專利名稱：一種開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種開(kāi)關(guān)電源，尤其是一種具有一個(gè)周期性地接轉(zhuǎn)施加到變壓器初級(jí)繞組電壓的開(kāi)關(guān)型電源。該開(kāi)關(guān)電源容許很寬的電壓輸入范圍，適應(yīng)全球不同地區(qū)的電壓要求，適合于一般的直流電源或充電電源，特別適用于無(wú)繩電話的充電電源，以及MD、CD和電子手賬等的電源。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案一種開(kāi)關(guān)電源，包括輸入整流濾波電路、自激振蕩電路、浪涌電壓吸收電路、變壓器、短路保護(hù)電路和次級(jí)整流濾波電路，其中
變壓器T由初級(jí)繞組T1-A、初級(jí)繞組T1-B和次級(jí)繞組T1-C組成；輸入整流濾波電路的輸出接初級(jí)繞組T1-A；浪涌電壓吸收電路并接在變壓器初級(jí)繞組T1-A的兩端；自激振蕩電路由R2、C4、R7~R10、變壓器初級(jí)繞組T1-B、開(kāi)關(guān)晶體管Q2、Q1和二極管D8連接組成，初級(jí)繞組T1-B的一端接地，另一端經(jīng)電阻R7、電容C4、電阻R2接輸入整流濾波電路的輸出，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸入與電容C4、電阻R2和D8的陽(yáng)極并接，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸出串接初級(jí)繞組T1-A并經(jīng)R9接地，D8的陰極接晶體管Q1的集極，晶體管Q1的射極接地，晶體管Q1的基極與射極之間并接電容C5，晶體管Q1的基極并接電阻R8、R10，電阻R8的另一端并接初級(jí)繞組T1-B和D7的陽(yáng)極，電阻R10的另一端經(jīng)電阻R9接地；短路保護(hù)電路包括電阻R19、電容C13和二極管D6，電阻R19的一端接開(kāi)關(guān)晶體管Q2的柵極，電阻R19的另一端接二極管D6的陰極和電容C13的一端，二極管D6的陽(yáng)極接地，C13的另一端并接R7和C4。
所述次級(jí)整流濾波電路的輸出設(shè)置反饋控制電路，反饋控制電路由光電偶合器U1-A、U1-B、電阻R11、次級(jí)穩(wěn)壓電路、電容C12、二極管D7和電阻R5組成，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)光電偶合器U1-A、電阻R11接次級(jí)穩(wěn)壓電路，充電電容C12的一端接地，另一端與D7的陰極和光電偶合器U1-B的一端并接，光電偶合器U1-B的另一端經(jīng)電阻R5接晶體管Q1的基極。
所述次級(jí)穩(wěn)壓電路包括由R14、R15、C8、R16、R18和U2構(gòu)成的恒壓電路，R14和R16的一端并接次級(jí)整流濾波電路的輸出，R14的另一端接穩(wěn)壓管U2的陰極，R16的另一端經(jīng)R18接穩(wěn)壓管U2的陽(yáng)極，串聯(lián)的R15和C8并接在穩(wěn)壓管U2的陰極和控制極之間。
所述次級(jí)穩(wěn)壓電路還包括由三極管Q3、電阻R13、電容C10及限流電阻R12構(gòu)成限流控制電路，三極管Q3的集極、基極接電阻R13后分別并接在穩(wěn)壓管U2的兩端，電容C10并聯(lián)在Q3的射極與基極兩端，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)電容C7與Q3的射極并聯(lián)后經(jīng)C11接地。
在所述電容C4兩端并接有放電回路，放電電路包括電阻R20、R6和晶體管Q4組成，晶體管Q4的基極經(jīng)電阻R20接地，晶體管Q4的射極經(jīng)C4和R6接集極形成放電回路。
所述放電回路包括單向?qū)ǘO管D10，晶體管Q4的射極經(jīng)D10、C4和R6接集極形成放電回路。
所述輸入整流濾波電路由二極管橋式整流電路和LC低通濾波器組成，二極管橋式整流電路的輸出接LC低通濾波器，LC低通濾波器的輸出接初級(jí)繞組T1-A。
所述輸入整流濾波電路包括濾波電容C1、共模電感器L1、二極管整流橋和濾波電容C2，共模電感器L1的輸入端并接濾波電容C1，共模電感器L1的輸出端經(jīng)二極管整流橋整流后并接濾波電容C2。
所述浪涌電壓吸收電路由R3、C3并聯(lián)后串接R4、D5構(gòu)成。
所述穩(wěn)壓電路是穩(wěn)壓管。
按照上述方案制作的開(kāi)關(guān)電源，按回掃變換器原理工作，當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管被接通，電流流過(guò)變壓器并將它磁化，當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管被關(guān)斷，磁化能量將由變壓器偶合到次級(jí)，次級(jí)的控制電路控制輸出為恒壓電源或恒流電源。其明顯的技術(shù)效果在于1、不需要專用脈寬集成控制器，以最少的元器件實(shí)現(xiàn)電流控制PWM的效果。2、設(shè)置反饋控制電路和輸出穩(wěn)壓電路，對(duì)過(guò)壓和過(guò)流都能提供及時(shí)的保護(hù)和調(diào)節(jié)。3、設(shè)置短路保護(hù)電路，使短路時(shí)功率變小，安全可靠。4、設(shè)置放電回路，可有效減少當(dāng)輕負(fù)載時(shí)和輸入過(guò)高電壓時(shí)開(kāi)關(guān)晶體管的開(kāi)關(guān)頻率，避免晶體管Q2的過(guò)熱現(xiàn)象，提高Q2的使用壽命。5、沒(méi)有復(fù)雜的線路，靜態(tài)維持工作電流很小，只需要很小的開(kāi)機(jī)及持續(xù)操作電流，因而，可選用功耗比較少的小型元件。6、該開(kāi)關(guān)電源用了很少數(shù)量的有源及無(wú)源器件，因此非常節(jié)省費(fèi)用。同時(shí)，由于器件數(shù)量很少，所以很容易制作成小型可攜帶的開(kāi)關(guān)電源，特別適用于無(wú)繩電話的充電電源，和MD、CD及電子手賬等的電源。7、整個(gè)電路的設(shè)計(jì)可容許很寬的電壓輸入范圍，以適應(yīng)全球不同地區(qū)的電壓要求。綜上所述，本實(shí)用新型是一種有短路保護(hù)、小型和廉價(jià)的開(kāi)關(guān)電源。
圖2是一種輸入整流濾波電路圖。
由R1、D1-D4、C1、L1及C2構(gòu)成輸入整流濾波電路。由R3、C3、R4、D5構(gòu)成的浪涌電壓吸收電路，浪涌電壓吸收電路并接在變壓器初級(jí)繞組T1-A的兩端。由初級(jí)繞組T1-A、初級(jí)繞組T1-B和次級(jí)繞組T1-C組成變壓器T。
自激振蕩電路由R2、C4、R7~R10、變壓器初級(jí)繞組T1-B、開(kāi)關(guān)晶體管Q2、Q1和二極管D8連接組成，初級(jí)繞組T1-B的一端接地，另一端經(jīng)電阻R7、電容C4、電阻R2接輸入整流濾波電路的輸出，開(kāi)關(guān)晶體管Q2是MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸入與電容C4、電阻R2和D8的陽(yáng)極并接，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸出串接初級(jí)繞組T1-A并經(jīng)R9接地，D8的陰極接晶體管Q1的集極，晶體管Q1的射極接地，晶體管Q1的基極與射極之間并接電容C5，晶體管Q1的基極并接電阻R8、R10，電阻R8的另一端并接初級(jí)繞組T1-B和D7的陽(yáng)極，電阻R10的另一端經(jīng)電阻R9接地，在電容C4兩端并接有放電回路，放電電路包括電阻R20、R6和晶體管Q4組成，晶體管Q4的基極經(jīng)電阻R20接地，晶體管Q4的射極經(jīng)C4和R6接集極形成放電回路。
短路保護(hù)電路包括電阻R19、電容C13和二極管D6，電阻R19的一端接開(kāi)關(guān)晶體管Q2的柵極，電阻R19的另一端接二極管D6的陰極和電容C13的一端，二極管D6的陽(yáng)極接地，C13的另一端并接R7和C4。
由D9、C6及C7構(gòu)成次級(jí)整流濾波電路。次級(jí)整流濾波電路的輸出設(shè)置反饋控制電路，反饋控制電路由光電偶合器U1-A、U1-B、電阻R11、次級(jí)穩(wěn)壓電路、電容C12、二極管D7和電阻R5組成，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)光電偶合器U1-A、電阻R11接次級(jí)穩(wěn)壓電路，充電電容C12的一端接地，另一端與D7的陰極和光電偶合器U1-B的一端并接，光電偶合器U1-B的另一端經(jīng)電阻R5接晶體管Q1的基極。
次級(jí)穩(wěn)壓電路包括恒壓電路和限流控制電路，恒壓電路由R14、R15、C8、R16、R18和U2組成，R14和R16的一端并接次級(jí)整流濾波電路的輸出，R14的另一端接穩(wěn)壓管U2的陰極，R16的另一端經(jīng)R18接穩(wěn)壓管U2的陽(yáng)極，串聯(lián)的R15和C8并接在穩(wěn)壓管U2的陰極和控制極之間。限流控制電路包括由三極管Q3、電阻R13、電容C10及限流電阻R12構(gòu)成限流控制電路，三極管Q3的集極、基極接電阻R13后分別并接在穩(wěn)壓管U2的兩端，電容C10并聯(lián)在Q3的射極與基極兩端，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)電容C7與Q3的射極并聯(lián)后經(jīng)C11接地。
次級(jí)穩(wěn)壓電路的輸出設(shè)置濾波電路，濾波電路由L2、C9構(gòu)成一個(gè)低通LC濾波器，其諧振頻率遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)頻率，可把輸出電流的紋波降至很低，穩(wěn)壓管Z1作為輸出過(guò)壓保護(hù)，以防止過(guò)高的輸出電壓。
工作過(guò)程當(dāng)該開(kāi)關(guān)電源接到市電上去，電容器C1及C2立即被充電至電源電壓的峰值，電源電壓經(jīng)串聯(lián)的高阻電阻R2、C4、低阻電阻R7對(duì)初級(jí)繞組T1-B充電，當(dāng)C4上的電壓上升至Q2的導(dǎo)通電壓，Q2即開(kāi)始導(dǎo)通，隨著初級(jí)繞組T1-B的正反饋電壓，開(kāi)關(guān)晶體管Q2進(jìn)入深層導(dǎo)通，變壓器初級(jí)繞組T1-A的電流開(kāi)始上升，這電流同時(shí)流經(jīng)Q2及R9，當(dāng)R9上的電壓上升令Q1導(dǎo)通，Q2柵極上的電壓減少而令開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸出電流減少，次級(jí)繞組T1-C輸出電壓減小，從而使輸出電壓維持在一個(gè)恒定值。同時(shí)，初級(jí)繞組T1-B隨即產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓使Q2加速截止。在此過(guò)程中，儲(chǔ)存在變壓器T中的能量開(kāi)始透過(guò)次級(jí)繞組T1-C、D9、C6儲(chǔ)存到C7，直至變壓器T中的能量釋放完畢，開(kāi)關(guān)晶體管Q2又再重新導(dǎo)通，完成一個(gè)振蕩周期。當(dāng)輸出電壓高于由R16及R18所設(shè)定的分壓值時(shí)，U2陰極電壓下降，U1A及U1B的電流會(huì)增加。此時(shí)，U1B的電流在電阻R10上產(chǎn)生的偏壓增加，令Q1提早導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的導(dǎo)通時(shí)間隨之減少，最終，輸出電壓會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)在由R16及R18所組成的分壓器預(yù)先設(shè)定的數(shù)值上。當(dāng)負(fù)載電流很小，電壓會(huì)維持在這個(gè)預(yù)設(shè)值，若負(fù)載電流不斷增加，R12的電壓會(huì)跟隨上升，當(dāng)R12上的電壓升到設(shè)定值時(shí)，Q3隨即導(dǎo)通，光電偶合器U1A、U1B的電流增加，Q1提早導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管Q2的導(dǎo)通時(shí)間也隨之而減少，儲(chǔ)存在變壓器的能量亦減少，次級(jí)繞組T1-C的輸出電壓因而降低。輸出電壓降低后，輸出電流亦因此而減少，最終電流會(huì)維持在一個(gè)預(yù)設(shè)值附近。這時(shí)，本開(kāi)關(guān)電源工作在恒流狀態(tài)，提供恒定電流輸出。
在上述調(diào)節(jié)過(guò)程中，每當(dāng)Q2柵極上的電壓減少而令開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸出電流減少的同時(shí)，初級(jí)繞組T1-B隨即回掃產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓，這個(gè)負(fù)電壓一方面使Q2加速截止；另一方面，在初級(jí)繞組T1-B回掃時(shí)的負(fù)電壓作用下，三極管Q4導(dǎo)通，充電電容C4經(jīng)電阻R6、三極管Q4的集極和射極、二極管D10接形成的放電回路放電，使得下一個(gè)振蕩周期發(fā)生之前，C4要經(jīng)R2充電至Q2的導(dǎo)通電壓，因而產(chǎn)生一個(gè)延遲時(shí)間，防止輕負(fù)載時(shí)和高電壓輸入時(shí)過(guò)快的開(kāi)關(guān)頻率對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管所造成的損害。
在電容C4的充電過(guò)程中，通過(guò)加速充電電阻R19，提供另一個(gè)路徑使C4充電。由于正常的工作頻率由加速充電電阻R19及C13的電壓決定，當(dāng)輸出短路時(shí)，T1C兩端的電壓很小，因而T1B兩端的電壓及C13的電壓變得很小，輸出頻率及功率變小，C13、D10及R19就會(huì)發(fā)揮短路保護(hù)功能。
開(kāi)關(guān)電源按負(fù)載的函數(shù)改變開(kāi)關(guān)晶體管Q2的轉(zhuǎn)換頻率。它的工作頻率大約由50K至200KHZ，在最輕負(fù)載最高輸入電壓時(shí)工作頻率最高；相反地，在最大負(fù)載及最低輸入電壓時(shí)頻率為最低。
若電壓控制精度要求不高，次級(jí)控制電路中的穩(wěn)壓電路(R14、R15、C8、R16、R18及U2)可由單一穩(wěn)壓管代替，穩(wěn)壓管的陰極接在Q3的集極，穩(wěn)壓管的陽(yáng)極接在輸出的地端，即電容C9的負(fù)極。
若C4的數(shù)值不是太大，Q4的射極和集極可以倒接，可省掉D10；D10可接在R7、D7和R8的并接點(diǎn)上；R7和C4的串接位置可互換；R5、R6和C12的值可以是零(C12斷開(kāi))；R19可以是無(wú)窮大或斷開(kāi)不存在，不對(duì)C4進(jìn)行加速充電。而次級(jí)控制電路中的穩(wěn)壓電路(R14、R15、C8、R16、R18及U2)可由單一穩(wěn)壓管代替，穩(wěn)壓管的陰極接在Q3的集極，穩(wěn)壓管的陽(yáng)極接在輸出的地端，即電容C9的負(fù)極。


圖1中的輸入整流濾波電路也可用如圖2所示的另一種輸入整流濾波電路代替，在圖2中，輸入整流濾波電路包括濾波電容C1、共模電感器L1、二極管整流橋和濾波電容C2，共模電感器L1的輸入端并接濾波電容C1，共模電感器L1的輸出端經(jīng)二極管整流橋整流后并接濾波電容C2。
本實(shí)施例開(kāi)關(guān)電源設(shè)置浪涌吸收電路，目的是吸收開(kāi)關(guān)晶體管的浪涌電壓，從而減少開(kāi)關(guān)電源的噪聲。這個(gè)電路可以改變成單由R4及C3組成(D5短路、R3開(kāi)路)又或?qū)4、R3、C3換成一個(gè)穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓管的陰極與二極管D5的陰極相接，穩(wěn)壓管的陽(yáng)極接在電容器C2的正極，這三種浪涌吸收電路也適用于本實(shí)用新型中。
本實(shí)施例開(kāi)關(guān)電源也可以制作成二個(gè)或以上的輸出，只要在變壓器加一個(gè)或多個(gè)繞組，一個(gè)或多個(gè)整流濾波電路就可實(shí)現(xiàn)多組輸出的開(kāi)關(guān)電源。
權(quán)利要求1.一種開(kāi)關(guān)電源，包括輸入整流濾波電路、自激振蕩電路、浪涌電壓吸收電路、變壓器和次級(jí)整流濾波電路，變壓器T由初級(jí)繞組T1-A、初級(jí)繞組T1-B和次級(jí)繞組T1-C組成，輸入整流濾波電路的輸出接初級(jí)繞組T1-A，浪涌電壓吸收電路并接在變壓器初級(jí)繞組T1-A的兩端，自激振蕩電路由R2、C4、R7~R10、變壓器初級(jí)繞組T1-B、開(kāi)關(guān)晶體管Q2、Q1和二極管D8連接組成，初級(jí)繞組T1-B的一端接地，另一端經(jīng)電阻R7、電容C4、電阻R2接輸入整流濾波電路的輸出，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸入與電容C4、電阻R2和D8的陽(yáng)極并接，開(kāi)關(guān)晶體管Q2的輸出串接初級(jí)繞組T1-A并經(jīng)R9接地，D8的陰極接晶體管Q1的集極，晶體管Q1的射極接地，晶體管Q1的基極與射極之間并接電容C5，晶體管Q1的基極并接電阻R8、R10，電阻R8的另一端并接初級(jí)繞組T1-B和D7的陽(yáng)極，電阻R10的另一端經(jīng)電阻R9接地，其特征在于設(shè)置有短路保護(hù)電路，短路保護(hù)電路包括電阻R19、電容C13和二極管D6，電阻R19的一端接開(kāi)關(guān)晶體管Q2的柵極，電阻R19的另一端接二極管D6的陰極和電容C13的一端，二極管D6的陽(yáng)極接地，電容C13的另一端并接電阻R7和電容C4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述次級(jí)整流濾波電路的輸出設(shè)置反饋控制電路，反饋控制電路由光電偶合器U1-A、U1-B、電阻R11、次級(jí)穩(wěn)壓電路、電容C12、二極管D7和電阻R5組成，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)光電偶合器U1-A、電阻R11接次級(jí)穩(wěn)壓電路，充電電容C12的一端接地，另一端與D7的陰極和光電偶合器U1-B的一端并接，光電偶合器U1-B的另一端經(jīng)電阻R5接晶體管Q1的基極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述次級(jí)穩(wěn)壓電路包括由R14、R15、C8、R16、R18和U2構(gòu)成的恒壓電路，R14和R16的一端并接次級(jí)整流濾波電路的輸出，R14的另一端接穩(wěn)壓管U2的陰極，R16的另一端經(jīng)R18接穩(wěn)壓管U2的陽(yáng)極，串聯(lián)的R15和C8并接在穩(wěn)壓管U2的陰極和控制極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述次級(jí)穩(wěn)壓電路還包括由三極管Q3、電阻R13、電容C10及限流電阻R12構(gòu)成限流控制電路，三極管Q3的集極、基極接電阻R13后分別并接在穩(wěn)壓管U2的兩端，電容C10并聯(lián)在Q3的射極與基極兩端，次級(jí)整流濾波電路的輸出經(jīng)電容C7與Q3的射極并聯(lián)后經(jīng)C11接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于在所述電容C4兩端并接有放電回路，放電電路包括電阻R20、R6和晶體管Q4組成，晶體管Q4的基極經(jīng)電阻R20接地，晶體管Q4的射極經(jīng)C4和R6接集極形成放電回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述放電回路包括單向?qū)ǘO管D10，晶體管Q4的射極經(jīng)D10、C4和R6接集極形成放電回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述輸入整流濾波電路由二極管橋式整流電路和LC低通濾波器組成，二極管橋式整流電路的輸出接LC低通濾波器，LC低通濾波器的輸出接初級(jí)繞組T1-A。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述輸入整流濾波電路包括濾波電容C1、共模電感器L1、二極管整流橋和濾波電容C2，共模電感器L1的輸入端并接濾波電容C1，共模電感器L1的輸出端經(jīng)二極管整流橋整流后并接濾波電容C2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述浪涌電壓吸收電路由R3、C3并聯(lián)后串接R4、D5構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所述穩(wěn)壓電路是穩(wěn)壓管。
專利摘要一種開(kāi)關(guān)電源，包括輸入整流濾波電路、自激振蕩電路、浪涌電壓吸收電路、變壓器、短路保護(hù)電路、次級(jí)整流濾波電路、次級(jí)穩(wěn)壓電路和反饋控制電路，浪涌電壓吸收電路并聯(lián)在變壓器初級(jí)繞組TIA的兩端，反饋控制電路主要通過(guò)一對(duì)光電耦合器U1－A、U1－B將反饋控制信號(hào)輸入自激振蕩電路用于控制開(kāi)關(guān)晶體管的通斷，在為開(kāi)關(guān)晶體管提供導(dǎo)通電壓的充電電容C4兩端并接有主要由三極管構(gòu)成的放電回路，進(jìn)一步地，設(shè)置有輸出短路時(shí)防止對(duì)充電電容C4加速充電的在短路保護(hù)電路。本實(shí)用新型是一種不需要專用脈寬集成控制器、開(kāi)機(jī)及持續(xù)操作電流小、線路簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)恒壓輸出且具短路保護(hù)的開(kāi)關(guān)電源。
文檔編號(hào)G05F1/46GK2572665SQ02249259
公開(kāi)日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者毛燦豪 申請(qǐng)人:毛燦豪