CN201075839Y - 备电型开关电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种备电型开关电源，包括整流滤波电路、DC/DC变换隔离电路、高频整流滤波电路、蓄电池充电电路、放电转换电路以及自动检测电路。本实用新型将开关电源与UPS相结合，通过自动检测电路检测DC/DC变换隔离电路的输出电压及蓄电池的输出电压，控制放电转换电路的通断。当DC/DC变换隔离电路没有输出电压且蓄电池的输出电压正常时，使放电转换电路导通，蓄电池通过放电转换电路向负载供电。这样避免了现有技术的电源需要经过DC/AC、再AC/DC的两次变换，既减小了整机体积，提升了整机效率，又节约了成本。

Description

备电型开关电源
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源装置。
背景技术
目前，开关电源和UPS(不间断电源)在使用设备中是各自独立存在的。开关电源为用电设备提供稳定的电压；为保证在交流市电突然断电或异常的情况下，用电设备供电的连续性，用电设备还需要外接UPS。然而，UPS的运行维护成本高，同时会降低整机的工作效率，且占用外置空间，与设备处于分离状态，给设备的安装使用带来不便。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种将UPS功能与开关电源结合的备电型开关电源，该电源不仅解决了在交流市电突然断电或异常的情况下，使用设备供电的连续性问题，同时缩小了体积、提高了整机效率、降低了成本。
本实用新型所采用的技术方案是：一种备电型开关电源，包括整流滤波电路、DC/DC变换隔离电路、高频整流滤波电路；整流滤波电路的输出端与DC/DC变换隔离电路的输入端相连；高频整流滤波电路的输入端与DC/DC变换隔离电路的输出端相连，输出端与负载相连，所述开关电源还包括蓄电池充电电路、放电转换电路及自动检测电路，其中：
蓄电池充电电路，输入端与DC/DC变换隔离电路的输出端相连，输出端与蓄电池相连，用于向蓄电池充电；
放电转换电路，分别与蓄电池、负载相连接，用于控制蓄电池与负载之间的通断；
自动检测电路，输入端分别与DC/DC变换隔离电路的输出端、蓄电池充电电路的输出端以及蓄电池相连，输出端与放电转换电路的输入端相连，用于检测DC/DC变换隔离电路的输出电压及蓄电池的输出电压，控制放电转换电路的通断；当DC/DC变换隔离电路没有输出电压且蓄电池的输出电压正常时，使放电转换电路导通，蓄电池通过放电转换电路向负载供电。
上述的备电型开关电源，其中，DC/DC变换隔离电路包括一高频变压器，高频变压器的次级线圈包括第一绕组和第二绕组；高频整流电路的输入端与第一绕组相连，蓄电池充电电路的输入端与第二绕组相连；放电转换电路包括一个MOSFET管和一个吸收电阻，吸收电阻连接在MOSFET管的栅极与源极之间，MOSFET管的源极与蓄电池的正极相连，漏极与负载的正极相连；自动检测电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、电容、三端稳压芯片、第一分压电阻、第二分压电阻、第一限流电阻、第二限流电阻、第一运放比较电路及第二运放比较电路；第一二极管的正极与所述第一绕组的一端相连，负极串联第二二极管后与第一运放比较电路(IC2B)的反相端相连，第一绕组的另一端与蓄电池的负极、负载的负极共同接地；电容的一端与第一二极管的负极相连，另一端接地；第一运放比较电路的同相端通过第一限流电阻与三端稳压芯片的输出端相连，输出端与MOSFET管的栅极相连；第二运放比较电路的同相端通过第二限流电阻与三端稳压芯片的输出端相连，反相端与跨接在蓄电池的正、负极之间的第一分压电阻与第二分压电阻的连接点相连，输出端与第三二极管的正极相连；第三二极管的负极与第一运放比较电路的反相端相连。
上述的备电型开关电源，其中，蓄电池充电回路包括一个二极管和一个滤波电容，二极管的正极与高频变压器的第二绕组的一端相连，滤波电容并接在二极管的负极与第二绕组的另一端之间；并且，滤波电容与二极管的负极相连的一端与蓄电池的正极相连，另一端通过负载的正极后与蓄电池的负极相连，在蓄电池的正极与滤波电容之间还串接有一个限流电阻。
本实用新型的有益效果是：本实用新型将开关电源与UPS相结合，避免了现有技术的电源需要经过DC/AC、再AC/DC的两次变换，通过自动检测电路及放电转换电路直接控制蓄电池与负载之间的通断，就可以实现放电转换。这样既减小了整机体积，提升了整机效率，又节约了成本。
附图说明
图1为本实用新型的备电型开关电源的原理框图；
图2为本实用新型的备电型开关电源的电路图。
具体实施方式
图1为本实用新型的备电型开关电源的原理框图。如图所示，本实用新型的备电型开关电源包括整流滤波电路1、DC/DC变换隔离电路2、高频整流滤波电路3、自动检测电路4、蓄电池充电电路5以及放电转换电路6。整流滤波电路1的输入端与市电输入接口相连，输出端与DC/DC变换隔离电路2的输入端相连。整流滤波电路1将夹杂在交流市电中的杂讯(如：雷击浪涌、群脉冲)进行滤波等处理，并阻止电源产生的杂讯反馈至电网中，同时对从市电输入接口输入的市电交流电进行整流，将其转换为脉动的直流电压。DC/DC变换隔离电路2将脉动的直流电压变换为隔离的两组电压。由于采用了高频变换技术，大大缩小了整个电源的体积、同时提高了整机的效率。高频整流滤波电路3的输入端与DC/DC变换隔离电路2的输出端相连，输出端与负载8相连，用于输出一组稳定、平滑的直流电压给负载8，为负载供电。蓄电池充电电路5的输入端与DC/DC变换隔离电路2的输出端相连，输出端与蓄电池7相连，用于向蓄电池7充电。放电转换电路6分别与蓄电池7、负载8相连接，通过控制放电转换电路6的通断可实现控制蓄电池6与负载8之间的通断。自动检测电路4的输入端分别与DC/DC变换隔离电路2的输出端、蓄电池充电电路5的输出端及蓄电池相连，输出端与放电转换电路6相连，用于检测DC/DC变换隔离电路2的输出电压及蓄电池7的输出电压，并控制放电转换电路6的通断。当自动检测电路4检测到DC/DC变换隔离电路2没有输出电压且蓄电池7的输出电压正常时，使放电转换电路6导通，于是蓄电池7通过放电转换电路6向负载8供电。
图2为本实用新型的备电型开关电源的电路图。图中，交流输入的火线、零线和地线分别接入L、N、F端子，蓄电池的正负级分别接B+、B-端子，使用设备的正负级分别接V+、V-端子。B-端子和V-端子均接地。如图所示，本实用新型的整流滤波电路1采用了由二极管D1、D2、D3、D4所组成的桥堆整流电路和由电容C1所组成的滤波电路。DC/DC变换隔离电路2包括PWM发生器芯片IC1、高频变压器B1、电压采样反馈电路21、功率管Q1，Q2等。其中，高频变压器B1的次级线圈包括第一绕组B11和第二绕组B12。高频整流滤波电路3由二极管D11、电感L2以及电容C13，C14，C15构成，其输入端与第一绕组B11相连，输出端与负载相连。蓄电池充电回路5包括二极管D9和滤波电容C12、限流电阻R15以及自恢复保险丝F2，二极管D9的正极与高频变压器的第二绕组B12的一端相连，滤波电容C12并接在二极管D9的负极与第二绕组B12的另一端之间。滤波电容C12与二极管D9的负极相连的一端与蓄电池的正极B+相连，另一端与V+端子相连，并通过V+端子与蓄电池的负极相连。限流电阻R15和自恢复保险丝F2串接在蓄电池的正极B+与滤波电容C12之间。当蓄电池放完电刚开始充电时，充电电流可能会较大(如果蓄电池短路或损坏，自恢复保险丝F2会熔断，故障排除后，保险丝会自动恢复)，在电阻R15上的压降会较大，电池两端的电压就会略低一些，这样充电电流就被限流了，随着充电的进行，充电电流会越来越小，电阻R15上的压降也会越来越小，当充电即将完成时，电阻R15上的压降几乎可以忽略不计，由于蓄电池充电回路输出的电压是基本恒定的，即自动进入恒压充电阶段。这样既避免了过电流充电、过电压充电的问题，保护了蓄电池，又节约了成本。
放电转换电路6包括MOSFET管Q6和电阻R16，电阻R16连接在MOSFET管Q6的栅极与源极之间，MOSFET管Q6的源极与蓄电池的正极B+相连，漏极与负载的正极V+相连。在本实施方式中，MOSFET管Q6为PMOS管。自动检测电路4主要包括二极管D10，D12，D13、C16、三端稳压芯片IC3、分压电阻R38，R34、限流电阻R27，R33，R37、反馈电阻R32、晶体管以及运算放大器芯片IC2等。运算放大器芯片IC2包括四个运算放大器IC2A，IC2B，IC2C，IC2D，在本实用新型中，这四个运算放大器均作为运放比较电路，IC2的型号可采用LM324。二极管D10的正极与第一绕组B11的一端相连，负极与二极管D12的正极相连，二极管D12的负极与运放比较电路IC2B的反相端(IC2的6脚)相连。第一绕组B11的另一端与蓄电池的负极B-、负载的负极V-共同接地。电容C16的一端与二极管D10的负极相连，另一端接地。运放比较电路IC2B的同相端(IC2的5脚)通过分压电阻R37与所述三端稳压芯片IC3的输出端相连，输出端(IC2的7脚)通过一限流电阻R27与晶体管Q5的基极相连。三端稳压芯片IC3的输入端接地。晶体管Q5的集电极与MOSFET管Q6的栅极相连，发射极接地。在本实施方式中，晶体管Q5为NPN型晶体管。运放比较电路IC2A的同相端(IC2的3脚)通过限流电阻R33与三端稳压芯片IC3的输出端相连，在运放比较电路IC2A的同相端与输出端(IC2的1脚)之间连有一个反馈电阻R32。运放比较电路IC2A的反相端(IC2的2脚)通过分压电阻R34与蓄电池的正极B+相连，输出端与二极管D13的正极相连，并通过一电阻R38接地。二极管D13的负极与运放比较电路IC2B的反相端相连，并通过一电阻R36接地。
本实用新型的工作原理是：在正常情况下，电源通过DC/DC变换隔离电路2的次级线圈输出两路电压，一路给负载供电，另一路给蓄电池充电。当市电断电或出现异常时，DC/DC变换隔离电路2的次级线圈无输出电压。因此蓄电池充电电路也无电压输出，蓄电池不充电；电解电容C16两端电压变为低电平。同时自动检测电路会自动检测蓄电池电压：
A.如果蓄电池储能正常，IC2的2脚电平高于3脚电平，IC2的1脚输出低电平(由于电解电容C16两端的电压也是低电平)；IC2的6脚也是低电平，低于5脚电平，IC2的7脚输出高电平；晶体管Q5导通，MOSFET管Q6导通，蓄电池开始对负载放电。
B.如果蓄电池储能即将耗尽时，IC2的2脚电平低于3脚电平，IC2的1脚输出高电平；IC2的6脚也变成高电平，高于5脚电平，IC2的7脚输出低电平；晶体管Q5截止，MOSFET管Q6截止，蓄电池蓄电池不再对负载放电。这样能保证蓄电池不会被深度放电，不会影响蓄电池使用寿命。
本实用新型还设置了两个双色共阴指示灯S1，S2。
A.当交流市电正常时，蓄电池开始充电，当蓄电池放完电刚开始充电时，S2的发光二极管R导通，红灯亮。当蓄电池充饱电时，S2的发光二极管G导通，绿灯亮。同时红灯灭。
B.当交流断电时，发光二极管S1的R导通，红灯亮(蓄电池储能正常)。
本实用新型在开关电源内部增设一个自动检测电路，时刻检测交流市电是否正常，一旦出现异常或断电，自动检测电路会发出信号，使MOSFET管导通动作，蓄电池放电回路接通，蓄电池对负载放电。当蓄电池储能即将耗尽时，自动检测电路又会发出信号，使MOSFET管截止，蓄电池放电回路被切断，终止蓄电池对负载放电从而保护蓄电池。由于从交流市电发生断电或异常到检测到异常、一直到蓄电池放电线路接通的时间较短，小于开关电源内部电解电容的维持时间，所以不论交流市电是否正常，都会有一个持续的直流电压提供给使用设备。由于蓄电池直接接在高压变压器的二次侧，避免了常规电源(外接UPS和开关电源分开独立使用)需要经过DC/AC、再AC/DC的两次变换，通过放电转换电路直接控制蓄电池与负载之间的通断(用MOSFET管通断开闭来实现)，就可以实现放电转换。这样既节省了空间，提升了效率，又节约了成本。
本实用新型的放电转换电路不限于采用MOSFET管的形式，也可以采用继电器来控制蓄电池与负载之间的通断。
虽然本实用新型的描述结合了特定的实施例，但是本领域普通技术人员应该理解本实用新型并不限于在此描述的实施例，并且可以进行修改和变化而不背离本实用新型的精神和范围。应该认为说明书的描述是示意性而非限制性的。

Claims (8)

1.一种备电型开关电源，包括整流滤波电路、DC/DC变换隔离电路、高频整流滤波电路；所述整流滤波电路的输出端与所述DC/DC变换隔离电路的输入端相连；所述高频整流滤波电路的输入端与所述DC/DC变换隔离电路的输出端相连，输出端与负载相连，其特征在于，所述开关电源还包括蓄电池充电电路、放电转换电路及自动检测电路，其中：
蓄电池充电电路，输入端与所述DC/DC变换隔离电路的输出端相连，输出端与蓄电池相连，用于向蓄电池充电；
放电转换电路，分别与蓄电池、负载相连接，用于控制蓄电池与负载之间的通断；
自动检测电路，输入端分别与所述DC/DC变换隔离电路的输出端、所述蓄电池充电电路的输出端以及蓄电池相连，输出端与放电转换电路的输入端相连，用于检测DC/DC变换隔离电路的输出电压及蓄电池的输出电压，控制所述放电转换电路的通断；当DC/DC变换隔离电路没有输出电压且蓄电池的输出电压正常时，使放电转换电路导通，蓄电池通过放电转换电路向负载供电。
2.如权利要求1所述的备电型开关电源，其特征在于，所述放电转换电路为继电器。
3.如权利要求1所述的备电型开关电源，其特征在于，
所述DC/DC变换隔离电路包括一高频变压器，所述高频变压器的次级线圈包括第一绕组(B11)和第二绕组(B12)；所述高频整流电路的输入端与所述第一绕组相连，所述蓄电池充电电路的输入端与所述第二绕组相连；
所述放电转换电路包括一个MOSFET管(Q6)和一个吸收电阻(R16)，所述吸收电阻连接在所述MOSFET管的栅极与源极之间，MOSFET管的源极与蓄电池的正极相连，漏极与负载的正极相连；
所述自动检测电路包括第一二极管(D10)、第二二极管(D12)、第三二极管(D13)、电容(C16)、三端稳压芯片(IC3)、第一分压电阻(R34)、第二分压电阻(R38)、第一限流电阻(R37)、第二限流电阻(R33)、第一运放比较电路(IC2B)及第二运放比较电路(IC2A)；所述第一二极管(D10)的正极与所述第一绕组(B11)的一端相连，负极串联第二二极管(D12)后与第一运放比较电路(IC2B)的反相端相连，第一绕组(B11)的另一端与蓄电池的负极、负载的负极共同接地；电容(C16)的一端与第一二极管(D10)的负极相连，另一端接地；
所述第一运放比较电路(IC2B)的同相端通过第一限流电阻(R37)与所述三端稳压芯片(IC3)的输出端相连，输出端与所述MOSFET管(Q6)的栅极相连；
所述第二运放比较电路(IC2A)的同相端通过第二限流电阻(R33)与三端稳压芯片(IC3)的输出端相连，反相端与跨接在蓄电池的正、负极之间的第一分压电阻(R34)和第二分压电阻(R38)的连接点相连，输出端与第三二极管(D13)的正极相连；第三二极管(D13)的负极与第一运放比较电路(IC2B)的反相端相连。
4.如权利要求3所述的备电型开关电源，其特征在于，在所述第二运放比较电路(IC2A)的同相端与输出端之间串接有一个反馈电阻(R32)。
5.如权利要求4所述的备电型开关电源，其特征在于，所述自动检测电路还包括一个晶体管(Q5)和一个限流电阻(R27)，所述晶体管(Q5)的基极通过所述限流电阻(R27)与所述第一运放比较电路(IC2B)的输出端相连，集电极与所述MOSFET管(Q6)的栅极相连，发射极接地。
6.如权利要求5所述的备电型开关电源，其特征在于，所述晶体管(Q5)为NPN型晶体管，所述MOSFET管(Q6)为PMOS管。
7.如权利要求1所述的备电型开关电源，其特征在于，所述蓄电池充电回路包括一个二极管(D9)和一个滤波电容(C12)，所述二极管(D9)的正极与所述高频变压器的第二绕组(B12)的一端相连，所述滤波电容(C12)并接在二极管(D9)的负极与第二绕组(B12)的另一端之间；并且，所述滤波电容(C12)与二极管(D9)的负极相连的一端与蓄电池的正极相连，另一端通过负载的正极后与蓄电池的负极相连。
8.如权利要求1所述的备电型开关电源，其特征在于，所述蓄电池充电回路还包括一限流电阻(R15)，所述限流电阻(R15)串接在蓄电池的正极与所述滤波电容(C12)之间。
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