CN202406025U - 可调恒流及温控软保护开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征是以常规的开关电源功率变换部分为基础，其工作原理为控制保护电路模块上电后振荡产生输出脉冲串，推动主开关管发生开关功率转换，经高频变压器隔离输出、整流、滤波，输出直流电压，驱动负载工作。在电源与负载之间串联检流电阻，检测电流电压降作为恒流调整与控制信号。由负温度系数热敏电阻探测开关电源发热敏感部位，将温度变化转化为阻值变化输入控制保护电路模块内的运算放大器，经放大的差值电压送至PWM调制电路控制PWM脉冲宽度，而实现温度与输出功率线性软保护。优点是电路简单、成本低廉、免调试；输出直流精密可调，电源系统过温自动软保护。

Description

可调恒流及温控软保护开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别是高频开关电源精密可调恒定电流输出和温控软保护。

背景技术

常规的大功率开关电源，一般对电源系统不间断强制风冷散热，由于风扇连续工作，功耗增大，产生噪音，寿命缩短。当开关电源使用环境条件恶化及负载故障导致电源系统周围温度上升，当温度上升达到限流保护值时，开关电源输出电压将被保护电路关断，此种保护方法属于“过温度硬关断保护”，造成负载实然断电，损坏负载。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决大功率开关电源的上述问题，针对性地提供的一种结构简单、成本低、对其输出直流实施精密可调恒定电流控制，调控范围自零功率开始，无级可调至输出电流的最大值，和电源系统过温自动软保护的开关电源，具体技术方案如下：

一种可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于包括：输入滤波整流单元，包括短路保护电路器件、交流滤波电路器件、整流电路器件，将外部输入交流电的转化为直流电；功率转换单元，与输入滤波整流单元连接，将直流电变换成高频交流电，其包括的第一高频变压器、第二高频变压器和电容器；第一高频变压器的两组原边绕组和电容器串联后与开关器件组件单元并联，第一高频变压器的另一组原边绕组和第二高频变压器原边绕组串联；输出整流滤波单元，与功率转换单元连接，输出直流电供负载使用，其包括与第二高频变压器的副边第一组绕组整流电路器件和与整流电路器件相连的直流滤波电路器件；控制单元，与功率转换单元连接，对功率转换单元进行恒流调节及温控软保护，包括具有PWM调制、PWM驱动输出、恒流控制、温控保护、输出电压控制、短路保护的控制保护电路模块，该控制保护电路模块的恒流控制输出端与第一高频变压器副边绕组相连；输出反馈单元，与输出整流滤波单元和控制单元连接，用于将输出整流滤波单元输出的电压反馈到控制单元，形成闭环伺服控制；恒流调节单元，与控制单元连接，用于将恒流调节信号输入到控制单元；风扇驱动单元，与控制单元连接，用于驱动风扇运转；温度检测单元，与控制单元连接，将开关电源发热敏感部位的温度信号传输给控制单元；工作供电单元，分别与功率转换单元和控制单元、风扇驱动单元相连，对功率转换单元输出的交流工作电源进行整流滤波后转换成直流电源，为控制单元、风扇驱动单元提供工作电源，其包括与第二高频变压器的副边第二组绕组相连整流滤波电路器件和与整流滤波电路器件相连的稳压电路器件。

进一步地，所述短路保护电路器件为热敏电阻元件和熔断器，分别串联在交流电源的两个输入端。

进一步地，所述恒流调节单元由固定电阻器和可调电阻器串联组成。

进一步地，所述温度检测单元由固定电阻器和热敏电阻串联组成。

进一步地，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

进一步地，所述输出反馈单元由固定电阻器和可调电阻器串联组成。

本开关电源电路以常规的开关电源功率变换部分为基础，其电路结构为反激式、正激式、半桥式、全桥式等拓扑结构中的任一种，由上述控制保护电路模块实现精密可调恒流输出控制、过温软保护、PWM调制、驱动输出、短路保护全功能。其工作原理是控制保护电路模块上电后振荡产生输出脉冲串，推动主开关管发生开关功率转换，经高频变压器隔离输出、整流、滤波、输出直流电压，驱动负载工作。在电源与负载之间串联检流电阻，检测微弱的电流电压降，作为恒流调整与控制信号，与可调基准电压源一并进行比较，其输出差值调制PWM脉冲宽度实现输出电流可调恒流控制。温控软保护部分由负温度系数热敏电阻探测开关电源发热敏感部位，将温度变化转化为阻值变化输入控制保护电路模块内的运算放大器，进行比较运算放大，再将经放大的差值电压送至PWM调制电路控制PWM脉冲宽度，而实现温度与输出功率线性软保护。

本实用新型采用上述技术方案所能达到的有益效果是：

1、电路简单；成本低廉；免调试；

2、对其输出直流实施精密可调恒定电流控制。调控范围自零功率开始，无级可调至输出电流的最大值，步进精度达毫安级。

3、电源系统过温自动软保护。当开关电源使用环境条件恶化及负载故障导致电源系统周围温度上升，当达到电路设定控温保护值时，控制系统发出预警信号(过温指示灯点亮、散热风扇启动运转)，对电源系统强制风冷散热，当温度下降至设定值以下时，风扇停止工作，以降低功耗和噪音。如温度仍继续上升，达到限流保护值时，开关电源输出电压开始线性下降(输出功率与温升值呈线性函数关系)，控制系统始终处于闭环伺服控制状态，在过温限流保护点上达到稳定与平衡。使之永远不会超过设定的安全值；开关电源系统的安全可靠性得到了极大的保障。与普通的开关电源“过温度硬关断保护”，在其原理和应用机理上有着本质性差异。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明，其中：

图1为可调恒流及温控软保护开关电源电路框图；

图2为可调恒流及温控软保护开关电源电路原理图。

具体实施方式

如图1～图2所示，图中示出了可调恒流及温控软保护开关电源电路的一种优选实施方式，由图可知：

在输入滤波整流单元1电路中，热敏电阻NTC1和熔断器F1，分别串联在交流电源的两个输入端的零线端N和火线端L，接着的在零线和火线依次并联滤波元件电阻R1、电容C1、压敏电阻RV1，跟着零线和火线分别连接轭流圈L1的输入端，轭流圈L1的输出端与整流桥BG1的输入端相连，轭流圈L1的输出端与整流桥BG1的输入端之间并联有滤波电容C4，两输入端分别通过电容C2、电容C3接到地端FG。

在功率转换单元单元2电路中，电阻R2、R3串联后和电容C5、C6串联后分别并联在整流桥BG1的输出端，而且电阻R2、R3串联处与电容C5、C6串联处互相连接，通过开关SW1与交流滤波后的火线相连；开关管T1的c极和与整流桥BG1的正极连接，电容C7负极通过电阻R4与开关管T1的c极连接，电容C7正极与第一高频变压器TR1的引脚5相连，第一高频变压器TR1的引脚5和引脚4之间的绕组为原边第一绕组，引脚4端为绕组的同名端，第一高频变压器TR1的引脚4与开关管T1的e极相连；二极管D3管通过其负极与电阻R10串联后，再通过其负极并联在电容C7两端；电容C7负极分别通过电阻R6和电阻R8与开关管T1的b极和e极相连。开关管T2的c极和开关管T1的e极连接，电容C8负极通过电阻R5与开关管T2的c极连接，电容C8正极与第一高频变压器TR1的引脚3相连，第一高频变压器TR1的引脚3和引脚14之间的绕组为原边第二绕组，引脚3端为绕组的同名端，第一高频变压器TR1的引脚1与开关管T2的e极和整流桥BG1的负极相连；二极管D4通过其负极与电阻R11串联后，再通过其负极并联在电容C8两端；电容C8负极分别通过电阻R7和电阻R11与开关管T2的b极和e极相连。第一高频变压器TR1的原边第三绕组与其第一绕组的同名端(引脚4)串联，其绕组同名端抽头为引脚2，引脚2与第二高频变压器TR2的原边绕组、电容C9串联后，与电容C5、C6的串联处相连；电阻R12、R13先并联再与电容C10串联成一个单元，该单元并联在第二高频变压器TR2的原边绕组两边。二极管D1、D2正极分别与开关管T1、T2的c极连接，其中二极管D1、D2负极分别连接开关管T1、T2的e极。

在输出整流滤波单元4电路中，第二高频变压器TR2的第一副边绕组的中间抽头为参考地端GND，并通过串联的电容C11、C12接地；第一副边绕组两边抽头分别接整流二极管D8、D9的正极，二极管D8、D9负极连接在一起后与电感L2连接，电感L2另一端即为开关电源的输出电源的正极；电容C13和电阻14、电容C14和电阻15串联成缓器分别并联在整流二极管D8、D9两端；输出电源的负极GND-H通过并联的检流电阻R24、R25与第一副边绕组的中间抽头连接；输出电源的正负极之间并联有滤波电容C20、C21、C22及串接有电阻27的发光二极管LED1。

在工作供电单元3电路中，第二高频变压器TR2的第二副边绕组的中间抽头与输出电源的负极GND-H相连，其副边绕组两边抽头分别接负极连接在一起的整流二极管D5、D6的正极，二极管D7正极与二极管D5、D6的负极相连，电容C15正负极分别连接二极管D7负极和输出电源的负极GND-H；集成稳压管IC2输入端与二极管D7负极相连，其接地端与输出电源的负极GND-H相连，其输出端连接电容C16正极，电容C16负极与输出电源的负极GND-H相连。集成稳压管IC3输入端通过电阻R17与二极管D7负极相连，其接地端与输出电源的负极GND-H相连，其输出端分别与风扇正极和电容C18正极连接，电容C18负极与输出电源的负极GND-H相连。

在控制单元单元6电路中，具有PWM调制、PWM驱动输出、恒流控制、温控保护、输出电压控制、短路保护的控制保护电路模块IC1，其引脚2、和引脚3分别与第一高频变压器TR1的8脚和6脚连接，即与副边绕组的两端连接，其中6脚端端为同名端；第一高频变压器TR1的7脚为副边绕组的中间抽头，其通过电阻R16与集成稳压管IC2输出端连接。控制保护电路模块IC1的引脚4与集成稳压管IC2输出端连接，控制保护电路模块IC1的引脚5接输出电源的负极GND-H。控制保护电路模块IC1的引脚1为补偿端，在本实施例中空接。

在输出反馈单元7电路中，可调电阻VR2与电阻R20串联在开关电源的输出电源的正极(电感L2输出端)与控制保护电路模块IC1的引脚8端之间，控制保护电路模块IC1的引脚8通过电容C23与输出电源的负极GND-H连接。

在恒流调节单元5电路中，可调电阻VR1与电阻R23并联后一端与第二高频变压器TR2的第一副边绕组的中间抽头参考地端GND连接(也即通过并联的检流电阻R24、R25与输出电源的负极GND-H连接)，一端通过与电阻R18串联连接在控制保护电路模块IC1的引脚7端，控制保护电路模块IC1的引脚7端还通过电容C17与输出电源的负极GND-H连接。

在温度检测单元8电路中，负温度系数的热敏电阻NTC2与电阻R19串联在控制保护电路模块IC1的引脚10(温度信号输入)和引脚6(基准电压输出)之间，其中热敏电阻NTC2设置在开关电源发热敏感部位。

在风扇驱动单元9电路中，电阻R21和电阻R22组成分压器，串联在控制保护电路模块IC1的引脚9和输出电源的负极GND-H之间；驱动管T3的b极连接在电阻R21和电阻R22的串联接点处，并通过电容C19与输出电源的负极GND-H连接，驱动管T3的c极接风扇的负极、e极接输出电源的负极GND-H。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于包括：

输入滤波整流单元，包括短路保护电路器件、交流滤波电路器件、整流电路器件，将外部输入交流电的转化为直流电；

功率转换单元，与输入滤波整流单元连接，将直流电变换成高频交流电，其包括的第一高频变压器、第二高频变压器和电容器；第一高频变压器的两组原边绕组和电容器串联后与开关器件组件单元并联，第一高频变压器的另一组原边绕组和第二高频变压器原边绕组串联；

输出整流滤波单元，与功率转换单元连接，输出直流电供负载使用，其包括与第二高频变压器的副边第一组绕组整流电路器件和与整流电路器件相连的直流滤波电路器件；

控制单元，与功率转换单元连接，对功率转换单元进行恒流调节及温控软保护，包括具有PWM调制、PWM驱动输出、恒流控制、温控保护、输出电压控制、短路保护的控制保护电路模块，该控制保护电路模块的恒流控制输出端与第一高频变压器副边绕组相连；

输出反馈单元，与输出整流滤波单元和控制单元连接，用于将输出整流滤波单元输出的电压反馈到控制单元，形成闭环伺服控制；

恒流调节单元，与控制单元连接，用于将恒流调节信号输入到控制单元；

风扇驱动单元，与控制单元连接，用于驱动风扇运转；

温度检测单元，与控制单元连接，用于将开关电源发热敏感部位的温度信号传输给控制单元；

工作供电单元，分别与功率转换单元和控制单元、风扇驱动单元相连，对功率转换单元输出的交流工作电源进行整流滤波后转换成直流电源，为控制单元、风扇驱动单元提供工作电源，其包括与第二高频变压器的副边第二组绕组相连整流滤波电路器件和与整流滤波电路器件相连的稳压电路器件。

2.根据权利要求1所述的可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于：所述短路保护电路器件为热敏电阻元件和熔断器，分别串联在交流电源的两个输入端。

3.根据权利要求1所述的可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于：所述恒流调节单元由固定电阻器和可调电阻器串联组成。

4.根据权利要求1所述的可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于：所述温度检测单元由固定电阻器和热敏电阻串联组成。

5.根据权利要求4所述的可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于：所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的可调恒流及温控软保护开关电源电路，其特征在于：所述输出反馈单元由固定电阻器和可调电阻器串联组成。

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