高轉換效率的開關電源電路的製作方法

2023-07-22 04:28:01 1

專利名稱：高轉換效率的開關電源電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電源電路，進一步說是一種用於LED燈的開關電 源電路。
背景技術：
LED燈由於它的節能、環保、亮度高、壽命長等優點，被應用在越來越多的 場合。在LED燈的實際生產和應用中存在著許多技術問題，其中從交流轉為直 流的效率問題， 一直是電源行業內關心的主題，在節能當頭的今天顯得更為重 要，轉換效率從線性電源的35%到開關電源的60%我們用了幾十年時間。
據不完全統計，全世界每年的電源產量是70億隻以上，平均功率為35瓦， 如果效率提高1%，全世界全年節電20億度電，所以從交流轉為直流的效率問題， 被越來越多的人所重視。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種高轉換效率並且超常使用壽命的開關電源電路。
本實用新型目的通過以下技術方案來實現
一種高轉換效率的開關電源電路，包括整流橋(D1-D4)、濾波電路、變壓 器(Tl)、控制晶片(IC)，電流(AC)經過整流橋(D1-D4)和濾波電路濾波， 使電壓從(AC) 220V升至(DC) 320V，經電阻(Rl、 R2)和三極體(Q2)、電阻 (R3、 R4)組成的壓控電路分壓後給控制晶片(IC)的6腳，使控制晶片(IC) 內置的軟啟動電壓由控制晶片(IC)的電路控制達到啟動電壓，經控制晶片(IC) 控制端l腳輸出脈衝電壓使連接在控制晶片(IC)控制端l腳的功率管(Ql)導通，連接在功率管(Ql)的集電極端的變壓器(Tl)初級得到電流，使變壓 器(Tl)的次級得到感應電流，此時次級的電流的強度又反過來感應給變壓器
(Tl)的輔助繞組，輔助繞組得到的感應電流經三極體(Q2)得到次級反饋的負 載信號，同時經連接在功率管(Ql)的集電極與控制晶片(IC)的諧振壓控端3 腳之間的R5、加速耦合電容C3給控制晶片(IC)的諧振壓控端3腳，控制晶片
(IC)根據壓控端3腳給出的信號，自動調整諧振的頻度和幅度，然後再經控 制晶片(IC)的控制端l腳輸出給功率管(Ql)，此時，流經功率管(Ql)的電 流在電阻(R6、 R7 )上產生壓降後，經電阻(R8)電流信號經控制晶片(IC) 的4腳進入控制晶片(IC)的壓控電路，調整開通時間和打開幅度，控制初級 電流的大小和維持時間，達到和次級負載相適應。
本實用新型的核心是，充分利用諧振的特點和高頻變壓器漏感控制技術， 利用漏感的的特性，並把漏感作為換能和儲能的途徑，從而使變壓器的能耗降 到非常低的水平，始終使電路處在與負載正好匹配的工作狀態，採用變壓器耦 合及感應電壓信號控制方式，相當於自動平衡的天平一樣工作，這個天平的最 大量程就是我們的最大功率設定值。最大的優點在於，自動平衡的維持非常穩 定，具有一定的動態維持寬度，尤其是對電流電壓同時有要求的負載，本發明 尤其適用，特別是大功率LED的驅動電源，徹底解決了 LED三大瓶頸之一，即 驅動電源本身功耗太大的的問題，對延長LED的使用壽命和LED裝置的穩定性 作用相當明顯。
本實用新型的另一個特點是，由於轉換效率的大幅提高，整個電路的能耗 比較小，主要的能耗器件，功率管和變壓器都處在極低能耗的水平，大大降低 了功率器件的發熱量，同時又大大提升功率器件的負載能力，並且隨著功率器 件發熱量的大幅降低，儲能源器件的使用壽命大幅提高，使得通常只用5000小時使用壽命一下子可以提高到20000小時。(在開關電源中使使用受到限制的主 要是含電解液的電解電容，業內人士公認，電解電容的工作溫度每下降10度， 其使用壽命至少可以提高一倍，採用本實用新型可以使電解電容的溫度比普通 電源中的電解電容的工作溫度下降近30度，所以我們的電源使用壽命至少可以 提高3倍以上)。
效率的提高會為我們帶來了另一個好處，本實用新型的體積可以大大縮小， 本實用新型的體積僅為正常的一半，重量只有正常的1/3。以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。

圖1為本實用新型的電路結構圖。
具體實施方式

如圖1所示，控制晶片(IC)使用的是公知的控制晶片0B2476，市電經過 熱敏電阻(RT)和由(D1-D4)組成的整流橋加上再經C1、 Ll、 C2組成的n型 濾波電路濾波，使電壓從(AC) 220V升至(DC) 320V，經電阻(Rl、 R2)和三 極管(Q2)、電阻(R3、 R4)組成的壓控電路分壓後給控制晶片(IC)的6腳， 使控制晶片(IC)內置的軟啟動電壓由控制晶片(IC)的電路控制達到啟動電壓， 經控制晶片(IC)控制端l腳輸出脈衝電壓使連接在控制晶片(IC)控制端l 腳的功率管(Ql)導通，連接在功率管(Ql)的集電極端的變壓器(Tl)初級 得到電流，使變壓器(Tl)的次級得到感應電流，此時次級的電流的強度又反 過來感應給變壓器(Tl)的輔助繞組，輔助繞組得到的感應電流經三極體(Q2) 得到次級反饋的負載信號，同時經連接在功率管(Ql)的集電極與控制晶片(IC) 的諧振壓控端3腳之間的R5、加速耦合電容C3給控制晶片(IC)的諧振壓控端 3腳，控制晶片(IC)根據壓控端3腳給出的信號，自動調整諧振的頻度和幅度，然後再經控制晶片(IC)的控制端l腳輸出給功率管(Ql)，此時，流經功率管 (Ql)的電流在電阻(R6、 R7 )上產生壓降後，經電阻(R8)電流信號經控制 晶片(IC)的4腳進入控制晶片(IC)的壓控電路，調整開通時間和打開幅度， 控制初級電流的大小和維持時間，達到和次級負載相適應。在該電路中利用R6、 R7上形成的壓降，自動控制晶片的開通時間，達到控制輸出功率的目的；而在 變壓器原邊跨接電容耦合到控制晶片，改變了晶片工作時的相位，在漏感的影 響下打開；Rl、 R2與Q1組成的動態分壓，自動調整諧振的幅度。在電源(AC) 的輸入端還串聯有一個熱敏電阻(RT)。在上述電路中，在控制晶片(IC)的2 端與5端之間連接有二極體D5、 D6，用於保護控制晶片(IC)不過壓。
在這裡要說明一點的是，利用變壓器(Tl)的漏感作為控制變壓器工作的 方式，正好是輸入的零電壓和零電流的時候，將漏感產生電流進行控制，所以 諧振的峰值和漏感的峰值相匹配，做到了電能使用率的最大化，也使得變壓器 (Tl)的功耗特別小，而產生的換能效果最好，並且諧振的衰減特別快，不會 產生高次諧波，輸出紋波也很小，原則上不需要使用Y電容，使用磁阻尼作為 電信號的採樣對象，也省去了傳統的光耦傳遞方式，利用控制晶片(IC)電流 採樣電阻(R6、 R7)的設定來設定最大負載，當接收到的負載電磁反饋分壓信 號反映到電流採樣埠，控制晶片(IC)自動調整輸出狀態，跟隨負載的變化 做出調整，當採樣電流超過設定值時，控制晶片(IC)內置比較電路翻轉，限 制信號輸出，關斷電源輸出。 一旦採樣端的電流低於設定值時，控制晶片(IC) 內置比較電路再次翻轉，根據採樣電流大小自動調整輸出狀態。
控制晶片(IC)的設計很特別，用漏感進行工作，加上外圍的改變，迫使 控制晶片(IC)在漏感產生的時段打開，使LRC振蕩電路處於諧振狀態，為了 使功率管從放大區到飽和區有過渡過程，我們在電路中特意設計了加速耦合電容(C3)，在反峰值沒有完全達到高峰時，磁流已經改變方向，抑制了峰值的產 生，又進入了另一個諧振，周而復始，形成了多諧振的格局，所以本發明不但 對外來電網的幹擾有特強的抑制作用，自身產生的振蕩波形也沒有大的尖峰， 使輸出電源的質量比較高。利用漏感來進行換能的方法本身至少消除了漏感的 尖峰，而在輸入電壓的峰值期，電路是關斷的，零電壓和零電流時才打開，所 以整個電路的工作波形很少有尖峰出現。
控制晶片0B2476的本身並沒有多諧振功能，是本實用新型在外圍電路和變 壓器設計上採用的特殊方式和工藝實現了多諧振的漏感換能特性，達到了非常 高效的AC/DC轉換，並實現了極低功耗的電源，特別適合於大功率LED的驅動， 也使開關電源的使用壽命在普通元器件的條件下比一般開關電源提高了至少3 倍。具有極高的性價比。
本電路的設計，充分考慮到電網的質量問題，開關機的浪湧電流問題和空 載待機狀態的能耗問題，我們在前級加上了熱敏電阻(RT)，使開機浪湧減少到
20%以下，用n型濾波使不乾淨的電網雜波得到有效抑制，極小的次級感應反饋
能使空載時的能耗降到0. 2W左右，使本發明達到綠色電源的水平。
本實用新型經過反覆實驗和試用下，在正常情況下可以達到以下的效果
功率因素〉90%，轉換效率>90%，軟啟動2 30ms待機功耗極小，輸出紋波很小，
抗幹擾能力強，輸出電流質量高，高可靠性，超長使用壽命，超小體積，環境
溫度40 。C 60。C等。
本實用新型具備多種用途，經外圍電路的配置的改變，可以設計成儀用電
源、軍用電源、音響電源。
1、改變加速耦合電容(C3)，可以使電路具有動態電源性能，達到音響電
源的要求。制晶片(IC) 6腳的電壓設定，可以做成紋波極 低的小功率儀用電源，或對電源要求非常高的精緻電源。
3、 改變諧振配置，可以製成抗幹擾能力特別強的軍用電源或裝備電源。
4、 由於本實用新型電源的隔離性非常出色，經三防處理後，可以在環境非 常惡劣的狀況下使用。
5、 由於本實用新型控制方式非常特殊，改變電阻(R6)或電阻(R7)可以 作為負載的動態監控設備使用。
6、 通過改變變壓器(T1)的耦合量，可以作為自適應的高性能的鋰電池充電
器使用。
權利要求1、一種高轉換效率的開關電源電路，其特徵在於包括整流橋(D1-D4)、濾波電路、變壓器(T1)、控制晶片(IC)，電流(AC)經過整流橋(D1-D4)和濾波電路濾波，使電壓從(AC)220V升至(DC)320V，經電阻(R1、R2)和三極體(Q2)、電阻(R3、R4)組成的壓控電路分壓後給控制晶片(IC)的6腳，使控制晶片(IC)內置的軟啟動電壓由控制晶片(IC)的電路控制達到啟動電壓，經控制晶片(IC)控制端1腳輸出脈衝電壓使連接在控制晶片(IC)控制端1腳的功率管(Q1)導通，連接在功率管(Q1)的集電極端的變壓器(T1)初級得到電流，使變壓器(T1)的次級得到感應電流，此時次級的電流的強度又反過來感應給變壓器(T1)的輔助繞組，輔助繞組得到的感應電流經三極體(Q2)得到次級反饋的負載信號，同時經連接在功率管(Q1)的集電極與控制晶片(IC)的諧振壓控端3腳之間的R5、加速耦合電容C3給控制晶片(IC)的諧振壓控端3腳，控制晶片(IC)根據壓控端3腳給出的信號，自動調整諧振的頻度和幅度，然後再經控制晶片(IC)的控制端1腳輸出給功率管(Q1)，此時，流經功率管(Q1)的電流在電阻(R6、R7)上產生壓降後，經電阻(R8)電流信號經控制晶片(IC)的4腳進入控制晶片(IC)的壓控電路，調整開通時間和打開幅度，控制初級電流的大小和維持時間，達到和次級負載相適應。
2、 根據權利要求l所述的高轉換效率的開關電源電路，其特徵在於在電 源(AC)的輸入端串聯一個熱敏電阻(RT)。
3、 根據權利要求l所述的高轉換效率的開關電源電路，其特徵在於Rl、 R2與Ql組成的動態分壓，自動調整諧振的幅度。
4、 根據權利要求1所述的高轉換效率的開關電源電路，其特徵在於利用 R6、 R7上形成的壓降，自動控制晶片的開通時間，達到控制輸出功率的目的。
5、根據權利要求1所述的高轉換效率的開關電源電路，其特徵在於在 控制晶片(IC)的2端與5端之間連接有二極體D5、 D6，用於保護控制晶片(IC) 不過壓。
專利摘要本實用新型涉及一種開關電源電路，本實用新型所述電路的控制晶片(IC)用漏感進行工作，加上控制晶片外圍電路的改變，迫使控制晶片(IC)在漏感產生的時段打開，使LRC振蕩電路處於諧振狀態，為了使功率管從放大區到飽和區有過渡過程，在電路中設計了加速耦合電容(C3)，在反峰值沒有完全達到高峰時，磁流已經改變方向，抑制了峰值的產生，又進入了另一個諧振，周而復始，形成了多諧振的格局，所以本實用新型不但對外來電網的幹擾有特強的抑制作用，自身產生的振蕩波形也沒有大的尖峰，使輸出電源的質量比較高。
文檔編號H05B37/00GK201430705SQ20092004100
公開日2010年3月24日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者翁延鳴 申請人:翁延鳴