專利名稱：一種ac-dc開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種離線式開關(guān)電源，具體地說是一種離線式AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著集成電子電路及高速功率器件的不斷發(fā)展，開關(guān)電源逐漸向小型化、模塊化發(fā)展。小型化和模塊化的發(fā)展趨勢使得開關(guān)電源在工業(yè)控制、電力、儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，此種微功率電源的功率范圍一般在3W以內(nèi)，同時(shí)對電源的體積，成本及安規(guī)方面要求較高。其中安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以美國UL頒布的UL60950最具權(quán)威，世界上其它國家的有關(guān)安規(guī)設(shè)計(jì)的國家標(biāo)準(zhǔn)大多參考UL60950標(biāo)準(zhǔn)而制定。根據(jù)UL60950的標(biāo)準(zhǔn)要求，安規(guī)絕緣類型包括基本絕緣、附加絕緣、雙重絕緣、加強(qiáng)絕緣(具體要求見UL 60950中的2. 10節(jié)內(nèi) 容)。對于離線式的AC/DC變換器，其初級側(cè)和次級側(cè)的電氣隔離需滿足加強(qiáng)絕緣的要求。為了達(dá)到此目的，初級側(cè)和次級側(cè)元器件焊盤的空間距離和爬電距離都需滿足UL60950的標(biāo)準(zhǔn)要求。所謂爬電距離就是指兩導(dǎo)體之間最短的沿面距離，即沿著絕緣物表面的距離；而空間距離是指兩導(dǎo)體之間最短的空間距離。在安規(guī)上，爬電距離要求的大小取決于變換器初級側(cè)和次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間最大電壓的有效值大小，而空間距離要求的大小取決于變換器初級側(cè)和次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間電壓的最大值的大小，由于爬電距離會大于或等于空間距離要求，在PCB不能開槽的情況下，電源轉(zhuǎn)換器的整體體積將會被爬電距離的要求所限制。為了滿足UL60950安規(guī)要求，只能將PCB的長度加長，最終導(dǎo)致PCB成本增加，不利于微功率電源的低成本和小型化。圖I為現(xiàn)有的AC/DC開關(guān)電源的連接框圖，主要由以下幾部分組成輸入整流濾波電路、啟動電路、主功率轉(zhuǎn)換電路、輔助電源電路、反饋電路、驅(qū)動控制和保護(hù)電路以及輸出整流濾波電路。所述輸入整流濾波電路輸出正極與主功率轉(zhuǎn)換電路輸入端相連，所述主功率轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述輸出整流濾波電路相連，所述啟動電路接于所述輸入整流濾波電路與所述驅(qū)動控制和保護(hù)電路之間，所述輔助電源電路和反饋電路均接于所述主功率轉(zhuǎn)換電路與驅(qū)動控制和保護(hù)電路之間，所述驅(qū)動控制電路的輸出端與主功率轉(zhuǎn)換電路的控制端相連，交流輸入電源的相線連接到輸入整流濾波電路的輸入端，交流輸入電源的零線、輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端和輸出整流濾波電路的參考地端相連接。行業(yè)中，輸入整流濾波電路一般使用全波整流方式，如圖2所示為圖I框圖的具體電路，整流濾波電路中全波整流需由四個(gè)整流二極管DfD4構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)進(jìn)行整流，但四個(gè)二極管的成本較高，且占用PCB空間，不利于微功率電源的低成本和小型化。濾波部分包括一個(gè)濾波電容Cl。啟動電路包括電阻Rl、電阻R2和電阻R3，三個(gè)電阻依次串聯(lián)。主功率轉(zhuǎn)換電路包括變壓器Tl。輔助電源電路包括二極管D5和電容C2，二極管D5的陽極接變壓器Tl的輔助繞組，二極管D5陰極與電容C2正極相連接。[0009]驅(qū)動控制和保護(hù)電路包括控制芯片U1、電阻R6和電阻R7，電阻R6和電阻R7并聯(lián)后一端接入控制芯片Ul的CS端口，一端接到交流輸入電源的零線N，控制芯片Ul集成了控制主功率轉(zhuǎn)換電路電壓變換頻率的主功率管和PWM控制電路，其可以選用型號為SF5922的控制芯片或其他型號具有類同功能的現(xiàn)有控制芯片，控制芯片與變壓器Tl連接構(gòu)成常用的直流單管反激變換電路。反饋電路包括電阻R4和電阻R5，電阻R4和電阻R5相串聯(lián)。輸出整流濾波電路包括整流二極管D6和濾波電容C3。圖3為輸入整流電路使用半波整流方式的原理圖，其他可采用圖2的電路。使用半波整流方式的優(yōu)點(diǎn)是，只需要一個(gè)整流二極管D7，元器件成本低，占用空間小，但缺點(diǎn)也很明顯。缺點(diǎn)是使變換器初級側(cè)和次級側(cè)任意兩點(diǎn)的工作電壓有效值增加，根據(jù)UL60950標(biāo)準(zhǔn)要求，初級側(cè)和次級側(cè)元器件焊盤的爬電距離要求也增加，在PCB不能開槽情況下，PCB 長度需增加，不利于微功率電源的低成本和小型化。以輸出3W的離線式反激變換器為例，輸入電壓范圍為IOOVac 240Vac，輸出為24V/0. 125A，變換器采用圖3示出的電路形式，其中輸入整流電路使用半波整流方式，經(jīng)測試得到了下述表一中變換器初級側(cè)和次級側(cè)各點(diǎn)之間實(shí)際工作電壓值的測試數(shù)據(jù)。表一圖3所不變壓器兩側(cè)各點(diǎn)之間工作電壓值
測試點(diǎn)__Vmax(V)__Vmin (V)__Vdcrms(V)__測試條件
A 與 E__-299__-432__336
A 與 F-327-343__334
B 與 E-58-488347B 與 F__Π__-515__354Vm=240V/50
C 與 E35^8928112
C 與 F10-63
J________Io=0.25A
D 與 E__23__-37__11
D 與 F63 — -2218 _根據(jù)UL_60950中2. 10節(jié)內(nèi)容，由以上表一數(shù)據(jù)得出Input (交流輸入電壓)85 264VacPollution Degree 2 (變換器工作時(shí)的環(huán)境為污染等級為2的環(huán)境)Meterial GroupIIIa+IIIb (變壓器所采用的絕緣材料,如骨架、漆包線、三層絕緣線等屬于ma+mb類別，詳細(xì)的污染等分類和ma+mb的分類標(biāo)準(zhǔn)在UL60950中的2. ο節(jié)內(nèi)容有說明，在此不再贅述)Vrms (變換器兩側(cè)任意兩點(diǎn)之間最大電壓的有效值)=354VVmax=515VClearance distance (空間垂直距離)=4. 40mmCreepage Distance (爬電距離)=7. 24mm由此可知，圖3所示變換器初、次級側(cè)為了滿足UL60950標(biāo)準(zhǔn)所要求的加強(qiáng)絕緣，在不對變換器初級和次級之間的PCB進(jìn)行挖槽處理，且次級線圈采用三層絕緣線時(shí)，初、次級側(cè)元器件焊盤需至少保留7. 24_距離，PCB長度需增加，不利于微功率電源的低成本和小型化。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種主要應(yīng)用在微功率領(lǐng)域、滿足安規(guī)要求的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，該AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器具有小體積、低成本的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的—種AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，包括輸入整流濾波電路，交流輸入電源的相線連接到輸入整流濾波電路的輸入端，交流輸入電源的零線、輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端和輸出整流濾波電路的參考地端相連接，所述的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器還包括箝位電路，所述輸入整流濾波電路為半波整流電路，所述箝位電路連在交流輸入電源的零線和輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端之間。作為實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，所述箝位電路包括二極管，所述二極管的陰極與交流輸入電源的零線相連接，陽極與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相連接。 作為實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，所述箝位電路包括三極管和電阻，所述三極管的發(fā)射與交流輸入電源的零線相連接，集電極與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相相連，所述電阻連接在三極管的基極與集電極之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器采用半波整流電路作為輸入整流濾波電路，并在交流輸入電源的零線和輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端之間接入箝位電路，使得變換器初級側(cè)和次級側(cè)各點(diǎn)之間的電壓波形包絡(luò)變成正弦半波的形狀，兩側(cè)間的電壓有效值大大減小，使得AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器可以采用更小的PCB，因此，本實(shí)用新型體積超小且能滿足安規(guī)要求，其實(shí)現(xiàn)的成本低。

圖I為現(xiàn)有的AC/DC開關(guān)電源的框圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用全波整流電路的開關(guān)電源原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中不加箝位元件之半波整流電路開關(guān)電源原理圖；圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例二電路原理圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)中變壓器兩側(cè)各點(diǎn)之間最高電壓波形圖；圖7為本實(shí)用新型中變壓器兩側(cè)各點(diǎn)之間最高電壓波形圖。
具體實(shí)施方式
圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一的原理圖，主要包括輸入整流濾波電路、啟動電路、輔助電源電路、反饋電路、驅(qū)動控制和保護(hù)電路、輸出整流濾波電路和主功率轉(zhuǎn)換電路，輸入整流濾波電路輸出正極與主功率轉(zhuǎn)換電路輸入端相連，主功率轉(zhuǎn)換電路的輸出端與輸出整流濾波電路相連，啟動電路接于輸入整流濾波電路與驅(qū)動控制和保護(hù)電路之間，輔助電源電路和反饋電路均接于主功率轉(zhuǎn)換電路與驅(qū)動控制和保護(hù)電路之間，驅(qū)動控制電路的輸出端與主功率轉(zhuǎn)換電路的控制端相連，交流輸入電源的相線L連接到輸入整流濾波電路的輸入端，交流輸入電源的零線N、輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端和輸出整流濾波電路的參考地端相連接，輸入整流濾波電路采用半波整流電路形式，其各電路之間的具體連接與圖3所示AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器相同，不同點(diǎn)在于本實(shí)施例一的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器在交流輸入電源的零線N和輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端之間連接有箝位電路，該箝位電路包括二極管D8，所述二極管D8的陰極與交流輸入電源的零線N相連接，陽極與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相連。具體連接方式為二極管D7的陽極與交流輸入電源的相線L相連，二極管D7的陰極與電容Cl的正極相連，電容Cl的正極與變壓器Tl輸入繞組相連，變壓器Tl的輸出繞組與二極管D6的陽極相連，電容C3接于二極管D6的陰極和輸出地之間，電阻R1、電阻R2、電阻R3串聯(lián)后接于電容Cl正極與控制芯片Ul的電源啟動腳之間，二極管D5的陰極與電容C2的正極相連后也接于控制芯片Ul的電源啟動腳，二極管D5的正極與變壓器的輔助繞組相連后接于控制芯片Ul的反饋腳，電阻R4、電阻R5串聯(lián)后與二極管D5的正極相連，電阻R6、電阻R7并聯(lián)于控制芯片Ul的限功率腳及電容Cl的負(fù)極之間，二極管D8的陽極與電容Cl的負(fù)極相連，二極管D8的陰極與交流輸入電源的零線N相連。二極管箝位電路由二極管D8組成，二極管D8的陰極接入交流輸入電源的零線N，陽極與輸入高壓濾波大電容Cl的負(fù)極相連。二極管D8反接于交流輸入電源的零線N，當(dāng)轉(zhuǎn)換器正常工作時(shí)，可有效降低變換器初、次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間的最大電壓有效值，(測試時(shí)，輸出負(fù)極端和AC交流輸入線的N端需短接，以保證變換器初、次級側(cè)具有相同的參考電壓水平)從而減少變換器初、次級側(cè)爬電距離的要求，進(jìn)而縮少變換器的總體積，降低PCB成本。其中箝位二極管D8反接于交流輸入電源的零線N，所述二極管D8陰極接入交流輸入電源的零線N，所述二極管D8陽極與所述輸入高壓濾波大電容Cl負(fù)極相連。箝位二極管D8使變換器正常工作時(shí)，初、次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間的最大電壓有效值減少，從而減少初、次級側(cè)元器件焊盤的爬電距離。減少PCB的長度，使產(chǎn)品的整體體積大大縮小。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用半波整流方式加一個(gè)箝位二極管D8，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)的輸入整流一般采用全波整流方式，全波整流需四個(gè)整流二極管，不但使成本增加，同時(shí)所占的PCB的空間也會增加，不利于產(chǎn)品的低成本和小型化。下面通過對信號處理過程以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體說明本實(shí)施例一的工作原理與效果圖4所示的實(shí)施例一中，箝位二極管D8的作用為在于可避免當(dāng)直流輸出負(fù)極的電壓值比變換器初級側(cè)各點(diǎn)電壓值高時(shí)，在直流輸出的負(fù)極與變換器初級側(cè)各點(diǎn)之間存在電流流動，對比圖3和圖4的原理圖可以知道，當(dāng)將DC直流輸出負(fù)極和交流輸入電源的零線N端短路后，變換器初、次級側(cè)電路將具有相同參考地電平，(此種接法為測試電源轉(zhuǎn)換器正常工作時(shí)初、次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間工作電壓的接法)，在圖4中，加了箝位二極管后，變換器兩側(cè)各點(diǎn)之間電壓雖然最大值變化不大，但波形的包絡(luò)卻由脈動方波變成正弦半波的形狀，故有效值電壓就會大大減少，根據(jù)UL60950的標(biāo)準(zhǔn)要求，變換器初、次級側(cè)的爬電距離要求也會大大減小。因此，圖4所示實(shí)施例一的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，由于二極管箝位電路中箝位二極管反接于交流輸入電源的零線，當(dāng)變換器正常工作時(shí)，可有效降低變換器初、次級側(cè)任意兩點(diǎn)之間最大電壓的有效值，從而減少變換器初、次級側(cè)爬電距離的要求，進(jìn)而縮少變換器的總體積，降低PCB成本。[0046]下面，同樣以輸出3W的離線式反激變換器為例，輸入電壓范圍為IOOVac 240Vac，輸出為24V/0. 125A，變換器采用圖4示出的電路形式，其中在交流輸入電源的零線N反接一個(gè)箝位二極管D8，經(jīng)測試得到了下述表二中變換器初級側(cè)和次級側(cè)各點(diǎn)之間實(shí)際工作電壓值的測試數(shù)據(jù)。表二變壓器兩側(cè)各點(diǎn)之間工作電壓值(加箝位二極管)
權(quán)利要求1.一種AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，包括輸入整流濾波電路，交流輸入電源的相線(L)連接到輸入整流濾波電路的輸入端，交流輸入電源的零線(N)與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相連接，其特征在于所述的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器還包括箝位電路，所述輸入整流濾波電路為半波整流電路，所述箝位電路連接在交流輸入電源的零線(N)和輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述箝位電路包括二極管(D8)，所述二極管(D8)的陰極與交流輸入電源的零線(N)相連接，陽極與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述箝位電路包括三極管(Ql)和電阻(Ra)，所述三極管(Ql)的發(fā)射與交流輸入電源的零線(N)相連接，集電極與輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端相相連，所述電阻(Ra)連接在三極管(Ql)的基極與集電極之 間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，主要應(yīng)用在微功率領(lǐng)域，其包括輸入整流濾波電路、啟動電路、輔助電源電路、反饋電路、驅(qū)動控制和保護(hù)電路、輸出整流濾波電路和主功率轉(zhuǎn)換電路，交流輸入電源的相線(L)連接到輸入整流濾波電路的輸入端，交流輸入電源的零線(N)、輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端和輸出整流濾波電路的參考地端相連接，所述的AC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器還包括箝位電路，所述輸入整流濾波電路為半波整流電路，所述箝位電路連接在交流輸入電源的零線(N)和輸入整流濾波電路的輸出負(fù)端之間。本實(shí)用新型體積超小且能滿足安規(guī)要求，其實(shí)現(xiàn)的成本低。
文檔編號H02M7/12GK202759392SQ201220403309
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者謝先智, 張少維, 尹智群 申請人:廣州金升陽科技有限公司