一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它由過流保護(hù)電路、電源線濾波電路、整流電路、過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路、限壓斬波電路、導(dǎo)流及反向阻斷電路、濾波儲(chǔ)能電路組成；所述電源線濾波電路的前端接有過流保護(hù)電路，電源線濾波電路的后端與整流電路的前端連接，整流電路的后端分別接有過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路以及限壓斬波電路，過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路的后端接到限壓斬波電路的控制端，限壓斬波電路的后端接有導(dǎo)流及反向阻斷電路，導(dǎo)流及反向阻斷電路的后端接有濾波儲(chǔ)能電路；它具有性能穩(wěn)定可靠、器件通用、成本低廉、自身功耗很低，并使得整個(gè)電源系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定可靠、更加通用。
【專利說明】
一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]輸出功率在5瓦及以下的小功率開關(guān)電源具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、輸入電壓寬、效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)儀器儀表及小家電上均得到了廣泛的應(yīng)用，但作為工業(yè)儀表的電源，它還存在以下問題:
[0003]此類小功率開關(guān)電源的電路一般都做成單端反激的形式，目前市場(chǎng)上有大量的成熟的單端反激式單片集成電路可供選擇，受限于集成電路工藝及成本，一般此類電路的輸入電壓范圍限定在AC85至AC265V之間。而國(guó)內(nèi)的工業(yè)用交流電的線電壓一般為AC380V。在很多情況下，即使工廠現(xiàn)場(chǎng)能提供220V的電壓，但由于三相負(fù)載的不平衡及動(dòng)力電源零線的高阻抗，工廠現(xiàn)場(chǎng)提供的電壓往往是受到污染且不穩(wěn)定的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成開關(guān)電源的失效或損壞。而國(guó)外有些國(guó)家的動(dòng)力電電壓高至AC440V，而有些地區(qū)的民用電電壓則會(huì)低至AC85V，這對(duì)出口到國(guó)外的工業(yè)儀表類產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)造成了挑戰(zhàn)。
[0004]由于以上原因，在基本不大增加原有成本的前提下，有必要發(fā)明一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，使得當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，電路的降壓功能不啟動(dòng)，當(dāng)輸入電壓超過一定閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)降壓(或穩(wěn)壓)功能，使得儀表電源系統(tǒng)在供電電壓從AC85V至AC440V的范圍內(nèi)均能可靠地工作。且由于整個(gè)裝置工作在開關(guān)狀態(tài)，自身的功耗會(huì)很低。
【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理、使用方便的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它具有性能穩(wěn)定可靠、器件通用、成本低廉、自身功耗很低，并使得整個(gè)電源系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定可靠、更加通用；它既可以完整地融合到小功率開關(guān)電源中，又可以作為小功率開關(guān)電源的前置裝置，使得常規(guī)的小功率開關(guān)電源的供電電壓范圍拓寬至AC8 5 V-AC440V，甚至更寬。
[0006]本實(shí)用新型所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它由過流保護(hù)電路、電源線濾波電路、整流電路、過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路、限壓斬波電路、導(dǎo)流及反向阻斷電路、濾波儲(chǔ)能電路組成;所述電源線濾波電路的前端接有過流保護(hù)電路，電源線濾波電路的后端與整流電路的前端連接，整流電路的后端分別接有過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路以及限壓斬波電路，過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路的后端接到限壓斬波電路的控制端，限壓斬波電路的后端接有導(dǎo)流及反向阻斷電路，導(dǎo)流及反向阻斷電路的后端接有濾波儲(chǔ)能電路。
[0007]所述過流保護(hù)電路由一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲構(gòu)成；
[0008]電源線濾波電路由一個(gè)高壓CBB電容及一個(gè)共模濾波器組成；
[0009]所述整流電路由一個(gè)硅橋構(gòu)成；
[0010]所述過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路由一個(gè)壓敏電阻和一個(gè)觸發(fā)二極管串聯(lián)構(gòu)成；
[0011]所述限壓斬波電路由二個(gè)電阻、一個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管、一個(gè)觸發(fā)二極管、一個(gè)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成；
[0012]所述導(dǎo)流及反向阻斷電路由一個(gè)二極管構(gòu)成；
[0013]所述儲(chǔ)能濾波電路由電解電容構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步地，所述限壓斬波電路(5)中，功率場(chǎng)效應(yīng)管為功率開關(guān)器件。
[0015]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)中，僅使用一個(gè)二級(jí)管作為導(dǎo)流與反向阻斷器件。
[0016]采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型有益效果為:本實(shí)用新型所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它具有性能穩(wěn)定可靠、器件通用、成本低廉、自身功耗很低，并使得整個(gè)電源系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定可靠、更加通用；它既可以完整地融合到小功率開關(guān)電源中，又可以作為小功率開關(guān)電源的前置裝置，使得常規(guī)的小功率開關(guān)電源的供電電壓范圍拓寬至AC85V-AC440V，甚至更寬。
【【附圖說明】】
[0017]此處所說明的附圖是用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0018]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施實(shí)例；
[0020]圖3是本實(shí)用新型簡(jiǎn)化后的一個(gè)具體實(shí)施實(shí)例；
[0021]圖4是作為對(duì)比用的常規(guī)小功率的開關(guān)電源的整流濾波電路；
[0022]附圖1標(biāo)記說明:
[0023]1、過流保護(hù)電路;2、電源線濾波電路;3、整流電路;4、過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路；
5、限壓斬波電路;6、導(dǎo)流及反向阻斷電路;7、濾波儲(chǔ)能電路。
【【具體實(shí)施方式】】
[0024]下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型，其中的示意性實(shí)施例以及說明僅用來解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0025]如圖1所示，本【具體實(shí)施方式】所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它由過流保護(hù)電路1、電源線濾波電路2、整流電路3、過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路4、限壓斬波電路5、導(dǎo)流及反向阻斷電路6、濾波儲(chǔ)能電路7組成;所述電源線濾波電路2的前端接有過流保護(hù)電路I，電源線濾波電路2的后端與整流電路3的前端連接，整流電路3的后端分別接有過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路4以及限壓斬波電路5，過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路4的后端接到限壓斬波電路5的控制端，限壓斬波電路5的后端接有導(dǎo)流及反向阻斷電路6，導(dǎo)流及反向阻斷電路6的后端接有濾波儲(chǔ)能電路7。
[0026]如圖2所示，作為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，其中:
[0027]過流保護(hù)電路I由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl構(gòu)成；
[0028]電源線濾波電路2由高壓CBB電容Cx及共模濾波器LI組成；
[0029]整流電路3由硅橋BR構(gòu)成；
[0030]過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路4由壓敏電阻VDRl和觸發(fā)二極管Q2串聯(lián)組成；
[0031]限壓斬波電路5由電阻R1、功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、觸發(fā)二極管Q3、穩(wěn)壓二極管D2、電阻R2構(gòu)成;功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql為功率開關(guān)器件。
[0032]導(dǎo)流及反向阻斷電路6由二極管Dl構(gòu)成；且僅使用一個(gè)二級(jí)管Dl作為導(dǎo)流與反向阻斷器件。
[0033]儲(chǔ)能濾波電路7由電解電容Cl構(gòu)成。
[0034]在上述的圖2的實(shí)施例中，硅橋BR選用MBlOS，壓敏電阻VDRl選用10D201，觸發(fā)二極管Q2選用DBlO，電阻Rl選用300k，功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql選用2N80，觸發(fā)二極管Q3選用DB3，穩(wěn)壓二極管D2選用ZMM12，二極管Dl選用1N4007，電解電容Cl選用10uF/400V。
[0035]如圖3所示，該具體實(shí)施方案是本實(shí)用新型簡(jiǎn)化后的一個(gè)具體實(shí)例。與圖2相比少了觸發(fā)二極管Q3，器件更少，成本更低，且性能與圖2相近，因此更加實(shí)用。
[0036]如圖4所示，圖4是作為對(duì)比用的常規(guī)小功率的開關(guān)電源的整流濾波電路。通過對(duì)比可知，相比于原小功率的開關(guān)電源的整流濾波電路，本一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，僅比原整流濾波裝置電路多了 7個(gè)元器件。按當(dāng)今市價(jià)選用國(guó)產(chǎn)器件，成本增加在1-2元之間，甚至更少，但把輸入電壓范圍拓寬至AC85V-AC440V。
[0037]本實(shí)用新型工作原理如下:
[0038]本實(shí)用新型中，利用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl作為過流保護(hù)器件，高壓CBB的X電容Cx及共模濾波器LI組成電源線濾波器，硅橋BR作為全波整流器件，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、限流電阻Rl和觸發(fā)二級(jí)管Q3、穩(wěn)壓管D2和電阻R2組成限壓斬波電路，壓敏電阻VDRl與觸發(fā)二極管Q2的串聯(lián)作為過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路，二極管Dl作為導(dǎo)流及反向阻斷器件，電解電容Cl作為儲(chǔ)能器件。
[0039]正弦交流電源經(jīng)過自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl限流，經(jīng)過電容Cx及共模濾波器LI濾波后，再通過硅橋BR整流，變成脈動(dòng)直流電;在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，脈動(dòng)直流電的瞬時(shí)電壓小于儲(chǔ)能電容Cl的正端電壓與觸發(fā)二極管Q3的轉(zhuǎn)折電壓之和(此電壓在后續(xù)說明中用Vr表示)時(shí)，由于場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵源間短接著電阻，場(chǎng)效應(yīng)管Ql處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)脈動(dòng)電壓按正弦規(guī)律逐漸升高，當(dāng)它的電壓大于Vr時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極上的觸發(fā)二極管Q3導(dǎo)通，觸發(fā)二極管Q3上的壓降接近于0，場(chǎng)效應(yīng)管Ql瞬時(shí)飽和導(dǎo)通，電流從場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極流向源極，并經(jīng)過導(dǎo)流及反向阻斷二極管Dl，輸送到儲(chǔ)能電容Cl上;若脈動(dòng)直流電的電壓峰值小于壓敏電壓VDRl與之串聯(lián)的觸發(fā)二極管Q2的轉(zhuǎn)折電壓之和(此電壓在后續(xù)說明中以Vz表示)時(shí)，開關(guān)降壓電路是不工作的；若脈動(dòng)直流電的峰值電壓大于Vz，則隨著脈動(dòng)直流電電壓按正弦規(guī)律繼續(xù)上升，則與壓敏電阻VDRl串聯(lián)的觸發(fā)二極管Q2導(dǎo)通，Vz瞬時(shí)下降，此時(shí)Vz的值約等于壓敏電阻VDRl的壓敏電壓，儲(chǔ)能電容Cl正端上的電壓大于Vz，導(dǎo)流及反向阻斷二極管Dl反向截止，場(chǎng)效應(yīng)管Ql截止，且此時(shí)Ql柵源間的反向電壓不會(huì)超過柵源間的穩(wěn)壓二極管D2的正向壓降;對(duì)于儀表用小功率開關(guān)電源，在這個(gè)電壓的脈動(dòng)周期內(nèi)(即正弦半波周期內(nèi))，儲(chǔ)能電容Cl的充電過程已結(jié)束，即在此后，在此周期內(nèi)，儲(chǔ)能電容Cl正端的電壓一直大于場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極電壓，場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)一直處于截止?fàn)顟B(tài);若不能滿足這個(gè)要求，則說明儲(chǔ)能電容Cl容量太小或其它元器件選型不合適，或者是電源剛合閘瞬間，否則單片開關(guān)電源芯片由于儲(chǔ)能電容上的電壓變化太大也是很難正常工作的。當(dāng)電壓按正弦規(guī)律減小時(shí)，整個(gè)電路又恢復(fù)到初態(tài)。在正常工作時(shí)，串聯(lián)在場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極上的觸發(fā)二極管Q3對(duì)整個(gè)電路的功耗影響不大，即使短接此器件，場(chǎng)效應(yīng)管Ql的開關(guān)速度仍是夠快的，它僅僅是在電源合閘瞬間的最初幾個(gè)充放電周期起較大作用，實(shí)踐證明實(shí)際上是可以省略的。
[0040]相比于常規(guī)的小功率開關(guān)電源的整流濾波電路，本實(shí)用新型只增加了二個(gè)電阻，一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，一個(gè)觸發(fā)二極管，一個(gè)壓敏電阻、一個(gè)二極管，一個(gè)穩(wěn)壓二極管共七個(gè)器件，而電路中的其它器件在一般的小功率開關(guān)電源中也需用到。
[0041]本實(shí)用新型的關(guān)鍵之處之一:在于使用高壓場(chǎng)效應(yīng)管作為功率開關(guān)器件。由于場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓驅(qū)動(dòng)器件，它的驅(qū)動(dòng)能量大大小于雙極型三極管，而它的開關(guān)可靠性又大大高于可控硅，開通內(nèi)阻又極低，使得整個(gè)裝置的功耗很低。
[0042]本實(shí)用新型的關(guān)鍵之處之二:在于使用壓敏電阻與觸發(fā)二極管的串聯(lián)作為過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路，使得負(fù)阻特性有一個(gè)合理的電壓滯環(huán)。這個(gè)滯環(huán)使得當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率場(chǎng)效應(yīng)管無開關(guān)損耗；當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，斬波電路才會(huì)進(jìn)行限壓斬波，引起少量的開關(guān)損耗。
[0043]本實(shí)用新型的關(guān)鍵之處之三:在于經(jīng)過限壓斬波后的脈動(dòng)直流電通過一個(gè)二極管導(dǎo)流到儲(chǔ)能電容上。這個(gè)二極管不但起到了電流導(dǎo)向作用，又承擔(dān)了本來會(huì)加在場(chǎng)效應(yīng)管上的反向電壓，又隔離了脈動(dòng)直流電與儲(chǔ)能電容，使得斬波及過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路能及時(shí)復(fù)位。
[0044]本實(shí)用新型所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，它具有性能穩(wěn)定可靠、器件通用、成本低廉、自身功耗很低，并使得整個(gè)電源系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定可靠、更加通用；它既可以完整地融合到小功率開關(guān)電源中，又可以作為小功率開關(guān)電源的前置裝置，使得常規(guī)的小功率開關(guān)電源的供電電壓范圍拓寬至AC85V-AC440V，甚至更寬。
[0045]以上所述僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，故凡依本實(shí)用新型專利申請(qǐng)范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本實(shí)用新型專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，其特征在于:它由過流保護(hù)電路(I)、電源線濾波電路(2)、整流電路(3)、過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路(4)、限壓斬波電路(5)、導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)、濾波儲(chǔ)能電路(7)組成;所述電源線濾波電路(2)的前端接有過流保護(hù)電路(I)，電源線濾波電路(2)的后端與整流電路(3)的前端連接，整流電路(3)的后端分別接有過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路(4)以及限壓斬波電路(5)，過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路(4)的后端接到限壓斬波電路(5)的控制端，限壓斬波電路(5)的后端接有導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)，導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)的后端接有濾波儲(chǔ)能電路(7);所述過流保護(hù)電路(I)由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲構(gòu)成；電源線濾波電路(2)由高壓CBB電容及共模濾波器組成;所述整流電路(3)由硅橋構(gòu)成；所述過壓檢測(cè)及負(fù)阻發(fā)生電路(4)由壓敏電阻和觸發(fā)二極管串聯(lián)組成;限壓斬波電路(5)由電阻、功率場(chǎng)效應(yīng)管、觸發(fā)二極管、穩(wěn)壓二極管、電阻構(gòu)成;所述導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)由二極管構(gòu)成;所述儲(chǔ)能濾波電路(7)由電解電容構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，其特征在于:所述限壓斬波電路(5)中，使用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為功率開關(guān)器件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于拓寬小功率開關(guān)電源輸入電壓范圍的電源裝置，其特征在于:所述導(dǎo)流及反向阻斷電路(6)中，僅使用一個(gè)二級(jí)管作為導(dǎo)流與反向阻斷器件。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK205647280SQ201620105199
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日
【發(fā)明人】李森達(dá), 王朝捷
【申請(qǐng)人】余姚市新竹智控技術(shù)有限公司