CN1393986A - 一种组合电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合电源，电源具备初级功率电路、输出电路、隔离变压器及其控制电路，电源包括独立的主电路板和输出电路板，隔离变压器控制电路和初级功率电路设置在主电路板，隔离变压器设置在输出电路板上。本发明可以实现电源产品的灵活易改、自由组合等特征。当市场有需求时只需一方面直接使用现成已有的电源板，另一方面把电源中的不同点设计成新的电源板，再加以组合就可以了，甚至仅仅把现有的电源板组合就可以满足要求。

Description

一种组合电源

本发明属于一种电源，特别涉及一种组合电源。

电源拥有巨大的市场，几乎所有的电器，电气产品都需要电源。但每一种市场所需要的电源要求都不同。如果电源制造商对每一种市场需求都进行全面的设计、制造和销售，将会造成时间、人力、金钱、资源上的巨大浪费，尤其是对那些量少的产品，如果开发商仍然进行全面的设计、生产，将会更加得不偿失。目前市场上销售的普通电源电路板的结构示意如图1，在这样一块电路板10上，包括初级电路(或称为一次电路)11、次级电路(或二次电路)14和隔离变压器或隔离电感(以下简称变压器)13，以及隔离变压器或隔离电感的控制电路12各个部分。所有几个部分往往被设计在一个电路板中。这种电源结构使一个型号电源只适合几种甚至一种需求，而新的需求往往需要对整个电源重新设计，重新形成一个新的型号。随着对电源需求的不断多样化，市场上逐渐出现了提高电源灵活性的结构。这种结构如图2所示，这种电源在功能性构成上与图1所示的并无差异，只是结构上将普通电源的隔离变压器23和次级电路(或二次电路)241...24N分开，根据不同次级电路，形成与包括初级电路21、控制电路22和隔离变压器23的主电路板20的多种组合，对各个不同的次级电路板241...24N可以根据实际需要分别设计。不同的次级电路板241...24N与主电路板20之间用变压器绕组飞线或连接器、电缆等251...25N实现连接。

图2给出的电源结构可以针对不同的市场需求设计比较简单的次级电路板，并且形成N个自由组合；而对复杂的初级电路板，可以不必全部重新设计，只需根据需要设计不同的变压器。但是这种电源结构却带来了另一些不足：a)由于变压器的形状、大小千变万化，当原先设计的初级电路板上的变压器不能满足要求时，复杂的初级电路板又将面临重新设计；b)此电源结构只适合较大功率，较大体积的电源。其变压器体积需要很大以适应各种多路输出的要求。多路次级电路板也有体积大、成本高、结构复杂、难以生产等缺点，对于小功率、小体积、低价格的电源，此结构更不能胜任。

针对人们对电源结构的需求情况进行市场调查，将电源内部的各部分电路特征进行比较，该比较结果如下表所示：

比较特征：	初级电路	控制电路	隔离变压器	输出电路
					电路复杂程度	较复杂	非常复杂	简单	简单
决定电路的主要因素	输出功率	输出功率	用户要求	用户要求
					电路共同性	高	高	多变	多变

通过以上特征比较，可以得出这样一个结论：市场上相同功率，不同用途的电源，在电路上的区别主要在隔离变压器和输出电路上。如果在电源产品的内部构造中，把复杂的、共同性的电路和简单的、随用途而变的电路分开，设计和制造成不同的板块，再将这些板块通过连接器连接起来，就形成了灵活的电源产品。具有这种结构的电源产品，可以以最小的改变，来满足不同的市场需求。

因此，本发明的目的是，针对电源市场需求复杂多变的特点，提供一种廉价的具有灵活易改、自由组合等特征的电源产品。当市场有新的需求时，电源制造商只需一方面直接使用现成已有的电源板，另一方面把电源中的不同点设计成新的电源板，再加以组合就可以了，甚至有时只要把现成已有的电源板组合起来就可以满足要求。

本发明是这样实现的，一种组合电源，所述电源具备初级功率电路、输出电路、隔离变压器及其控制电路，其特征在于，所述电源包括独立的主电路板和输出电路板，隔离变压器控制电路和初级功率电路设置在所述主电路板，隔离变压器设置在所述输出电路板上。

下面结合附图，对本发明的结构进行详细说明，本技术领域的一般技术人员可以从描述中对本发明的特征和范围有更进一步的了解。

图1是现有技术中普通电源的结构示意图；

图2是现有技术中较灵活结构电源的结构示意图；

图3是本发明的电源结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的电路集成示意图。

请参见附图3，这种组合电源在结构上包括主电路板31和若干输出电路板321...32N，其中隔离变压器的控制电路(或控制电路板)311和初级功率电路312都位于主电路板31上，主电路板31还可以包含其他电路313，诸如滤波电路、整流电路、驱动电路、功率因素校正等。输出电路板321...32N上可以分别有数个隔离变压器，如图所示在输出电路板321上有3211～321n个隔离变压器，当然输出电路板321上还可以包括其他电路321B和次级电路321A，输出电路板上的其他电路可以是次级整流滤波电路、取样比较电路、输出均流电路等。对其他输出电路板322～32N，情况与电路板321类似。

此外，主电路板31上的初级功率电路312的某些部分也可以根据需要设置在输出电路板321...32N中，如部分功率电路、驱动电路，部分控制电路，RC电路网络等。含隔离变压器(或隔离电感)3211...321n的输出电路板321...32N，可通过多种连接方式33与主电路板31连接，例如变压器绕组直接飞线、连接器、电缆、接插件、印刷线路板等。根据实际需要，主电路板31能驱动多个输出电路板，如图所示的输出电路板321...32N，而且，各个输出电路板321...32N上的隔离变压器(或电感)3211...321n的数量和种类可相同，部分相同或不相同。隔离变压器(或电感)可以设计成N(N≥1)个通道的输出。图中电路板(模块)之间的连接在数量上没有限制，根据实际需要而增删，连接方式根据实际情况做出。工作时，主电路板31通过输入端或其他输入电路30接入市电，主电路板31上的初级功率电路312将市电整流，平滑成直流电压，并储存在初级功率电路312中的电解电容中，隔离变压器的控制电路311又将此直流电压转变成交变电流，并通过输出电路板321...32N上的隔离变压器3211...321n等将能量传送给次级电路321A...32NA，隔离变压器3211...321n等的作用是初级和次级电路间的隔离和绝缘的作用，次级电路321A...32NA则把此交变电流(能量)又经整流平滑后传送给电源输出端331...33N。输出电路板321...32N另有输出电压取样比较电路，将输出状况通过主电路板31上光电耦合器隔离地反馈给隔离变压器的控制电路311，以使输出稳定。输出电路板321...32N上还可带有过电压保护和输出远程开/关控制等其它功能电路。

上述构造构成电源整机或电源的一部分，电源整机还包括解决电磁辐射(EMI)的高频滤波器和屏蔽材料，输出电压，电源工作状态指示等功能电路板，机箱安装板等。

图4是采用本发明设计思路的一种150W电源的电路板结构示意图。图中主电路板41在左，包括初级功率电路411、隔离变压器的控制电路412、以及与市电接入的输入端子413，具体的控制电路由分立元件面的集成电路和SMD元件面的大量贴片元件组成，输出电路板42位于右端，主电路板41和输出电路板42之间通过板间电缆43相连，输出电路板42上包括不同型号不同数量的隔离变压器421，并通过输出端子423与负载相连。

其工作原理说明：整个电源完成把输入市电(交流电压范围较宽，为85～265伏)转换成稳定直流5V输出的功能，并能够提供最大150W的输出功率。主电路板41上的功率电路411采用常规的初级功率电路结构，由滤波器，整流桥堆和储能(平滑)电容等组成，其作用是把输入端的交流电直接整流成直流电。隔离变压器的控制电路412由PWM控制大量集成电路(或贴片元件)组成，通过大功率金属氧化物半导体场效应晶体管驱动，实现对输出电路板42上的隔离变压器421的控制。控制电路412的反馈来自于输出电路板42的输出端电压取样，通过光电耦合器实现隔离。主电路板41上的其他电路还包括浪涌吸收电路、功率因素校正电路、RC降噪网络等。这些电路都可提高电源的质量。输出电路板42的隔离变压器421实现电源的输入与输出的绝缘隔离，并把主电路板41储能电容上的电能通过交变电流传输给输出端。输出电路板42上的其他电路负责把隔离变压器421中的交变电流进行整流、平滑、降噪以提供稳定、干净的直流，通过输出端子送给负载。

当市场上有新的150W以下电源要求时，比如多电压、多输出，采用这种结构的电源只需要设计相配合的输出电路板，而不需要重复设计复杂的主电路板。

采用本发明这种灵活结构的电源具有以下效果：a)在很短的时间内完成电源的设计，为用户提供样机；b)每种设计被重复利用率高，节省开发成本；c)模板化结构，有利于设计，生产的分工；d)减少型号种类，便于生产，控制；e)使元器件标准化，减少库存元器件种类，利于采购，控制，降低生产成本；f)增加产品的应用范围，提高市场竞争力；g)产品可以再组合，修改，减少电源制造商和电源用户的投资风险；h)模板化结构，便于电源用户的维护。

从上述对本发明和图2所示电源结构分析中，可以得出两者在结构上的区别是：旧的电源灵活性结构只是把电源中部分随用户而变的电路(输出电路)分离出来，而另一部分部分随用户而变的电路(隔离变压器)却仍然被合并在复杂的初级电路模块之中，这种旧的电源灵活性结构在实际应用中会受到限制。而此结构新型彻底地把电源中随用户而变的电路分离出来，构成灵活性模板。两者在应用效果上的区别是：a)在实际应用范围上：旧的电源灵活性结构由于隔离变压器形状大小固定，它不可能满足所有的应用要求。而新的灵活性结构却不受此限制；b)在产品成本上：旧的电源灵活性结构由于隔离变压器被固定，为满足尽可能多的应用要求，必须选用尺寸很大，质量很高的变压器，对广大无需这种昂贵变压器的应用，则显然是一种浪费。而新的灵活性结构却可以有的放矢的选用变压器，减少了成本。同时旧的电源灵活性结构，把各个输出模板再加以组合，对于那些小功率，低价格的产品，将会相对增加许多材料成本(许多小功率输出回路可共享一个元件，如散热器，输出电感等)和生产成本(组装复杂)。而新的灵活性结构可将多路小功率输出回路和多通道隔离变压器合并在一块输出电路板上，使成本同普通电源接近(仅增加模板间连接件的很少的成本)；c)在产品体积上：旧的电源灵活性结构选用大尺寸变压器以及其无法合理利用空间的多块次级电路板结构，都使电源的体积增加很多。而新的灵活性电源结构能象普通电源一样合理利用空间，故使其同样可以应用在小型化的场合。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (3)

1、一种组合电源，所述电源具备初级功率电路、输出电路、隔离变压器及其控制电路，其特征在于，所述电源包括独立的主电路板和输出电路板，隔离变压器控制电路和初级功率电路设置在所述主电路板，隔离变压器设置在所述输出电路板上。

2、根据权利要求1所述的组合电源，其特征在于，所述输出电路板上还包括输出电路。

3、根据权利要求1或2所述的组合电源，其特征在于，所述电源包括若干输出电路板。

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