開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路及其設(shè)計(jì)方法，其電路包括接在直流電壓輸入電路與開關(guān)電源芯片之間的第一電壓擴(kuò)展電路，所述直流電壓輸入電路為交直流轉(zhuǎn)換電路或直流電壓源，所述開關(guān)電源芯片上帶有過壓及欠壓保護(hù)端，第一電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片的過壓及欠壓保護(hù)端相接，第一電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片的接地端相接。本發(fā)明還公開了一種開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方便且成本低，能夠加強(qiáng)開關(guān)電源對電網(wǎng)的適應(yīng)能力，拓寬了開關(guān)電源的應(yīng)用范圍，能夠有效地提高開關(guān)電源工作的可靠性，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。
【專利說明】開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路及其設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路及 其設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源與人們的關(guān)系日益密切，在人們的日常生活 中發(fā)揮著越來越重要的作用?，F(xiàn)有技術(shù)中，開關(guān)電源中開關(guān)電源芯片的過壓及欠壓保護(hù)范 圍一般都比較窄，例如常見的為IV?4V左右，且開關(guān)電源芯片的過壓及欠壓保護(hù)范圍限制 了開關(guān)電源輸入電壓范圍，而且，現(xiàn)有技術(shù)中，一般在直流電壓輸入電路與開關(guān)電源芯片之 間連接簡單的電阻串聯(lián)分壓電路，使得開關(guān)電源的輸入電壓范圍只能為165VAC?265VAC， 對電網(wǎng)的適應(yīng)能力較弱，且使得開關(guān)電源的應(yīng)用受到了限制，因此，設(shè)計(jì)開關(guān)電源輸入電壓 范圍拓展電路具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡 單、實(shí)現(xiàn)方便且成本低、能夠加強(qiáng)開關(guān)電源對電網(wǎng)的適應(yīng)能力、拓寬了開關(guān)電源的應(yīng)用范 圍、能夠有效地提高開關(guān)電源工作的可靠性的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種開關(guān)電源輸入電壓范圍拓 展電路，其特征在于：包括接在直流電壓輸入電路與開關(guān)電源芯片之間的第一電壓擴(kuò)展電 路，所述直流電壓輸入電路為交直流轉(zhuǎn)換電路或直流電壓源，所述開關(guān)電源芯片上帶有過 壓及欠壓保護(hù)端，第一電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片的過壓及欠壓保護(hù) 端相接，第一電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片的接地端相接。
[0005]上述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：包括接在第一電壓擴(kuò)展電 路與開關(guān)電源芯片之間的η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路，首個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸入 端與第一電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端相接，首個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸入端 與第一電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端相接，相鄰的兩個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路中后一個(gè)第二 電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸入端與前一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端相接，相鄰 的兩個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路中后一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸入端與前一個(gè)第二電 壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端相接，末個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端與開關(guān)電源 芯片的過壓及欠壓保護(hù)端相接，末個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片 的接地端相接；其中，η的取值為自然數(shù)。
[0006]上述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：所述第一電壓擴(kuò)展電路由 一極巨Q!以及電阻心、I?2、R3、R4、R5和R 6組成，所述電阻&的一端為第一電壓擴(kuò)展電路的 正極電壓輸入端Vi+且與直流電壓輸入電路的正極電壓輸出端相接，所述電阻 Ri的另一端 與電阻R2的一端和電阻Rs的一端相接且為第一電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端，所述電阻 馬的另一端與電阻R s的一端和電阻&的一端相接，所述電阻r5的另一端與三極管仏的基 極和電阻R6的一端相接，所述電阻R4的另一端與三極管Qi的集電極相接，所述電阻r 3的另 一端與三極管A的發(fā)射極和電阻R6的另一端相接，所述電阻R3的另一端為第一電壓擴(kuò)展 電路的負(fù)極電壓輸入端vi-且與直流電壓輸入電路的負(fù)極電壓輸出端相接，所述電阻 Rs的 另一端為第一電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸出端。
[0007]上述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路 由三極管Qi+1以及電阻和R3(i+i>+3組成，所述電阻R(3i+i)+2的一端為第i個(gè)第 二電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸入端，所述電阻 R(3i+i)+2的另一端與三極管Qi+i的基極和電阻 一^相接，所述三極管Qi+1的集電極與電阻 R3(i+i)+i的一端相接，所述電阻R3(i+i)+i 的另一端為第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路的正極電壓輸出端v〇+，所述三極管Qi+i的發(fā)射極為第 1個(gè)第一電壓擴(kuò)展電路的負(fù)極電壓輸入端，所述電阻 R3(i+i)+3的另一端為第i個(gè)第二電壓擴(kuò) 展電路的負(fù)極電壓輸出端Vo-;其中，i的取值為1?η的自然數(shù)。
[0008]本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡單、能夠大大簡化開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電 路的電路結(jié)構(gòu)、且能夠低成本地解決拓寬開關(guān)電源輸入電壓范圍的問題的開關(guān)電源輸入電 壓范圍拓展電路的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0009]步驟一、確定輸入電壓的最小值ViDlin和輸入電壓的最大值vimax ;
[0010] 一步驟二、選擇合適參數(shù)的電阻Ri、電阻民、電阻馬、電阻&、電阻馬和電阻馬，并連 接所述三極管化以及電阻&、電阻R2、電阻r3、電阻r4、電阻 Rs和電阻&，組成第一電壓擴(kuò) 展電路；具體過程如下：
[0_頻201、槪公式選取幢R3的阻值，其中U開關(guān)電源芯 I *：1 片的欠壓保護(hù)電壓，VOTax為開關(guān)電源芯片的過壓保護(hù)幢，L為輸入電壓為最小值V時(shí) 流過電阻R2和電阻r3的電流； lmm 0 5 _2]步驟2〇2、棚公式選取幢R6的阻值，其中， l2為輸入電壓為最小值 時(shí)流過電阻R5和電阻r6的電流； =0=]步驟2〇3、根據(jù)公式L (K+jg = L取+jg = L確定電阻馬和電阻化的醜關(guān) 系，并根據(jù)胃電阻r3和幢Rs的雖級別選取帷R2的阻值和電阻Rs的醜，其中兒為輸 入電壓為最小值νωη時(shí)電阻R2和電阻r3所在支路以及電阻心和電阻馬所在支路的并聯(lián) 電壓；
[剩步驟綱、棚公式^ 確定幢&的最小隱I; 步驟娜、麵公式馳帷R4_值，其中， 工3為輸入電壓為最大值Viraax時(shí)流過電阻r2和電阻r3的電流； _6]步驟2〇6、、根據(jù)公式1 = 與⑷：與確定電流^和電 軸阻R4瓶的等效帆14為輸人植為最大值V*時(shí)流過電 阻5牙電阻Rs的電流，υ?為知入電壓為最大值\瞧時(shí)電阻心和電阻心所在支路以及電 阻R5和電阻R6所在支路的并聯(lián)電壓；
[0017]步驟2〇7、根據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 一種開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：包括接在直流電壓輸入電路 (1)與開關(guān)電源芯片（4)之間的第一電壓擴(kuò)展電路（2)，所述直流電壓輸入電路（1)為交直 流轉(zhuǎn)換電路或直流電壓源，所述開關(guān)電源芯片（4)上帶有過壓及欠壓保護(hù)端，第一電壓擴(kuò) 展電路（2)的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片（4)的過壓及欠壓保護(hù)端相接，第一電壓擴(kuò) 展電路⑵的負(fù)極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片⑷的接地端相接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：包括接在第 一電壓擴(kuò)展電路⑵與開關(guān)電源芯片⑷之間的η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)，首個(gè)第二電壓 擴(kuò)展電路（3)的正極電壓輸入端與第一電壓擴(kuò)展電路（2)的正極電壓輸出端相接，首個(gè)第 二電壓擴(kuò)展電路⑶的負(fù)極電壓輸入端與第一電壓擴(kuò)展電路⑵的負(fù)極電壓輸出端相接， 相鄰的兩個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)中后一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的正極電壓輸入端與前 一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的正極電壓輸出端相接，相鄰的兩個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)中 后一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的負(fù)極電壓輸入端與前一個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的負(fù)極電 壓輸出端相接，末個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片（4)的過壓 及欠壓保護(hù)端相接，末個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的負(fù)極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片（4)的 接地端相接；其中，η的取值為自然數(shù)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：所述第一電 壓擴(kuò)展電路（2)由三極管仏以及電阻1?1、1? 2、1?3、1?4、1?5和1?6組成，所述電阻1? 1的一端為第一 電壓擴(kuò)展電路（2)的正極電壓輸入端Vi+且與直流電壓輸入電路（1)的正極電壓輸出端相 接，所述電阻&的另一端與電阻馬的一端和電阻R 5的一端相接且為第一電壓擴(kuò)展電路（2) 的正極電壓輸出端，所述電阻R2的另一端與電阻馬的一端和電阻R 4的一端相接，所述電阻 R5的另一端與三極管％的基極和電阻R6的一端相接，所述電阻R4的另一端與三極管％的 集電極相接，所述電阻R 3的另一端與三極管％的發(fā)射極和電阻&的另一端相接，所述電阻 馬的另一端為第一電壓擴(kuò)展電路（2)的負(fù)極電壓輸入端Vi-且與直流電壓輸入電路（1)的 負(fù)極電壓輸出端相接，所述電阻&的另一端為第一電壓擴(kuò)展電路（2)的負(fù)極電壓輸出端。
4. 按照權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路，其特征在于：第i個(gè)第二 電壓擴(kuò)展電路（3)由三極管Qi+1以及電阻R 3(i+1)+1、 R(3i+l)+2 矛口 R3(i+l)+3 組成，所述電阻 R(3i+l)+2 的一端為第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的正極電壓輸入端，所述電阻R(3i+1)+2的另一端與三 極管Qi+1的基極和電阻R3(i+1)+3的一端相接，所述三極管Qi+1的集電極與電阻R 3(i+1)+1的一端 相接，所述電阻R3(i+1)+1的另一端為第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路⑶的正極電壓輸出端V〇+，所 述三極管Q i+1的發(fā)射極為第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的負(fù)極電壓輸入端，所述電阻R3(i+1)+3 的另一端為第i個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的負(fù)極電壓輸出端Vo-;其中，i的取值為1?η 的自然數(shù)。
5. -種設(shè)計(jì)如權(quán)利要求4所述開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的方法，其特征在于該 方法包括以下步驟： 步驟一、確定輸入電壓的最小值ViDlin和輸入電壓的最大值Viniax ; 步驟二、選擇合適參數(shù)的電阻&、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R 5和電阻R6，并連接所 述三極管％以及電阻心、電阻馬、電阻馬、電阻&、電阻和電阻Re，組成第一電壓擴(kuò)展電 路（2);具體過程如下： 步驟201、根據(jù)公式
選取電阻馬的阻值，其中，V?in為開關(guān)電源芯片 ⑷的欠壓保護(hù)電壓，為開關(guān)電源芯片⑷的過壓保護(hù)電壓，Ii為輸入電壓為最小值 Vimin時(shí)流過電阻R2和電阻R3的電流； 步驟202、根據(jù)公式
選取電阻&的阻值，其中，12為輸入電壓為最小值V imin時(shí)流 過電阻R5和電阻&的電流； 步驟203、根據(jù)公式L (R2+R3) = I2 (R5+R6) = Uxl確定電阻R2和電阻R5的阻值關(guān)系，并 根據(jù)電阻R3和電阻R6的阻值級別選取電阻R2的阻值和電阻R5的阻值，其中，U xl為輸入電 壓為最小值Vimin時(shí)電阻R2和電阻R3所在支路以及電阻R 5和電阻R6所在支路的并聯(lián)電壓； 步驟204、根據(jù)公式
·確定電阻&的最小阻值Rlmin ; 步驟205、根據(jù)公式
_選取電阻R4的阻值，其中，13為 輸入電壓為最大值Vimax時(shí)流過電阻R2和電阻R3的電流； 步驟206、、根據(jù)公式
I3(R2+RJ = I4(R5+R6) = Ux2確定電流14和電壓Ux2， 其中，Rm為電阻R3和電阻R4并聯(lián)的等效電阻，14為輸入電壓為最大值V imax時(shí)流過電阻R5和 電阻R6的電流，Ux2為輸入電壓為最大值Vimax時(shí)電阻R2和電阻R 3所在支路以及電阻R5和 電阻&所在支路的并聯(lián)電壓； 步驟207、根據(jù)公式
-確定電阻札的最大阻值Rlmax，并根據(jù)公式 Rlmin彡札彡Rlmax選取電阻札的阻值； 步驟208、將電阻&的一端與直流電壓輸入電路（1)的正極電壓輸出端相接，將電阻札 的另一端與電阻馬的一端和電阻r5的一端相接，將電阻馬的另一端與電阻&的一端和電 阻R4的一端相接，將電阻R 5的另一端與三極管Qi的基極和電阻R6的一端相接，將電阻R4 的另一端與三極管％的集電極相接，將電阻R3的另一端與三極管Qi的發(fā)射極和電阻R6的 另一端相接，將電阻馬的另一端為與直流電壓輸入電路（1)的負(fù)極電壓輸出端相接； 步驟三、根據(jù)公式
）十算第一電壓擴(kuò)展電路（2)的實(shí)際 輸入電壓最小值和實(shí)際輸入電壓最大值^_，并判斷是否有^? ^_且巧_ #_， 當(dāng)且6_^_時(shí)，結(jié)束所述開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的設(shè)計(jì)；否 貝1J，執(zhí)行步驟四；其中，電阻Ru的阻值為
電阻V。的阻值為
步驟四、取η = 1，根據(jù)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的元器件參數(shù)選擇方法選擇構(gòu)成第η個(gè) 第二電壓擴(kuò)展電路（3)的元器件，連接各個(gè)元器件組成第二電壓擴(kuò)展電路（3)，并將第η個(gè) 第二電壓擴(kuò)展電路⑶接在第一電壓擴(kuò)展電路⑵與開關(guān)電源芯片⑷之間；其中，第i個(gè) 第二電壓擴(kuò)展電路（3)的元器件參數(shù)選擇方法為： 步驟I、根據(jù)公式R3(i+1)+1 = a%選取電阻R3(i+1)+1的阻值，其中，a的取值為2?3的實(shí) 數(shù)； 步驟II、根據(jù)公式 R(3i+l)+2 =R5選取電阻 R(3i+l)+2 的阻值； 步驟III、根據(jù)公式
R6選取電阻R3(i+1)+3的阻值，其中，b的取值為2?3的 實(shí)數(shù)； 其中，η為第二電壓擴(kuò)展電路（3)的個(gè)數(shù)且η的取值為自然數(shù)，i的取值為0?η的自 然數(shù)； 步驟五、根據(jù)公式
計(jì)算由第一電壓擴(kuò)展電路（2) 和η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)構(gòu)成的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的實(shí)際輸入電壓最小 值^：?和實(shí)際輸入電壓最大值匕《，并判斷是否有且，當(dāng)I? ?時(shí)，結(jié)束所述開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的設(shè)計(jì)；否則，執(zhí)行步驟六；其 中，電阻RUn+1)的阻值為
j的取值為〇?n+1的自然數(shù)；電阻 R' Un+1)的阻值為!
i的取值為 1?n+1的自然數(shù)；電阻RM(n+1)的阻值為Λ"_:ι
i的取值為1? n+1的自然數(shù)； 步驟六、將η的取值增1，根據(jù)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的元器件參數(shù)選擇方法選擇構(gòu) 成第η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)的元器件，連接各個(gè)元器件組成第η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路 (3)，并將第η個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)接在第η-I個(gè)第二電壓擴(kuò)展電路（3)與開關(guān)電源芯 片（4)之間；返回步驟五。
【文檔編號】H02H7/12GK104300503SQ201410587235
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】劉樹林, 付垚, 張法旺, 韓躍云, 劉錦濤, 張靜鵬, 鄧興旺 申請人:西安科技大學(xué)