CN2245780Y - 一种开关稳压电源 - Google Patents
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Abstract
一种开关稳压电源包括噪声滤波器、输入整流滤波器、DC/DC变换器、PWM脉宽调制器、过压过流保护电路、电流信号处理电路,其特征在于:还包括输出电压控制器、光电编码调节装置及共模噪声抑制网络,本实用新型的输出电压可从OV起大范围内调节,能很好的抑制共模噪声,并可避免在高压大范围下启动时,电源及负载的损坏,还能有效地进行短路保护。
Description
本实用新型涉及一种开关稳压电源。
开关稳压电源具有效率高、体积小、重量轻等线性电源不可比拟的优点。但目前开关电源大都为固定电压输出,有一部分开关电源的输出电压可调节,也只能在额定输出值附近作小范围调节,不能由0伏起进行大范围的调节,这给开关电源的使用受到了一定的限制。而且这些电源都是采用电位器来调节输出电压的,这种方法虽然简单,但存在着问题是:在开启电源之前,如果忘记将电位器旋至最小位置,在高压输出情况下启动电源,就会极易损坏电源及负载。此外,这些电源输出采用RC或RL滤波网络,不能抑制共模噪声。
本实用新型的目的在于提供一种输出电压能从0伏起在大范围内调节,很好的抑制共模噪声,并能避免在高压大电流下启动时,防止电源和负载不被损坏,还能有效地进行短路保护的开关稳压电源。
本实用新型的目的是这样实现的:它包括噪声滤波器、输入整流滤波器、DC/DC变换器、PWM脉宽调制器、过压过流保护电路及电流信号处理电路,噪声滤波器的输出经输入整流滤波器接到DC/DC变换器的输入端,DC/DC的输出第一路作为采取电压信号加到过压过流保护电路上,第二路作为采样电流信号接到电流信号处理电路中,电流信号处理电路的输出分两路,一路作为电流反馈信号加到PWM调制器上,另一路加到过压过流保护电路中,过压过流保护电路输出与PWM脉宽调制器相接,PWM调制器的输出接到DC/DC变换器上,其特点在于:还包括输出电压控制器,DC/DC变换器的输出,还作为电压反馈信号接到输出控制器的一个输入端,输出电压控制器的输出作为电流给定接到PWM脉宽调制器上。
本实用新型还包括光电编码调节装置,它的输出作为电压给定接到输出电压控制器的另一个输入端。
本实用新型还包括接在DC/DC变换器输出端的共模噪声抑制网络。
220V交流电压经噪声滤波器抑制掉由电网进入电源内部的高频噪声和由电源内部产生并向电网反馈的高频噪声后,进入到输入整流滤波电路中,将220V交流电压变换成310V直流电压,输出到DC/DC变换器中,DC/DC变换器由DC/AC逆变器和输出整流滤波电路组成,DC/AC逆变器将310V直流电压变换成高频交流电压,再经输出整流滤波器整流滤波后,变成所需要的直流电压,该电压经共模噪声抑制网络抑制掉共模噪声后输出;DC/DC变换器输出作为电压反馈和光电编码调节装置输出的电压给定经输出电压控制器后作为电流给定信号输入到PWM调制器中,电流信号处理电路的输出作为电流反馈也输入到PWM调制器中,这样构成了电流内环和电压外环的控制系统,通过改变光电编码调节装置的输出电压,即可使输出电压控制器输出的电流给定信号改变,从而改变PWM调制器输出脉冲宽度,使得DC/DC变换器的占空比改变,从而使电源输出电压从0伏起在大范围内调节;当输出端发生过压过流故障时,过压过流保护电路立即将PWM脉宽调制输出封锁,切断电源的输出,以保护负载和电源,即使输出端长时间处于故障状态,也不会对电源造成损坏。
光电编码调节装置由光电编码器、信号辩向电路、计数器、D/A变换器、量程限定电路及清“0”电路组成,光电编码器的输出经信号辨向电路接到计数器的输入端,计数器的输出接D/A变换器,同时又经量程限定电路与信号辨向电路相接,清“0”电路与计数器相接。光电编码器输出的两路相差90°电角度的方波信号A、B,经辩向电路产生两路分别代表正反转的脉冲信号,经计数电路对脉冲信号计数,正向调节升高电压,计数器进行加计数,反向调节降低输出电压,计数器进行减计数,每次计数值的变化都经D/A变换电路转换成0-5VDC的电压信号,输出到输出电压控制器中;同时由于清“0”电路的作用,开机上电后,计数器的输出为0,使得电源输出也为0,从而实现了初始电压为0的目的。
下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详细说明。
图1为实用新型的原理框图;
图2为本实用新型的电原理图;
图3为本实用新型的光电编码调节装置原理框图;
图4为本实用新型中光电编码调节装置的电原理。
参见附图1,本实用新型由噪声滤波器、输入整流滤波器、DC/DC变换器、共模噪声抑制网络、PWM脉宽调制器、输出电压控制器、电流信号处理电路、过压过流保护电路、光电编码调节装置及辅助电源组成,噪声滤波器的输出经输入整流滤波器后接到DC/DC变换器的输入端,DC/DC变换器的输出分四路:第一路接到共模噪声抑制网络输入端,第二路输出反馈电压UF接到输出电压控制器的一个输入端,第三路取出电压采样信号接过压过流保护电路,第四路取出电流采样信号输入到电流信号处理电路中,电流信号处理电路的输出分两路一路作为电流反馈IF加到PWM调制器上,另一路输出到过压过流保护电路中,作为过流保护的触发信号,过压过流保护电路的输出接PWM调制器上,光电编码调节装置的输出作为电压给定信号UR加到输出电压控制器的另一输入端,输出电压控制器的输出作为电流给定信号IR也加到PWM脉宽调制器上,PWM的输出接到到DC/DC变换器上,辅助电源分别为这几部分电路提供工作电压。
参见附图2,JZ为噪声波滤器,是一组由电感和电容组成的滤波网络,主要用来抑制由电网进入电源内部的高频噪声和由电源内部产生的并向电网反馈的高频噪声,但主要是用来抑制后者。
ZL1、R2、C1组成输入整流滤波电路,交流220V的电网电压经过噪声滤波器进入整流滤波电路,经整流滤波变换成310V的直流电压,作为DC/DC变换器的输入电压。DC/DC变换器包括DC/AC逆变器和输出整流滤波电路。V-MOS管BG1、BG2,快速恢复二极管D1和D2,电容C2、C3、C4和高频变压器T1组成了DC/AC逆变器,由PWM调制器来的两路高频脉冲驱动信号分别加到BG1和BG2的输入端X1、X2和Y1、Y2,在这个高频脉冲信号的驱动下,BG1和BG2轮流导通和截止,将310V的直流电压变换成高频交流电压,由高频变压器T1进行电压变换后,送到输出整流滤波电路。D4、D5、R9、R10、C6、C7和L1、C8组成输出整流滤波电路,由高频变压器T1送来的高频交流电压经D4、D5和L1、C8整流滤波后变换成所需的直流电压。D1、D2、C2、C3和R3、R4为吸收电路,用来吸收BG1、BG2在开关过程中形成的尖峰电压,防止BG1和BG2因过压而损坏。R9、C6和R10、C7也是吸收电路,吸收二极管D4和D5在开关过程中形成的尖峰电压。
C38-C43为共模噪声抑制网络,将整流滤波后的直流电压进一步净化后输出。
IC3、IC4及相关元件组成了输出电压控制器。反馈电压UF通过电阻R17加到IC3的正向输入端3脚,给定电压UR通过电阻R18加到IC3的反向输入端2脚,IC4的输出作为电流给定IR通过电阻R23、R29加到PWM调制器IC1的2脚,电压给定UR由光电编码调节装置手动控制给出,改变UR就可以使是电源的输出由0V起在大范围内调节。
IC2及相关元件组成了电流信号处理电路,由采样电阻R11来的电流采样信号通过电阻R25加到IC2的反向输入端2脚,IC2的输出分两路:一路通过R26、R27加到PWM调制器IC1的1脚,作为PWM调制器的电流反馈信号IF,与电流给定IR形成电源的电流控制环,另一路作为过压过流保护电路的采样信号通过电阻R36加到门限电路Z3、R38。
IC1、T2及相关元件组成PWM调制器。由IC1产生的占空比可变的高频脉冲信号由11、14脚输出,经驱动变压器T2隔离变压后产生的两路信号分别加到BG1、BG2的栅极用作驱动信号,W4用来调整脉冲信号的死区时间,W5用来调整振荡频率,因为BG1、BG2是轮流导通和截止的,即BG1导通时,BG2截止,BG2导通时,BG1截止,从BG1导通到BG2导通之间必须有足够的时间间隔,这个时间间隔就是死区时间,如果死区时间太短就有可能导致两只管子同时导通,将会造成管子烧毁。电流给定IR加到IC1的2脚,电流反馈IF加到IC1的1脚,IR和IF形成电源的电流控制环,电压给定UR加到输出电压控制器反向输入端2脚,电压反馈UF加到控制器的正向输入端3脚,UR和UF形成电压控制环。
过压过流保护电路由门限电路R37、Z2、R38、Z3,施密特触发器IC9、IC10,启动延时电路IC11、IC12,六非门IC13,与非门IC16、IC17和或非门IC14、IC15及相关元件组成。电路正常工作时,电压采样电压或电流采样电压低于门限电压,IC9、IC10输入端2、6脚为低电平,输出端3脚为高电平,IC11、IC12输入端2脚为高电平,6、7脚为低电平,根据逻辑功能,其输出端3脚为低电平,则通过六非门IC13和与非门IC16加到IC1的10脚上的电平为低,关闭端不起作用。当发生过压或过流故障时,电压或电流采样电压高于门限电压,IC9、IC10输入端2、6脚上升为高电平,输出端3脚变为低电平,此时启动电路IC11、IC12的两个输入端2脚和6、7脚均为低电平,根据逻辑功能,其输出端3脚为高电平,通过六反相器IC13和与非门IC16加到IC1的10脚上,将其输出封锁,使电源的输出电压和输出电流均降到0。电源的输出一旦降到0,IC9、IC10的输入端2、6脚也随之下降到低电平,输出端3脚上升到高电平,同时,+5V电源通过R39、R40分别给C34、C35充电,延时电路开始工作,经过5秒以后,充电电压上升到2/3Vcc时,IC11、IC12的两个输入端2脚和6、7脚都为高电平,输出端3脚则变为低电平,IC1的10脚也变为低电平,封锁被解除,电源恢复正常工作。在IC11、IC12输出端3脚下降到低电平,电源恢复正常工作的同时,电容C34、C35也很快放电完毕,整个电路又恢复到起始状态,如果此时故障已经排除,则电源继续工作下去,如果故障仍然存在,电路将重复上述过程,直到故障排除为止。无论过压、过流或过压过流故障同时发生,通过保护电路都可将IC1输出封锁,切断电源输出,保护电源和负载。从上述电路的工作过程可知,只要采样电压达到门限电路的设定值,电路就动作,否则,电路就不动作,提高了工作的可靠性。电路被封锁关闭以后,由于延时电路的作用,经过5秒时间以后,封锁信号解除,电源方能恢复正常工作,这就避免了太频繁的开-关的振荡状态。当电源发生短路故障时,电流控制环和过流保护电路将协同工作,加在IC1“1”脚上的由IC2构成的电流信号处理电路来的电流反馈IF和加在2脚上的电流给定IR形成的电流控制环,首先对电流起到限制作用,使大功率输出管不会流过过大的短路电流,然后通过过流保护电路将电源关闭,这种对短路故障的双重保护措施,能非常可靠地保护电源和负载。在发生故障,关闭电源的同时,发出报警显示信号,以便采取措施。
双向可控硅SCR、电阻R1、高频变压器T1的绕组Ns3及其它一些相关的元件构成了软启动电路。开电源时,输入整流滤波电路中的滤波电容C1在电源启动的瞬间相当于短路,在噪声滤波器JZ1、整流桥ZL1中会流过很大的短路电流,有可能将它们烧毁,为了限制这一短路电流,在整流桥和滤波电路之间串一电阻R1,电源正常工作以后,变压器T1的Ns 3绕组上的电压将可控硅SCR触发导通,R1被短路,整个电源的电流从可控硅SCR中流过,R1就不再消耗电能,这样就降低了电源的损耗。
辅助电源产生±15、±5V的四种电压,给PWM调制器、输出电压控制器等电路提供工作电压。
参见附图4,编码器为增量式光电编码器,IC23、IC24、IC25组成辨向电路,IC20、IC21、IC22为计数电路,由三片同步双时钟计数器74LS193组成,IC20、IC21、IC22的预置数输入端P0、P1、P2、P3都接到“0”即地端,置数控制端P1接由R47、C47形成的积分电路,在电源开启之后,电路上电,由于R47、C47的作用,置数控制端PL为“0”电平,计数器74LS193处于送预置数状态,输出为预置数0000,随着C44充电,74LS139的置数控制端PL变为“1”,计数器进入正常计数状态,这样就实现了开机上电之后计数器输出清“0”,使电源初始输出为“0”的目的。IC18为12位D/A变换器,选用DAC1210,将计数器来的数字量转换成模拟量,通过IC19放大器输出,IC26为量程限定电路,由通用逻辑阵列GAL16V8IC及其构成。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
1.由于在电源中加入了输出电压控制器和电流信号处理电路,使得本实用新型的输出电压可从0-120V大范围内连续可调。
2.由于本实用新型在输出端加入了共模噪声抑制网络,所以可有效地抑制共模噪声,使输出电压更加净化。
3.由于本实用新型的输出电压调节采用光电编码调节装置,所以无论输出电压调节装置处于什么位置,电源启动后,输出电压都为0,可以避免在高压大电流启动下,防止电源和负载不被损坏。
Claims (5)
1.一种开关稳压电源,它包括噪声滤波器、输入整流滤波器、DC/DC变换器、PWM脉宽调制器、过压过流保护电路及电流信号处理电路,噪声滤波器的输出经输入整流滤波器接到DC/DC变换器的输入端,DC/DC的输出第一路作为采取电压信号加到过压过流保护电路上,第二路作为采样电流信号接到电流信号处理电路中,电流信号处理电路的输出分两路,一路作为电流反馈信号加到PWM调制器上,另一路加到过压过流保护电路中,过压过流保护电路输出与PWM脉宽调制器相接,PWM调制器的输出接到DC/DC变换器上,其特征在于:还包括输出电压控制器,DC/DC变换器的输出,还作为电压反馈信号接到输出控制器的一个输入端,输出电压控制器的输出作为电流给定接到PWM脉宽调制器上。
2.根据权利要求1所述的开关稳压电源,其特征在于:还包括光电编码调节装置,它的输出作为电压给定接到输出电压控制器的另一个输入端。
3.根据权利要求2所述开关稳压电源,其特征在于:光电编码调节装置由光电编码器、信号辨向电路、计数器、D/A变换器、量程限定电路及清“0”电路组成,光电编码器的输出经信号辨向电路接到计数器的输入端,计数器的输出接D/A变换器,同时又经量程限定电路与信号辨向电路相接,清“0”电路与计数器相接。
4.根据权利1或2所述的开关稳压电源,其特征在于:还包括接在DC/DC变换器输出端的共模噪声抑制网络。
5.根据权利要求1所述的开关稳压电源,其特征在于:过压过流保护电路由2个门限电路、2个施密特触发器、2个启动延时电路、一个六非门、2个或非门及2个与非门组成,电压采样信号经第一个门限电路及第一个施密特触发器与第一个启动延时电路相接,第一个启动延时电路的输出经六非门及2个或非门分别接过压报警指示器和过流报警指示器;电流采样信号经第二个门限电路及第二个施密特触发器接到第二个启动电路中,第二个启动电路的输出经六非门接到2个与非门电路中, 一个与非门的输出接到PWM调制器中,另一个与非门接正常指示器。
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