適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，包括：順序連接的電源啟動電路、鉗位電路、開關(guān)變壓器、恒功率電路和恒壓控制電路，電源啟動電路與開關(guān)變壓器、恒壓控制電路連接。本實(shí)用新型可以用較低的成本，實(shí)現(xiàn)超寬輸入電壓并可以做為中等功率直流電機(jī)的驅(qū)動電源，電源效率高達(dá)85%以上，輸入電壓范圍廣，最大輸出功率可達(dá)240W。
【專利說明】適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)電源，具體地說是一種適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上的交流市電電壓普遍為100-120V或220-240V，一些電力落后地區(qū)電壓波動范圍很大，最大的可以由80到300V波動，現(xiàn)廣泛使用的開關(guān)電源，一般的反激式開關(guān)電源變換器輸入電壓范圍只能滿足于1:3的關(guān)系，即90-270VAC，正激式變換器的輸入電壓變化范圍較小，僅為90-130VAC或180-264VAC ;而使用升壓模式(AFC)的變換器輸入電壓范圍也只90-270VAC (且成本較高)，現(xiàn)有技術(shù)條件下產(chǎn)品輸入電壓如有大的變化，產(chǎn)品所用的開關(guān)電源則必須重新設(shè)計(jì)，這將使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和管理成本增加。而使用升壓模式(AFC)的變換器輸入電壓范圍90-270VAC，確實(shí)可以滿足大部分地區(qū)電壓要求，但電源體積大成本高，對一些特殊地區(qū)仍無法滿足。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種輸入電壓范圍廣，輸出功率大并能夠可靠快速啟動的開關(guān)電源電路。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0005]適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，包括:順序連接的電源啟動電路、鉗位電路、開關(guān)變壓器、恒功率電路和恒壓控制電路，電源啟動電路與開關(guān)變壓器、恒壓控制電路連接。
[0006]所述電源啟動電路采用開關(guān)電源芯片；開關(guān)電源芯片的參考輸入端通過電阻與直流電源連接，開關(guān)電源芯片的電源端通過電阻R7、二極管D8與直流電源連接，還通過二極管D3、電阻R14、二極管D6與開關(guān)變壓器的反饋繞組一端連接，反饋繞組另一端接地。
[0007]所述鉗位電路包括多個(gè)電阻和二極管；直流電源與開關(guān)變壓器的初級繞組一端連接，還通過順序連接的二極管D2、D4與初級繞組另一端連接，D2兩極連有電阻和電容的并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路還串聯(lián)電阻；開關(guān)變壓器的初級繞組另一端還與開關(guān)管Ql的D極連接，Ql的S極與電源啟動電路的開關(guān)電源芯片過流取樣端連接，G極通過電阻和二極管的并聯(lián)電路與開關(guān)電源芯片驅(qū)動輸出端連接。
[0008]所述恒功率電路包括電阻、三極管Q2和光電耦合器Ul ;開關(guān)變壓器的次級繞組的一端與三極管Q2的發(fā)射極連接，還通過電阻R16、R19與Q2的基極連接，Q2的集電極經(jīng)電阻R21與光電耦合器Ul的發(fā)光二極管陰極連接，光敏二極管的陽極與恒壓控制電路連接；電阻R16、R19的中間結(jié)點(diǎn)作為地端，開關(guān)變壓器的次級繞組的另一端與正電壓連接、并經(jīng)電感LI與正電源連接后，作為正電壓輸出端，與電機(jī)連接；次級繞組的兩端間連有電容C6。
[0009]所述恒壓控制電路包括光電耦合器IC2、電阻和電容；光電耦合器IC2的光敏二極管陰極接地，陽極與電源啟動電路的開關(guān)電源芯片反饋端連接，還與恒功率電路光電耦合器Ul的光敏二極管陽極連接，光電耦合器IC2的光敏二極管的陰極和陽極之間連有電容；光電耦合器IC2的發(fā)光二極管陽極與正電壓連接，陰極與分流基準(zhǔn)源IC3的陰極連接，分流基準(zhǔn)源的陽極接地，參考極通過電阻R22與正電源連接，還通過電阻R23、R24接地，分流基準(zhǔn)源的參考極與陰極之間串聯(lián)有電阻R20和電容C9 ;正電源與地之間串聯(lián)有電阻R26和發(fā)
光二極管。
[0010]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0011]1.本實(shí)用新型可以用較低的成本，實(shí)現(xiàn)超寬輸入電壓并可以做為中等功率直流電機(jī)的驅(qū)動電源，電源效率高達(dá)85%以上。
[0012]2.本實(shí)用新型輸入電壓范圍為70-320VAC，最大輸出功率可達(dá)240W ;能夠適應(yīng)世界各地電網(wǎng)的使用需求。
[0013]3.本實(shí)用新型的電源啟動電路能夠滿足輸入電壓寬范圍的要求，進(jìn)而達(dá)到滿足各種不同電網(wǎng)的使用需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型的電源啟動電路圖；
[0016]圖3是鉗位電路圖；
[0017]圖4a是恒功率電路圖一；
[0018]圖4b是恒功率電路圖二；
[0019]圖5是恒壓控制電路圖；
[0020]圖6是本實(shí)用新型的開關(guān)電源電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型包括順序連接的電源啟動電路1、鉗位電路2、開關(guān)變壓器
3、恒功率電路4和恒壓控制電路5，其中電源啟動電路I與開關(guān)變壓器3、恒壓控制電路5連接。
[0023]如圖2所示，本實(shí)用新型采用國產(chǎn)開關(guān)電源芯片CR6842，該IC集成電路具有優(yōu)化的圖騰柱驅(qū)動電路以及電流模式PWM控制器電路，其中PWM控制器電路包含頻率振蕩發(fā)生器電路以及短路保護(hù)、過流保護(hù)、過功率保護(hù)、過壓保護(hù)電路。由振蕩產(chǎn)生的頻率抖動，可以改善EMI (電磁干擾)特性。為了獲得良好的效率，本電源在重載或是中等負(fù)載時(shí)讓CR6842工作在PWM模式，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，開關(guān)電源芯片CR6842的震蕩器工作頻率逐漸降低，最后穩(wěn)定在10KHZ左右。在空載和輕載時(shí)，電源啟動電路工作為低功耗綠色模式，因直流電機(jī)驅(qū)動負(fù)載經(jīng)常處于間歇工作狀態(tài)，低功耗綠色模式可有效降低電源待機(jī)功耗。
[0024]實(shí)現(xiàn)超寬電壓輸入的開關(guān)電源電路，必需有帶有欠壓鎖定和OCP補(bǔ)償?shù)碾娫磫与娐?。如圖2所示，電源啟動電路I是在傳統(tǒng)整流后啟動電路上進(jìn)行改進(jìn)的電源啟動電路，使其適用于70-320VAC范圍的寬電壓工作并能可靠啟動。交流電經(jīng)整流橋輸出直流電壓，一路整流濾波后經(jīng)二級管D8，R7加到開關(guān)電源芯片(型號為CR6842) VDD腳，提供啟動電壓(該引腳在本電源中做啟動引腳)，另一路經(jīng)整流濾波后，經(jīng)R1，R2組成啟動分壓電路分壓后，經(jīng)由R3電阻加到電源芯片的3腳(該引腳在本電源做OCP補(bǔ)償)。使電源在寬電壓工作下有一定的OCP補(bǔ)償功能。
[0025]電源啟動電路I的工作原理如下:當(dāng)電源上電開機(jī)時(shí),經(jīng)過整流濾波的+300V電壓一路經(jīng)過D8，R7,加到電源芯片的7腳，由于7腳外接電解電容C3，電容C3兩端電壓不能突變，使7腳電壓逐漸上升，當(dāng)電壓上升到16.5V時(shí)即達(dá)到芯片的啟動電壓VTH (on)(典型值16.5V)時(shí)，芯片才被激活并驅(qū)動整個(gè)電源系統(tǒng)正常工作。另一路經(jīng)Rl，R2組成啟動分壓電路分壓在由R3加到芯片3腳實(shí)現(xiàn)寬電壓下的OCP補(bǔ)償。兩路電流最終加到芯片7腳外圍的C3正極，為C3充電直到VDD端口電壓達(dá)到芯片的啟動電壓VTH(on)(典型值16.5V)時(shí)芯片才被激活并驅(qū)動整個(gè)電源系統(tǒng)正常工作。
[0026]如圖3所示，復(fù)合吸收RCD箝位電路是用于防止初級線圈漏感產(chǎn)生磁能毀壞電路元件的電路，其電路包括由D2、D4、C4、R10、R9、C5、R12、R13電路元件組成的電路。對于反激型開關(guān)電源，由于開關(guān)電源漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激式開關(guān)電源在開關(guān)管Ql關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很大的尖峰電壓?；陔姶鸥袘?yīng)定律，存儲在稱合電感器Ul上的電磁能量被次級負(fù)載電路吸收外，僅在斷開點(diǎn)(電子開關(guān)管Ql上)存在由漏感所產(chǎn)生的磁能，激起高電壓，足以擊穿電子開關(guān)管Q1，嚴(yán)重威脅著電源的正常工作。為此必須采取措施對其進(jìn)行抑制，目前，有很多方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。RCD箝位法結(jié)構(gòu)簡單，因制作成本低而得到廣泛的應(yīng)用。但是普通的RCD箝位電路只適用于150W以下的電路，對于150W以上的開關(guān)電源，由于漏感產(chǎn)生的能量較大，普通的RCD箝位電路無法有效對漏感所產(chǎn)生的能量進(jìn)行吸收，正是這個(gè)原因?qū)е?50W以上的單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)困難，而本實(shí)用新型開關(guān)電源輸出功率最大要到240W，所以必須使用本實(shí)用新型中的復(fù)合吸收RCD箝位電路才能穩(wěn)定可靠的工作。
[0027]復(fù)合吸收RCD箝位電路工作原理如下:當(dāng)開關(guān)管(場效應(yīng)管11N80) Ql導(dǎo)通時(shí)，會在開關(guān)變壓器Tl初級繞組兩端之間存儲能量，當(dāng)開關(guān)管Ql關(guān)閉，初級繞組儲存的能量將轉(zhuǎn)移到次級繞組輸出，但變壓器初級繞組的漏感中的能量不會傳遞到次級繞組，變壓器漏感中的能量將會在開關(guān)管Ql關(guān)斷的瞬間，由C4，RIO, R9, C5, R13, R12組成的電路吸收，瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)D2負(fù)責(zé)箝位少量沒被C4，RIO, R9, C5, R13, R12吸收的尖峰電壓，使開關(guān)管更加安全,此電路相對傳統(tǒng)的復(fù)合吸收RCD箝位電路來說，其可吸收的能量更大，適合負(fù)載更大，范圍更可變，可靠性更高。
[0028]如圖6所示，本開關(guān)電源電路還有兩個(gè)控制環(huán)路，即恒功率電路和恒壓控制電路。低輸入電壓情況下，如80VAC電源電壓輸入情況下，電動機(jī)啟動電流較大，這時(shí)如果不對電源輸出電流加以限制，電源很容易進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)，在這種情況下必須對電源輸出電流進(jìn)行限制使其在電機(jī)啟動時(shí)電源進(jìn)入恒功率狀態(tài)，即電機(jī)啟動時(shí)電流超過電源輸出最大電流時(shí)，開關(guān)電源電壓下降，電源進(jìn)入恒功率狀態(tài)，直到電機(jī)啟動完成，電源再次進(jìn)入恒壓狀態(tài)。
[0029]如圖4a、圖4b所示恒功率電路，由電源轉(zhuǎn)換芯片(型號為LM7805CT) IC4、C11、R16電流取樣電阻、R19、三極管Q2、R21、光耦Ul組成的恒功率電路，其作用是當(dāng)輸出電流超過電源輸出最大值時(shí)令開關(guān)電源進(jìn)入恒功率范圍內(nèi)，以便電機(jī)順利啟動，不出現(xiàn)電機(jī)啟動電流保護(hù)的問題。
[0030]如圖5所示，恒壓控制電路由光耦I(lǐng)C2、電阻R17、R18、分流基準(zhǔn)源(型號為TL431A)IC3、R20、C9、R22、R23、R24構(gòu)成，其作用是當(dāng)輸出電流在電源額定電流輸出范圍內(nèi)，令開關(guān)電源工作在恒壓范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，其特征在于包括:順序連接的電源啟動電路(I)、鉗位電路(2)、開關(guān)變壓器(3)、恒功率電路(4)和恒壓控制電路(5)，電源啟動電路(I)與開關(guān)變壓器(3)、恒壓控制電路(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，其特征在于:所述電源啟動電路(I)采用開關(guān)電源芯片；開關(guān)電源芯片的參考輸入端通過電阻與直流電源連接，開關(guān)電源芯片的電源端通過電阻R7、二極管D8與直流電源連接，還通過二極管D3、電阻R14、二極管D6與開關(guān)變壓器(3)的反饋繞組一端連接，反饋繞組另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，其特征在于:所述鉗位電路(2)包括多個(gè)電阻和二極管；直流電源與開關(guān)變壓器(3)的初級繞組一端連接，還通過順序連接的二極管D2、D4與初級繞組另一端連接，D2兩極連有電阻和電容的并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路還串聯(lián)電阻；開關(guān)變壓器(3)的初級繞組另一端還與開關(guān)管Ql的D極連接，Ql的S極與電源啟動電路(I)的開關(guān)電源芯片過流取樣端連接，G極通過電阻和二極管的并聯(lián)電路與開關(guān)電源芯片驅(qū)動輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，其特征在于:所述恒功率電路(4)包括電阻、三極管Q2和光電耦合器Ul ;開關(guān)變壓器(3)的次級繞組的一端與三極管Q2的發(fā)射極連接，還通過電阻R16、R19與Q2的基極連接，Q2的集電極經(jīng)電阻R21與光電耦合器Ul的發(fā)光二極管陰極連接，光敏二極管的陽極與恒壓控制電路(5)連接；電阻R16、R19的中間結(jié)點(diǎn)作為地端，開關(guān)變壓器(3)的次級繞組的另一端與正電壓連接、并經(jīng)電感LI與正電源連接后，作為正電壓輸出端，與電機(jī)連接；次級繞組的兩端間連有電容C6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于直流電機(jī)驅(qū)動的寬輸入電壓反激式開關(guān)電源，其特征在于:所述恒壓控制電路(5)包括光電稱合器IC2、電阻和電容；光電稱合器IC2的光敏二極管陰極接地，陽極與電源啟動電路(I)的開關(guān)電源芯片反饋端連接，還與恒功率電路(4)光電耦合器Ul的光敏二極管陽極連接，光電耦合器IC2的光敏二極管的陰極和陽極之間連有電容；光電耦合器IC2的發(fā)光二極管陽極與正電壓連接，陰極與分流基準(zhǔn)源IC3的陰極連接，分流基準(zhǔn)源的陽極接地，參考極通過電阻R22與正電源連接，還通過電阻R23、R24接地，分流基準(zhǔn)源的參考極與陰極之間串聯(lián)有電阻R20和電容C9 ;正電源與地之間串聯(lián)有電阻R26和發(fā)光二極管。
【文檔編號】H02M1/36GK203457054SQ201320544893
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】柳長慶, 柳永詮, 鄭學(xué)凱, 崔彥身, 馮軼君, 崔文華 申請人:遼寧聚龍金融設(shè)備股份有限公司