CN201536275U - 一种多功能开关电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种多功能开关电源,包括交流电能输入、整流模块、直流母线、高压直流变换模块、直流稳压模块、低压直流输出、直流电池电能输入、外围电源输出和辅助电源,还包括低压直流变换模块、逆变模块、受控开关和控制模块;所述直流电池电能输入通过低压直流变换模块连接到直流稳压模块的输入,同时反馈到高压直流变换模块;所述逆变模块并联在直流母线的两端,所述受控开关受控制模块控制,将交流电能输入或逆变模块的输出连接外围电源输出。本实用新型并未改变开关电源主变压器的设计,能够实现交流市电和直流电池的双路输入,结构紧凑,成本低廉,综合能效高,具有防断电功能。

Description

一种多功能开关电源
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源。
背景技术
目前,台式计算机只依靠市电供电,没有电池,不能像笔记本电脑一样具有防断电功能。专利号为ZL02254691.X的专利《在线智能化不间断ATX开关电源装置》,在专利ZL94221822.1《智能化能量互补在线式不间断开关电源装置》和ZL98250493.4《能量切换在线式不间断开关电源装置》的基础上进行了改进,将不间断电源(UPS,Uninterruptable Power System)和电源供应器(PSU,Power Supply)做了电路的集成,使台式计算机可以由市电和电池两者供电,提高了系统效率。但是其设计需要变压器使用一个独立的线圈作为电池供电时的能量转换,增加了成本和变压器体积,同时,该设计没有很好地解决计算机周边设备,特别是显示器供电的问题,其输出的是高压直流电,且没有输出保护。而一般设备需要交流电源供电,有些不能接受高压直流输入,否则会造成严重的损坏甚至烧毁的后果。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是:针对现有技术的不足,提供一种多功能开关电源,能够实现市电和电池的双路输入,具有防断电功能,能提供交流或直流输出,可用于显示器及其它周边设备的供电,结构紧凑、成本低廉、系统综合能效高。
本实用新型的技术方案是:一种多功能开关电源,包括交流电能输入、整流模块、直流母线、高压直流变换模块、直流稳压模块、低压直流输出、直流电池电能输入、外围电源输出和辅助电源,还包括低压直流变换模块、逆变模块、受控开关和控制模块;所述直流电池电能输入通过低压直流变换模块连接到直流稳压模块的输入,同时反馈到高压直流变换模块;所述逆变模块并联在直流母线的两端,所述受控开关受控制模块控制,将交流电能输入或逆变模块的输出连接外围电源输出。
本实用新型更详细的技术方案是:
所述逆变模块为全桥逆变。
所述开关电源还包括断电侦测模块,所述断电侦测模块包括比较器,输出电压异常信号ACF给控制模块。
所述开关电源还包括逆变模块过流保护电路,可输出过流信号给控制模块,控制模块关闭逆变模块的驱动信号。
所述开关电源还包括USB关机充电电路,所述USB关机充电电路连接在辅助电源的变压器之后,在交流电和电池供电时都能通过USB接口充电。
所述开关电源还包括电池充电电路,其输入端连接辅助电源的变压器的输出,其输出端连接直流电池电能输入,电池充电电路受控制模块控制,电池充电电路在收到控制模块输出的充电关闭信号CHGOFF后停止工作。
所述开关电源还包括电池电压侦测电路,连接在电池充电电路和直流电池电能输入之间,输出电池电压侦测信号VBATS给控制模块。
所述开关电源还包括通讯模块,连接在电源的控制模块和电源供电设备的通讯接口之间,实现电源和电源供电设备之间的数据通信。
本实用新型的优点是:
1.并未改变开关电源主变压器的设计,能够实现交流市电和直流电池的双路输入,具有防断电功能。
2.利用电路内部的高压直流母线,构造一个简易的逆变器,解决了在市电断电的情况下交流输出的问题,能提供交流或直流输出,能给计算机及其显示器等周边设备供电。
3.采用本实用新型的开关电源系统,具有结构紧凑,成本低廉的特点,易于市场推广,其体积和普通的开关电源供应器相同。
4.和目前广泛使用的UPS加PSU的系统相比,避免了多次的电压转换而造成的材料、能量等的浪费,系统综合能效高,从50%提高到90%左右。
5.可以提供长延时功能,不存在非长延时普通离线式UPS功率模块长时间工作会过热的缺陷,只要用户配备足够多的电池,计算机在没有交流的情况下可以持续长时间依靠电池供电工作,特别适合供电不稳地区的计算机用于使用,也适合服务器及车船等需要不间断开关电源,体积空间又受限的场所使用。
6.利用计算机+5VSB待机电源直接作为USB充电输出,不需要开启计算机即有充电功能,便于用户使用。
7.本电源特别适用于计算机开关电源,且此电路结构可以推广应用到几乎所有需要防断电特性的开关电源上。
附图说明
下而结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
图1为本实用新型的实施例的基本结构框图;
图2为实施例1的多功能开关电源的基本电路示意图;
图3为实施例1的市电模式高压直流变换模块工作的第一阶段电流示意图;
图4为实施例1的市电模式高压直流变换模块工作的第二阶段电流示意图;
图5为实施例1的电池模式低压直流变换模块工作的第一阶段电流示意图;
图6为实施例1的电池模式低压直流变换模块工作的第二阶段电流示意图;
图7为实施例1的电池模式逆变模块工作正半周电流示意图;
图8为实施例1的电池模式逆变模块工作负半周电流示意图;
图9为本实用新型的实施例1的具体电路图第一部分;
图10为本实用新型的实施例1的具体电路图第二部分;
图11为本实用新型的实施例1的具体电路图第三部分;
图12为本实用新型的实施例1的具体电路图第四部分;
图13为本实用新型的实施例1的具体电路图第五部分;
图14为本实用新型的实施例1的具体电路图第六部分;
图15为本实用新型的实施例1的具体电路图第七部分;
图16为本实用新型的实施例1的详细结构框图;
图17为本实用新型的实施例2的部分结构示意图;
图18为本实用新型的实施例3的部分结构示意图;
图19为本实用新型的实施例4的部分结构示意图;
图20为本实用新型的实施例5的部分结构示意图。
其中:1交流电能输入;2整流模块;3功率因数调整模块;4直流母线;5高压直流变换模块;6直流稳压模块;7低压直流输出;8直流电池电能输入;9低压直流变换模块;10逆变模块;11外围电源输出;12控制模块;13断电侦测模块;14逆变模块过流保护电路;15辅助电源的变压器;16电池充电电路;17USB关机充电电路;18电池电压侦测电路;19受控开关;20通讯模块。
具体实施方式
实施例1:本实用新型的多功能开关电源,包括交流电能输入1、整流模块2、直流母线4、高压直流变换模块5、直流稳压模块6、低压直流输出7、直流电池电能输入8、低压直流变换模块9、逆变模块10、受控开关19、辅助电源、外围电源输出11和控制模块12,所述直流电池电能输入8通过低压直流变换模块9连接到直流稳压模块6的输入,同时反馈到高压直流变换模块5;所述逆变模块10并联在直流母线4的两端,所述受控开关19受控制模块12控制,将交流电能输入1或逆变模块10的输出连接外围电源输出11。更具体地,受控开关19的常闭触点连接交流电能输入1,常开触点连接逆变模块10的输出,动触点连接外围电源输出11;交流电输入异常时控制模块输出控制信号使受控开关连接常开触点,交流电能输入1中断。
本实施例的多功能开关电源还包括功率因数调整模块3。由于本电源特别适用于计算机开关电源,因此将此电源在计算机上的应用作为优选实施例进行描述,但并不能以此限定本实用新型的保护范围。
本实施例的多功能开关电源的主要结构框图如图1所示。本实施例的交流市电输入1一路通过受控开关19给外围电源输出电能,另一路经过整流模块2输出,然后输入功率因数调整模块3,功率因数调整模块3将输入的功率因数调整到1左右,并使直流母线4电压稳定在400V左右,在直流母线4之后为高压直流变换模块5,将高压直流转换成低压直流电,高压直流变换模块4的输出连有若干输出不同低压直流的直流稳压模块6,输出由电源供电的设备所需的各种低压直流电能7。直流电池电能输入8通过低压直流变换模块9连接到直流稳压模块6的输入,在交流电供电异常的情况下可以继续维持低压直流电输出。同时,逆变模块10利用由低压直流变换模块经由高压直流变换模块反向转换产生并存储于直流母线上的高压逆变后产生的交流电,通过受控开关19输出给外围电源输出11,如供给显示器等设备。
如图2所示,为本实施例的基本电路示意图。整流模块2是整流二极管D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路。功率因数调整模块3包括开关管Q1、升压电感L1和整流二极管D51。所述开关管Q1可以是场效应品体管(MOSFET)或其它可控开关管,通过开关管Q1的导通,使所述升压电感L1储能,在开关管Q1断开时,市电以及升压电感L1中所存储的能量灌入直流母线4,达到升压和功率因数调节的效果。
直流母线4包括一个高压电解电容C1。高压直流变换模块5沿用计算机开关电源广泛采用的结构,实施例1选用普通的双管正激结构,包括高频变压器T1、开关管Q2和Q3、续流二极管D6和D7。
本实施例包括3个直流稳压模块6,分别产生12V、5V和3.3V的低压直流电。直流稳压模块6可以使用磁放大、同步整流等业已广泛使用的技术,优选地,此处+12V、+5V采用普通的二极管被动整流,+3.3V采用磁放大技术。12V的直流稳压模块包括二极管D8和D9、电感L12和电容C12,用于产生12V电压并滤波,5V的直流稳压模块包括二极管D10和D11、电感L5和电容C5用于产生5V电压并滤波,3.3V的直流稳压模块包括饱和电感L31、二极管D12和D13、耦合电感L32和电容C3用于产生3.3V低压。所述直流电池电能输入可以采用各种电池,包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池或铅酸电池等,此处优选铅酸电池。所述低压直流变换模块9包括二极管D5和开关管Q4,此处优选地D5为大电流肖特基二极管,也可以使用继电器、可控硅等其它元件,甚至在适当调整变压器T1匝数比的情况下,二极管D5可以省略。
所述逆变模块可为全桥逆变、半桥逆变或其余适合的逆变结构,可工作于高频或工频,也可输出正弦波或阶梯波,优选地,本实施例采用全桥工频逆变,输出为阶梯波。本实施例的逆变模块10包括依次相连的开关管Q5、Q6、Q7、Q8,此处优选的采用高压场效应晶体管(MOSFET)。直流母线4的正极连接开关管Q5和Q6的漏极,开关管Q5和Q6的源极分别连接可控开关S1的两个常开静触点,同时也分别与开关管Q7和Q8的漏极相连,开关管Q7和Q8的源极与直流母线4的负极相连、所述受控开关S1包括双刀继电器S1,优选地,S1的两组动触点分别与外围电源输出11的零线和火线相连,两组常闭触点分别和交流市电输入1的零线和火线相连。所述可控开关S1可以是接触器或继电器,此处优选使用了双切继电器。
上述结构中,相对普通开关电源仅需增加直流电池输入8、低压直流变换模块9、逆变模块10和可控开关S1,主功率变压器T1及其余电路都无需太大改变。
以实施例1为例,用图3~图8来解释多功能开关电源的工作原理,如下:
当处于市电模式下时,即交流电能输入1正常时,工作于交流模式,可控开关S1处于常闭触点,逆变模块10不工作,交流市电输入1直接被连到外围电源输出11,整流模块2、功率因数调整模块3及高压直流变换模块5工作,将直流母线能量提供给直流稳压模块6,低压直流变换模块虽然同时工作,但不提供能量。直流稳压模块工作产生低压直流供电输出7。
当交流市电电能输入异常时,工作于直流电池供电模式,此时受控开关19将输出切换到常开触点,逆变模块10工作。整流模块2、功率因数调整模块3停止工作,低压直流变换模块8工作,将直流电池能量提供给直流稳压模块6,产生低压直流供电输出7,同时高压直流变换模块5反向传递能量,供给直流母线4,并经过逆变模块10的工作,提供电能给外围电源输出11。下面做详细分析:
市电模式的第一阶段:如图3所示,交流市电电能输入正常,开关管Q2、Q3工作在PWM(Pulse Width Modulation,脉冲调制)状态,在一个开关周期内,开关管Q2和Q3同时导通,电流从开关管Q2流至主变压器T1,然后流经开关管Q3至参考地。主变压器T1向直流稳压模块6传递能量,因为二极管D5的截止作用,主变压器T1产生的脉冲无法通过开关管Q4内部的反向二极管给电池充电,而由额外的充电电路给电池充电,在此文后部将进行详细讲述。主变压器T1产生的脉冲其中一路经二极管D8、电感L12和电容C12滤波产生12V电源,一路经二极管D10、电感L5和电容C5滤波产生5V电源,再一路经可饱和电感L31、二极管D13、耦合电感L32和电容C3滤波产生3.3V电源,同时因为电池电压小于二极管D10的阳极的脉冲峰值,所以此时电池也无法向主变压器T1传递能量,不会放电。此时计算机以及所有外围设备的能量都由交流市电供给。
市电模式的第二阶段:如图4所示,交流市电电能输入异常,开关管Q2和Q3同时由开启转为关闭,主变压器T1磁复位,因初级侧线圈电流不能突变,电流经二极管D6和D7回灌到直流母线4。在直流稳压模块6中,因为滤波电感中的电流不能突变,续流二极管D9导通,使L12得以续流,D11导通使L5得以续流,D12导通使L32得以续流。此时电池仍旧不向外输出能量。
电池模式时低压直流变换模块的工作包括以下两阶段:
低压直流变换模块的第一阶段,如图5所示,开关管Q4工作于PWM状态,在一个开关周期内,因交流输入异常,直流母线4的电压从400V下降到200V。当开关管Q4导通时,直流电池通过开关管Q4输出的脉冲幅值高于高压直流变换模块中的开关管Q2和Q3导通所产生的脉冲幅值,从而平滑无中断地由交流市电供电过渡到由直流电池供电。电流流向为从电池BAT1的正极流出,经二极管D5、开关管Q4到主变压器T1的次级侧线圈,回流到电池的负极。此时直流稳压模块和在交流模式时一样工作。特别的是主变压器T1的能量由次级侧线圈向初级侧线圈反向传递,通过开关管Q2和Q3内部反向二极管反流到直流母线4。
低压直流变换模块的第二阶段,如图6所示,开关管Q4关闭,主变压器T1进行磁复位,次级侧线圈电流截止,初级侧线圈的电流经过二极管D6和D7回灌到直流母线4,直流稳压模块6正常续流。
在交流输入异常情况下:断电侦测模块13探知输入异常,通过控制模块12控制,关闭功率因数调整模块3,直流母线4上的电压下降。可控开关S1动作,常闭触点断开,连接常开触点,逆变模块10开始工作,低压直流变换模块9开始工作。开关电源的断电侦测模块13将在后文进行详细描述。
电池模式时逆变模块的工作分为两个阶段:
电池模式的第一阶段:正半周工作阶段,如图7所示,逆变模块的开关管Q6和Q7工作于PWM模式,在一个开关周期(频率50Hz/60Hz)内开关管Q6和Q7同时导通,开关管Q5和Q8断开,电流经开关管Q6流至受控开关S1的动触点输出至外围电源输出的火线L,从零线N回流经S1的动触点,再经开关管Q7回流至直流母线4。
电池模式的第二阶段:负半周工作阶段,如图8所示,逆变模块10的开关管Q5和Q8同时导通,开关管Q6和Q7断开,电流经开关管Q5至受控开关19的动触点输出至零线N,从火线L回流经受控开关19,再经开关管Q8回流至直流母线4。
功率因数调整模块3的工作原理属于现有技术,在此不赘述。开关电源常用架构的双管正激电路构成的高压直流变换模块以及整流电路,属于广泛应用的通用电路,因此只做简略的描述。
图16为本实用新型的实施例1的详细结构框图,本实施例的多功能开关电源还包括PFC和PWM控制模块、断电侦测模块13、逆变模块过流保护电路14、电池充电电路16、USB关机充电电路17、电池电压侦测电路18和通讯模块20。PFC和PWM控制模块输出PFC信号控制功率因数调整模块3,PWM信号控制高压直流变换模块5,此为现有技术。断电侦测模块13连接在AC交流电输入1和控制模块12之间,包括比较器,在输入电压过高时,输出电压异常信号ACF给控制模块12,并输出控制信号VFB给PFC和PWM控制模块。逆变模块过流保护电路14连接逆变模块10,当逆变模块10过流时,逆变模块过流保护电路14输出过流信号INVOC给控制模块12,控制模块12从而关闭给逆变模块10的驱动信号DRVA和DRVB,使逆变模块10停止工作。所述USB关机充电电路17连接在辅助电源的变压器15之后,在市电和电池供电时都能通过USB接口充电。电池充电电路16输入端连接辅助电源的变压器15的输出,输出端连接电池8,电池充电电路16受控制模块12控制,当控制模块12输出充电关闭信号CHGOFF给电池充电电路16时,电池充电电路16停止工作。电池电压侦测电路18连接在电池充电电路16和直流电池输入8之间,输出电池电压侦测信号VBATS给控制模块12。
本实施例的控制模块优选采用微处理器来实现,也可以采用模拟电路、数字电路等其他控制模块来实现。图9~图15为实施例1的具体电路图,下面根据实施例1的详细电路图说明其工作过程:
如图9所示,交流市电通过保护滤波模块后连接到由双刀继电器RY1构成的受控开关19的常闭触点,直接输出到外围电源输出11端口AC OUT,本实施例中的外围电源要求为交流。当市电异常的时候,微处理器输出高电平的信号Relay-on H,使和继电器RY1相连的三极管Q7导通,继电器被切换到常开触点,连接常开触点的逆变模块10的两路输出INV-L和INV-N输出到AC OUT。图中由4个二极管构成的整流桥BD1通过REC+和REC-送到后级电路,整流桥BD1后连接一个有运算放大器U5B及其周边电阻电容构成的第一迟滞比较器,当市电电压过低,比如低于120VAC时,运放U5B输出高电平,输出端输出VFB信号给PFC和PWM控制模块,PFC和PWM控制模块输出PFC信号控制功率因数调整模块3关闭。当市电电压恢复到150VAC后,运放迟滞比较器回路释放,输出低电平的VFB信号,功率因数调整模块3在PFC和PWM控制模块的控制下重新开始工作。另一方面,运放U5B的输出端连接一个光耦合器U7的输入端,到运放U5B的输出为高电平时,光耦合器U7输出电压异常ACF高电平信号给微处理器,从而微处理器发出受控开关19转向和逆变模块10启动的控制信号,设备转换到直流电池供电模式,并通过通讯模块20和通讯口通信,告知计算机市电中断,在一定延时后,计算机运行自动关机程序或通过操作系统自带的电源管理程式执行自动休眠或关机功能。如果此时交流输入恢复正常,ACF信号变为低电平,设备恢复到市电模式。自动关机若尚未开始执行,也会取消。
如图10所示,为逆变模块10和逆变模块过流保护电路14部分的具体电路图。其驱动部分信号DRVA、DRVB来自图15中的微处理器U18,驱动信号DRVA和DRVB分别驱动开关管Q2、Q3和Q1、Q4,因为开关电源的输出为隔离,所以光耦合器U1、U2、U3、U4起到信号隔离的作用。为避免输出过载损坏逆变模块,利用MOS管的内部导通阻抗,采样VDSON信号,当MOS管中电流变大,VDSON电压也会相应增加,和VDSON信号相连的运算放大器U5A及其周边元件构成第二迟滞比较器,当VDSON的电压超限时,运放U5A输出高电平,使三极管Q5导通,逆变器下臂的开关管Q4和Q3的驱动信号被切断,三极管Q5的集电极连接光耦合器U6的第二输入端,从而送出逆变模块过电流信号INVOC至微处理器U18,在一定时间内接收到一定数量的INVOC信号后,微处理器关闭逆变驱动DRVA、DRVB,使逆变模块停止工作,保护逆变模块10不会因为过流而损坏。
如图11所示,为功率因数调整模块3、低压直流变换模块9和直流滤波模块6部分的具体电路图。功率因数调整模块3包括开关管Q9、电感L5、二极管D14以及外围电路。从图13中的PWM(脉冲调制)和PFC(PowerFactor Control,功率因数控制)混合控制模块送出的PFC驱动信号推动功率因数调整模块3中的开关管Q9以PWM方式工作,通过电感L5的储能升压,使由低等效串联阻抗的电解电容C22构成的高压直流母线电压达到400V,C22起到储能稳压滤波的作用。由于PWM信号开始工作在PFC信号的下降沿后,所以可以大大减小电容C22上的纹波电流。二极管D13、电阻R41和R40、电容C17组成RC滤波网络,并输出PGI信号,代表电源好信号,送至图14的专用电源管理芯片U15,从而产生PGO(电源好)信号,送至计算机主板。图11中的信号A、B、C输出分别为+12V、+5V、+3.3V电源信号的直流电压采样信号,同电压信号+12VA、+12VB、+5V和+3.3V一起送到图14的专用电源管理芯片U15做各路电压和电流的侦测,在遇到过高压、过低压、过电流、短路等异常状况下,芯片能及时保护并关断电源。
图12所示的是辅助电源产生电路、USB关机充电电路17、电池充电电路16和电池电压侦测18部分的具体电路图,待机电源控制芯片U11及其外围电路产生+5VSB待机电源,供给CPU及主板待机使用。此处芯片U11采用TNY267芯片。另外,从辅助电源的变压器15后连出USB关机充电电路17,额外利用此5V电源可作为计算机关机状况下的USB充电接口,可以提供2A的充电电流,使用户不需要开启计算机即可给手机等可以利用USB接口供电的便携设备充电。电池充电电路16包括芯片U9及其外围电路,U9采用LM317芯片。芯片U9的输出端连接防反二极管D30的正极,防止电池电流倒灌和不使用时的泄漏电流,输出信号VBAT连接到电池,在待机模式下芯片U9及其周边元件组成电池充电电路给电池补充能量,这样不需要在计算机开启的状况下就能给电池充电,提高了产品的可用度。电池电压侦测电路18由PNP三极管Q18、NPN三极管Q20以及电阻R88、R87和电容C50构成,输出电池电压采样信号VBATS。三极管Q18的发射机连接三极管D30的负极,三极管Q18的基极和三极管Q20的集电极相连,三极管Q20的发射极接地,基极通过电阻R88连接二极管D30的正极。当充电电路部分完全无输出时,或开关电源不工作时,电池电压不被采样,避免了电池的漏电,免除电池长期存放时易过放电的问题,延长了充电周期。当开关电源工作于电池输出模式时,从CPU发出CHGOFF信号将电池充电电路16关闭。CHGOFF信号通过电阻R83连接三极管Q19的基极,Q19的集电极通过电阻R79连接芯片U9的ADJ端口。
图13所示是PWM和PFC混合控制模块及其外围电路部分的具体电路图。本实例采用PWM和PFC混合控制器CM6800,其供电VCCP受图14中电源控制芯片U15的FPO信号控制,当电源发生异常时,电源控制芯片U15的FPO信号由低电平变为高电平,无VCCP信号输出,则PWM和PFC混合控制器CM6800工作电源会被FPO关断而停止工作。用于作为关闭功率因数调整模块的控制信号VFB连接PWM和PFC混合控制器U68的第15脚,PWM和PFC混合控制器的第12脚和第11脚分别输出PFC和PWM控制信号。
图14所示是专用电源管理芯片及其外围电路部分的电路图,其负责过电压、欠电压、过电流、短路、PGO信号(电源号)产生,外部保护输入等各种异常状况的保护,专用电源管理芯片U15采用PS224芯片,P9脚OPT信号为过温信号,当温度过高时,电源供应器会关闭输出。NTC1为热敏电阻,NPN三极管Q24、稳压芯片TL431及稳压二极管Q25所组成的电路会根据热敏电阻NTC1所测得的温度改变风扇转速,达到温控调速和静音目的。
图15是作为控制模块12的微处理器及通讯模块20部分的电路图。微处理器的输入信号为电源好PGO信号、逆变模块过流保护信号INVOC、OPT温度侦测信号、由图14中的电源管理芯片U15输出的FPO电源故障信号、图9中的输入电压异常控制信号ACF、图12中电池电压侦测电路18输出的VBATS电池电压侦测信号。CPU输出信号有CHGOFF充电电路关闭信号、Relay-on H继电器切换信号、DRVA、DRVB逆变器驱动信号、BUZZER蜂鸣器驱动信号、LED指示灯点亮信号LED GREEN、LED RED。当处于市电供电模式,没有异常告警信息,同普通电源一样工作;当交流输入异常时,转到由电池供电,处于电池模式,蜂鸣器会间隔鸣响,并发信号告知计算机处于电池模式。当电池电压接近放电截止点时,蜂鸣器会急促鸣响并发出强行关机命令。并且当电池电压过低的时候,设备会为保护电池而强行关闭。当计算机正常关闭时,输入图14中电源管理芯片U15的PS-ON信号消失,开关电源自动关闭。通讯模块20连接在电源的控制模块和外部设备的通讯口之间,实现电源和外部设备之间的数据通信。本实施例的通讯模块20包括芯片U 17、光耦合器U19、U20、通讯接口P1及其外围电路。芯片U17是RS232转USB的转换芯片,提供通讯接口的信号处理。微处理器U18的数据发送端口连接光耦合器U20的输入端,输出电源的工作信息数据给外部的设备,如计算机等,微处理器U18通过光耦合器U19接收从外部设备来的数据。通讯部分优选使用USB HID(Human Interface Device)界面,无需安装软件即可对电源的工作状况进行监控。若有特殊需要,也可以配合特别的软件,进行电源设备的管理。
配合不同的常用开关电源拓扑,本实用新型直流变换部分可以做如下变换:
实施例2:如图17所示,本实施例与实施例的不同之处在于省略了二极管D5,减少了电池放电时在二极管上的损耗,此为低压直流变换模块的主要损耗,省去二极管D5之后,明显提升系统效率,其相应的,主变压器T1线圈设计也要做相应的变换,控制在交流模式工作的时候,T1产生的脉冲在开关管Q4的漏极不会高于10V,这样就不会对电池有大电流充电的可能,就可以直接省去防反二极管D5。为了图面的整洁,图17~图20中逆变模块10省略未画出。
实施例3:如图18所示,本实施例与实施例1的不同在于高压直流变换模块5,使用了单管正激架构,达成同样功能的条件下,节省了一个开关管的用量。主变压器增加一个复位绕组,此架构可以广泛应用在300W左右功率的开关电源中,可以减低成本。
实施例4:如图19所示,本实施例和实施例3的不同在于高压直流变换模块9,采用半桥架构,同时取消了主动式功率因数调整模块,相对单管正激结构可以进一步减低成本,可以适用于250W以下的开关电源。
实施例5:如图20所示,本具体实施例和实施例1的不同在于高压直流变换模块,采用全桥架构,相对双管正激结构可以提高更大输出功率,可以适用于大功率开关电源中。
可见,本实用新型的开关电源的电路可以适用于各种功率、拥有不同高压直流变换模块的开关电源中。
若要输出高压直流,仅需开关管Q5、Q6、Q7、Q8中保留一颗开关管,即可实现外围电源输出可控的直流高压,可配合过流保护电路执行。若要输出低压直流,也利用内部+12V、+5V输出,或增加绕组,实现隔离的直流输出,提供给周边设备使用。
本实用新型巧妙利用高压直流变换模块在电池供电时候产生的高压交流电,配合结构简单的逆变模块,解决交流输出的问题。对于实际应用,还可依据实际需求,灵活配置不同的交直流输出类型,可输出交流,也可直接输出高压直流或低压直流。如+12VA或+12VB的12VDC也可以直接给LCD显示器、调制解调器、路由器等周边设备供电。
本实用新型优化了拓扑架构,使其线圈共用设计可以推广到目前所广泛使用的所有开关电源拓扑架构上,节省了变压器绕组,使现有开关电源供应器产商可以不需变更变压器设计,采用同样的磁芯,以极少的改动就可使传统的开关电源供应器具有防断电功能,配合逆变器,还可以提供AC输出,更适合一般负载使用,还可依据实际需要提供直流高压输出以及直流低压输出给计算机周边设备。具有利用计算机+5VSB待机电源直接作为USB充电输出,提供不需要开启计算机即有充电功能,在极少电路改动的前提下,丰富了产品功能,便于用户使用。
以上所述,仅为本实用新型的优选实施例,并不能以此限定本实用新型实施的范围,凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换,皆应仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种多功能开关电源,包括交流电能输入(1)、整流模块(2)、直流母线(4)、高压直流变换模块(5)、直流稳压模块(6)、低压直流输出(7)、直流电池电能输入(8)、外围电源输出(11)和辅助电源,其特征在于:还包括低压直流变换模块(9)、逆变模块(10)、受控开关(19)和控制模块(12);所述直流电池电能输入(8)通过低压直流变换模块(9)连接到直流稳压模块(6)的输入,同时反馈到高压直流变换模块(5);所述逆变模块(10)并联在直流母线(4)的两端,所述受控开关(19)受控制模块(12)控制,将交流电能输入(1)或逆变模块(10)的输出连接外围电源输出(11)。
2.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:所述受控开关(19)的常闭触点连接交流电能输入(1),常开触点连接逆变模块(10)的输出,动触点连接外围电源输出(11);交流电输出异常时控制模块(12)输出控制信号使受控开关(19)连接常开触点,交流电能输入(1)中断,逆变模块(10)的输出连接外围电源输出(11)。
3.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:所述逆变模块(10)为全桥逆变。
4.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括断电侦测模块(13),所述断电侦测模块(13)包括比较器,输出电压异常信号ACF给控制模块(12)。
5.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括逆变模块过流保护电路(14),可输出过流信号给控制模块(12),控制模块(12)关闭逆变模块(10)的驱动信号。
6.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括USB关机充电电路(17),所述USB关机充电电路(17)连接在辅助电源的变压器(15)之后,在交流电和电池供电时都能通过USB接口充电。
7.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括电池充电电路(16),其输入端连接辅助电源的变压器(15)的输出,其输出端连接直流电池电能输入(8),电池充电电路(16)受控制模块(12)控制,电池充电电路(16)在收到控制模块(12)输出的充电关闭信号CHGOFF后停止工作。
8.根据权利要求7中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括电池电压侦测电路(18),连接在电池充电电路(16)和直流电池电能输入(8)之间,输出电池电压侦测信号VBATS给控制模块(12)。
9.根据权利要求1中所述的多功能开关电源,其特征在于:还包括通讯模块(20),连接在电源的控制模块(12)和电源供电设备的通讯接口之间,实现电源和电源供电设备之间的数据通信。
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