CN116365902B - 一种开关电源电路拓扑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源电路拓扑，涉及开关电源领域，该开关电源电路拓扑包括：市电电源模块，用于引入220V交流电，输出给降压整流滤波模块；降压整流滤波模块，用于将220V交流电转化为直流电；安全保护模块，用于对电路进行上电保护、欠压保护、过载或短路保护，对电路进行延时供电、欠压指示、过载或短路指示；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在完成传统开关电源的供电前提下，设置有安全保护模块，单个模块集成了上电保护、欠压保护、过载或短路保护、延时供电、欠压指示、过载或短路指示等多种功能，相较于传统的开关电源，节省了保护电路的体积，使得开关电源小型化。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体是一种开关电源电路拓扑。
背景技术
开关电源是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电），而输出多半是需要直流电源的设备。
开关电源往往设置有多种保护电路，例如上电保护电路、欠压保护电路、过载或短路保护电路等，来保护用电安全，保护电路设有多个，导致开关电源电路的器件也较多，需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关电源电路拓扑，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种开关电源电路拓扑，包括：
市电电源模块，用于引入220V交流电，输出给降压整流滤波模块；
降压整流滤波模块，用于将220V交流电转化为直流电；
安全保护模块，用于对电路进行上电保护、欠压保护、过载或短路保护，对电路进行延时供电、欠压指示、过载或短路指示；
电压调节模块，用于接收PWM信号，控制输出给电压驱动模块的电压大小；
PWM控制模块，用于输出可调的PWM信号；
电压驱动模块，用于生成隔离电压；
电压输出模块，用于输出电压供给负载；
反馈调节模块，用于采样电压驱动模块的输出电压，并反馈给电压驱动模块，调节电压驱动模块的输出电压大小；
市电电源模块的输出端连接降压整流滤波模块的输入端，降压整流滤波模块的输出端连接安全保护模块的输入端，安全保护模块的输出端连接电压调节模块的第一输入端，PWM控制模块的输出端连接电压调节模块的第二输入端，电压调节模块的输出端连接电压驱动模块的第一输入端，电压驱动模块的第一输出端连接电压输出模块的输入端，电压驱动模块的第二输出端连接反馈调节模块的输入端，反馈调节模块的输出端连接电压驱动模块的第二输入端。
作为本发明再进一步的方案：降压整流滤波模块包括第一变压器、整流器、第一电容、第一电感、第二电容，第一变压器的输入端连接市电电源模块的输出端，第一变压器的输出端一端连接整流器的第一端，第一变压器的输出端另一端连接整流器的第三端，整流器的第二端接地，整流器的第四端连接第一电容的一端、第一电感的一端，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端连接第二电容的一端、安全保护模块的输入端，第二电容的另一端接地。
作为本发明再进一步的方案：安全保护模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电容、第一三极管、第二MOS管，第一电阻的一端连接第二MOS管的D极、降压整流滤波模块的输出端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端、第一二极管的负极、第三电容的一端、第四二极管的正极、第二MOS管的G极，第一二极管的正极连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第三电容的另一端、第三二极管的负极，第三电阻的另一端接地，第三二极管的正极连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极连接第四二极管的负极，第二MOS管的S极连接电压调节模块的第一输入端。
作为本发明再进一步的方案：电压调节模块包括第三MOS管、第四电容，第三MOS管的D极连接安全保护模块的输出端，第三MOS管的G极连接PWM控制模块的输出端，第三MOS管的S极连接第四电容的一端、电压驱动模块的第一输入端，第四电容的另一端接地。
作为本发明再进一步的方案：PWM控制模块包括第九二极管、第十二极管、第三电位器、第五电阻，第八电容、第四电阻、第二电位器、反相器，反相器的输入端连接第八电容的一端、第九二极管的负极、第十二极管的正极，第九二极管的正极连接第四电阻的一端，第八电容的另一端接地，反相器的输出端连接第二电位器的一端、电压调节模块的第二输入端，第二电位器的另一端连接第四电阻的另一端，第十二极管的负极连接第三电位器的一端，第三电位器的另一端连接通过第五电阻接地。
作为本发明再进一步的方案：电压驱动模块包括第五二极管、第六二极管、第二变压器、第一集成电路，第一集成电路型号为TOP210，第五二极管的正极连接第二变压器的第一端、电压调节模块的输出端，第五二极管的负极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第二变压器的第二端、第一集成电路的5号引脚，第一集成电路的8号引脚接地，第一集成电路的1、4号引脚连接反馈调节模块，第二变压器的第三端连接电源输出模块，第二变压器的第五端连接反馈调节模块，第二变压器的第四端接地，第二变压器的第六端接地。
作为本发明再进一步的方案：电压输出模块包括第七二极管、第五电容、第二电感、第六电容，第七二极管的正极连接电压驱动模块的第一输出端，第七二极管的负极连接第五电容的一端、第二电感的一端，第五电容的另一端接地，第二电感的另一端连接第六电容的一端，第六电容的另一端接地。
作为本发明再进一步的方案：反馈调节模块包括第八二极管、第一电位器、第七电容，第八二极管的正极连接第二变压器的第五端，第八二极管的负极连接第一电位器的一端，第一电位器的另一端连接第七电容的一端、第一集成电路的4号引脚，第七电容的另一端连接第一集成电路的1号引脚。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在完成传统开关电源的供电前提下，设置有安全保护模块，单个模块集成了上电保护、欠压保护、过载或短路保护、延时供电、欠压指示、过载或短路指示等多种功能，相较于传统的开关电源，节省了保护电路的体积，使得开关电源小型化。
附图说明
图1为一种开关电源电路拓扑的原理图。
图2为一种开关电源电路拓扑的第一部分电路图。
图3为一种开关电源电路拓扑的第二部分电路图。
图4为一种开关电源电路拓扑的PWM控制模块的电路图。
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。
请参阅图1，一种开关电源电路拓扑，包括：
市电电源模块1，用于引入220V交流电，输出给降压整流滤波模块2；
降压整流滤波模块2，用于将220V交流电转化为直流电；
安全保护模块3，用于对电路进行上电保护、欠压保护、过载或短路保护，对电路进行延时供电、欠压指示、过载或短路指示；
电压调节模块4，用于接收PWM信号，控制输出给电压驱动模块6的电压大小；
PWM控制模块5，用于输出可调的PWM信号；
电压驱动模块6，用于生成隔离电压；
电压输出模块7，用于输出电压供给负载；
反馈调节模块8，用于采样电压驱动模块6的输出电压，并反馈给电压驱动模块6，调节电压驱动模块6的输出电压大小；
市电电源模块1的输出端连接降压整流滤波模块2的输入端，降压整流滤波模块2的输出端连接安全保护模块3的输入端，安全保护模块3的输出端连接电压调节模块4的第一输入端，PWM控制模块5的输出端连接电压调节模块4的第二输入端，电压调节模块4的输出端连接电压驱动模块6的第一输入端，电压驱动模块6的第一输出端连接电压输出模块7的输入端，电压驱动模块6的第二输出端连接反馈调节模块8的输入端，反馈调节模块8的输出端连接电压驱动模块6的第二输入端。
在具体实施例中：请参阅图2，市电电源模块1包括火线L和零线N，通过引入火线L和零线N来引入220V的市电电源，供给后续电路。
在本实施例中：请参阅图2，降压整流滤波模块2包括第一变压器W1、整流器T、第一电容C1、第一电感L1、第二电容C2，第一变压器W1的输入端连接市电电源模块1的输出端，第一变压器W1的输出端一端连接整流器T的第一端，第一变压器W1的输出端另一端连接整流器T的第三端，整流器T的第二端接地，整流器T的第四端连接第一电容C1的一端、第一电感L1的一端，第一电容C1的另一端接地，第一电感L1的另一端连接第二电容C2的一端、安全保护模块3的输入端，第二电容C2的另一端接地。
第一变压器W1完成降压处理，将220V交流电转化为低伏交流电，整流器T将低伏交流电转化为直流电，第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1构成的滤波电路完成滤波处理。
在另一个实施例中：可以额外串联一个电阻，用于限流。
在本实施例中：请参阅图3，安全保护模块3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三电容C3、第一三极管V1、第二MOS管V2，第一电阻R1的一端连接第二MOS管V2的D极、降压整流滤波模块2的输出端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端、第一二极管D1的负极、第三电容C3的一端、第四二极管D4的正极、第二MOS管V2的G极，第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端、第三电容C3的另一端、第三二极管D3的负极，第三电阻R3的另一端接地，第三二极管D3的正极连接第一三极管V1的基极，第一三极管V1的发射极接地，第一三极管V1的集电极连接第四二极管D4的负极，第二MOS管V2的S极连接电压调节模块4的第一输入端。
上电保护功能，在上电瞬间，第三电容C3上无电压，需要时间进行充电，因此第二MOS管V2不导通，电压不为后级电路供电，此时电流通过第一电阻R1、第二电阻R2（第一二极管D1、第二二极管D2）、第三电阻R3接地，避免上电瞬间产生的大电流损坏电路；
延时供电功能，随着第三电容C3充电的完成，其上电压为第一二极管D1（稳压二极管）和第二二极管D2（发光二极管，0.7V）上的电压和时，此时该电压驱动第二MOS管V2导通，电压经过第二MOS管V2为后级电路供电；
欠压保护功能，在供电欠压超出阈值时，即无法使得第一二极管D1导通，第二电阻R2上的电压较小，此时与之并联的第三电容C3上的电压也较小，无法驱动第二MOS管V2导通，停止为后级电路供电；
欠压指示功能，供电非欠压时，此时第一二极管D1导通，第二二极管D2发光指示，指示供电非欠压；供电欠压时，此时第一二极管D1截止，第二二极管D2熄灭，指示供电欠压；
过载或短路保护功能，在电路过载或者短路等原因造成电路电流超出阈值时，此时第三电阻R3上的电压偏大，该电压击穿第三二极管D3（稳压二极管），驱动第一三极管V1导通，第二MOS管V2的G极通过导通的第一三极管V1接地变为低电平，第二MOS管V2截止，停止为后级电路供电，保护电路；
过载或短路指示功能，在电路非过载或短路时，此时第一三极管V1不导通，第四二极管D4（发光二极管）不发光；在电路过载或短路时，此时第一三极管V1导通，第四二极管D4发光指示。
因此，通过安全保护模块3的10个元器件的构成，满足了多种保护电路功能，相较于现有的保护电路而言，结构更简单，占用体积更小。
在另一个实施例中：可以略去第二二极管D2、第四二极管D4，这样会导致电路故障时无法直接观察到故障信息。
在本实施例中：请参阅图3，电压调节模块4包括第三MOS管V3、第四电容C4，第三MOS管V3的D极连接安全保护模块3的输出端，第三MOS管V3的G极连接PWM控制模块5的输出端，第三MOS管V3的S极连接第四电容C4的一端、电压驱动模块6的第一输入端，第四电容C4的另一端接地。
根据不同的PWM信号占空比，来调节输出给后级电路的电压大小，使得最终输出给负载的电压大小可调。
在另一个实施例中，可以略去第四电容C4，第四电容C4用于平稳电压，避免经过第三MOS管V3的电压波动。
在本实施例中：请参阅图4，PWM控制模块5包括第九二极管D9、第十二极管D10、第三电位器RP3、第五电阻R5，第八电容C8、第四电阻R4、第二电位器RP2、反相器U2，反相器U2的输入端连接第八电容C8的一端、第九二极管D9的负极、第十二极管D10的正极，第九二极管D9的正极连接第四电阻R4的一端，第八电容C8的另一端接地，反相器U2的输出端连接第二电位器RP2的一端、电压调节模块4的第二输入端，第二电位器RP2的另一端连接第四电阻R4的另一端，第十二极管D10的负极连接第三电位器RP3的一端，第三电位器RP3的另一端连接通过第五电阻R5接地。
初始时，第八电容C8上无电压，反相器U2的输入端为低电平，反相器U2输出高电平，经过第二电位器RP2、第四电阻R4为第八电容C8充电，随着第八电容C8充电至高电平时，反相器U2输出低电平，这时第八电容C8通过第十二极管D10、第三电位器RP3、第五电阻R5、大地放电，再次变为低电平，往复如此，在反相器U2的输出端形成PWM信号，通过调节第二电位器RP2、第三电位器RP3的阻值，改变输出PWM信号的占空比。
在另一个实施例中，可以略去第二电位器RP2、第三电位器RP3中的一个，这样会导致可调节的PWM信号占空比范围减小。
在本实施例中：请参阅图3，电压驱动模块6包括第五二极管D5、第六二极管D6、第二变压器W2、第一集成电路U1，第一集成电路U1型号为TOP210，第五二极管D5的正极连接第二变压器W2的第一端、电压调节模块4的输出端，第五二极管D5的负极连接第六二极管D6的负极，第六二极管D6的正极连接第二变压器W2的第二端、第一集成电路U1的5号引脚，第一集成电路U1的8号引脚接地，第一集成电路U1的1、4号引脚连接反馈调节模块8，第二变压器W2的第三端连接电源输出模块，第二变压器W2的第五端连接反馈调节模块8，第二变压器W2的第四端接地，第二变压器W2的第六端接地。
第一集成电路U1的5号引脚接内置开关管漏极，通过内置开关管的导通与否，来控制第二变压器W2第一端、第二端是否存储电能，进而通过第三端、第四端隔离输出，第二变压器W2的第五端、第六端的输出电压，为采样电压。
在另一个实施例中：可略去第五二极管D5、第六二极管D6，第五二极管D5、第六二极管D6组成钳位电路，把第二变压器W2漏感引起的脉冲前沿尖峰电压限制到安全值。
在本实施例中：请参阅图3，电压输出模块7包括第七二极管D7、第五电容C5、第二电感L2、第六电容C6，第七二极管D7的正极连接电压驱动模块6的第一输出端，第七二极管D7的负极连接第五电容C5的一端、第二电感L2的一端，第五电容C5的另一端接地，第二电感L2的另一端连接第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端接地。
第二变压器W2的第三端输出电压，经过第七二极管D7整流，第五电容C5、第六电容C6、第二电感L2构成的滤波电路滤波，输出直流电供给后续电路。
在另一个实施例中，可以改变第二变压器W2第三端、第四端的线圈匝数，来调节输出电压大小。
在本实施例中：请参阅图3，反馈调节模块8包括第八二极管D8、第一电位器RP1、第七电容C7，第八二极管D8的正极连接第二变压器W2的第五端，第八二极管D8的负极连接第一电位器RP1的一端，第一电位器RP1的另一端连接第七电容C7的一端、第一集成电路U1的4号引脚，第七电容C7的另一端连接第一集成电路U1的1号引脚。
采样电压经过变压器的第五端、第八二极管D8、第一电位器RP1、第七电容C7后输出给第一集成电路U1的4号引脚（FB反馈输入引脚），根据反馈电压信息，来调节第一集成电路U1内置开关管的导通频率，使得输出电压平稳。
在另一个实施例中：可由将第一电位器RP1换成普通电阻，这样会导致无法调节反馈电压的大小。
本发明的工作原理是：市电电源模块1引入220V交流电，输出给降压整流滤波模块2；降压整流滤波模块2将220V交流电转化为直流电；安全保护模块3对电路进行上电保护、欠压保护、过载或短路保护，对电路进行延时供电、欠压指示、过载或短路指示；电压调节模块4接收PWM信号，控制输出给电压驱动模块6的电压大小；PWM控制模块5输出可调的PWM信号；电压驱动模块6生成隔离电压；电压输出模块7输出电压供给负载；反馈调节模块8采样电压驱动模块6的输出电压，并反馈给电压驱动模块6，调节电压驱动模块6的输出电压大小。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种新的开关电源电路拓扑，其特征在于：
该新的开关电源电路拓扑包括：
市电电源模块，用于引入220V交流电，输出给降压整流滤波模块；
降压整流滤波模块，用于将220V交流电转化为直流电；
安全保护模块，用于对电路进行上电保护、欠压保护、过载或短路保护，对电路进行延时供电、欠压指示、过载或短路指示；
电压调节模块，用于接收PWM信号，控制输出给电压驱动模块的电压大小；
PWM控制模块，用于输出可调的PWM信号；
电压驱动模块，用于生成隔离电压；
电压输出模块，用于输出电压供给负载；
反馈调节模块，用于采样电压驱动模块的输出电压，并反馈给电压驱动模块，调节电压驱动模块的输出电压大小；
市电电源模块的输出端连接降压整流滤波模块的输入端，降压整流滤波模块的输出端连接安全保护模块的输入端，安全保护模块的输出端连接电压调节模块的第一输入端，PWM控制模块的输出端连接电压调节模块的第二输入端，电压调节模块的输出端连接电压驱动模块的第一输入端，电压驱动模块的第一输出端连接电压输出模块的输入端，电压驱动模块的第二输出端连接反馈调节模块的输入端，反馈调节模块的输出端连接电压驱动模块的第二输入端；
安全保护模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电容、第一三极管、第二MOS管，第一电阻的一端连接第二MOS管的D极、降压整流滤波模块的输出端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端、第一二极管的负极、第三电容的一端、第四二极管的正极、第二MOS管的G极，第一二极管的正极连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第三电容的另一端、第三二极管的负极，第三电阻的另一端接地，第三二极管的正极连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极连接第四二极管的负极，第二MOS管的S极连接电压调节模块的第一输入端；
电压调节模块包括第三MOS管、第四电容，第三MOS管的D极连接安全保护模块的输出端，第三MOS管的G极连接PWM控制模块的输出端，第三MOS管的S极连接第四电容的一端、电压驱动模块的第一输入端，第四电容的另一端接地；
PWM控制模块包括第九二极管、第十二极管、第三电位器、第五电阻，第八电容、第四电阻、第二电位器、反相器，反相器的输入端连接第八电容的一端、第九二极管的负极、第十二极管的正极，第九二极管的正极连接第四电阻的一端，第八电容的另一端接地，反相器的输出端连接第二电位器的一端、电压调节模块的第二输入端，第二电位器的另一端连接第四电阻的另一端，第十二极管的负极连接第三电位器的一端，第三电位器的另一端连接通过第五电阻接地。
2.根据权利要求1所述的新的开关电源电路拓扑，其特征在于，降压整流滤波模块包括第一变压器、整流器、第一电容、第一电感、第二电容，第一变压器的输入端连接市电电源模块的输出端，第一变压器的输出端一端连接整流器的第一端，第一变压器的输出端另一端连接整流器的第三端，整流器的第二端接地，整流器的第四端连接第一电容的一端、第一电感的一端，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端连接第二电容的一端、安全保护模块的输入端，第二电容的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的新的开关电源电路拓扑，其特征在于，电压驱动模块包括第五二极管、第六二极管、第二变压器、第一集成电路，第一集成电路型号为TOP210，第五二极管的正极连接第二变压器的第一端、电压调节模块的输出端，第五二极管的负极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第二变压器的第二端、第一集成电路的5号引脚，第一集成电路的8号引脚接地，第一集成电路的1、4号引脚连接反馈调节模块，第二变压器的第三端连接电源输出模块，第二变压器的第五端连接反馈调节模块，第二变压器的第四端接地，第二变压器的第六端接地。
4.根据权利要求1所述的新的开关电源电路拓扑，其特征在于，电压输出模块包括第七二极管、第五电容、第二电感、第六电容，第七二极管的正极连接电压驱动模块的第一输出端，第七二极管的负极连接第五电容的一端、第二电感的一端，第五电容的另一端接地，第二电感的另一端连接第六电容的一端，第六电容的另一端接地。
5.根据权利要求3所述的新的开关电源电路拓扑，其特征在于，反馈调节模块包括第八二极管、第一电位器、第七电容，第八二极管的正极连接第二变压器的第五端，第八二极管的负极连接第一电位器的一端，第一电位器的另一端连接第七电容的一端、第一集成电路的4号引脚，第七电容的另一端连接第一集成电路的1号引脚。
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