极管的负极与辅助电源供电电路140连接。
上述高压整流桥BD1为高压小电流整流桥，辅助滤波电容EC1和EC2为两个普通的耐压小容量电解电容，这两个辅助滤波电容EC1和EC2进行串联后可以从两者连接的连接点(即中点)取电，不仅可以用来取电检测交流电源200的电压信号，还可以正常启动辅助电源供电电路140，以确保对交流电采样电路150和开关控制电路120供电而确保其正常工作，另一方面，上述高压整流桥和辅助滤波电容为常规元器件，成本较低。
开关110的选择有多种，例如，开关110可以选择为继电器，相应地，开关控制电路120为继电器控制电路，当然，也可以选择其他适合的开关及开关控制电路120。图3示出了依据本发明的一示例继电器控制电路的电路图，该继电器控制电路包括双刀继电器RY1、继电器供电限流电阻R2、续流二极管D1、继电器开关控制电路120MOS Q1、电阻R1和R8、以及电容C6。当继电器未动作前，默认接通L1，当检测到交流供电正常，控制继电器切换到L2。
交流电采样电路150从高压整流滤波电路130采集电压信号，通过检测采集的电压信号确定是否满足安全工作的要求，来发送控制信号给开关控制电路120，以控制开关在交流电源200与交流设备300之间的导通和断开。交流电采样电路150的选择有多种，本领域的普通技术人员可根据实际的应用场景和电路选择适合的交流电采样电路150，图4示出了依据本发明的一示例交流电采样电路150的电路图，该交流电采样电路由比较器U1A、检测电阻R1、R3、滤波电容C1、基准电阻R4和R7、滤波电容C4、上拉电阻R6及滤波电容C3组成。当检测到交流电压高于基准设定电压，则提供低电平输出，不进行继电器控制切换，反之，则控制继电器切换。基于上述实施例及其实施方式，图5示出了依据本发明一示例的开关电源装置100的具体电路图。
参阅图6，示出了依据本发明第二实施例的开关电源装置400的逻辑框图，在第一实施例的开关电源装置100的基础上，该开关电源装置400还包括主路整流滤波电路460，交流电源200通过主路整流滤波电路向交流设备供电。
参阅图7，在本实施例的一具体实施方式中，主路整流滤波电路包括主路整流桥BD2和一个主路滤波电容EC3；主路整流桥BD2的输入端与开关410连接，主路滤波电容EC3分别与主路整流桥的输出端BD2、以及交流设备300的输入端连接。当交流电源200与主路整流滤波BD2电路连通时，辅助电源供电电路400从主路滤波电容EC3取电。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种开关电源装置，用于控制交流电源对交流设备的供电，其特征在于，所述开关电源装置包括：开关、开关控制电路、高压整流滤波电路、辅助电源供电电路、以及交流电采样电路；其中，
所述高压整流滤波电路的输入端与所述开关连接，输出端分别与所述交流电采样电路以及所述辅助电源供电电路连接；
所述交流电采样电路与所述开关控制电路连接，当所述交流电采样电路从所述高压整流滤波电路的输出采集的电压信号超过预设阈值时，所述开关控制电路控制所述开关保持所述交流电源与所述高压整流滤波电路的连通，当所述交流电采样电路从所述高压整流滤波电路的输出采集的所述电压信号低于所述阈值时，所述开关控制电路控制所述开关连通所述交流电源与所述交流设备。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述高压整流滤波电路包括高压整流桥、以及两个串联的辅助滤波电容，所述高压整流桥的输入端与开关连接，两个串联的辅助滤波电容相连的连接端分别与所述交流电采样电路以及所述辅助电源供电电路连接，两个串联的辅助滤波电容的另一端分别与所述高压整流桥的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述高压整流桥的第一输入端与火线连接，第二输入端与零线连接；所述高压整流桥的第一输出端与一个所述辅助滤波电容的一端连接，第二输出端与另一个所述辅助滤波电容的一端连接。
4.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，当所述交流电源与所述高压整流滤波电路连通时，所述交流电采样电路和所述辅助电源供电电路从两个所述辅助滤波电容相连的连接端取电，所述辅助电源供电电路启动对所述交流电采样电路供电。
5.根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述辅助电源供电电路通过二极管与两个所述辅助滤波电容相连的连接端相连，所述二极管的正极与两个所述辅助滤波电容相连的连接端相连，所述二极管的负极与所述辅助电源供电电路连接。
6.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述开关控制电路与所述辅助电源供电电路连接，由所述辅助电源供电电路向所述开关控制电路供电。
7.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述开关为继电器，所述开关控制电路为继电器控制电路。
8.根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述开关电源装置还包括主路整流滤波电路，所述交流电源通过所述主路整流滤波电路向所述交流设备供电。
9.根据权利要求8所述的开关电源装置，其特征在于，所述主路整流滤波电路包括主路整流桥和一个主路滤波电容；所述主路整流桥的输入端与所述开关连接，所述主路滤波电容分别与所述主路整流桥的输出端、以及所述交流设备的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的开关电源装置，其特征在于，当所述交流电源与所述主路整流滤波电路连通时，所述辅助电源供电电路从所述主路滤波电容取电。
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