CN205584019U - 一种电源转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源转换电路，包括开关电源变换模块、线性电源变换模块，所述开关电源变换模块与所述线性电源变换模块连接；所述开关电源变换模块用于电源一级转换；所述线性电源变换模块用于电源二级转换；外部电源经过所述开关电源变换模块、所述线性电源变换模块电源转换后，输出纹波及尖峰干扰小的转换电源。结构简单，成本较低，维护方便；分别使用开关电源变换和线性电源变换两种方式进行两级降压，保证降压效率的同时，也保证了输出电源的质量。

Description

一种电源转换电路

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体涉及一种电源转换电路。

背景技术

在工业控制领域中，经常使用24V～48V电源作为系统电源输入。而系统内除了24V～48V电源外，往往还需要使用5V、3.3V甚至1.8V等低电压电源。当系统需要多电源时，常用的解决方案有两种，一是直接采用多电源输入方案，系统需要的所有电源，均直接由外部提供；二是系统内部采用降压电路，将系统输入的单一电源，变换为系统需要的多电源。系统内部的降压电路，常采用的方式有开关电源变换、线性电源变换或使用DC-DC直流电源变换模块实现。

多电源输入方案中，外部使用了多个开关电源等电源模块，占用体积大，成本较高。

系统内部采用降压电路时，开关电源是将直流电转变为高频脉冲电流，然后电能储存到电感、电容元件中，利用电感、电容的特性将电能按预定的要求释放出来来改变输出电压或电流；开关电源具有效率高、降压赋值大的特点，但是开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰、输出电源纹波及尖峰干扰较大。开关电源中，功率调整开关晶体管工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。

而线性电源没有高频脉冲和储存元件，它利用元器件线性特性在负载变化时瞬间反馈控制输入达到稳定电压和电流的目的，具有调节速度快、纹波小的特点，缺点是一般降压值较低，当输入电压与输出电压压差较大时，线性电源消耗功率会明显增加，效率下降，发热量明显增大。

而在采用开关电源变换的方式进行降压的电路里，DC-DC直流电源变换模块中，一般实现功率较低，并且价格较高，在一般价格敏感的场合无法应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出的一种电源转换电路，结合了开关电源和线性电源，利用了各自的优点，并且有效规避了两种变换方式的缺点，用低成本实现高质量的电源转换。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种电源转换电路，包括开关电源变换模块、线性电源变换模块，所述开关电源变换模块与所述线性电源变换模块连接；

所述开关电源变换模块用于电源一级转换；

所述线性电源变换模块用于电源二级转换；

外部电源经过所述开关电源变换模块、所述线性电源变换模块电源转换后，输出纹波及尖峰干扰小的转换电源。

进一步地，所述电源转换电路还包括电源保护模块，所述电源保护模块与所述开关电源变换模块连接，外部电源经过所述电源保护模块后再进入所述开关电源变换模块，所述电源保护模块用于过流保护、滤除尖峰干扰。

进一步地，所述电源转换电路还包括电源输出指示模块，所述电源输出指示模块与所述线性电源变换模块连接，用于指示输出电源。

优选地，所述电源转换电路用于将24V电源转换为5V电源。

进一步地，所述电源保护模块包括可恢复保险、瞬态二极管，24V电源正极连接至可恢复保险，经过可恢复保险后连接至瞬态二极管负极，瞬态二极管正极连接到24V负极GND中。

进一步地，所述开关电源变换模块包括第一瓷片电容、第二瓷片电容、第三瓷片电容、第一低ESR铝电解电容、第二低ESR铝电解电容、开关电源控制芯片、肖特基二极管、电感、第一分压电阻、第二分压电阻，经过了电源保护模块的24V信号，连接到第一瓷片电容的1脚、第二瓷片电容的1脚和第一低ESR铝电解电容的正极，第一瓷片电容和第二瓷片电容的2脚、第一低ESR铝电解电容的负极连接到24V负极GND，开关电源控制芯片的第1脚连接到第一低ESR铝电解电容的正极，第3脚及第5脚连接到24V负极GND，开关电源控制芯片的第2脚连接到肖特基二极管的负极，肖特基二极管负极再连接到电感的1脚，电感的2脚连接到第二低ESR铝电解电容正极，肖特基二极管正极、第二低ESR铝电解电容负极及第三瓷片电容的2脚连接到GND，第三瓷片电容的1脚连接到第二低ESR铝电解电容的正极，开关电源控制芯片的第4脚连接到第一分压电阻的1脚，第一分压电阻的2脚连接到GND，第一分压电阻的1脚再连接到第二分压电阻的1脚，第二分压电阻的2脚连接到第二低ESR铝电解电容的正极。

进一步地，所述线性电源变换模块包括线性电源芯片、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第四瓷片电容、第五瓷片电容、钽电容，线性电源芯片的第3脚连接第二低ESR铝电解电容的正极，线性电源芯片的第1脚连接到第三分压电阻的1脚，再连接到第四分压电阻的1脚和第五分压电阻的2脚，第三分压电阻和第四分压电阻的2脚都连接到GND，线性电源芯片的第2脚连接到线性电源芯片的第4脚，再连接到第五分压电阻的1脚，线性电源芯片的第2脚再连接到钽电容的正极、第四瓷片电容的1脚、第五瓷片电容的1脚，第四瓷片电容和第五瓷片电容的2脚都连接到GND，变换后可供使用的5V电源从第五瓷片电容的1脚输出。

进一步地，所述电源输出指示模块包括限流电阻、发光二极管，5V电源连接到限流电阻的1脚，限流电阻的2脚连接到发光二极管的正极，发光二极管的负极连接到GND。

本实用新型的有益效果如下：

1)、结构简单，成本较低，维护方便；

2)、对输入电源进行了过流、过压及反接保护；

3)、分别使用开关电源变换和线性电源变换两种方式进行两级降压，保证降压效率的同时，也保证了输出电源的质量；

4)、增加LED指示灯，指示电源状态。

附图说明

图1为本实用新型电源转换电路的结构方框图；

图2为本实用新型电源转换电路的一个实施例结构方框图；

图3为本实用新型电源转换电路的电路连接图。

图中附图标记说明：

F1、可恢复保险、D3、瞬态二极管 C7、第一瓷片电容、C8、第二瓷片电容、C13、第三瓷片电容、C24、第一低ESR铝电解电容、C12、第二低ESR铝电解电容、U8、开关电源控制芯片、D4、肖特基二极管、L18、电感、R6、第一分压电阻、R8、第二分压电阻 U9、线性电源芯片、R9、第三分压电阻、R10、第四分压电阻、R11、第五分压电阻、C15、第四瓷片电容、C16、第五瓷片电容、C14、钽电容 R5、限流电阻、LED1、发光二极管

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种电源转换电路，包括开关电源变换模块、线性电源变换模块，所述开关电源变换模块与所述线性电源变换模块连接；

所述开关电源变换模块用于电源一级转换；

所述线性电源变换模块用于电源二级转换；

外部电源经过所述开关电源变换模块、所述线性电源变换模块电源转换后，输出纹波及尖峰干扰小的转换电源。

优选地，图2所示，一种电源转换电路，包括电源保护模块、开关电源变换模块、线性电源变换模块、电源输出指示模块，所述开关电源变换模块分别与所述电源保护模块、所述线性电源变换模块连接，所述线性电源变换模块分别与所述开关电源变换模块、所述电源输出指示模块连接；

所述开关电源变换模块用于电源一级转换；

所述线性电源变换模块用于电源二级转换；

所述电源保护模块用于过流保护、滤除尖峰干扰；

所述电源输出指示模块用于指示输出电源；

外部电源经过所述电源保护模块后，经过所述开关电源变换模块、所述线性电源变换模块电源转换后，输出纹波及尖峰干扰小的转换电源。

下面以电源转换电路用于将24V电源转换为5V电源为例，外部输入电源为电压值24V的直流电源，而系统内部需要24V和5V电源，实行本实用新型的电源转换电路时，24V电源首先使用开关电源变换模块将24V电压降至6.8V附近，再使用线性电源变换模块，将6.8V电源降压至5V水平。

如图3所示，所述电源保护模块包括可恢复保险F1、瞬态二极管D3，24V电源正极连接至可恢复保险F1，经过F1后连接至瞬态二极管D3负极，瞬态二极管正极连接到24V负极GND中，当负载过大或电源反接导致电流达到可恢复保险F1的保护电流大小时，F1保险阻值增加，达到切断电流、保护电路的目的，而当输入端出现超过瞬态二极管D3击穿电压的尖峰干扰时，D3击穿，可有效滤除该干扰；输入状态正常后，D3恢复截止状态。

所述开关电源变换模块包括第一瓷片电容C7、第二瓷片电容C8、第三瓷片电容C13、第一低ESR铝电解电容C24、第二低ESR铝电解电容C12、开关电源控制芯片U8、肖特基二极管D4、电感L18、第一分压电阻R6、第二分压电阻R8，经过了电源保护模块的24V信号，连接到第一瓷片电容C7的1脚、第二瓷片电容C8的1脚和第一低ESR铝电解电容C24的正极，经过保护及一级滤波，向系统内部提供24V电源使用，第一瓷片电容C7和第二瓷片电容C8的2脚、第一低ESR铝电解电容C24的负极连接到24V负极GND，开关电源控制芯片U8的第1脚连接到第一低ESR铝电解电容C24的正极，第3脚及第5脚连接到24V负极GND，开关电源控制芯片U8的第2脚连接到肖特基二极管D4的负极，肖特基二极管D4负极再连接到电感L18的1脚，电感L18的2脚连接到第二低ESR铝电解电容C12正极，肖特基二极管D4正极、第二低ESR铝电解电容C12负极及第三瓷片电容C13的2脚连接到GND，第三瓷片电容C13的1脚连接到第二低ESR铝电解电容C12的正极，开关电源控制芯片U8的第4脚连接到第一分压电阻R6的1脚，第一分压电阻R6的2脚连接到GND，第一分压电阻R6的1脚再连接到第二分压电阻R8的1脚，第二分压电阻R8的2脚连接到第二低ESR铝电解电容C12的正极。

所述线性电源变换模块包括线性电源芯片U9、第三分压电阻R9、第四分压电阻R10、第五分压电阻R11、第四瓷片电容C15、第五瓷片电容C16、钽电容C14，线性电源芯片U9的第3脚连接第二低ESR铝电解电容C12的正极，接受开关电源降压后的电源输出，线性电源芯片U9的第1脚连接到第三分压电阻R9的1脚，再连接到第四分压电阻R10的1脚和第五分压电阻R11的2脚，第三分压电阻R9和第四分压电阻R10的2脚都连接到GND，线性电源芯片U9的第2脚连接到线性电源芯片U9的第4脚，再连接到第五分压电阻R11的1脚，线性电源芯片U9的第2脚再连接到钽电容C14的正极、第四瓷片电容C15的1脚、第五瓷片电容C16的1脚，第四瓷片电容C15和第五瓷片电容C16的2脚都连接到GND，变换后可供使用的5V电源从第五瓷片电容C16的1脚输出。

所述电源输出指示模块包括限流电阻R5、发光二极管LED1，5V电源连接到限流电阻R5的1脚，限流电阻R5的2脚连接到发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极连接到GND，当5V电源存在时，LED灯点亮，达到指示电源的目的。

本实用新型的电源转换电路的工作过程描述如下：

1)、外部电源从XP1输入，经过电源保护模块后输入到开关电源变换模块，在电源保护模块中，使用可恢复保险进行过流保护，顺态二极管可以滤除尖峰干扰。

2)、电源进入开关电源变换模块后，经过开关电源变换模块变换后，将24V电压降压为6.8V左右低压，但此时输出的6.8V电源纹波及尖峰干扰比较大。

3)、6.8V电源进入线性电源变换模块后，利用线性稳压电源芯片特性和后续滤波电路，在降压到5V的同时，降低了输出电源的纹波值及过滤了部分尖峰干扰，向系统提供一个高质量的电源。

本实用新型的有益效果如下：

1)、结构简单，成本较低，维护方便；

2)、对输入电源进行了过流、过压及反接保护；

3)、分别使用开关电源变换和线性电源变换两种方式进行两级降压，保证降压效率的同时，也保证了输出电源的质量；

4)、增加LED指示灯，指示电源状态。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，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。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电源转换电路，其特征在于，包括开关电源变换模块、线性电源变换模块，所述开关电源变换模块与所述线性电源变换模块连接；

所述开关电源变换模块用于电源一级转换；

所述线性电源变换模块用于电源二级转换；

外部电源经过所述开关电源变换模块、所述线性电源变换模块电源转换后，输出纹波及尖峰干扰小的转换电源。

2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源转换电路还包括电源保护模块，所述电源保护模块与所述开关电源变换模块连接，外部电源经过所述电源保护模块后再进入所述开关电源变换模块，所述电源保护模块用于过流保护、滤除尖峰干扰。

3.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源转换电路还包括电源输出指示模块，所述电源输出指示模块与所述线性电源变换模块连接，用于指示输出电源。

4.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源转换电路用于将24V电源转换为5V电源。

5.根据权利要求2所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源保护模块包括可恢复保险、瞬态二极管，24V电源正极连接至可恢复保险，经过可恢复保险后连接至瞬态二极管负极，瞬态二极管正极连接到24V负极GND中。

6.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述开关电源变换模块包括第一瓷片电容、第二瓷片电容、第三瓷片电容、第一低ESR铝电解电容、第二低ESR铝电解电容、开关电源控制芯片、肖特基二极管、电感、第一分压电阻、第二分压电阻，经过了电源保护模块的24V信号，连接到第一瓷片电容的1脚、第二瓷片电容的1脚和第一低ESR铝电解电容的正极，第一瓷片电容和第二瓷片电容的2脚、第一低ESR铝电解电容的负极连接到24V负极GND，开关电源控制芯片的第1脚连接到第一低ESR铝电解电容的正极，第3脚及第5脚连接到24V负极GND，开关电源控制芯片的第2脚连接到肖特基二极管的负极，肖特基二极管负极再连接到电感的1脚，电感的2脚连接到第二低ESR铝电解电容正极，肖特基二极管正极、第二低ESR铝电解电容负极及第三瓷片电容的2脚连接到GND，第三瓷片电容的1脚连接到第二低ESR铝电解电容的正极，开关电源控制芯片的第4脚连接到第一分压电阻的1脚，第一分压电阻的2脚连接到GND，第一分压电阻的1脚再连接到第二分压电阻的1脚，第二分压电阻的2脚连接到第二低ESR铝电解电容的正极。

7.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述线性电源变换模块包括线性电源芯片、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第四瓷片电容、第五瓷片电容、钽电容，线性电源芯片的第3脚连接第二低ESR铝电解电容的正极，线性电源芯片的第1脚连接到第三分压电阻的1脚，再连接到第四分压电阻的1脚和第五分压电阻的2脚，第三分压电阻和第四分压电阻的2脚都连接到GND，线性电源芯片的第2脚连接到线性电源芯片的第4脚，再连接到第五分压电阻的1脚，线性电源芯片的第2脚再连接到钽电容的正极、第四瓷片电容的1脚、第五瓷片电容的1脚，第四瓷片电容和第五瓷片电容的2脚都连接到GND，变换后可供使用的5V电源从第五瓷片电容的1脚输出。

8.根据权利要求3所述的电源转换电路，其特征在于，所述电源输出指示模块包括限流电阻、发光二极管，5V电源连接到限流电阻的1脚，限流电阻的2脚连接到发光二极管的正极，发光二极管的负极连接到GND。