開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路及其設(shè)計方法
【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端，第一電壓擴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端相接，第一電壓擴展電路的負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)計方法。本發(fā)明實現(xiàn)方便且成本低，能夠加強開關(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，實用性強，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)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學技術(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、實現(xiàn)方便且成本低、能夠加強開關(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 壓及欠壓保護端，第一電壓擴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 端相接，第一電壓擴展電路的負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展電 路與開關(guān)電源芯片之間的η個第二電壓擴展電路，首個第二電壓擴展電路的正極電壓輸入 端與第一電壓擴展電路的正極電壓輸出端相接，首個第二電壓擴展電路的負極電壓輸入端 與第一電壓擴展電路的負極電壓輸出端相接，相鄰的兩個第二電壓擴展電路中后一個第二 電壓擴展電路的正極電壓輸入端與前一個第二電壓擴展電路的正極電壓輸出端相接，相鄰 的兩個第二電壓擴展電路中后一個第二電壓擴展電路的負極電壓輸入端與前一個第二電 壓擴展電路的負極電壓輸出端相接，末個第二電壓擴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端相接，末個第二電壓擴展電路的負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展 電路的負極電壓輸入端vi-且與直流電壓輸入電路的負極電壓輸出端相接，所述電阻 Rs的 另一端為第一電壓擴展電路的負極電壓輸出端。
[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個第二電壓擴展電路 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個第 二電壓擴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個第二電壓擴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個第一電壓擴展電路的負極電壓輸入端，所述電阻 R3(i+i)+3的另一端為第i個第二電壓擴 展電路的負極電壓輸出端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 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 片的欠壓保護電壓，VOTax為開關(guān)電源芯片的過壓保護幢，L為輸入電壓為最小值V時 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*時流過電 阻5牙電阻Rs的電流，υ?為知入電壓為最大值\瞧時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端，第一電壓擴 展電路（2)的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片（4)的過壓及欠壓保護端相接，第一電壓擴 展電路⑵的負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 一電壓擴展電路⑵與開關(guān)電源芯片⑷之間的η個第二電壓擴展電路（3)，首個第二電壓 擴展電路（3)的正極電壓輸入端與第一電壓擴展電路（2)的正極電壓輸出端相接，首個第 二電壓擴展電路⑶的負極電壓輸入端與第一電壓擴展電路⑵的負極電壓輸出端相接， 相鄰的兩個第二電壓擴展電路（3)中后一個第二電壓擴展電路（3)的正極電壓輸入端與前 一個第二電壓擴展電路（3)的正極電壓輸出端相接，相鄰的兩個第二電壓擴展電路（3)中 后一個第二電壓擴展電路（3)的負極電壓輸入端與前一個第二電壓擴展電路（3)的負極電 壓輸出端相接，末個第二電壓擴展電路（3)的正極電壓輸出端與開關(guān)電源芯片（4)的過壓 及欠壓保護端相接，末個第二電壓擴展電路（3)的負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展電路（2)的負極電壓輸入端Vi-且與直流電壓輸入電路（1)的 負極電壓輸出端相接，所述電阻&的另一端為第一電壓擴展電路（2)的負極電壓輸出端。
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個第二 電壓擴展電路（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個第二電壓擴展電路（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個第二電壓擴展電路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個第二電壓擴展電路（3)的負極電壓輸入端，所述電阻R3(i+1)+3 的另一端為第i個第二電壓擴展電路（3)的負極電壓輸出端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的欠壓保護電壓，為開關(guān)電源芯片⑷的過壓保護電壓，Ii為輸入電壓為最小值 Vimin時流過電阻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時流過電阻R5和 電阻R6的電流，Ux2為輸入電壓為最大值Vimax時電阻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)的負極電壓輸出端相接； 步驟三、根據(jù)公式
）十算第一電壓擴展電路（2)的實際 輸入電壓最小值和實際輸入電壓最大值^_，并判斷是否有^? ^_且巧_ #_， 當且6_^_時，結(jié)束所述開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的設(shè)計；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)第二電壓擴展電路（3)的元器件參數(shù)選擇方法選擇構(gòu)成第η個 第二電壓擴展電路（3)的元器件，連接各個元器件組成第二電壓擴展電路（3)，并將第η個 第二電壓擴展電路⑶接在第一電壓擴展電路⑵與開關(guān)電源芯片⑷之間；其中，第i個 第二電壓擴展電路（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 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 實數(shù)； 其中，η為第二電壓擴展電路（3)的個數(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
計算由第一電壓擴展電路（2) 和η個第二電壓擴展電路（3)構(gòu)成的開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的實際輸入電壓最小 值^：?和實際輸入電壓最大值匕《，并判斷是否有且，當I? ?時，結(jié)束所述開關(guān)電源輸入電壓范圍拓展電路的設(shè)計；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)第二電壓擴展電路（3)的元器件參數(shù)選擇方法選擇構(gòu) 成第η個第二電壓擴展電路（3)的元器件，連接各個元器件組成第η個第二電壓擴展電路 (3)，并將第η個第二電壓擴展電路（3)接在第η-I個第二電壓擴展電路（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