專利名稱：具有寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源。
對(duì)數(shù)字電表使用的微處理器需要穩(wěn)定的低壓直流電才能正常工作，電源將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成微處理器需要的低壓直流電?，F(xiàn)有的電能表用開關(guān)電源，輸入電壓范圍較窄，不能適應(yīng)輸入電壓30V-550V的變化，電磁兼容性不理想。
在專利號(hào)為US5621629，名稱為《Switching power supply for use in anelectronic energy meter having a wide range of input voltages》的美國(guó)專利中，公開了一種電表電源，輸入電壓可以從96-528V變化，電源能正常工作。該電源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一、在開關(guān)電源前用兩級(jí)線型穩(wěn)壓來(lái)鉗位；二、全部使用分離元件來(lái)控制，啟動(dòng)，反饋和控制電路復(fù)雜。這種電路拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是前級(jí)使用了兩極線性穩(wěn)壓(包含三個(gè)功率三極管)，只適用于小功率的開關(guān)電源，且控制電路復(fù)雜，成本無(wú)法降低。
本具有寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源，包括控制芯片(3)、變壓器(7)、電子開關(guān)(6)、接于變壓器(7)的次級(jí)繞組的整流濾波電路(8)、控制芯片電源端的啟動(dòng)電路(2)以及控制芯片反饋取樣端的電壓反饋電路(5)，電子開關(guān)(6)與變壓器(7)的初級(jí)繞組串聯(lián)，其特征在于還包括輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)，它接于控制芯片(3)的誤差放大器輸出端；以及，電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)，它的兩個(gè)輸入端分別接電子開關(guān)和直流輸入電壓一端，輸出與控制芯片(3)的電流取樣端相接。
與現(xiàn)有技術(shù)比較本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下輸入電壓寬，該電源能夠在輸入電壓為交流30V-550V時(shí)正常工作，滿足了所有電網(wǎng)上都能使用的需要。
采用脈沖寬度調(diào)制芯片來(lái)控制電源的正常工作，設(shè)計(jì)了輸入過(guò)壓保護(hù)電路電流反饋和電壓補(bǔ)償電路，使控制電路簡(jiǎn)化，生產(chǎn)成本降低。
滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，特別是能夠防止雷電浪涌的沖擊而不被燒毀，在極端惡劣的電網(wǎng)情況下能夠正常工作。
如

圖1、2所示，開關(guān)電源包括控制芯片(3)、變壓器(7)、電子開關(guān)(6)、控制芯片(3)的啟動(dòng)電路(2)和電壓反饋電路(5)、接于變壓器(7)的次級(jí)繞組的整流濾波電路(8)、電子開關(guān)(6)與變壓器(7)的初級(jí)繞組串聯(lián)，輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)以及電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)。輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)和控制芯片的誤差放大器輸出端相接，電壓反饋電路(5)和控制芯片的反饋取樣端相接，電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)和控制芯片的電流取樣端相接，啟動(dòng)電路(2)控制芯片的電源端Vcc相接。
控制芯片是脈沖寬度調(diào)制芯片(PWM)，其輸出方波來(lái)控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷；該開關(guān)管串聯(lián)在變壓器的初級(jí)繞組來(lái)控制變壓器的能量傳送；變壓器包含多組輸出繞組和一組反饋繞組，反饋繞組的電壓反饋到脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM的閉環(huán)控制，使輸出電壓穩(wěn)定。輸入只有30V時(shí)，通過(guò)電解電容充電存儲(chǔ)的能量使脈寬調(diào)制芯片啟動(dòng)，輸出方波，在較短的時(shí)間內(nèi)反饋繞組有輸出電壓，給脈寬調(diào)制芯片供電，達(dá)到控制輸出電壓的目的；在輸入電壓達(dá)到550V時(shí)，通過(guò)保護(hù)電路使脈寬調(diào)制芯片停止振蕩，開關(guān)管關(guān)斷，電源停止工作。
啟動(dòng)電路(2)和電壓反饋電路(5)同常規(guī)電路。啟動(dòng)電路(2)由電阻Rs和電容Cs組成。電壓反饋電路(5)包括反饋繞組Nf和二極管整流濾波電路等。
當(dāng)輸入電壓只有30V時(shí)，輸入電壓經(jīng)過(guò)大電阻Rs對(duì)電容Cs緩慢充電，幾秒鐘后，Cs上的電壓達(dá)到脈寬調(diào)制芯片的啟動(dòng)電壓(16V)，并能夠提供1mA的電流，控制芯片(3)工作，輸出方波，開關(guān)管(6)不停的導(dǎo)通和關(guān)斷，就有電流流過(guò)開關(guān)管(6)和變壓器(7)的初級(jí)繞組，電壓反饋繞組Nf就有電壓輸出，給控制芯片供電，整個(gè)電源就能成功啟動(dòng)，并能給自己供電。如果不能成功啟動(dòng)，Cs上的電壓低于8.4V時(shí)，脈寬調(diào)制芯片(3)內(nèi)部欠壓鎖定，停止工作，Cs重新通過(guò)Rs充電。此過(guò)程不斷重復(fù)，直到電源啟動(dòng)為止。電容Cs為56微法，可以存儲(chǔ)足夠的能量并在短時(shí)間內(nèi)給控制芯片提供1mA以上的電流。
當(dāng)輸入電壓為高電壓但低于550V時(shí)，電流經(jīng)過(guò)Rs對(duì)Cs充電，并由控制芯片內(nèi)部的34V穩(wěn)壓二極管將芯片的輸入電壓限制在34V，芯片在此供電電壓下連續(xù)輸出PWM波，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管(6)和變壓器(7)，使電源啟動(dòng)。電阻Rs為500千歐姆，限制了流過(guò)內(nèi)部穩(wěn)壓二極管的電流略大于1mA，保護(hù)控制芯片不被燒毀。
輸入電壓高于550V時(shí)，輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)輸出低電平使控制芯片無(wú)方波輸出。輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)由串聯(lián)的電阻R11、R12和R13支路，三極管T11和穩(wěn)壓管Vz組成，穩(wěn)壓管Vz接于三極管T11基極與電阻R12和R13的公共端之間，三極管T11的集電極接控制芯片(3)的誤差放大器輸出端。
輸入電壓高于550V時(shí)，輸入電壓通過(guò)電阻R11、R12和R13分壓，R13上的電壓大于穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通電壓Vz加上三極管T11的基極-發(fā)射極電壓(0.7V)時(shí)，T11導(dǎo)通，將控制芯片(3)的誤差放大器輸出電壓拉低，控制芯片無(wú)方波輸出，開關(guān)管(6)關(guān)斷，電源停止工作?？梢酝ㄟ^(guò)以下公式設(shè)置輸入過(guò)電壓保護(hù)點(diǎn)Ui×R13/(R11+R12+R13)＝Vz+0.7V可以看出，當(dāng)輸入交流電壓經(jīng)過(guò)整流后的直流電壓峰值超過(guò)Ui時(shí)，電源停止工作。
圖2中，開關(guān)管(6)的限流電阻R209，和串聯(lián)電阻R204、R205、R208和R209構(gòu)成的輸入電壓取樣電路構(gòu)成了電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)。
電源成功啟動(dòng)后，R210，R211將繞組Nf輸出的電壓反饋給控制芯片內(nèi)部的誤差放大器，控制脈沖寬度調(diào)制器輸出方波的寬度，調(diào)節(jié)輸出電壓穩(wěn)定。通過(guò)變壓器初級(jí)繞組和開關(guān)管(6)的電流在R209上有電壓降V1；輸入電壓經(jīng)R204，R205，R208和R209在A點(diǎn)的分壓為V2；通過(guò)R212傳遞給控制芯片的取樣信號(hào)為VA＝V1+V2
VA作為輸入電壓和輸出電流的補(bǔ)償信號(hào)，使電源在不同的輸入電壓和輸出電流時(shí)工作穩(wěn)定。正常工作時(shí)，VA＜1V，并作為補(bǔ)償信號(hào)傳遞給芯片，補(bǔ)償輸出的方波寬度，使輸出電壓根據(jù)輸入電壓和輸出電流的不同自行調(diào)節(jié)，輸出更加穩(wěn)定；當(dāng)輸出電流過(guò)大，V1較大，導(dǎo)致VA＞1V時(shí)，控制芯片內(nèi)部PWM鎖存，無(wú)方波輸出，開關(guān)管(6)關(guān)斷，電源停止工作，達(dá)到輸出過(guò)流保護(hù)的目的。
圖2是使用本開關(guān)電源的電能表電源實(shí)例。為了保證多路輸出電壓的穩(wěn)定，圖2的電壓輸出端分別串聯(lián)了三端穩(wěn)壓器。
輸入端串聯(lián)R201，R202，R203是為了減少電源線上的傳導(dǎo)噪聲。交流輸入線之間并聯(lián)的壓敏電阻RV1，RV2，RV3，RV4，RV5和RV6是防雷器件，保護(hù)整流二極管遭受雷電而燒毀。電源的兩輸入端之間連接壓敏電阻RV7和RV8串聯(lián)支路，在遭受雷電時(shí)可以泄放1KA以上的電流，很大一部分電壓可以降到R201，R202和R203上，保護(hù)了開關(guān)管。該電源滿足IEC61000-2，3，4，5標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電磁兼容的要求，能夠承受13KV的雷電浪涌沖擊而不燒毀。
權(quán)利要求1.一種具有寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源，包括控制芯片(3)、變壓器(7)、電子開關(guān)(6)、接于變壓器(7)的次級(jí)繞組的整流濾波電路(8)、控制芯片電源端的啟動(dòng)電路(2)以及控制芯片反饋取樣端的電壓反饋電路(5)，電子開關(guān)(6)與變壓器(7)的初級(jí)繞組串聯(lián)，其特征在于還包括輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)，它接于控制芯片(3)的誤差放大器輸出端；以及，電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)，它的兩個(gè)輸入端分別接電子開關(guān)和直流輸入電壓一端，輸出與控制芯片(3)的電流取樣端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述開關(guān)電源，其特征在于輸入過(guò)壓保護(hù)電路(1)由串聯(lián)的電阻R11、R12和R13支路，三極管T11以及穩(wěn)壓管Vz組成，穩(wěn)壓管Vz接于三極管T11基極與電阻R12和R13的公共端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述開關(guān)電源，其特征在于電流反饋和電壓補(bǔ)償電路(4)包括，串聯(lián)電阻R204、R205、R208和R209構(gòu)成的輸入電壓取樣電路，和開關(guān)管(6)的限流電阻R209。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述開關(guān)電源，其特征在于電源的兩輸入端之間連接壓敏電阻RV7和RV8串聯(lián)支路。
專利摘要一種具有寬輸入電壓范圍的開關(guān)電源，包括PWM芯片、變壓器、電子開關(guān)、整流濾波電路、啟動(dòng)電路及電壓反饋電路，其還包括輸入過(guò)壓保護(hù)電路，它接于控制芯片的誤差放大器輸出端；及電流反饋和電壓補(bǔ)償電路，它的兩個(gè)輸入端分別接電子開關(guān)和直流輸入電壓一端，輸出與PWM芯片的電流取樣端相接。其輸入電壓寬，能在輸入電壓為交流30－550V時(shí)正常工作，滿足了電子電能表使用要求。采用PWM芯片，在輸入過(guò)壓保護(hù)電路、電流反饋和電壓補(bǔ)償電路的配合下工作穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)化，成本低。
文檔編號(hào)H02M7/48GK2552047SQ02271250
公開日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者陳啟勇 申請(qǐng)人:深圳市跨宏實(shí)業(yè)有限公司