CN216649516U - 一种防高压打火的开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防高压打火的开关电源电路，包括依次连接的进线保护单元、差模共模滤波单元、整流滤波单元、高频开关转换单元、二级滤波单元、后端输出电路，与差模共模滤波单元并接的第一高压吸收单元，以及并接于高频开关转换单元输入端的第二高压吸收单元。本实用新型在开关电源设计中通过前端交流输入端加入由压敏电阻构成的第一高压吸收单元和在开关电源初级侧加入由瞬态二极管构成的第二高压吸收单元，来对感性元器件产生的能量进行高压抑制，有效避免了其高压对其他元器件产生的负面影响，从而有效地提高了开关电源的稳定性。

Description

一种防高压打火的开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源电路设计技术，具体地讲，是涉及一种防高压打火的开关电源电路。

背景技术

开关电源，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

在开关电源设计中，通常采用电感线圈这类感性器件进行共模滤波，以抑制高频干扰，但是对于感性元器件，对交流信号的的阻感作用会造成高压，使其感性储能而未释放能量极易产生高压打火现象，增加了电源电路的不稳定性，存在安全隐患。尤其是在4000V群脉冲干扰测试中，感性线圈对高频群脉冲呈现高阻作用，其高压被感性线圈吸收，其高压能量聚集，与其周边最近的器件，通过空气造成间接回路而打火，导致测试不通过。因此，亟需改进。

实用新型内容

针对上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种防高压打火的开关电源电路，通过改善开关电源前端电路结构，采用辅助元器件进行高压吸收，并使感性线圈合理泄放能量，保证电源电路的稳定工作。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种防高压打火的开关电源电路，包括用于接入交流零火进线的进线保护单元，与进线保护单元连接的差模共模滤波单元，与差模共模滤波单元并接的第一高压吸收单元，与差模共模滤波单元连接的整流滤波单元，与整流滤波单元连接的高频开关转换单元，并接于高频开关转换单元输入端的第二高压吸收单元，与高频开关转换单元连接的二级滤波单元，以及与二级滤波单元连接的用于输出直流电压的后端输出电路。

具体地，所述进线保护单元包括连接于交流火线进线端L和交流零线进线端N之间的压敏电阻RV1，一端连接交流火线进线端L的保险丝管F1，以及一端接保险丝管F1另一端且另一端接交流零线进线端N的保护电阻R1，其中差模共模滤波单元分别连接保险丝管F1另一端和交流零线进线端N。

具体地，所述差模共模滤波单元包括滤波器LCL1、电容C1、电容C2，其中电容C1并接于滤波器LCL1的进线端，电容C2并接于滤波器LCL1的出线端，滤波器LCL1的进线端分别接保险丝管F1和交流零线进线端N，滤波器LCL1的出线端接整流滤波单元。

具体地，所述第一高压吸收单元采用压敏电阻RV2，其一端连接滤波器LCL1的火线进线端，另一端连接滤波器LCL1的火线出线端。

具体地，所述整流滤波单元包括全桥整流堆芯片U1、电解电容C3、热敏电阻RT1，其中全桥整流堆芯片U1输入端接滤波器LCL1的出线端，热敏电阻RT1的一端接全桥整流堆芯片U1的正输出端，电解电容C3一端接全桥整流堆芯片U1的负输出端，另一端接热敏电阻RT1的另一端，该电解电容C3的两端分别作为交流输出端P1L和P1N。

具体地，所述高频开关转换单元包括型号为TOPSWITCH224的高频开关芯片IC1和高频变压器T1，其中高频变压器T1的初级电源端一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚，高频变压器T1的初级反馈端通过二极管D3和电容C4接高频开关芯片IC1的SOURCE引脚，高频变压器T1的次级接二级滤波单元，高频开关芯片IC1的SOURCE引脚接交流输出端P1N，高频开关芯片IC1的CONTROL引脚通过高频开关外围电路连接二级滤波单元。

具体地，所述第二高压吸收单元采用瞬态二极管TVS1，其一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚。

具体地，所述二级滤波单元包括二极管D4、电感L1、电解电容C9、电容C10、电容C11，二极管D4正极接高频变压器T1的次级正输出端，电解电容C9一端接二极管D4负极，另一端接高频变压器T1的次级负输出端并接地，电容C10与电解电容C9并联，电感L1一端接二极管D4负极，另一端作为直流电压输出并通过电容C11接地。

具体地，所述后端输出电路包括用于接收二级滤波单元输出的直流电压的滤波器LCL2，连接于滤波器LCL2输入端之间的电容C13，并接于滤波器LCL2输出端之间的电容C14、电容C15和二极管D6，以及串联后一端连接滤波器LCL2输出端且另一端接地的电阻R11和电阻R12，其中滤波器LCL2输出端为外部提供直流供电。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型针对高频开关转换电路的交流输入中感性元器件容易因交流信号的阻感作用产生高压形成感性储能而未释放能量产生的高压打火现象，巧妙地在开关电源设计中通过前端交流输入端加入由压敏电阻构成的第一高压吸收单元和在开关电源初级侧加入由瞬态二极管构成的第二高压吸收单元，来对感性元器件产生的能量进行高压抑制，有效避免了其高压对其他元器件产生的负面影响，从而有效地提高了开关电源的稳定性。并且本实用新型设计巧妙，结构简单，使用方便，成本低廉，适于在开关电源设计中应用。

附图说明

图1为本实用新型-实施例的原理框图。

图2为本实用新型-实施例中差模共模滤波单元部分的电路原理图。

图3为本实用新型-实施例中高频开关转换单元部分的电路原理图。

图4为本实用新型-实施例中后端输出电路部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图4所示，该防高压打火的开关电源电路，包括用于接入交流零火进线的进线保护单元，与进线保护单元连接的差模共模滤波单元，与差模共模滤波单元并接的第一高压吸收单元，与差模共模滤波单元连接的整流滤波单元，与整流滤波单元连接的高频开关转换单元，并接于高频开关转换单元输入端的第二高压吸收单元，与高频开关转换单元连接的二级滤波单元，以及与二级滤波单元连接的用于输出直流电压的后端输出电路。

具体地，所述进线保护单元包括连接于交流火线进线端L和交流零线进线端N之间的压敏电阻RV1，一端连接交流火线进线端L的保险丝管F1，以及一端接保险丝管F1另一端且另一端接交流零线进线端N的保护电阻R1，其中差模共模滤波单元分别连接保险丝管F1另一端和交流零线进线端N。

具体地，所述差模共模滤波单元包括滤波器LCL1、电容C1、电容C2，其中电容C1并接于滤波器LCL1的进线端，电容C2并接于滤波器LCL1的出线端，滤波器LCL1的进线端分别接保险丝管F1和交流零线进线端N，滤波器LCL1的出线端接整流滤波单元。

具体地，所述第一高压吸收单元采用压敏电阻RV2，其一端连接滤波器LCL1的火线进线端，另一端连接滤波器LCL1的火线出线端。

具体地，所述整流滤波单元包括全桥整流堆芯片U1、电解电容C3、热敏电阻RT1，其中全桥整流堆芯片U1输入端接滤波器LCL1的出线端，热敏电阻RT1的一端接全桥整流堆芯片U1的正输出端，电解电容C3一端接全桥整流堆芯片U1的负输出端，另一端接热敏电阻RT1的另一端，该电解电容C3的两端分别作为交流输出端P1L和P1N。

具体地，所述高频开关转换单元包括型号为TOPSWITCH224的高频开关芯片IC1和高频变压器T1，其中高频变压器T1的初级电源端一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚，高频变压器T1的初级反馈端通过二极管D3和电容C4接高频开关芯片IC1的SOURCE引脚，高频变压器T1的次级接二级滤波单元，高频开关芯片IC1的SOURCE引脚接交流输出端P1N，高频开关芯片IC1的CONTROL引脚通过高频开关外围电路连接二级滤波单元。

具体地，所述第二高压吸收单元采用瞬态二极管TVS1，其一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚。

具体地，所述二级滤波单元包括二极管D4、电感L1、电解电容C9、电容C10、电容C11，二极管D4正极接高频变压器T1的次级正输出端，电解电容C9一端接二极管D4负极，另一端接高频变压器T1的次级负输出端并接地，电容C10与电解电容C9并联，电感L1一端接二极管D4负极，另一端作为直流电压输出并通过电容C11接地。

具体地，所述后端输出电路包括用于接收二级滤波单元输出的直流电压的滤波器LCL2，连接于滤波器LCL2输入端之间的电容C13，并接于滤波器LCL2输出端之间的电容C14、电容C15和二极管D6，以及串联后一端连接滤波器LCL2输出端且另一端接地的电阻R11和电阻R12，其中滤波器LCL2输出端为外部提供直流供电。

作为优选，本实施例中采用的元器件的型号和参数如下：RV1 20D681K，F1 2.15A/250V，R1 1M3W，C1 0.047uF/330V，C2 0.047uF/330V，RV2 14D471K，LCL1 33mH500mA，U1DB107，RT1 22NTC，C3 33uF/400V，TVS1 SMB6.5CA，IC1 TOPSWITCH224Y，T1 ZNPDX-EF25，D3RS1M，C4 100uF/50V，C5 47uF/50V，R2 6.2 1/4W(1206)，C6 0.1uF/50V，C7 0.15uF/100V，C8 0.15uF/100V，N1 NEC2501，R3 510 1/4W，R4 200 1W，D4 STPS20H100CT，C9 1000uF/35V，C10 0.1uF，L1 3.3uH 6.5A，C11 1000uF/35V，C12 0.47uF，R5 4.7K，R6 36K 1/4W，R73K 1/4W，R8 10K 1/4W，R9 4.7K，R10 4.7K，LCL2 33uH9A，C13 0.1uF，C14 10uF/50V，C150.01uF/50V，D6 SMBJ15CA，R11 240 5W，R12 240 5W。

本实用新型的工作过程如下：交流进线L、N前端电路采用了过压保护元器件压敏电阻RV1，当电源线受雷击高压时，压敏电阻呈现为低阻而保护压敏后端电路不受损害，保险丝F1采用玻璃插件式延时熔断2.15A/250V～保险丝管，当后端电路发生短路过流时，超过保险丝允许电流时而熔断，起到过流保护，电容C1、C2是两个0.047uF/330V的安规电容，主要作用是滤波，滤除网线上的差模干扰，所以它们也叫差模电容，前面有个电阻R1，是电容滤波后，在电容上积累了一定的电压，因此在掉电的时候，通过并接的电阻R1进行放电，避免放电到人体身上，由LCL1单个器件组成的共模滤波电路，来抑制高频干扰，它主要滤除网线上的对地干扰即共模干扰，其采用了电感线圈方式，是感性器件，和前面介绍的差模电容一样是具有一定的储能器件，容易在放电时形成高压，平时在工频50HZ电网电压通过时，交流线的频率低，对感性器件基本当做普通的导线，经过差模和共模滤波后，交流电压再进行全桥整流堆芯片U1 DB107整流和高压大电解电容C3 33uF/400V的滤波，形成直流电压300V直流高压，在整流桥堆和大电解电容间有一个NTC负温度系数的热敏电阻RT1 22NTC，其作用主要是上电瞬间，对大电解电容的瞬间充电造成短地或地阻抗，而形成的大电流进行抑制，当充电完成正常工作后，其热敏电阻上的电流使热敏电阻发热，由于是负温度系数，随着温度的上升，阻抗变小，这样减小在热敏电阻上的损耗，主要是起上电瞬间限制大电解充电形成大电流对整流桥过流冲击损坏的保护。形成了高压直流300V电压可以供后端的开关电源电路进行工作，并由其高频开关芯片IC1TOPSWITCH224Y和高频变压器T1及周边电路形成高频开关电路，由高频变压器次级产生所需要的交流电压，最后经过肖特基二极管D4 STPS20H100CT和电解电容C9 1000uF/35V整流滤波后形成具有一定纹波和噪声的直流电压，后级再经过由电容C10 0.1UF、电感L1 3.3UH 6.5A、电容C11 1000UF/35V组成的二次π形滤波电路进行进一步的滤波，最后得到符合要求纹波和噪声输出的直流电压。

本开关电源在进行4000V群脉冲干扰实验，即对交流进线端L、N对大地(机壳)进行群脉冲4000V 2.5KHZ和100KHZ时间1分钟，含正负极性，干扰脉冲经过共模电感线圈LCL1，其感性作用对高频群脉冲呈现高阻作用且储存能量，在其电感线取两端并接压敏电阻RV2(14D471K)进行行高压吸收，使电感能量泄放，采用压敏电阻主要是其耐高压大电流的特性，这样解决了感性器件对高频干扰形成的高压打火问题。与其对应的高频变压器初级线圈，一样是电感线圈，同样是储能并泄放能量，也可能存在风险，根据应用场合和可能产生的高电压、高电流问题，此处采用了瞬态二极管TVS1(也可由瞬态抑制二极管D1 P6KE200和快恢复二极管D2 BYV26C器件组成，二者负极对接，D1正极接P1L，D2正极接IC1 DRAIN)来吸收泄放能量，利用其反应速度快、耐压耐流的特点克服高频变压器初级线圈存在的放电打火风险，从而实现了开关电源中高压打火现象的解决，提高了开关电源的稳定性。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防高压打火的开关电源电路，其特征在于，包括用于接入交流零火进线的进线保护单元，与进线保护单元连接的差模共模滤波单元，与差模共模滤波单元并接的第一高压吸收单元，与差模共模滤波单元连接的整流滤波单元，与整流滤波单元连接的高频开关转换单元，并接于高频开关转换单元输入端的第二高压吸收单元，与高频开关转换单元连接的二级滤波单元，以及与二级滤波单元连接的用于输出直流电压的后端输出电路。

2.根据权利要求1所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述进线保护单元包括连接于交流火线进线端L和交流零线进线端N之间的压敏电阻RV1，一端连接交流火线进线端L的保险丝管F1，以及一端接保险丝管F1另一端且另一端接交流零线进线端N的保护电阻R1，其中差模共模滤波单元分别连接保险丝管F1另一端和交流零线进线端N。

3.根据权利要求2所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述差模共模滤波单元包括滤波器LCL1、电容C1、电容C2，其中电容C1并接于滤波器LCL1的进线端，电容C2并接于滤波器LCL1的出线端，滤波器LCL1的进线端分别接保险丝管F1和交流零线进线端N，滤波器LCL1的出线端接整流滤波单元。

4.根据权利要求3所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述第一高压吸收单元采用压敏电阻RV2，其一端连接滤波器LCL1的火线进线端，另一端连接滤波器LCL1的火线出线端。

5.根据权利要求4所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述整流滤波单元包括全桥整流堆芯片U1、电解电容C3、热敏电阻RT1，其中全桥整流堆芯片U1输入端接滤波器LCL1的出线端，热敏电阻RT1的一端接全桥整流堆芯片U1的正输出端，电解电容C3一端接全桥整流堆芯片U1的负输出端，另一端接热敏电阻RT1的另一端，该电解电容C3的两端分别作为交流输出端P1L和P1N。

6.根据权利要求5所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述高频开关转换单元包括型号为TOPSWITCH224的高频开关芯片IC1和高频变压器T1，其中高频变压器T1的初级电源端一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚，高频变压器T1的初级反馈端通过二极管D3和电容C4接高频开关芯片IC1的SOURCE引脚，高频变压器T1的次级接二级滤波单元，高频开关芯片IC1的SOURCE引脚接交流输出端P1N，高频开关芯片IC1的CONTROL引脚通过高频开关外围电路连接二级滤波单元。

7.根据权利要求6所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述第二高压吸收单元采用瞬态二极管TVS1，其一端接交流输出端P1L，另一端接高频开关芯片IC1的DRAIN引脚。

8.根据权利要求7所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述二级滤波单元包括二极管D4、电感L1、电解电容C9、电容C10、电容C11，二极管D4正极接高频变压器T1的次级正输出端，电解电容C9一端接二极管D4负极，另一端接高频变压器T1的次级负输出端并接地，电容C10与电解电容C9并联，电感L1一端接二极管D4负极，另一端作为直流电压输出并通过电容C11接地。

9.根据权利要求8所述的防高压打火的开关电源电路，其特征在于，所述后端输出电路包括用于接收二级滤波单元输出的直流电压的滤波器LCL2，连接于滤波器LCL2输入端之间的电容C13，并接于滤波器LCL2输出端之间的电容C14、电容C15和二极管D6，以及串联后一端连接滤波器LCL2输出端且另一端接地的电阻R11和电阻R12，其中滤波器LCL2输出端为外部提供直流供电。

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