CN113098255B - 一种高工作电压、小功率的开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高工作电压、小功率的开关电源电路，属于开关电源技术领域，包括：Vin端；全波整流电路，用以实现全波整流，Vin端的正极端和负极端均与全波整流电路的输入端连接；耦合比较电路，用以实现耦合和比较，全波整流电路的输出端与耦合比较电路的输入端连接；稳压滤波电路，用以实现稳压和滤波，耦合比较电路的输出端与稳压滤波电路的输入端连接；稳压电路，用以实现稳压，耦合比较电路的输出端与稳压电路的输入端连接；MOS管，稳压电路的输出端与MOS管的栅极连接；以及开关电源电路，MOS管的源极与开关电源电路的输入端连接。本发明旨在解决现有技术中启动时功耗较大对效率指标产生不利影响的技术问题。

Description

一种高工作电压、小功率的开关电源电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体地说，涉及一种高工作电压、小功率的开关电源电路。

背景技术

目前，开关电源技术已经非常成熟，高度集成化的开关电源芯片品种多，成本低，应用非常广泛，这些电路基本上都是为110V/220V/230Vac电力系统设计的，无法直接在更高的电压等级上直接应用，有些应用于特定场合的电子设备需要较高的输入电压范围，如电子式电能表，因其需要考虑电网单相接地短路造成另外两相电压升高的情况，使得电子设备的电源电压可能达到430Vac以上，普通的开关电源将无法正常工作，该类设备目前是采用开关电源控制器和高压开关管等多个分立构成开关电源，上述方案导致开关电源的设计难度较高，增加了成本，降低了可靠性。

授权公开号“CN2595067”记载了“一种小功率开关电源的限压电路，MOSFET的漏极接整流电路的正极性输出端，源极接功率变换电路的脉冲变压器输入端，电阻器接于MOSFET的漏极与栅极之间，二极管的正极接于MOSFET的源极且其负极接于MOSFET的漏极，二极管的正极接于MOSFET的源极且其负极接于MOSFET的栅极，二极管的负极接于MOSFET的栅极且其正极接于整流电路的负极性输出端和功率变换电路的负极性输入端的连接线上。本发明扩展了开关电源的允许输入电压范围，使得专为低电压等级设计的高集成度的开关电源集成电路能够应用于高电压等级，达到了简化开关电源设计，降低成本，提高可靠性的目的”。

上述专利启动时功耗较大，极有可能对效率指标产生不利影响。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高工作电压、小功率的开关电源电路。本发明旨在解决现有技术中启动时功耗较大对效率指标产生不利影响的技术问题。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种高工作电压、小功率的开关电源电路，包括：

Vin端；

全波整流电路，用以实现全波整流，所述Vin端的正极端和负极端均与全波整流电路的输入端连接；

耦合比较电路，用以实现耦合和比较，所述全波整流电路的输出端与耦合比较电路的输入端连接；

稳压滤波电路，用以实现稳压和滤波，所述耦合比较电路的输出端与稳压滤波电路的输入端连接；

稳压电路，用以实现稳压，所述耦合比较电路的输出端与稳压电路的输入端连接；

MOS管，所述稳压电路的输出端与MOS管的栅极连接；以及

开关电源电路，所述MOS管的源极与开关电源电路的输入端连接。本发明旨在解决现有技术中启动时功耗较大对效率指标产生不利影响的技术问题。

作为本发明的一种优选方案，所述全波整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述Vin端的正极端分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，所述二极管D1的阴极与二极管D3的阳极连接，所述二极管D2的阴极与二极管D4的阳极连接，所述Vin端的负极端与二极管D4的阳极端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合比较电路包括耦合器U1和比较器A1，所述二极管D3的阴极和二极管D4的阴极均与耦合器U1的输入端连接，所述耦合器U1的输出端分别与比较器A1的正极端和负极端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述稳压滤波电路包括稳压二极管VD1、电阻R1、电阻R2和电容C1，所述比较器A1的负极端与稳压二极管VD1的阴极连接，所述稳压二极管VD1的阳极分别与电阻R1的输入端、电阻R2的输入端和电容C1的输入端连接，电阻R1的输出端、电阻R2的输出端和电容C1的输出端均与GND接地端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述稳压电路包括电阻R3和稳压二极管VD2，所述比较器A1的输出端与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端与稳压二极管VD2的阳极连接，所述稳压二极管VD2的阴极与MOS管的栅极连接。

作为本发明的一种优选方案，所述开关电源电路包括：

处理电路，所述MOS管的源极与处理电路的输入端连接；

变压器T1，用以实现变压，所述处理电路的输出端与变压器T1的原边绕组一端相连，所述变压器T1的原边绕组另一端与比较器A1的输出端连接；

高频整流电路，用以实现高频整流，所述高频整流电路的输入端与变压器T1的两个副边绕组连接；以及

开关电源，所述高频整流电路的输出端与开关电源的输入端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述处理电路包括二极管D5、处理器和继电器K，所述MOS管的源极与二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与继电器K的输入端连接，所述继电器K的输出端与变压器T1的原边绕组一端连接；

所述高频整流电路包括二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述变压器T1的其中一个副边绕组一端与二极管D6的阳极连接，所述二极管D6的阴极与二极管D8的阳极连接，所述变压器T1的另一个副边绕组一端与二极管D8的阳极连接，所述变压器T1的其中一个副边绕组另一端与二极管D7的阳极连接，所述二极管D7的阴极与二极管D9的阳极连接，所述变压器T1的另一个副边绕组另一端与二极管D9的阳极连接，所述二极管D8的阴极和二极管D9的阴极均与开关电源的输入端连接。

作为本发明的一种优选方案，还包括设于稳压二极管VD2的阴极与MOS管的栅极之间的一级保护电路，用以实现保护，其中，所述一级保护电路包括电阻R4和电容C2，所述稳压二极管VD2的阴极与电阻R4的输入端连接，所述电阻R4的输出端与电容C2的输入端连接，所述电容C2的输出端与GND接地端连接。

作为本发明的一种优选方案，还包括设于MOS管漏极的二级保护电路，用以实现保护，其中，所述二级保护电路包括电阻R5和电容C3，所述MOS管的漏极与电阻R5的输入端连接，所述电阻R5的输出端与电容C3的输入端连接，所述电容C3的输出端与GND接地端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述电容C2和电容C3均为非极性电容。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明通过全波整流电路进行全波整流，当Vin端输出低电平电压时，通过比较器A1进行比较，判断该电压小于MOS管的击穿电压，此时MOS管不导通，开关电源电路不启动；当Vin端输出高电平电压时，通过比较器A1进行比较，判断该电压大于MOS管的击穿电压，继而经过稳压滤波电路的稳压和滤波作用，同时经过稳压电路的稳压作用，输出稳定的电压，继而使得MOS管导通，与此同时，处理器控制继电器K导通，变压器T1进行变压处理，变压器T1的两个副边绕组进行高频整流，输出稳定的高电压，开关电源进行工作。

（2）本发明通过一级保护电路和二级保护电路的设置，使其进行良好的保护，使得本电路具有较高的安全性能。

（3）本发明基于MOS管的设置，使其具有低功耗以及小功率启动的效果。

附图说明

图1为本发明一种高工作电压、小功率的开关电源电路的功能框图；

图2为本发明一种高工作电压、小功率的开关电源电路的原理图。

图中标号说明：

100、全波整流电路；200、耦合比较电路；300、稳压滤波电路；400、稳压电路；500、一级保护电路；600、二级保护电路；700、开关电源电路；800、MOS管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1-2，一种高工作电压、小功率的开关电源电路，包括：

Vin端，Vin端具有正极端和负极端；

请参阅图1和图2，为了实现全波整流，在上述Vin端的正极端和负极端设置有全波整流电路100，具体的，Vin端的正极端和负极端均与全波整流电路100的输入端连接，全波整流电路100包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，Vin端的正极端分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D2的阴极与二极管D4的阳极连接，Vin端的负极端与二极管D4的阳极端连接，全波整流电路100采用全波整流的方式进行整流，整流作用明显；

请参阅图1和图2，为了实现耦合和比较，在上述全波整流电路100的输出端设置有耦合比较电路200，具体的，耦合比较电路200包括耦合器U1和比较器A1，二极管D3的阴极和二极管D4的阴极均与耦合器U1的输入端连接，耦合器U1的输出端分别与比较器A1的正极端和负极端连接，比较器A1的设置是必需的，此处用以判断Vin端的输出电压是否达到了MOS管800的击穿电压，若Vin端的输出电压达到了MOS管800的击穿电压，处理器则会控制继电器K导通；若Vin端的输出电压达到了MOS管800的击穿电压，继电器K将无法导通；

请参阅图1和图2，为了实现稳压和滤波，在上述耦合比较电路200的输出端设置有稳压滤波电路300，具体的，稳压滤波电路300包括稳压二极管VD1、电阻R1、电阻R2和电容C1，比较器A1的负极端与稳压二极管VD1的阴极连接，稳压二极管VD1的阳极分别与电阻R1的输入端、电阻R2的输入端和电容C1的输入端连接，电阻R1的输出端、电阻R2的输出端和电容C1的输出端均与GND接地端连接，此处通过稳压二极管VD1、电阻R1、电阻R2的相互作用，使得Vin端的输出电压进行良好的稳压作用，同时也使得后续输出的电压较为稳定；

请参阅图1和图2，为了进一步实现稳压，在上述耦合比较电路200的输出端设置有稳压电路400，具体的，稳压电路400包括电阻R3和稳压二极管VD2，比较器A1的输出端与电阻R3的输入端连接，电阻R3的输出端与稳压二极管VD2的阳极连接，稳压二极管VD2的阴极与MOS管800的栅极连接，稳压电路400的设置进一步进行稳压，使得输出电压更加稳定；

请参阅图1和图2，在上述稳压电路400的输出端设置有MOS管800，具体的，稳压电路400的输出端与MOS管800的栅极连接，MOS管800的设置是必需的，其不仅作为导通原件，具有低功耗以及小功率启动的效果；

请参阅图1和图2，在上述MOS管800的源极设置有开关电源电路700，具体的，开关电源电路700包括：

处理电路，MOS管800的源极与处理电路的输入端连接，具体的，处理电路包括二极管D5、处理器和继电器K，MOS管800的源极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与处理器的输入端连接，处理器的输出端与继电器K的输入端连接，继电器K的输出端与变压器T1的原边绕组一端连接；

变压器T1，用以实现变压，处理电路的输出端与变压器T1的原边绕组一端相连，变压器T1的原边绕组另一端与比较器A1的输出端连接；

高频整流电路，用以实现高频整流，高频整流电路的输入端与变压器T1的两个副边绕组连接，高频整流电路包括二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，变压器T1的其中一个副边绕组一端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与二极管D8的阳极连接，变压器T1的另一个副边绕组一端与二极管D8的阳极连接，变压器T1的其中一个副边绕组另一端与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极与二极管D9的阳极连接，变压器T1的另一个副边绕组另一端与二极管D9的阳极连接，二极管D8的阴极和二极管D9的阴极均与开关电源的输入端连接；以及

开关电源，高频整流电路的输出端与开关电源的输入端连接；

请参阅图1和图2，为了实现良好的保护作用，本发明还设置有一级保护电路500和二级保护电路600，具体的，一级保护电路500设于稳压二极管VD2的阴极与MOS管的800栅极之间，其中，一级保护电路500包括电阻R4和电容C2，稳压二极管VD2的阴极与电阻R4的输入端连接，电阻R4的输出端与电容C2的输入端连接，电容C2的输出端与GND接地端连接；

二级保护电路600设于MOS管800漏极，其中，二级保护电路600包括电阻R5和电容C3，MOS管800的漏极与电阻R5的输入端连接，电阻R5的输出端与电容C3的输入端连接，电容C3的输出端与GND接地端连接。

需要进行说明的是：上述电容C2和电容C3均为非极性电容。

本发明的工作原理或者工作过程为：全波整流电路100进行全波整流，当Vin端输出低电平电压时，通过比较器A1进行比较，判断该电压小于MOS管800的击穿电压，此时MOS管800不导通，开关电源电路700不启动；当Vin端输出高电平电压时，通过比较器A1进行比较，判断该电压大于MOS管800的击穿电压，处理器控制继电器K导通，继而经过稳压滤波电路300的稳压和滤波作用，同时经过稳压电路400的稳压作用，输出稳定的电压，继而使得MOS管800导通，变压器T1进行变压处理，变压器T1的两个副边绕组进行高频整流，输出稳定的高电压，开关电源进行工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，包括：

Vin端；

全波整流电路（100），用以实现全波整流，所述Vin端的正极端和负极端均与全波整流电路（100）的输入端连接；

耦合比较电路（200），用以实现耦合和比较，所述全波整流电路（100）的输出端与耦合比较电路（200）的输入端连接；

稳压滤波电路（300），用以实现稳压和滤波，所述耦合比较电路（200）的输出端与稳压滤波电路（300）的输入端连接；

稳压电路（400），用以实现稳压，所述耦合比较电路（200）的输出端与稳压电路（400）的输入端连接；

MOS管（800），所述稳压电路（400）的输出端与MOS管（800）的栅极连接；以及

开关电源电路（700），所述MOS管（800）的源极与开关电源电路（700）的输入端连接；

所述全波整流电路（100）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述Vin端的正极端分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，所述二极管D1的阴极与二极管D3的阳极连接，所述二极管D2的阴极与二极管D4的阳极连接，所述Vin端的负极端与二极管D4的阳极端连接；所述耦合比较电路（200）包括耦合器U1和比较器A1，所述二极管D3的阴极和二极管D4的阴极均与耦合器U1的输入端连接，所述耦合器U1的输出端分别与比较器A1的正极端和负极端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，所述稳压滤波电路（300）包括稳压二极管VD1、电阻R1、电阻R2和电容C1，所述比较器A1的负极端与稳压二极管VD1的阴极连接，所述稳压二极管VD1的阳极分别与电阻R1的输入端、电阻R2的输入端和电容C1的输入端连接，电阻R1的输出端、电阻R2的输出端和电容C1的输出端均与GND接地端连接。

3.根据权利要求2所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，所述稳压电路（400）包括电阻R3和稳压二极管VD2，所述比较器A1的输出端与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端与稳压二极管VD2的阳极连接，所述稳压二极管VD2的阴极与MOS管（800）的栅极连接。

4.根据权利要求3所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路（700）包括：

处理电路，所述MOS管（800）的源极与处理电路的输入端连接；

变压器T1，用以实现变压，所述处理电路的输出端与变压器T1的原边绕组一端相连，所述变压器T1的原边绕组另一端与比较器A1的输出端连接；

高频整流电路，用以实现高频整流，所述高频整流电路的输入端与变压器T1的两个副边绕组连接；以及

开关电源，所述高频整流电路的输出端与开关电源的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，

所述处理电路包括二极管D5、处理器和继电器K，所述MOS管（800）的源极与二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与继电器K的输入端连接，所述继电器K的输出端与变压器T1的原边绕组一端连接；

所述高频整流电路包括二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述变压器T1的其中一个副边绕组一端与二极管D6的阳极连接，所述二极管D6的阴极与二极管D8的阳极连接，所述变压器T1的另一个副边绕组一端与二极管D8的阳极连接，所述变压器T1的其中一个副边绕组另一端与二极管D7的阳极连接，所述二极管D7的阴极与二极管D9的阳极连接，所述变压器T1的另一个副边绕组另一端与二极管D9的阳极连接，所述二极管D8的阴极和二极管D9的阴极均与开关电源的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，还包括设于稳压二极管VD2的阴极与MOS管（800）的栅极之间的一级保护电路（500），用以实现保护，其中，所述一级保护电路（500）包括电阻R4和电容C2，所述稳压二极管VD2的阴极与电阻R4的输入端连接，所述电阻R4的输出端与电容C2的输入端连接，所述电容C2的输出端与GND接地端连接。

7.根据权利要求6所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，还包括设于MOS管（800）的漏极的二级保护电路（600），用以实现保护，其中，所述二级保护电路（600）包括电阻R5和电容C3，所述MOS管（800）的漏极与电阻R5的输入端连接，所述电阻R5的输出端与电容C3的输入端连接，所述电容C3的输出端与GND接地端连接。

8.根据权利要求7所述的一种高工作电压、小功率的开关电源电路，其特征在于，所述电容C2和电容C3均为非极性电容。

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