CN111464054A - 一种直流开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流开关电源，包括交流电源、过流过压保护、抗干扰电路、超级电容、整流电路、电源控制芯片、高频变压器T1、反馈回路、电源输出端，交流电源的输出端1和输出端2与过流过压保护电路连接，而后连接抗干扰回路，而后接超级电容，而后连接整流电路，而后连接电源芯片，而后连接高频变压器T1，而后反馈回路，而后连接直流电源输出端。本发明中通过EMI抗干扰、整流电路、控制回路、抗晃电回流、逆变整流电路、反馈回路的共同作用，构成了一个稳定高效体积小的电源。

Description

一种直流开关电源
技术领域
本发明属于电力电子相关技术领域，具体涉及一种直流开关电源。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
开关电源是一种高频化电能转换装置，其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换成用户端所需要的电压或者电流，目前市场上多是将交流电压转换成直流电压的设备，有的电路使用单管MOS，仅有整流、滤波，其输出电压、电流运行稳定性各不相同，效率也参差不齐。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种直流开关电源。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种直流开关电源，包括交流电源、过流过压保护、抗干扰电路、超级电容、整流电路、电源控制芯片、高频变压器T1、反馈回路、电源输出端，交流电源的输出端1和输出端2与过流过压保护电路连接，而后连接抗干扰回路，而后接超级电容，而后连接整流电路，而后连接电源芯片，而后连接高频变压器T1，而后反馈回路，而后连接直流电源输出端。
本发明中通过EMI抗干扰、整流电路、控制回路、抗晃电回流、逆变整流电路、反馈回路的共同作用，构成了一个稳定高效体积小的电源。
本发明的有益效果：
本发明的开关电源，相比于现有的使用单管或者单独进行整流、滤波的方法将交流电压转换成直流电压的装置，结合了滤波、过流过压电路实现了电压和过电流的保护作用，本发明采用VIPER22A电源芯片，通过电源控制芯片与反馈回路、变压器的配合实现了直流85V-265V的电压带宽，范围较广。实现了交流稳压转换直流电压，并且直流电压的电压值较宽范围的优势。主回路内设置储能电容防止电路晃电造成电源掉电。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的直流开关电源的电路结构图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种直流开关电源，包括交流电源、过流过压保护、抗干扰电路、超级电容、整流电路、电源控制芯片、高频变压器T1、反馈回路、电源输出端，交流电源的输出端1和输出端2与过流过压保护电路连接，而后连接抗干扰回路，而后接超级电容，而后连接整流电路，而后连接电源芯片，而后连接高频变压器T1，而后反馈回路，而后连接直流电源输出端。
在本发明的一些实施方式中，电源控制芯片为UC2843电源芯或VIPER22A芯片。VIPER22A芯片可以实现交直流85V-265V的电压带宽，经过变压器可以得到输出功率最大值为30W的三路DC24V信号。为图1中标号4圈住部分。
作为进一步的技术方案，过流过压保护电路包括串联的热敏电阻PTC1、热敏电阻Y213，交流电源的输出端1与热敏电阻Y213连接，输出端2与热敏电阻PTC1连接，热敏电阻Y213的三脚与抗干扰电路连接。为图1中标号1圈住部分。
交流电源连接复合型热敏压敏电阻PTC进行预防性超压、过流关断功能。
作为进一步的技术方案，抗干扰电路为并联的抗共模电感LF1和电容CX1，电容CX1的两脚与超级电容连接整流电路。
经过PTC连接LF1经过抗共模电感、电容滤波CX1，形成EMI抗干扰回路，该回路可以有效过滤PCB板的各种集成原件工作时产生的电磁干扰，确保电源工作稳定。
EMI指电子产品工作对周边的其他电子产品造成干扰，本方案的EMI抗干扰设计首先利用复合型热敏压敏电阻对交流输入侧进行超压、过流关断，有效防止输入侧的波动，正常电压、电流在进入回路后，经过抗共模电感，该电感主要对高频回路、数字电路的电磁辐射进行过滤，一方面滤除信号线上的共模电磁干扰，一方面抑制本体不对外发出电磁干扰，在经过电容的吸收作用，正常的电压、电流才能允许进入整流逆变回路。在电路中起到过电压、过电流的保护作用，确保异常情况下对电源板后后续回路的保护。
作为进一步的技术方案，整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联，并与抗干扰电路并联，电阻R1和电阻R2串联后的两端，一端分别与二极管D5的正极和二极管D4的负极连接，另一端分别与二极管D1的负极、二极管D2的正极连接，二极管D5的负极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与滤波电路连接，滤波电路与超级电容连接。整流电路为图1中标号2圈住部分。
作为进一步的技术方案，滤波电路包括储能电容C1和电感L1，储能电容C1和电感L1的一端连接，并与二极管D3的一端连接，储能电容C1和电感L1的另一端分别与超级电容电路连接。储能电容C1的另一端与储能电容C3的负极连接，电感L1的另一端与储能电容C3的正极连接。
经过D1、D2、D4、D5二极管整流接D3稳压二极管稳压，储能电容C1、L1电感的滤波，进入储能电容C3、C4、C6、C11防止电源端出现晃电，导致电源输入端不稳定，储能电容的具体型号可以根据需求的抗晃电时间选择。
作为进一步的技术方案，整流电路中包括电阻R6和电阻R11，电阻R6和电阻R11串联，串联后的两端，一端分别与二极管D1、二极管D4的正极连接，另一端分别与二极管D2和二极管D5的负极连接。
作为进一步的技术方案，超级电容包括并联设置的储能电容C3、储能电容C6、储能电容C11、储能电容C4。
超级电容为直流电容，在交流电源经过整流后，如果突然电源消失，该4组电容放电为后续回路充电，充电结束如回路恢复正常电压，则电容在此过程中充电，正常电压下该组电容不放电。该电容的设计在电源异常低电压或是晃电的情形下，可起到短暂的持续带点，确保负载不掉电，持续带电时间可根据工况需求进行增加电容的容量。
作为进一步的技术方案，超级电容包括电阻R17、电阻R18、电阻R16、电阻R13、电阻R14、电阻R15，电阻R13、电阻R14、电阻R15并联，并联的一端并分别与电阻R17、电阻R18、电阻R16的一端连接，并联的另一端与储能电容C3的正极连接，电阻R17的另一端连接储能电容C6的正极，电阻R18的另一端连接储能电容C11的正极，电阻R16的另一端连接储能电容C4的正极。为图1中标号3圈住部分。
作为进一步的技术方案，超级电容包括二极管D6，二极管D6的正极分别与储能电容C6、储能电容C11、储能电容C4的正极连接，二极管D6的负极与储能电容C3的正极连接。
作为进一步技术方案，高频变压器T1包括两个输入端和三个输出端。为图1中标号6圈住部分。
作为进一步的技术方案，反馈回路包括光电耦合器PC2、电阻R21、电阻R20、电容C3、电阻R28、三端可调电压基准芯Q1、接地电路，光电耦合器PC2的发光二极管的正极的管脚与电阻R21的一端连接，负极的管脚分别与电容C3的一端、电阻R20的一端、三端可调电压基准芯Q1的接口1连接，电阻R21、电阻R20的另一端连接，然后分别与接地电路、电源输出端P5连接，电容C3的另一端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端分别连接三端可调电压基准芯Q1的接口2和接地电路。为图1中标号5圈住部分。
作为进一步的技术方案，接地电路包括第一接地电路、第二接地电路、第三接地电路、第四接地电路、第五接地电路、第六接地电路，第一接地电路包括串联的储能电容C7和接地端，电容C7的负极与接地端连接，第二接地电路包括电阻R27和接地端，第三接地电路包括串联的电阻R30、电阻R31和接地端，电阻R28的一端分别与R30和R31连接，第四接地电路包括储能电容C16和接地端，第五接地电路包括二极管D12和接地端，二极管D12的正极与接地端连接，第六接地电路包括串联的电阻R29和发光二极管LED1，LED1的负极与接地端连接。
作为进一步的技术方案，电源控制芯片包括8个管脚，管脚1分别与接地GND1、电容C1连接，电容C1与反馈回路连接，管脚3与电容C1和反馈回路的连接，管脚4和管脚2连接，并分别与光电耦合器PC2、高频变压器T1的输入端4和输入端5连接，管脚5、管脚6、管脚7和管脚8分别与高频变压器T1的输入端1连接。
作为进一步的技术方案，管脚4和管脚2与高频变压器T1的输入端4连接的线路上设置串联的二极管D9和电阻R19，管脚4与二极管的负极连接，管脚4和管脚2与高频变压器T1的输入端5连接的路线上设置储能电容C5和电容CY1，管脚4和管脚2与储能电容C5的正极连接，储能电容C5的负极分别与接地端和电容CY1的一端、输入端5连接，电容CY1的另一端与高频变压器T1的输出端6连接。
作为进一步的技术方案，管脚5、管脚6、管脚7和管脚8与高频变压器T1连接的线路上设置二极管D7和第二整流电路，二极管D7的负极与管脚连接，二极管D7的正极分别与控制电路、高频变压器T1的输入端1连接，控制电路的输出端与高频变压器T1的输入端3连接。
管脚1、2为场效应管的源极，3脚是反馈输入，4脚是VDD器件内部的工作电压，5、6、7、8脚为场效应管漏极。
本发明的电源控制芯片(比如VIPER22A)的特征在于电压反馈回路对电压输出电路的输出电压进行检测并反馈至电源控制芯片电路电压引脚VFB，用于控制占空比，在电流反馈检测回路、电压检测回路的作用下，可以输出稳定的电压、电流，且电源控制芯片可以实现交直流85V-265V的电压带宽，范围较广。
作为进一步的技术方案，控制电路包括二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C2，二极管D7的正极与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极分别与电阻R9、电阻R8、电阻R7的一端连接，电阻R9的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端分别与电阻R3的一端、电阻R4的一端、高频变压器T1的输入端3连接，电阻R8、电阻R7的另一端分别与电阻R3、电阻R4的另一端连接。
作为进一步的技术方案，高频变压器T1的输出端7与反馈电路连接，连接的线路上设置二极管D12，高频变压器T1的输出端7与二极管D12的正极连接，二极管D12的负极分别与反馈电路的电阻R21、电阻R20和接地电路连接，高频变压器T1的输出端8和输出端9与电源输出端P3连接，高频变压器T1的输出端10和输出端11与电源输出端P2连接。
作为进一步的技术方案，高频变压器T1的输出端8和输出端9与电源输出端P3连接的电路中包括二极管D11、储能电容C8、稳压芯片Q1-T、电阻R26、储能电容C13，输出端9与二极管D11的正极连接，二极管D11的负极分别与储能电容C8的正极、稳压芯片Q1-T的接口3连接，稳压芯片Q1-T的接口1与电阻R26的一端，储能电容C13的正极和电源输出端P3的接口1连接，电源输出端P3的接口2分别与接地端、储能电容C13的负极、稳压芯片Q1-T的接口2、储能电容C8的负极、高频变压器T1的输出端8连接。
作为进一步的技术方案，高频变压器T1的输出端10和输出端11与电源输出端P2连接的电路中包括二极管D10、储能电容C9、电阻R24、电感L3、电阻R25、储能电容C15，输出端11与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极分别与储能电容C9的正极、电阻R24的一端、电感L3的一端连接，电感L3的另一端分别与电阻R25的一端、储能电容C15、电源输出端P2的接口1连接，电源输出端P2的接口2分别与接地端、储能电容C15的负极、电阻R25的另一端、电阻R24的另一端、储能电容C9的负极、输出端10连接。
经过整流、电源芯片进入变压器T1，变压器经过变压、逆变后变为输出信号，变压器经过设计可以输出功率最大值75W的三路DC24V信号，一路检测回路不输出，并设置了三个输出端子。变压器，可以选择为一个原边输入多个副边输出的变压器，如图1所示，所述信号给定电路包括依次连接的变压器T1，三个输出回路均设置反馈稳压，在输出回路上设置稳压二极管稳压，并进行比较反馈，若检测输出回路电压有偏差，则电源芯片进行调节。反馈调节回路保证了电源输出的稳定性，实时在线检测负载变化，反馈至电源芯片做出输出调整，不会因负载的突然变化而波动。
在本发明中，以24V直流电源为例，交流电源的电压为85V-265V均可以，抗共模电感LF1的型号为IJF80-100mH。电容滤波CX1的型号为0.1μF275V，电阻R1的阻值为470K，电阻R2的阻值为470K，电阻R6的阻值为470K，电阻R7的阻值为470K，二极管D1、D2、D3、D4、D5的型号为1N4007，电感L1为300μH，储能电容C1的规格为22μF/400V，电阻R17、电阻R18、电阻R16、电阻R13、电阻R14、电阻R15的阻值为47K，储能电容C3、储能电容C6、储能电容C11、储能电容C4的规格为22μF/400V，
电容C2的规格为103/1KV，电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9的阻值为100K，二极管D9的型号为USIM，电阻R19的阻值为10R，储能电容C5的规格为47μF/50V，电容CY1的规格为222M/250VAC，电容C1的电容值为104，光电耦合器PC2的型号为EL817，电阻R21、电阻R20的阻值为100R，电容C3的电容值为105，二极管D12的型号为SR360，电阻R28的阻值为5.1K，三端可调电压基准芯Q1的型号为AZ431，储能电容C7的规格为1000μF/10V，电阻R27的阻值为330R，电感L2的4.7μH，电阻R30、电阻R31的阻值为3K，储能电容C16的规格为470μF/16V，二极管D12的型号为SMBJ，电阻R29的阻值为470R，二极管D10、D11的型号为US1D，储能电容C8和C9的规格为47μF/50V，电阻R25电阻为10K，电阻R26的阻值为3K，储能电容C13、C15的规格为47μF/50V。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流开关电源，其特征在于：包括交流电源、过流过压保护、抗干扰电路、超级电容、整流电路、电源控制芯片、高频变压器T1、反馈回路、电源输出端，交流电源的输出端1和输出端2与过流过压保护电路连接，而后连接抗干扰回路，而后接超级电容，而后连接整流电路，而后连接电源芯片，而后连接高频变压器T1，而后反馈回路，而后连接直流电源输出端。
2.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：过流过压保护电路包括串联的热敏电阻PTC1、热敏电阻Y213，交流电源的输出端1与热敏电阻Y213连接，输出端2与热敏电阻PTC1连接，热敏电阻PTC1的两脚与抗干扰电路连接；
或，抗干扰电路为并联的抗共模电感LF1和电容CX1，电容CX1的两脚与超级电容连接整流电路。
3.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联，并与抗干扰电路并联，电阻R1和电阻R2串联后的两端，一端分别与二极管D5的正极和二极管D4的负极连接，另一端分别与二极管D1的负极、二极管D2的正极连接，二极管D5的负极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与滤波电路连接，滤波电路与超级电容连接；
优选的，整流电路中包括电阻R6和电阻R11，电阻R6和电阻R11串联，串联后的两端，一端分别与二极管D1、二极管D4的正极连接，另一端分别与二极管D2和二极管D5的负极连接。
4.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：滤波电路包括电容C1和电感L1，电容C1和电感L1的一端连接，并与二极管D3的负极连接，电容C1和电感L1的另一端分别与超级电容电路连接。
5.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：超级电容包括并联设置的储能电容C3、储能电容C6、储能电容C11、储能电容C4；
优选的，超级电容包括电阻R17、电阻R18、电阻R16、电阻R13、电阻R14、电阻R15，电阻R13、电阻R14、电阻R15并联，并联的一端并分别与电阻R17、电阻R18、电阻R16的一端连接，并联的另一端与储能电容C3的正极连接，电阻R17的另一端连接储能电容C6的正极，电阻R18的另一端连接储能电容C11的正极，电阻R16的另一端连接储能电容C4的正极；
优选的，超级电容包括二极管D6，二极管D6的正极分别与储能电容C6、储能电容C11、储能电容C4的正极连接，二极管D6的负极与储能电容C3的正极连接。
6.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：高频变压器T1包括两个输入端和三个输出端。
7.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：反馈回路包括光电耦合器PC2、电阻R21、电阻R20、电容C3、电阻R28、三端可调电压基准芯Q1、接地电路，光电耦合器PC2的发光二极管的正极的管脚与电阻R21的一端连接，负极的管脚分别与电容C3的一端、电阻R20的一端、三端可调电压基准芯Q1的接口1连接，电阻R21、电阻R20的另一端连接，然后分别与接地电路、电源输出端P5连接，电容C3的另一端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端分别连接三端可调电压基准芯Q1的接口2和接地电路。
8.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：接地电路包括第一接地电路、第二接地电路、第三接地电路、第四接地电路、第五接地电路、第六接地电路，第一接地电路包括串联的储能电容C7和接地端，电容C7的负极与接地端连接，第二接地电路包括电阻R27和接地端，第三接地电路包括串联的电阻R30、电阻R31和接地端，电阻R28的一端分别与R30和R31连接，第四接地电路包括储能电容C16和接地端，第五接地电路包括二极管D12和接地端，二极管D12的正极与接地端连接，第六接地电路包括串联的电阻R29和发光二极管LED1，LED1的负极与接地端连接。
9.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：电源控制芯片包括8个管脚，管脚1分别与接地GND1、电容C1连接，电容C1与反馈回路连接，管脚3与电容C1和反馈回路的连接，管脚4和管脚2连接，并分别与光电耦合器PC2、高频变压器T1的输入端4和输入端5连接，管脚5、管脚6、管脚7和管脚8分别与高频变压器T1的输入端1连接；
优选的，管脚4和管脚2与高频变压器T1的输入端4连接的线路上设置串联的二极管D9和电阻R19，管脚4与二极管的负极连接，管脚4和管脚2与高频变压器T1的输入端5连接的路线上设置储能电容C5和电容CY1，管脚4和管脚2与储能电容C5的正极连接，储能电容C5的负极分别与接地端和电容CY1的一端、输入端5连接，电容CY1的另一端与高频变压器T1的输出端6连接；
优选的，管脚5、管脚6、管脚7和管脚8与高频变压器T1连接的线路上设置二极管D7和第二整流电路，二极管D7的负极与管脚连接，二极管D7的正极分别与整流电路、高频变压器T1的输入端1连接，控制电路的输出端与高频变压器T1的输入端3连接。
10.根据权利要求1所述的直流开关电源，其特征在于：控制电路包括二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C2，二极管D7的正极与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极分别与电阻R9、电阻R8、电阻R7的一端连接，电阻R9的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端分别与电阻R3的一端、电阻R4的一端、高频变压器T1的输入端3连接，电阻R8、电阻R7的另一端分别与电阻R3、电阻R4的另一端连接。
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