CN2296033Y

CN2296033Y - 高效容性并联开关稳压电源

Info

Publication number: CN2296033Y
Application number: CN 97208047
Authority: CN
Inventors: 赵为政
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-10-28
Anticipated expiration: 2007-03-03

Abstract

本实用新型公开了一种电容降压并联开关稳压电源,其设计方案是:在公知的电容降压整流器(1)的输出端并接一开关器件(2),在整流输出和滤波储能电路Cl回路中串接一隔离二极管,开关器件(2)受控于比较器(4),过零检测电路(3)以及基准源(5)和取样电路(6),通过开关器件的导通和截止保持输出电压的稳定。由于稳压调整处于开关状态,其效率高,在较大功率输出也不存在发热问题,可靠性好,成本低,可大大扩展电容降压稳压电源在电子线路及电子设备和产品中的应用。

Description

高效容性并联开关稳压电源

本发明论及一种直流稳压电源，尤其是由电容降压的并联开关稳压电源。

公知的电容降压直流稳压电源有两种基本形式，一种是半波电路，一种是桥式全波电路，在需要输入和输出有公共端时一般采用前者，而需较大输出电流时一般采用后者。这种由电容降压、稳压二级管稳压的电源结构简单，成本低，稳压性能也较好，然而，由于这种稳压电源是用电抗降压，内阻大，在输入交流电压变化不大、输出稳压电压较低时，基本上是一种恒流源，因此只适合采用并联稳压，如公知的两种电容降压的基本形式，均由稳压二极管并联稳压，显然，这是一种线性并联稳压，稳压二极管中始终有电流通过，特别是在轻载和空载时，恒流源的大部分电流或全部电流都流过稳压二极管，因此，这种稳压电源一般用于只需微小功率的电子线路和电子设备中，当然可以用三极管等功率器件扩展电流，但受到功耗太大的限制，尤其在稳压输出较高、负载较轻时，功耗更高，效率极低，比如一个稳压输出24伏，输出电流500毫安的稳压电源，在空载时，稳压器件上的功耗至少为12瓦，若输入交流电压变化大，这个功耗还会大幅度增加，必须加散热片，不仅增加了体积和成本，而且由于温度高，使稳压电源可靠性降低，此外，在上述输入交流电压变化大、输出电流变化大时，流过稳压管的电流也在较大范围内变化，其稳压精度也是不高的。由于这些原因，这种电容降压的简易稳压电源长期以来只限于用在只需微小功率，对稳压性能要求不高的场合。然而，鉴于电容降压损耗小，呈容性、无需复杂笨重的电感线圈，具有限流功能，不怕过载和短路，可靠性高，成本低，加上现代电容制造技术的进步，大容量电容的体积也可做得很小，因此，提高这种稳压电源的效率和性能，开拓在较大功率领域的应用是很有发展前景的。

本发明的目的是要设计一种电容降压并联开关稳压电源，以克服现有电容降压并联线性稳压电源效率低、功耗大、只能提供微小功率的不足，以扩展电容降压稳压电源，在电子线路和电子设备及产品中的应用。

为达到上述目的，本发明的设计方案是：(参见附图1)在公知的电容降压整流器[1]的正端和负端并接一开关器件[2]，在整流器输出和滤波储能电容CL回路中串接一隔离二极管D；开关器件[2]受控于比较器[4]和过零检测电路[3]，比较器[4]受控于基准源[5]和取样电路[6]。当输入交流电压升高或输出电源减小使输出电压升高时，取样电路[6]的电压也升高，由于基准源[5]的电压是恒定的，因此，比较器[4]即会输出一个控制信号使开关器件[2]导通，旁路对滤波储能电容Cl和负载的供电电流，此时负载电流由储能电容C_L放电提供，输出电压又趋于下降，从而达到稳定输出电压的目的。由于降压电容C_j是无功元件，而开关器件[2]只在导通和截止两种状态，也基本无功耗，即使在较大电流输出也不会存在发热问题，完全解决了公知的电容降压稳压电源只能小功率应用、效率低、在较大电流输出时需散热、可靠性低的不足。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的原理框图

图2是本发明第一个实施例的电路原理图

图3是本发明第二个实施例的电路原理图

图4是本发明第三个实施例的电路原理图

图5是本发明第四个实施例的电路原理图

参见图1原理框图，在图2所示实施例中，开关器件采用了可控硅CR、稳压二极管DW和电阻R构成取样电路，基准源即为可控硅CR控制极的导通电压(一般约为0.6-0.7伏)，比较器实际上就是电阻R上的电压与可控硅控制极导通电压的比较，适当选择电阻R的阻值以及降压电容Cj的大小，使输入交流电压最低和输出电流最大时，使流过稳压二极管的电流处在其最佳稳压点(一般为5-10毫安)，比如是5毫安则电阻R可取120欧左右，使电阻上的电压降在0.6伏左右，处在可控硅导通的临界值，当输入交流电压增高或负载电流减小使稳压输出电压稍有升高，电阻R上的电压即会使可控硅导通，输出电压又趋于降低，电阻R上的电压又低于可控硅控制极的导通电压，可控硅在电流过零点关断，从而保持输出电压的稳定。由于稳压输出值一般在3伏至18伏，可控硅均在过零附近导通，因此，无需加接过零检测电路。由上述工作过程可知，从空载到满负荷，也不管输入交流电压怎样变化，稳压二极管DW始终工作在几个毫安的最佳工作点附近，不仅功耗低，不存在发热问题，可靠性高，而且具有良好的稳压效果，实验表明，普通稳压二极管稳压电源从空载到满负荷，输出电压变化大于0.5伏，而本实施例输出电压变化小于0.2伏。

在图3所示实施例中，用电阻R1替代了稳压管DW，具有图2同样的稳压效果，而且只要改变R₁的阻值，即可任意改变输出电压，非常方便。考虑到在较高输出电压时，可控硅CR导通产生的冲击电流所形成的干扰，该实施例增加了由三极管BG和电阻R3、R4组成的过零检测电路，适当选择R3和R4的比值，使可控硅CR仅在过零点附近导通，可有效地消除冲击电流和射频干扰。此时，为减小输出电压的波动，应尽可能采用大容量的滤波储能电容Cl。为进一步提高稳压性能，本实施例加接了串联线性稳压器7800系列，由于加在三端稳压器7800的输入电压基本是稳定的，其输入和输出的压差始终可保持在3伏左右，即使在大电流输出、三端稳压器也无需加散热片。

在图4所示实施例电路原理图中，用了功率开关集成片TWH8751，当1脚控制端的取样电压高于开关导通电压时，4脚开关输出导通，反之，当取样电压低于开关导通电压时，4脚开关输出截止，从而保持其输出电压的稳定。2脚选通端作为过零检测，只有该脚电位低于1.6伏时，4脚开关输出才可能导通。该实施例把开关器件、过零检测、比较器、基准源、取样电路均由一片集成电路完成，具有简单、可靠、性能好，特别是该集成片的4脚开关输出是达林顿三极管，而不是需过零才能关断的可控硅，因此，具有更好的稳压精度。

为了使输入与输出隔离，在图5实施例中采用了直流变换器，由于直流变换器的输入电压是稳定的，其输出也相对较稳定，可再接上串联线性稳压器，其输入输出压差可保持在较小范围，损耗低、效率高，且具有串联线性稳压的优良性能。

通过上述几个实施例的具体分析和实验可知，本发明仅比公知的电容降压稳压电源增加了一廉价的开关器件和一个隔离二极管，却使这种电容降压稳压电源的各方面性能大为提高，尤其是它的高效率，使这种电源可扩展到较大功率范围应用，且无需散热，体积小、重量轻、可靠性高，这是普通直流稳压电源不可比拟的。实质上本发明是以独特而简单的结构把一个用电容降压的恒流源转换成了一个基本无功耗，可输出任意稳压值的恒压源，这正是与公知的电容降压稳压电源相比所具有的实质性特点和显著进步。本发明不仅可广泛应用在各种电子线路中，更可以制成单独的模块形式，比如三端、四端固定电压输出电源模块，四端AC-DC隔离电源模块、五端可调电源模块等，具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种高效容性并联开关稳压电源，它由降压电容C_j、整流器[1]、隔离二级管D、开关器件[2]、滤波储能电容C₁、过零检测电路[3]、比较器[4]、基准源[5]、取样电路[6]组成，其特征在于：开关器件[2]并接在整流器[1]输出的正端和负端之间；隔离二极管D的正极与整流器[1]输出的正端相接，负极与滤波储能电容C₁的正极相接；开关器件[2]受控于比较器[4]和过零检测电路[3]；比较器[4]受控于基准源[5]和取样电路[6]。

2.根据权利要求1所述的稳压电源，其特征在于：开关器件[2]可用可控硅CR；可控硅CR的控制极和滤波储能电容C₁正极之间接有稳压二极管DW；可控硅CR控制极与整流器[1]输出负端接有电阻R。

3.根据权利要求1或2所示的稳压电源，其特征在于：稳压二极管DW可用电阻R₁代替。

4.根据权利要求1所述的稳压电源，其特征在于：其输出可加接串联线性稳压器。

5.根据权利要求1所述稳压电源，其特征在于：其输出可加接隔离式直流交换器。