一種直接濾波式開關電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及開關電源領域，特別涉及高可靠性的交流或直流變換為直流的開關電源。
【背景技術】
[0002]目前，開關電源應用很廣，對于輸入功率在75W以下，對功率因數(shù)(PF，PowerFactor，也稱功率因素)不作要求的場合，反激式(Fly-back)開關電源具有迷人的優(yōu)勢:電路拓撲簡單，輸入電壓范圍寬。由于元件少，電路的可靠性相對就高，所以應用很廣。為了方便，很多文獻也稱為反激開關電源、反激電源，日本和臺灣地區(qū)又稱返馳式變換器。常見的拓撲如圖1所示，該圖原型來自張興柱博士所著的書號為ISBN978-7-5083-9015-4的《開關電源功率變換器拓撲與設計》第60頁，該書在本文中簡稱為:參考文獻1。由整流橋101、濾波電路200、以及基本反激拓撲單元電路300組成，300也簡稱為主功率級，實用的電路在整流橋前還加有壓敏電阻、NTC熱敏電阻、EMI (Electromagnetic Interference)等保護電路，以確保反激電源的電磁兼容性達到使用要求。
[0003]整流橋101—般由四個整流二極管組成，申請?zhí)?01210056555.9的授權發(fā)明說明書中的圖4-1、圖4-2、圖4-3給出了整流橋的幾種公知畫法;濾波電路200—般由電解CL構成，為了EMI性能更出色，一般在電解CL兩端還會并聯(lián)一個高頻特性好的高壓小容量電容；主功率級300包括很多器件，這里只列出功率變壓器B，主功率開關管V，一般為M0S管，輸出整流二極管D，輸出濾波電容C，反激拓撲中的功率變壓器B事實上是儲能電感，主功率級300其實還包括很多電路，如用于吸收M0S管反峰電壓的DCR電路，PWM控制電路，光耦反饋電路，甚至有源鉗位電路，其主拓撲不局限限于反激電路，可以是雙管反激電路、半橋變換器等。
[0004]隨著直流供電的興起，如太陽能、風力發(fā)電設備普及，高壓直流供電也開始普及，也出現(xiàn)了采用反激電源作為系統(tǒng)的待機電源等，圖1的基本拓撲中，去了整流橋101，即可實現(xiàn)直流供電，也有人喜歡直接從整流橋101的前端采用直流供電，這樣效率略低，但可實現(xiàn)交直流兩用，且不用區(qū)分直流供電時的正負極。
[0005]國內很多廠家并沒有認真執(zhí)行國家標準，一些輸入功率超過75W的應用領域，如臺式電腦的供電電源，功率為150W以上，也是采用類似圖1的拓撲，主功率級300多采用雙管正激，雙管正激為業(yè)界通俗說法，實際上為半橋變換器;整流橋101中甚至沒有串入功率因數(shù)校正電感，即整流濾波后，給半橋變換器供電。
[0006]整流橋101中串入功率因數(shù)校正電感，仍屬無源濾波式功率因數(shù)校正，不是有源功率因數(shù)校正。我們把整流后濾波的開關電源，以及整流橋串入功率因數(shù)校正電感，再濾波的開關電源都定義為:直接濾波式開關電源。
[0007]濾波電路200—般由電解電容CL構成，為了方便，“電解電容”以下都簡稱為“電解”。隨著工業(yè)領域中智能化系統(tǒng)的推廣，使用電解的開關電源的不足之處也隨之體現(xiàn)出來，因為使用了電解CL，而該電解的特性也因此限制了開關電源的用途，電解電容在高溫和低溫下的壽命一直是業(yè)界難題，眾所周知，電容CL經(jīng)常為400V耐壓的電解電容，而耐壓大于250V的電解電容，其低溫一般只能工作到-25°C。即在_40°C的環(huán)境下，如東北三省、新彊、以及高瑋度的國家與地區(qū)，開關電源的使用變得棘手，當然，可以使用如CBB薄膜電容來濾波，但體積過大，且成本過高。
[0008]電解電容單位體積的電容量非常大，所以在包括反激電源的開關電源中，特別是交流輸入的領域，目前仍是低成本的解決方案，在各種電源中應用極多，如各種手機充電器、筆記本電腦適配器、各種彩電的電源、臺式電腦電源、空調的待機電源等，都要用到開關電源，同時也使用了電解電容。
[0009]設計一臺開關電源時，經(jīng)常面臨電解CL的壽命問題，在實際使用中，很多開關電源達不到使用壽命，其主因就是濾波用的電解提前失效。很多要求較高的場合，采用了冗余設計，使用兩個開關電源互為備份，壞了一個，還可以正常工作。成本較高，且仍然不知道其中開關電源是什么時間失效，也不方便準備備品。
[0010]常見的非冗余設計場合，一旦開關電源失效，將會引起很多連帶失效，從而使得損失被擴大，據(jù)統(tǒng)計，合格設計的開關電源發(fā)生失效，97%以上由濾波的電解電容先行失效引起的。
[0011]現(xiàn)有的使用電解電容的開關電源，尚不能對電解電容的失效進行有效的預先告知。

【發(fā)明內容】

[0012]有鑒于此，本發(fā)明要解決現(xiàn)有的使用電解電容濾波的直接濾波式開關電源存在的不足，提供一種直接濾波式開關電源，在濾波電解電容完全失效如，提供指不，實現(xiàn)在開關電源完全失效前的預先告知。
[0013]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種直接濾波式開關電源，用于包括脈動直流電的直流輸入，包括濾波電路，主功率級，還包括一個具有兩個端子的指示電路，直流輸入經(jīng)指不電路連接濾波電路，濾波電路和主功率級并聯(lián)，其特征是:指不電路由具有單向導電性能的發(fā)光單元和第一電感并聯(lián)組成，且確保所述的直流輸入通過所述的第一電感的電流方向與所述的發(fā)光單元的導通方向相反。
[0014]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，還包括整流橋，其特征是:濾波電路至少包括一只電解電容；
[0015]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，還包括整流橋，其特征是:第一電感為提高功率因數(shù)的濾波電感；
[0016]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為發(fā)光二極管；
[0017]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個發(fā)光二極管和一個二極管同向串聯(lián)；
[0018]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個發(fā)光二極管、一個二極管、和第一電阻同向串聯(lián)；
[0019]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:所述的發(fā)光單元包括一個發(fā)光二極管、一個二極管、第一電阻，還包括第一電容，其連接關系為:發(fā)光二極管和電阻串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡再與二極管同向串聯(lián)，并形成發(fā)光單元；
[0020]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案還包括第二電阻，所述的發(fā)光二極管兩端并聯(lián)第二電阻；
[0021]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案所有方案中，還包括第二電容，第二電容與所述的直流電源并聯(lián)。
[0022]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案中，所述的發(fā)光二極管為光耦中的發(fā)光器，即光耦中的發(fā)光二極管。
[0023]本發(fā)明還提供另外一種直接濾波式開關電源，實現(xiàn)了指示電路的隔離功能，所述的指示電路包括第一端子、第二端子、第一變壓器和第一發(fā)光二極管，第一變壓器至少包括一個原邊繞組和一個副邊繞組，第一發(fā)光二極管和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第一發(fā)光二極管的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對應的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子，且確保所述的直流輸入的電流通過所述的第一端子流入，經(jīng)過原邊繞組后從第二端子流出。
[0024]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的一種直接濾波式開關電源，還包括第一二極管，其連接關系為:第一二極管和第一發(fā)光二極管同向串聯(lián)并形成第一網(wǎng)絡，第一網(wǎng)絡和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第一網(wǎng)絡的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對應的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0025]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的一種指直接濾波式開關電源，還包括第一電阻，其連接關系為:第一二極管、第一發(fā)光二極管和第一電阻同向串聯(lián)并形成第二網(wǎng)絡，第二網(wǎng)絡和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第二網(wǎng)絡的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對應的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0026]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的一種直接濾波式開關電源，還包括第一電容，其連接關系為:
[0027]第一發(fā)光二極管和第一電阻串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡再與第一二極管同向串聯(lián)，并形成第四網(wǎng)絡，第四網(wǎng)絡和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第四網(wǎng)絡的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對應的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0028]工作原理將結合實施例，進行詳細的闡述。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:
[0030]成本極低，增設的指示電路損耗低，對原變換器的效率幾乎沒有影響，接線簡單、體積小、使用方便;另外，還具有現(xiàn)有技術沒有的優(yōu)點:當電解電容失效前，該指示燈發(fā)光二極管發(fā)光或光耦中的發(fā)光二極管有電流流過，光耦輸出一個隔離的信號以提示使用者或電路。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為現(xiàn)有的反激式開關電源用于交流變直流的原理圖；
[0032]圖2為本發(fā)明第一實施例的直接濾波式開關電源的原理圖；
[0033]圖3為第一實施例中UDC直流輸入對電解電容產生的充電電流的路徑示意圖；
[0034]圖4為第一實施例中主功率級開關管驅動電壓與激磁電流