一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路的製作方法
2023-09-21 22:30:00
一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路的製作方法
【專利摘要】一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，包括交流電源AC、由四個二極體組成的整流m橋、電路保護模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負載，所述的電路保護模塊由電壓降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間並聯儲能電容C1，電源正常工作時，電源電壓通過電壓降低模塊降壓後對儲能電容C1充電，電壓提升模塊不工作；電源故障時，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負載繼續提供能量，實現掉電保持功能。本發明通過利用電容在一定交流信號頻率下產生的容抗來限制最大的工作電流，通過合理設計保護電路模塊，可以降低儲能電容的耐壓值及簡化布板空間，並延長電源故障時負載的正常工作時間。
【專利說明】一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力控制【技術領域】，涉及直流穩壓電源電路，尤其是一種具有電路保 護模塊的直流穩壓電源電路。
【背景技術】
[0002] 電源的穩定性是保證電子產品正常工作的基本條件。為了保持電源的穩定性，目 前通常採用大容量的電容作為儲能元件，配合防反二極體防止電容能量反灌，以及電容前 級限流電路防止上電瞬間電流衝擊破壞電路。
[0003] 隨著電子行業對小型化產品的發展要求，對電源又提出了新的要求：小型化、寬電 壓範圍、高功率密度，這些要求大大限制了電容的選擇。因此出現了利用電壓提升電路來實 現充分抽取電容儲存的能量，達到更長的保持時間的目的。在現有技術中，常用升壓拓撲來 實現電源穩定性的保持，在儲能電容相同的情況下，該方案相對於簡單依靠電容儲能的保 持電路方案，在保持時間上有明顯的優勢。但是，升壓拓撲電路保護方案保持電路儲能電 容必須考慮電容耐壓值的要求，較高的耐壓值及有限的布板空間成為選擇大容量電容的瓶 頸。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有升壓拓撲保護電路的不足，提供一種可採用較低耐壓值 電容、延長負載在發生故障時正常工作時間的具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路。
[0005] 本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的：
[0006] -種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，包括交流電源AC、由四個二極體組 成的整流橋、電路保護模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負載，所述的電路保護模塊由電壓 降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間並聯儲 能電容C1，電源正常工作時，電源電壓通過電壓降低模塊降壓後對儲能電容C1充電，電壓 提升模塊不工作；電源故障時，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負載繼續提供能量，實 現掉電保持功能。
[0007] 而且，所述的電壓降低模塊由兩部分構成，一部分是由三極體Q1和穩壓二極體U1 組成穩壓模塊，另一部分是由三極體Q2和負載R1組成限流模塊，在三極體Q1的基極與地 之間連接二極體U1，三級管Q1的發射極與負載R1連接，在三極體Q1與R1的節點處連接三 極管Q2的基極，三級管Q2的集電極連接在三極體Q1與穩壓二極體U1之間，三級管Q2的 發射極連接在負載R1的輸出端。
[0008] 而且，所述的電壓提升模塊由電感L1、開關K及二極體D7組成，電感L1與二極體 D7串聯，在電感L1與二極體D7的節點與地之間連接開關K。
[0009] 而且，在整流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極體D6。
[0010] 而且，所述的濾波電容C2並聯在負載的兩端，該電容C2為一個或多個，多個電容 的連接方式為串聯或並聯。 toon] 本發明專利的優點和積極效果是：
[0012] 1、本發明通過電壓降低模塊將輸入電壓降低後為電容充電，降低了電容的耐壓 值，簡化了布板空間。
[0013] 2、本發明在電源故障時，通過電壓提升模塊對儲能電容C1進行升壓後向負載供 電，以維持負載的正常工作，並延長電源故障時負載的正常工作時間。
[0014] 3、本發明通過利用電容在一定交流信號頻率下產生的容抗來限制最大的工作電 流，通過合理設計保護電路模塊，可以降低儲能電容的耐壓值及簡化布板空間，並延長電源 故障時負載的正常工作時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明實施例1電源電路的示意圖。
[0016] 圖2為圖1的具體電路連接關係不意圖。
[0017] 圖3為本發明實施例2的電路圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下結合附圖對本發明專利實施例做進一步詳述：需要強調的是，本發明的實施 例是說明性的，而不是限定性的，不能以本實施例作為對本發明專利的限定。
[0019] 實施例1 :
[0020] -種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，包括交流電源AC、由四個二極體組 成的整流橋1、電路保護模塊2、儲能電容C5、濾波電容C2及負載，其中電路保護模塊由電 壓降低模塊3、儲能電容C1和電壓提升模塊4組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間 並聯儲能電容C1。首先，交流電信號AC通過由Dl、D2、D3和D4組成的整流橋轉變為直流 信號Vdc。當Vdc大於零時，一方面，Vdc通過電容C5進行儲能；另一方面，Vdc通過電路保 護模塊的電壓降低模塊對輸入的直流電壓Vdc降壓，利用降壓後的直流電壓對儲能電容C1 充電，當檢測到輸入的直流電壓有問題時，電壓降低模塊不工作，電壓提升模塊開始工作， 通過電壓提升模塊對儲能電容C1進行升壓後向負載供電，以維持負載的正常工作。電容C2 是濾波電容，並聯在負載兩端，用於對電壓的平滑，電容C2可以為一個電容，也可以為多個 電容的串聯或並聯。
[0021] 而且，在整流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極體D6,利用降壓後的直流 電壓對儲能電容進行充電，此外，還可以對降壓後的直流電壓進行限流處理。
[0022] 所述的電壓降低模塊由兩部分構成，一部分是由三極體Q1和穩壓二極體U1組成 穩壓模塊，另一部分是由三極體Q2和負載R1組成限流模塊，在三極體Q1的基極與地之間 連接二極體U1，三級管Q1的發射極與負載R1連接，在三極體Q1與R1的節點處連接三極體 Q2的基極，三級管Q2的集電極連接在三極體Q1與穩壓二極體U1之間，三級管Q2的發射極 連接在負載R1的輸出端。其中穩壓模塊的工作原理是：穩壓二級管U1為三極體Q1提供基 準電壓，使Q1的基級電位不變，當輸入的直流電壓Vdc變大時，穩壓模塊輸出電壓變大，Q1 的發射極電壓Ue大，Q1的基級和發射極之間的電壓Ube變小，基級電流lb變小，發射極電 流Ie變小，使得穩壓模塊輸出電壓變小，起到了穩壓的作用；限流模塊的工作原理是：當輸 出端的電流小於取樣電阻的額定電流時，取樣電阻R1兩端的電壓小於Q2的b和e兩級的 閾值電壓，使得Q2截止，不影響穩壓模塊的正常工作，輸出端的電流大於R1的額定電流，或 者負載短路時，使R1兩端的電壓增加而大於Q2的閾值電壓，使Q2導通，Q2的集電極電流 對基極電流進行分流，使負載R1上電流受到限制，從而起到限流保護電路的作用。
[0023] 所述的電壓提升模塊由電感L1、開關K及二極體D7組成，其工作原理是：當開關 閉合，電容C2充電，輸入電壓通過電感，二極體D7防止電容對地放電，隨著電感電流的增 力口，電感中儲存了一些能量；當開關斷開，由於電感的電流保持特性，流經電感的電流不會 馬上變為〇,而是緩慢的由充電完畢時的值變為〇,電感開始給電容充電，電容兩端的電壓 升高，此時電壓已經高於輸入電壓，完成升壓。
[0024] 如圖2所示，交流信號AC經過整流處理後轉變為直流信號Vdc，經過二極體D6,進 入由三極體Q1和穩壓管U1組成的穩壓模塊，然後通過Q2和R1組成的限流模塊，通過電容 C1進行充電，然後進入到電感L、開關和二極體D7組成的升壓電路，最後到達負載。
[0025] 本電源電路的工作原理是：
[0026] 電源正常工作時，電壓通過D6及降壓電路處理後對儲能電容C1進行充電，正常工 作時升壓電路並不工作。電源故障時，升壓電路開始工作，C1儲存的能量為負載繼續提供 能量，實現掉電保持功能。
[0027] 實施例2
[0028] 另一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路如圖3所示，市電經過電容C1降 壓後輸入到二極體D2,二極體D2完成半波整流，將輸入的交流電變為直流電，電容C2對整 流後的直流濾波，濾除整流輸出的脈動成分，通過穩壓二級管D3輸出穩定的直流電壓給負 載。電容C1通過二極體D1進行充放電，當輸出的直流電壓較低，輸出的電壓全都加在電容 C1上，通過D2的半波整流得到有效值的一半，當負載需要的電流不超過額定電流時，電路 正常工作。C1決定了電路中的最大電流，起到了限流的作用；當負載一定的情況下，C1也就 決定了負載上可以得到的電壓，起到降壓的作用。
[0029] 所述的電容C1必須採用無極性電容，而不能採用電解電容，而且電容的耐壓須在 400V以上，最理想的電容為鐵殼油浸電容。
[0030] 而且，電容降壓不能用於大功率條件，電容降壓不適合動態負載條件。同樣，電容 降壓不適合容性和感性負載。當需要直流工作時，儘量採用橋式整流。
[0031] 在本發明的具體實施中，應先測定負載電流的準確值，然後參考示例來選擇降壓 電容器的容量。為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應大於兩倍的電源電壓。洩放電阻R1的 選擇必須保證在要求的時間內洩放掉C1上的電荷。
【權利要求】
1. 一種具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，包括交流電源AC、由四個二極體組成 的整流橋、電路保護模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負載，其特徵在於：所述的電路保護 模塊由電壓降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊 之間並聯儲能電容C1，電源正常工作時，電源電壓通過電壓降低模塊降壓後對儲能電容C1 充電，電壓提升模塊不工作；電源故障時，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負載繼續提 供能量，實現掉電保持功能。
2. 根據權利要求1所述的具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，其特徵在於：所述 的電壓降低模塊由兩部分構成，一部分是由三極體Q1和穩壓二極體U1組成穩壓模塊，另一 部分是由三極體Q2和負載R1組成限流模塊，在三極體Q1的基極與地之間連接二極體U1， 三級管Q1的發射極與負載R1連接，在三極體Q1與R1的節點處連接三極體Q2的基極，三 級管Q2的集電極連接在三極體Q1與穩壓二極體U1之間，三級管Q2的發射極連接在負載 R1的輸出端。
3. 根據權利要求1所述的具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，其特徵在於：所述 的電壓提升模塊由電感L1、開關K及二極體D7組成，電感L1與二極體D7串聯，在電感L1 與二極體D7的節點與地之間連接開關K。
4. 根據權利要求1所述的具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，其特徵在於：在整 流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極體D6。
5. 根據權利要求1所述的具有電路保護模塊的直流穩壓電源電路，其特徵在於：所述 的濾波電容C2並聯在負載的兩端，該電容C2為一個或多個，多個電容的連接方式為串聯或 並聯。
【文檔編號】H02M1/34GK104218827SQ201410422711
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】蘇朝陽, 吳勁松, 劉鐵, 楊東, 嶽強, 肖建成, 劉彥婧 申請人:國家電網公司, 國網天津市電力公司