專利名稱：間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
高壓變頻調(diào)速、電力儀表檢測(cè)、海底電纜等應(yīng)用領(lǐng)域的電壓等級(jí)高且變化范圍寬， 使得這些領(lǐng)域采用的開關(guān)電源設(shè)計(jì)思路必須相應(yīng)改變。對(duì)于一般的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，其適應(yīng)的輸入電壓范圍較小，不能滿足這些特殊的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。電力系統(tǒng)檢測(cè)儀表電源的輸入電壓范圍為交流90 600V，海底電纜電源輸入電壓范圍為交流1500 2000V，工業(yè)變頻器電源輸入電壓范圍為交流140 800V。由于這些領(lǐng)域比較特殊，因此對(duì)其開關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)比較少，隨著應(yīng)用的增加以及對(duì)其開關(guān)電源性能要求的增加，高寬輸入電壓的開關(guān)電源研究已成為新的課題。主要追求的目標(biāo)為采用新型開關(guān)器件和優(yōu)化高頻變壓器設(shè)計(jì)， 具有較強(qiáng)的變壓變頻能力，以便支持更高寬的輸入電壓，維持較高的變換效率，獲得體積小、輸出功率大于100W、多路隔離輸出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有齊全的保護(hù)功能，如過壓保護(hù)和過流保護(hù)。經(jīng)過對(duì)高寬輸入電壓的開關(guān)電源現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)主要有以下文獻(xiàn)，它們的主要技術(shù)特征如下[1]實(shí)用新型專利.具有寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源.專利號(hào)02271250.X.授權(quán)公告日2003年5月21日.具有電壓補(bǔ)償功能，次級(jí)繞組增加線性穩(wěn)壓器，交流輸入電壓 30-550V，無輸出電壓反饋。[2]實(shí)用新型專利.一種用于寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源電路.專利號(hào) 200920060249. 6，授權(quán)公告日2010. 3. 3.具有兩級(jí)反激級(jí)聯(lián)電路，可以減低占空比的變化范圍；[3]實(shí)用新型專利.一種寬輸入電壓范圍的電源模塊.申請(qǐng)?zhí)?200710162358. 4，
公開日2009.4. 1.采用半控逆變器，低壓時(shí)兩個(gè)變換器輸出并聯(lián)，高壓時(shí)兩個(gè)變換器輸出串聯(lián)，兩個(gè)變換器輸入串聯(lián)均壓；[4]Marty Brown. Very wide input voltage range，off line flyback switching power supply. On Semiconductor AN1327/D. www, onsemi. com.禾丨J用壓控振蕩器的控制，實(shí)現(xiàn)高寬輸入電壓。輸入電壓變化時(shí)，變壓器反饋繞組的電壓相應(yīng)變化，改變振蕩頻率。直流輸入電壓120-854V。[5]US5621629. Switching power supply for use in an electronic energy meter having a wide range of input voltages.交流輸入電壓 96-528V,開關(guān)電源前采用兩級(jí)線性穩(wěn)壓來鉗位。綜合以上，對(duì)高寬輸入電壓的開關(guān)電源現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，都沒有充分開發(fā)利用好反激開關(guān)電源，輸入電壓范圍尤其上限仍然較低，隨輸入電壓而變壓變頻性能有限。反激開關(guān)電源中的高頻變壓器磁設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，輸入電壓過高或過低，開關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)難度加重，影響變壓器的磁路設(shè)計(jì)，同時(shí)由于效率過低和電壓等級(jí)過高，功率MOSFET的選型非常難，散熱處理較差。高壓大電流的功率MOSFET的可選產(chǎn)品較少，同樣電流能力的功率 M0SFET，電壓等級(jí)越高管壓降越大，效率越低。輸入電壓波動(dòng)范圍越大，同時(shí)兼顧高低壓，還要達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，沒有理論支持。電壓過高，占空比過小，磁芯損耗越大。電壓過低，占空比過大，導(dǎo)通損耗越大。因此需要一種恒壓低壓輸入的開關(guān)電源，使得整個(gè)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有成熟和優(yōu)化的開關(guān)電源設(shè)計(jì)相同。如何設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、功能全面、適合高寬輸入電壓的開關(guān)電源，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題?！伴g接高寬輸入電壓的開關(guān)電源” 的設(shè)計(jì)方案就是其中一種合理考慮，而且主要是面向更高更寬的輸入電壓范圍，即直流電壓170V下限電壓-1400V上限電壓，變比為1 18.2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源， 實(shí)現(xiàn)高壓直流 低壓直流變換，適合高寬輸入電壓，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制容易和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括降壓變換器和反激變換器，其中降壓變換器將輸入高壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的下限電壓，反激變換器將下限電壓轉(zhuǎn)換為單路或多路低壓工作電源供控制電路使用。所述的降壓變換器包括均壓電路及與之串聯(lián)的第一電源電路、控制電路、反饋電路、第二電源電路和功率電路，其中均壓電路由兩個(gè)串聯(lián)的電解電容和各自并聯(lián)的均壓電阻組成，該串聯(lián)的電解電容的陽極和陰極分別與輸入直流電壓正極和負(fù)極相連，第一電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻、穩(wěn)壓二極管和半波整流電路組成，控制電路為具有電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)功能的模擬控制器實(shí)現(xiàn)，反饋電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻組成，第二電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻、穩(wěn)壓二極管、半波整流電路組成，功率電路由電感、電解電容、續(xù)流二極管和功率開關(guān)組成。所述的反激變換器為單端反激開關(guān)電源，由降壓變換器輸出的下限電壓供電，具備兩個(gè)相互隔離的次級(jí)繞組，分別為第一電源電路和第二電源電路供電。本發(fā)明根據(jù)合適等級(jí)的恒定電壓供電的反激開關(guān)電源具有效率高、設(shè)計(jì)簡單、選型靈活的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)利用將高寬范圍輸入電壓通過前級(jí)降壓變換器轉(zhuǎn)換為一合適等級(jí)的低壓電壓，如輸入電壓的下限電壓，利用成熟的單端反激開關(guān)電源技術(shù)，設(shè)計(jì)間接高寬范圍輸入電壓的開關(guān)電源，為了簡化降壓變換器的設(shè)計(jì)，功率開關(guān)置于直流電壓的低端，設(shè)置前后兩個(gè)參考地GNDl和GND2，克服直接高寬輸入電壓的反激開關(guān)電源的各種不足，適合更高寬輸入電壓 低壓電源輸出、功率150W以下的各種應(yīng)用場(chǎng)合，具有設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎、通用性強(qiáng)等特征，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例包括降壓變換器1和反激變換器2，其中降壓變換器1通過均壓電路、第一電源電路、控制電路、反饋電路、第二電源電路和功率電路，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸入電壓的下限電壓，反激變換器2為標(biāo)準(zhǔn)的單端反激開關(guān)電源，將輸入的下限電壓轉(zhuǎn)換為低電壓電源，供控制電路使用，同時(shí)提供兩個(gè)次級(jí)繞組為降壓變換器1中第一電源和第二電源供電。所述的降壓變換器包括均壓電路El、E2、RU R2和后續(xù)的第一電源電路R3、R4、 尺5、1 6、201、(1工3、01、1 7、控制電路肌、反饋電路1 8、1 9、1 10、1 11、似、第二電源電路1 12、 R13、R14、R15、ZD2、C2、E4、D2、R16和功率電路Si、Li、E5、D3，其中均壓電路由兩個(gè)串聯(lián)的電解電容E1、E2和各自并聯(lián)的均壓電阻R1、R2組成，串聯(lián)后的陽極和陰極分別與輸入直流電壓正極+和負(fù)極 相連；第一電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻R3、R4、R5、R6、穩(wěn)壓二極管ZDl和半波整流電路Cl、E3、Dl、R7組成；控制電路為模擬控制器，如UCC3524、TL494， 輸入電壓反饋VF3和電流反饋CFl ；反饋電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻R8、R9、R10、R11和線性隔離放大器U2，如HCPL7520組成；第二電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻R12、R13、R14、 R15、穩(wěn)壓二極管ZD2、半波整流電路C2、E4、D2、R16組成；功率電路由電感Li、電解電容E5、 續(xù)流二極管D3和功率開關(guān)Sl組成。所述的反激變換器2為單端反激開關(guān)電源，由降壓變換器輸出的下限電壓供電， 具備兩個(gè)相互隔離的次級(jí)繞組W1、W2，二者絕緣強(qiáng)度可以為輸入電壓的最大值，分別為第一電源電路和第二電源電路供電。以電力電子變壓器為例，本實(shí)施例的參數(shù)為輸入直流上限電壓1400V，輸出直流電壓為多路如士24V、士 15V、士 12V、士 5、士3. 3V等，額定總功率為100W。高壓上限電壓器件電解電容El 與 E2 :750V，IOyF ；電阻 R1、R2 :470kQ，2W ；電阻 R3、R4、R5 470k Ω，2W ；繞組Wl、W2 =Wl、W2根據(jù)反激變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)而定；低壓下限電壓器件電阻 R8、R9、R10 IOOk Ω，1/4W，插件；電阻 R12、R13、R14 IOOk Ω，1/4W，插件；電解電容Ε5 :220V，220 μ F，插件；功率開關(guān)Sl :BIM0SFET，2500V 耐壓，5A，100°C ；快速恢復(fù)二極管D3 :2500V, 2A, 100°C，如 IXBH2N250 ；反激變換器常規(guī)單端反激開關(guān)電源；低壓控制電壓器件快速恢復(fù)二極管Dl、D2 如UF4007，插件；穩(wěn)壓二極管ZD1、ZD2 :5V，插件；交流電容Cl、C2 :50V，0. 1 μ F，貼片;
電解電容E3、E4 :50V，220 μ F，插件;PWM 發(fā)生器 Ul 如 UC2843, TL494, UCC3524,開關(guān)頻率為 5kHz ；線性隔離放大器U2 如HCPL7520 ；電阻 R6、R7 :10kQ，2W ；電阻Rll :90Q，1/8W，貼片;電阻 R15 :20k Ω , 1/8W,貼片電阻R16 :2Ω，2W，插件;本實(shí)施例中所述的降壓變換器1和反激變換器2組成間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其作用是通過特殊設(shè)計(jì)的降壓變換器獲得容易處理的低壓輸出電壓，使得后級(jí)反激變換器的設(shè)計(jì)與成熟的傳統(tǒng)單端反激電源設(shè)計(jì)一致，獲得優(yōu)秀的變換器性能。本實(shí)施例中直流輸入電壓高寬范圍，例如上限電壓1400V，下限電壓170V。輸出低壓直流電壓，如士24V、士 15V、士 12V、士5、士3.3V等。降壓變換器部分的器件選擇按照上限電壓考慮，反激變換器部分的器件選擇按照下限電壓考慮，但是為降壓變換器提供第一電源和第二電源的兩個(gè)次級(jí)繞組的絕緣強(qiáng)度應(yīng)該考慮上限電壓。
權(quán)利要求
1.一種間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，包括降壓變換器和反激變換器，其中降壓變換器將輸入高壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的下限電壓，反激變換器將下限電壓轉(zhuǎn)換為單路或多路低壓工作電源供控制電路使用，其特征在于所述的降壓變換器包括均壓電路及與之串聯(lián)的第一電源電路、控制電路、反饋電路、第二電源電路和功率電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的均壓電路由兩個(gè)串聯(lián)的電解電容和各自并聯(lián)的均壓電阻組成，該串聯(lián)的電解電容的陽極和陰極分別與輸入直流電壓正極和負(fù)極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的第一電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻、穩(wěn)壓二極管和半波整流電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的控制電路為具有電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)功能的模擬控制器實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的反饋電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的第二電源電路由四個(gè)串聯(lián)的分壓電阻、穩(wěn)壓二極管、半波整流電路組成，功率電路由電感、電解電容、 續(xù)流二極管和功率開關(guān)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，其特征是，所述的反激變換器為單端反激開關(guān)電源，由降壓變換器輸出的下限電壓供電，具備兩個(gè)相互隔離的次級(jí)繞組，分別為第一電源電路和第二電源電路供電。
全文摘要
一種開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域的間接高寬輸入電壓的開關(guān)電源，包括降壓變換器和反激變換器，降壓變換器將輸入高壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的下限電壓，反激變換器將下限電壓轉(zhuǎn)換為單路或多路低壓工作電源供控制電路使用。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高壓直流～低壓直流變換，適合高寬輸入電壓，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制容易和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M3/00GK102185472SQ201110129558
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者楊喜軍, 江劍鋒, 王虎, 蔣婷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)