一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，包括：順序連接的電源啟動電路、鉗位電路、開關變壓器、恒功率電路和恒壓控制電路，電源啟動電路與開關變壓器、恒壓控制電路連接。本發(fā)明可以用較低的成本，實現(xiàn)超寬輸入電壓并可以做為中等功率直流電機的驅動電源，電源效率高達85%以上，輸入電壓范圍廣，最大輸出功率可達240W。
【專利說明】一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關電源，具體地說是一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源電路。

【背景技術】
[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)廣泛使用的開關電源，一般的反激式開關電源變換器輸入電壓范圍只能滿足于1:3的關系，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)有技術條件下產(chǎn)品輸入電壓如有大的變化，產(chǎn)品所用的開關電源則必須重新設計，這將使產(chǎn)品設計和管理成本增加。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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明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電源電路。
[0004]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:
[0005]一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，包括:順序連接的電源啟動電路、鉗位電路、開關變壓器、恒功率電路和恒壓控制電路，電源啟動電路與開關變壓器、恒壓控制電路連接。
[0006]所述電源啟動電路采用開關電源芯片；開關電源芯片的參考輸入端通過電阻與直流電源連接，開關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電阻和二極管；直流電源與開關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；開關變壓器的初級繞組另一端還與開關管Ql的D極連接，Ql的S極與電源啟動電路的開關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)電路與開關電源芯片驅動輸出端連接。
[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的中間結點作為地端，開關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，陰極與分流基準源IC3的陰極連接，分流基準源的陽極接地，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]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0011]1.本發(fā)明可以用較低的成本，實現(xiàn)超寬輸入電壓并可以做為中等功率直流電機的驅動電源，電源效率高達85%以上。
[0012]2.本發(fā)明輸入電壓范圍為70-320VAC，最大輸出功率可達240W;能夠適應世界各地電網(wǎng)的使用需求。
[0013]3.本發(fā)明的電源啟動電路能夠滿足輸入電壓寬范圍的要求，進而達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是本發(fā)明的硬件結構圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的電源啟動電路圖；
[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是本發(fā)明的開關電源電路圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明包括順序連接的電源啟動電路1、鉗位電路2、開關變壓器3、恒功率電路4和恒壓控制電路5，其中電源啟動電路I與開關變壓器3、恒壓控制電路5連接。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明采用國產(chǎn)開關電源芯片CR6842，該IC集成電路具有優(yōu)化的圖騰柱驅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、過流保護、過功率保護、過壓保護電路。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載時讓CR6842工作在PWM模式，當負載減小時，開關電源芯片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，電源啟動電路工作為低功耗綠色模式，因直流電機驅動負載經(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功耗。
[0024]實現(xiàn)超寬電壓輸入的開關電源電路，必需有帶有欠壓鎖定和OCP補償?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行改進的電源啟動電路，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補償)。使電源在寬電壓工作下有一定的OCP補償功能。
[0025]電源啟動電路I的工作原理如下:當電源上電開機時,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，當電壓上升到16.5V時即達到芯片的啟動電壓VTH (on)(典型值16.5V)時，芯片才被激活并驅動整個電源系統(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腳實現(xiàn)寬電壓下的OCP補償。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端口電壓達到芯片的啟動電壓VTH(on)(典型值16.5V)時芯片才被激活并驅動整個電源系統(tǒng)正常工作。
[0026]如圖3所示，復合吸收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。對于反激型開關電源，由于開關電源漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激式開關電源在開關管Ql關斷瞬間會產(chǎn)生很大的尖峰電壓?；陔姶鸥袘?，存儲在稱合電感器Ul上的電磁能量被次級負載電路吸收外，僅在斷開點(電子開關管Ql上)存在由漏感所產(chǎn)生的磁能，激起高電壓，足以擊穿電子開關管Q1，嚴重威脅著電源的正常工作。為此必須采取措施對其進行抑制，目前，有很多方法可以實現(xiàn)這個目的。RCD箝位法結構簡單，因制作成本低而得到廣泛的應用。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)生的能量進行吸收，正是這個原因導致150W以上的單端反激式開關電源設計困難，而本發(fā)明開關電源輸出功率最大要到240W，所以必須使用本發(fā)明中的復合吸收RCD箝位電路才能穩(wěn)定可靠的工作。
[0027]復合吸收RCD箝位電路工作原理如下:當開關管(場效應管11N80) Ql導通時，會在開關變壓器Tl初級繞組兩端之間存儲能量，當開關管Ql關閉，初級繞組儲存的能量將轉移到次級繞組輸出，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管Ql關斷的瞬間，由C4，R1, R9, C5, R13, R12組成的電路吸收，瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)D2負責箝位少量沒被C4，R1, R9, C5, R13, R12吸收的尖峰電壓，使開關管更加安全,此電路相對傳統(tǒng)的復合吸收RCD箝位電路來說，其可吸收的能量更大，適合負載更大，范圍更可變，可靠性更高。
[0028]如圖6所示，本開關電源電路還有兩個控制環(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，電動機啟動電流較大，這時如果不對電源輸出電流加以限制，電源很容易進入過流保護狀態(tài)，在這種情況下必須對電源輸出電流進行限制使其在電機啟動時電源進入恒功率狀態(tài)，即電機啟動時電流超過電源輸出最大電流時，開關電源電壓下降，電源進入恒功率狀態(tài)，直到電機啟動完成，電源再次進入恒壓狀態(tài)。
[0029]如圖4a、圖4b所示恒功率電路，由電源轉換芯片(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，其作用是當輸出電流超過電源輸出最大值時令開關電源進入恒功率范圍內(nèi)，以便電機順利啟動，不出現(xiàn)電機啟動電流保護的問題。
[0030]如圖5所示，恒壓控制電路由光耦IC2、電阻R17、R18、分流基準源(型號為TL431A)IC3、R20、C9、R22、R23、R24構成，其作用是當輸出電流在電源額定電流輸出范圍內(nèi)，令開關電源工作在恒壓范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，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)與開關變壓器(3)、恒壓控制電路(5)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，其特征在于:所述電源啟動電路(I)采用開關電源芯片；開關電源芯片的參考輸入端通過電阻與直流電源連接，開關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)權利要求1所述的一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，其特征在于:所述鉗位電路(2)包括多個電阻和二極管；直流電源與開關變壓器(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；開關變壓器(3)的初級繞組另一端還與開關管Ql的D極連接，Ql的S極與電源啟動電路(I)的開關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)電路與開關電源芯片驅動輸出端連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，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的中間結點作為地端，開關變壓器(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，與電機連接；次級繞組的兩端間連有電容C6。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于直流電機驅動的寬輸入電壓反激式開關電源，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，陰極與分流基準源IC3的陰極連接，分流基準源的陽極接地，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】H02M1/36GK104426377SQ201310398334
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權日:2013年9月3日
【發(fā)明者】柳長慶, 柳永詮, 鄭學凱, 崔彥身, 馮軼君, 崔文華 申請人:聚龍股份有限公司