CN2733736Y - 家用电器用直流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种家用电器用直流电源，包括市电输入端、低频整流滤波电路和高频变压器，在市电输入端与低频整流滤波电路之间设置有反向滤波网络，在低频整流滤波电路与高频变压器之间设置有高频调谐振荡电路，在高频变压器的次级设置有高频整流滤波电路及输出端。高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R01、R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C02、C11、C21和高频变压器T01。本电路工作在高频状态，其变压器的铜损和铁损较小，输出电压随负载的变化小，输出负载能力强，效率高。本电源相比工频变压器体积小，成本低。本电源相比开关电源简单，成本低。具有负载短路保护功能、无尖峰噪声、对市电的骚扰小等优点。

Description

家用电器用直流电源

技术领域

本实用新型涉及一种家用电器用小型直流电源。

背景技术

在家用电器中，单片机越来越多地用于智能控制。作为控制器供电的小型直流电源是不可缺少的组成部分，而且对直流电源成本及尖峰干扰提出了更高的要求。传统的小型直流电源的产生方法主要有以下两种。

1、工频变压方法

它的工作原理是将工频市电通过工频变压器变换到所需电压，再经整流滤波后实现直流电压，图1是它的原理框图。工频变压方法的优点是电路简单，缺点是体积大，电源效率低，消耗铜材、钢材多，成本高，对输出负载短路无保护。

2、反激式开关电源方法

它的工作原理是将工频市电整流滤波，脉冲电路根据误差信号控制电路的导通，在导通期向高频变压器充磁，将能量储存在高频变压器中，在控制电路关断后，高频变压器通过次级向整流滤波电路输出电流。为了减小对工频市电的骚扰需增加共模电感及电容组件。开关电源由于将高频变压器工作在开关状态，所产生的开关噪声——尖峰干扰大。图2是它的原理框图。反激式开关电源方法的优点是电路输出电压稳定，电源效率高，消耗铜材少，缺点是尖峰干扰大，电路复杂，成本高，对输出负载短路需另外增加保护电路。反激式开关电源在大功率电源中得到应用，但在小功率电源中使用较少。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电路简单、成本低、体积小、无尖峰噪声、具有负载短路保护功能的家用电器用直流电源，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种家用电器用直流电源，包括工频市电输入端、低频整流滤波电路和高频变压器，其特征是在工频市电输入端与低频整流滤波电路之间设置有反向滤波网络，在低频整流滤波电路与高频变压器之间设置有高频调谐振荡电路，在高频变压器的次级设置有高频整流滤波电路及输出端。

所述高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R01、R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C02、C11、C21和高频变压器T01；三极管Q10的集电极与高压直流电源的正极VH端相连，发射极与Q20的集电极相连，并与T01的初级绕组L01的同名端相连，L01的同名端同时与T01的一个次级绕组L11的非同名端相连，C01与L01并联；C01与T01形成并联谐振网络；L01的非同名端与C02的一端及R01的一端相连，R01的另一端接高压直流电源的正极VH端，C02的另一端接高压直流电源的负极PG端；R12与C11并联后与R11串联形成串联网络，此串联网络一端与Q10的基极相连，另一端与L11的同名端相连；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的非同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的同名端与高压直流电源的负极PG端相连。R01、R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态；R11、R12组成Q10的直流偏置，确保Q10的直流偏置为截止状态。

所述高频整流滤波电路包括二极管D31、D32、D33、电阻R31和电容C31、C32；D31的阳极接变压器T01的次级绕组L31的同名端，D32的阳极接变压器T01的次级绕组L32的非同名端，D31、D32的阴极并接在输出直流电压源的正极D点，C31、C32接在输出直流电压源的正极与负极间，其中C31的正极接输出直流电压源的正极，D33与R31串联形成串联网络，此网络的阴极端连接在L31与L32相连的公共点上，另一端与输出直流电压源的负极相连，L31和L32为一组次级绕组在中心点抽头形成的两个绕组，抽头点为L31的非同名端。

所述工频市电经整流桥D40整流后，经电容C41滤波形成高压直流电源；C41并接于高压直流电源的两端，C41的正极接高压直流电源的正极VH，C41的负极接高压直流电源的负极PG；在工频市电与整流桥D40之间设有反向滤波网络；反向滤波网络由电感L40与电容C40组成；C40并接于工频市电的零线和火线之间，L40串联在工频市电与整流桥D40之间。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1.具有负载短路保护功能：在负载短路时，此电路变为微弱的间歇振荡，保护电路不受损坏。当短路故障消除后，间歇振荡变为连续振荡，电路自动恢复正常工作。

2.无尖峰噪声：在电路工作过程中，T01和C01始终形成并联谐振网络，在T01的初级绕组L01两端电压近似正弦波，连续变化无突变，这样就确保了在次级绕组L31、L32上得到同样的波形，整流滤波输出的电压无尖峰噪声。

3.对工频市电的骚扰小：在电路工作过程时，高频振荡信号会反向传输到工频市电的输入端L、N，造成对市电电源的干扰，为了减小此干扰，在L、N与整流桥D40之间增加L40、C40组成的反向滤波网络。

本高频变压器工作在谐振状态，在变压器的初级和次级，电压和电流均为连续变化，电压波形近似正弦波，无跳变状态，即无开关噪声。本实用新型和反激式开关电源一样，均为将低频市电整流滤波后的高电压转变为高频能量。但同其不一样的是：反激式开关电源将初级输入的能量从次级输出，其输出表现为次级的脉冲电流，由于变压器漏感及电路中分布电感等原因，输出电压易产生较大的电压尖峰干扰。而本电路是转变为高频正弦电压，不存在尖峰干扰。本电路工作在高频状态，其变压器的铜损和铁损较小，输出电压随负载的变化小，输出负载能力强，同时效率比工频变压器方法的效率高。电路中的变压器为高频变压器，它相比工频变压器体积小，节约铜材，钢材，本电源相比工频变压器电源成本低。本电源相比开关电源简单，成本低。

附图说明

图1为现有工频变压方法的原理框图。

图2为现有反激式开关电源方法的原理框图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

图4为本实用新型一典型电路原理图。

图5--图11为图4典型电路的多种派生电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图3、图4，本家用电器用直流电源，包括工频市电输入端、低频整流滤波电路和高频变压器，在工频市电输入端与低频整流滤波电路之间设置有反向滤波网络，在低频整流滤波电路与高频变压器之间设置有高频调谐振荡电路，在高频变压器的次级设置有高频整流滤波电路及输出端。

它的工作原理是：将工频市电经低频整流滤波得到高压直流电源，经半导体高频调谐振荡电路产生高频振荡，通过高频变压器将高电压变换后在次级输出，再经高频整流滤波后得到直流电压。输出直流电压的幅度与输入的工频市电的幅度成正比。振荡电路在负载短路时变为微弱地间歇振荡，保护电路不受负载短路而损坏，当短路故障消除后，电路自动恢复正常工作。反向滤波网络减小了振荡电路对工频市电的骚扰。高频振荡器工作在谐振状态，无尖峰脉冲干扰。

工频市电从L、N输入，经整流桥D40整流后，经电容C41滤波形成高压直流电源；C41并接于高压直流电源的两端，C41的正极接高压直流电源的正极VH，C41的负极接高压直流电源的负极PG；为了减少振荡器对市电的影响，在工频市电与整流桥D40之间设有反向滤波网络；反向滤波网络由电感L40与C40组成；C40并接于工频市电的零线和火线之间，L40串联在工频市电与整流桥D40之间。输出电压源的额定功率小时可以简化为将L40改为电阻。

高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R01、R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C02、C11、C21和高频变压器T01；三极管Q10的集电极与高压直流电源的正极VH端相连，发射极与Q20的集电极相连，并与T01的初级绕组L01的同名端相连，L01的同名端同时与T01的一个次级绕组L11的非同名端相连，C01与L01并联；C01与T01形成并联谐振网络；L01的非同名端与C02的一端及R01的一端相连，R01的另一端接高压直流电源的正极VH端，C02的另一端接高压直流电源的负极PG端；R12与C11并联后与R11串联形成串联网络，此串联网络一端与Q10的基极相连，另一端与L11的同名端相连；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的非同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的同名端与高压直流电源的负极PG端相连；R01、R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态；R11、R12组成Q10的直流偏置，确保Q10的直流偏置为截止状态。

高频整流滤波电路包括二极管D31、D32、D33、电阻R31和电容C31、C32；D31的阳极接变压器T01的次级绕组L31的同名端，D32的阳极接变压器T01的次级绕组L32的非同名端，D31、D32的阴极并接在输出直流电压源的正极D点，C31、C32接在输出直流电压源的正极与负极间，其中C31的正极接输出直流电压源的正极，D33与R31串联形成串联网络，此网络的阴极端连接在L31与L32相连的公共点上，另一端与输出直流电压源的负极相连，L31和L32为一组次级绕组在中心点抽头形成的两个绕组，抽头点为L31的非同名端。

在电路初始起振时，由于C31、C32上电压为0，造成起振困难，在整流电路中增加D33、R31有利于减小C31、C32对振荡电路的影响，改善起振特性。输出电压源的额定功率小时，可以简化为只有电阻R31。

图4中，L、N为工频市电的输入端，电感L40、电容C40是反向滤波网络，整流桥D40、电容C41为低频整流滤波电路，三极管Q10、Q20、电容C01、C02、变压器T01等为高频调谐振荡器，C02远大于C01，电阻R11、R12、电容C11为Q10的偏置电路，电阻R21、R22、R23、电容C21为Q20的偏置电路，C01、T01为并联谐振网络，T01为高频变压器，二极管D31、D32、D33、电阻R31、电容C31、C32为高频整流滤波电路。

其工作原理：工频市电从L、N输入，经D40、C41的整流滤波电路，在A点得到高压直流电源。Q10的偏置为截止状态。在加电初始，高压直流电源经R01向C02充电，当C02充电到一定电压时，Q20的偏置转为导通状态，L01和L21为正反馈设计，Q20和C01、L01、L21形成变压器反馈调谐振荡器，C01、L01为谐振网络。随着C02继续充电，Q20的振荡幅度进一步增大。L01、L11设计为正反馈，随着振荡幅度的加大，L11感应的电压增大，Q10和L01、L11、C01形成变压器反馈调谐振荡器，C01、L01为谐振网络。在振荡的前半周Q10导通，向C01、T01网络供电，同时向C02充电；在振荡的后半周Q20导通，C02向C01、T01网络供电。

上述振荡电路为推挽式变压器反馈调谐振荡器。在变压器的次级输出正弦高频电压。其它性能，例如最大输出电流，电路的最大温升等可以通过选用不同规格的三极管及高频变压器等参数来实现。

本实用新型的其它几个实施例见图5-图11所示。

参见图5、图7、图9，所述高频调谐振荡电路中的电阻R23可用R13替换，将R13接于Q10的集电极与基极之间；且将R01改为接高压直流电源的负极PG端，C02改为接高压直流电源的正极VH端，如图5所示。或将R01改为并联在C02两端，如图7所示。或将C02改为C42，C42的负极接高压直流电源的负极PG，C41的负极改为接在R01与C42相接的公共点上，R01改接在高压直流电源的负极PG，如图9所示。其它部分与图4相同。

参见图6、图8，所述高频调谐振荡电路中的电容C02可改为并联在R01两端，如图6所示。或将C02改为C42，C42的负极接在高压直流电源的负极PG，C41的负极改为接在R01与C42相接的公共点上，如图8所示。其它部分与图4相同。

参见图10，高频调谐振荡电路包括三极管Q20，电阻R21、R22、R23，电容C01、C21和高频变压器T01；三极管Q20的集电极经C01与高压直流电源的正极VH端相连，C01与T01的初级绕组L01并联，L01的非同名端与Q20的集电极相连，C01与T01形成并联谐振网络；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的非同名端与高压直流电源的负极PG端相连；R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态。它是单三极管结构，比图4电路节省一个三极管，T01也减少一个绕组，但它的短路保护性能较差，同时它的三极管上的电压的最大值比图4高一倍，对三极管的耐压要求高。

参见图11，高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C11、C21和高频变压器T01；三极管Q10的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，集电极与T01的初级绕组L01的同名端相连，C01与L01并联；C01与T01形成并联谐振网络，L01的非同名端与Q20的集电极相连；R12与C11并联后与R11串联形成串联网络，此串联网络一端与Q10的基极相连，另一端与T01的次级绕组L11的非同名端相连；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极之间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的非同名端及L11的同名端与高压直流电源的负极PG端相连；L01的中点抽头接高压直流电源的正极VH端。R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态；R11、R12组成Q10的直流偏置，确保Q10的直流偏置为截止状态。它比图4电路节省一个电容C02和电阻R01，但它的三极管上的电压的最大值比图4高一倍，对三极管的耐压要求高。

Claims (8)

1.一种家用电器用直流电源，包括工频市电输入端、低频整流滤波电路和高频变压器，其特征是在工频市电输入端与低频整流滤波电路之间设置有反向滤波网络，在低频整流滤波电路与高频变压器之间设置有高频调谐振荡电路，在高频变压器的次级设置有高频整流滤波电路及输出端。

2.根据权利要求1所述的直流电源，其特征是所述高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R01、R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C02、C11、C21和高频变压器T01；三极管Q10的集电极与高压直流电源的正极VH端相连，发射极与Q20的集电极相连，并与T01的初级绕组L01的同名端相连，L01的同名端同时与T01的一个次级绕组L11的非同名端相连，C01与L01并联；C01与T01形成并联谐振网络；L01的非同名端与C02的一端及R01的一端相连，R01的另一端接高压直流电源的正极VH端，C02的另一端接高压直流电源的负极PG端；R12与C11并联后与R11串联形成串联网络，此串联网络一端与Q10的基极相连，另一端与L11的同名端相连；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的非同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极之间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的同名端与高压直流电源的负极PG端相连；R01、R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态；R11、R12组成Q10的直流偏置，确保Q10的直流偏置为截止状态。

3.根据权利要求1所述的直流电源，其特征是所述高频整流滤波电路包括二极管D31、D32、D33、电阻R31和电容C31、C32；D31的阳极接变压器T01的次级绕组L31的同名端，D32的阳极接变压器T01的次级绕组L32的非同名端，D31、D32的阴极并接在输出直流电压源的正极D点，C31、C32接在输出直流电压源的正极与负极之间，其中C31的正极接输出直流电压源的正极，D33与R31串联形成串联网络，此网络的阴极端连接在L31与L32相连的公共点上，另一端与输出直流电压源的负极相连，L31和L32为一组次级绕组在中心点抽头形成的两个绕组，抽头点为L31的非同名端。

4.根据权利要求1所述的直流电源，其特征是工频市电经整流桥D40整流后，经电容C41滤波形成高压直流电源；C41并接于高压直流电源的两端，C41的正极接高压直流电源的正极VH，C41的负极接高压直流电源的负极PG；在工频市电与整流桥D40之间设有反向滤波网络；反向滤波网络由电感L40与电容C40组成；C40并接于工频市电的零线和火线之间，L40串联在工频市电与整流桥D40之间。

5.根据权利要求2所述的直流电源，其特征是所述高频调谐振荡电路中的电阻R23可用R13替换，将R13接于Q10的集电极与基极之间；且将R01改为接高压直流电源的负极PG端，C02改为接高压直流电源的正极VH端；或将R01改为并联在C02两端；或将C02改为C42，C42的负极接高压直流电源的负极PG，C41的负极改为接在R01与C42相接的公共点上，R01改接在高压直流电源的负极PG。

6.根据权利要求2所述的直流电源，其特征是所述高频调谐振荡电路中的电容C02改为并联在R01两端；或将C02改为C42，C42的负极接在高压直流电源的负极PG，C41的负极改为接在R01与C42相接的公共点上。

7.根据权利要求1所述的直流电源，其特征是所述高频调谐振荡电路包括三极管Q20，电阻R21、R22、R23，电容C01、C21和高频变压器T01；三极管Q20的集电极经C01与高压直流电源的正极VH端相连，C01与T01的初级绕组L01并联，L01的非同名端与Q20的集电极相连，C01与T01形成并联谐振网络；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的同名端相连，R23并联在Q20的集电极与基极间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的非同名端与高压直流电源的负极PG端相连；R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态。

8.根据权利要求1所述的直流电源，其特征是所述高频调谐振荡电路包括三极管Q10、Q20，电阻R11、R12、R21、R22、R23，电容C01、C11、C21和高频变压器T01；三极管Q10的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，集电极与T01的初级绕组L01的同名端相连，C01与L01并联；C01与T01形成并联谐振网络，L01的非同名端与Q20的集电极相连；R12与C11并联后与R11串联形成串联网络，此串联网络一端与Q10的基极相连，另一端与T01的次级绕组L11的非同名端相连；R22与C21并联后与R21串联形成串联网络，此串联网络一端与Q20的基极相连，另一端与T01的次级绕组L21的同名端相连，R2 3并联在Q20的集电极与基极之间，Q20的发射极与高压直流电源的负极PG端相连，L21的非同名端及L11的同名端与高压直流电源的负极PG端相连；L01的中点抽头接高压直流电源的正极VH端；R23、R21、R22组成Q20的直流偏置，确保Q20的直流偏置在振荡器起振前为导通状态；R11、R12组成Q10的直流偏置，确保Q10的直流偏置为截止状态。

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