一種開關式阻容降壓裝置及方法
2023-05-08 08:11:36 2
專利名稱：一種開關式阻容降壓裝置及方法
技術領域：
本發明涉及降壓裝置，尤其涉及一種開關式阻容降壓裝置及方法。
背景技術：
近年來，隨著國際社會對節能環保的重視，對電子設備的功耗要求越來越嚴格，歐洲尤其制定了新的節能環保標準並強制推行。眾所周知，使用的阻容降壓電路設計方案可實現電子設備的待機功耗小於0. 5W，且具有成果低廉。但是，現有阻容降壓電路設計方案要實現待機功耗小於0. 5W，降壓電容容量就很小，從而帶來降壓電容容量過小、供電電流減小、負載能力差的缺陷。現有的阻容降壓電路設計方案，負載增大將導致輸出電壓明顯降低了，影響到負載電路工作的穩壓性。若需保證負載電路工作的穩壓性，阻容降壓電路中的降壓電容必須大於0. 68U/AC275V，導致待機功耗通常大於0. 8W，不符合新歐規的要求。因此，現有阻容降壓電路方案只能用於輕負載電路的工作環境才符合新歐規的要求，具有明顯的局限性。
發明內容
有鑑於此，本發明要解決的技術問題是克服上述現有阻容降壓電路設計方案的缺點和不足，提供一種開關式阻容降壓裝置及方法，解決現有阻容降壓電路只適應於輕負載電路的局限性，滿足新歐規的要求。本發明提供了一種開關式阻容降壓裝置，包括限流電路、整流電路、儲能電路、反饋電路及開關電路。反饋電路用於檢測所述儲能電路的輸出電壓並反饋檢測結果。開關電路用於根據所述反饋電路反饋的檢測結果控制所述整流電路與所述儲能電路間的導通時間，從而調節所述儲能電路的輸出電壓。作為本發明的進一步改進，所述反饋電路包括電阻及第二穩壓二極體。第二穩壓二極體用於檢測所述儲能電路的輸出電壓，並將檢測結果經所述電阻反饋至所述開關電路。作為本發明的進一步改進，所述開關電路包括電晶體，所述電晶體根據所述反饋電路反饋的檢測結果相應導通及截止，控制所述整流電路與所述儲能電路的導通時間從而調節所述儲能電路的輸出電壓。作為本發明的進一步改進，所述儲能電路包括多個儲能單元，分別輸出多個輸出電壓。所述反饋電路包括多個反饋單元，所述多個反饋單元分別用於檢測所述多個儲能單元的輸出電壓並相應反饋檢測結果。所述開關電路包括多個開關單元，所述多個開關單元分別根據所述多個反饋單元反饋的檢測結果，相應控制所述整流電路與所述多個儲能單元間的導通時間，從而調節所述多個儲能單元的輸出電壓。作為本發明的進一步改進，所述儲能電路中所述多個儲能單元相互隔離。作為本發明的進一步改進，所述儲能電路中所述多個儲能單元相互級聯。作為本發明的進一步改進，所述反饋模塊包括電阻及穩壓二極體。穩壓二極體用於檢測所述儲能單元的輸出電壓，並將檢測結果經所述電阻反饋至所述開關單元。作為本發明的進一步改進，所述開關單元包括第一電晶體，所述第一電晶體根據所述反饋單元反饋的檢測結果相應導通或截止，控制所述整流電路與所述儲能單元的導通時間從而調節所述儲能模塊的輸出電壓。作為本發明的進一步改進，所述開關單元包括第一電晶體及第二電晶體，所述第二電晶體根據所述反饋單元反饋的檢測結果使得所述第一電晶體導通或載止，控制所述整流電路與所述儲能單元的導通時間從而調節所述儲能模塊的輸出電壓。本發明還提供了一種開關式阻容降壓方法，用於調節阻容降壓裝置的輸出電壓， 包括以下步驟檢測所述輸出電壓的變化；比較所述輸出電壓與設定電壓值；當所述輸出電壓大於設定電壓值時，斷開所述整流電路與所述儲能電路間的連接，降低所述儲能電路的輸出電壓；及當所述輸出電壓小於設定電壓值時，導通所述整流電路與所述儲能電路間的連接，增加所述儲能電路的輸出電壓。本發明提供的開關式阻容降壓裝置及方法，通過檢測輸出電壓的變化，相應控制整流電路與儲能電路間連接的導通時間，從而調節阻容降壓裝置的輸出電壓。本發明提供的開關式阻容降壓裝置及方法不僅可根據負載負載情況調節輸出電壓從而提高電源利用效率，且降低了穩壓二極體待機時所消耗的功率滿足新歐規中節能環保的要求。
圖1是本發明提供的開關式阻容降壓裝置100的一種實施方式的電路模塊示意圖2是圖1所示的開關式阻容降壓裝置100的一種實施方式的具體電路示意圖； 圖3是圖1所示的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式的具體電路示意圖； 圖4是本發明提供的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式的電路模塊示意圖； 圖5是圖4所示的開關式阻容降壓裝置100的一種實施方式的具體電路示意圖； 圖6是圖4所示的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式的具體電路示意圖；及圖7是本發明提供的一種開關式阻容降壓方法200的具體步驟圖。
具體實施例方式下面結合附圖和本發明的實施方式作進一步詳細說明。圖1為本發明提供的開關式阻容降壓裝置100的一種實施方式的電路模塊示意圖。如圖1所示，開關式阻容降壓裝置100包括限流電路110、整流電路120、儲能電路130、 反饋電路140及開關電路150。其中，限流電路110用於接收輸入電源Vin並進行限流處理後輸出交流電源至整流電路120。整流電路120用於將輸入電源Vin的交流電源整流後輸出直流電源至儲能電路130。儲能電路130用於接收整流電路120輸出的直流電源並提供輸出電壓Vout。反饋電路140用於檢測儲能電路130的輸出電壓Vout並反饋至開關電路 150。開關電路150用於根據反饋電路140反饋的檢測結果，控制整流電路120與儲能電路 130的導通時間從而調節儲能電路130的輸出電壓Vout。圖2是圖1所示的開關式阻容降壓裝置100的一種實施方式的具體電路示意圖。 如圖2所示，開關式阻容降壓裝置100包括限流電路110、整流電路120、儲能電路130、反饋電路140及開關電路150。其中，限流電路110用於接收輸入電源Vin並進行限流處理後輸出交流電源至整流電路120。在本實施方式中，限流電路110包括第一電阻R1、第二電阻R2及第一電容Cl。 其中，第一電阻Rl —端與輸入電源Vin —端相連，另一端與第一電容Cl 一端相連，第一電容Cl另一端用於輸出限流處理後的交流電源至整流電路120。第二電阻R2與第一電容Cl 並聯。整流電路120用於將輸入電源Vin的交流電源整流後輸出直流電源至儲能電路 130。在本實施方式中，整流電路120包括半波整流電路，所述半波整流電路包括第一二極體Dl及第二二極體D2。其中，第一二極體Dl陰極與限流電路110中第一電容Cl另一端相連，陽極用於輸出直流電源至儲能電路130。第二二極體D2陽極與限流電路110中第一電容Cl另一端相連，陰極接地。儲能電路130用於接收整流電路120輸出的直流電源並提供輸出電壓Vout。在本實施方式中，儲能電路130包括第三二極體D3、第二電容C2及第一穩壓二極體D2。其中，第三二極體D3陰極與整流電路120中第一二極體Dl陽極相連。第二電容C2陰極與第三二極體D3相連，陽極接地。第一穩壓二極體ZDl陰極與第三二極體陰極相連，陽極接地。反饋電路140用於檢測儲能電路130的輸出電壓Vout並反饋至開關電路150。在本實施方式中，反饋電路140包括第二穩壓二極體ZD2及第三電阻R3。其中，第二穩壓二極體ZD2用於檢測儲能電路130的輸出電壓Vout，並將檢測結果經第三電阻R3反饋至開關電路150。第二穩壓二極體ZD2的陽極與儲能電路130中第二電容C2的陰極相連，陰極經第三電阻R3與開關電路150相連。開關電路150用於根據反饋電路140反饋的檢測結果，控制整流電路120與儲能電路130的導通時間從而調節儲能電路130的輸出電壓Vout。在本實施方式中，開關電路 150包括第一電晶體TR1，所述第一電晶體TRl根據反饋電路140反饋的檢測結果相應導通及截止，控制整流電路120與儲能電路130間連接的導通時間，從而調節儲能電路130的輸出電壓Vout。當第一電晶體TRl導通時，整流電路120與儲能電路130的連接斷開；當第一電晶體TRl載止時，整流電路120與儲能電路130的連接導通。在本實施方式中，第一電晶體TRl的基極用於接收反饋電路140反饋的檢測信號，發射極與儲能電路130 —輸入端相連，集電極與儲能電路130另一輸入端相連。其中，第一電晶體TRl為PNP型。在本發明實施方式中，當反饋電路140檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout大於設定電壓值時，開關電路150根據反饋電路140反饋的檢測結果相應導通，相應斷開整流電路120與儲能電路130間的連接，從而降低儲能電路130的輸出電壓Vout。當反饋電路140 檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout小於設定電壓值時，開關電路150根據反饋電路140 反饋的檢測結果相應截止，相應導通整流電路120與儲能電路130間的連接，從而增加儲能電路130的輸出電壓Vout。相應的，當輸出功率較大時，儲能電路130的輸出電壓Vout的下降速度較快，反饋電路140檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout小於設定電壓值，開關電路150根據反饋電路140反饋的檢測結果相應截止，使得整流電路120與儲能電路130間連接的導通時間加長，從而增加儲能電路130的輸出電壓Vout。當輸出功率較小時，儲能電路130的輸出電壓Vout的下降速度較慢，反饋電路140檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout大於設定電壓值，開關電路150根據反饋電路140反饋的檢測結果相應導通，使得整流電路120與儲能電路130間連接的導通時間減少，從而降低儲能電路130的輸出電壓Vout。本發明所提供的開關式阻容降壓電路100中利用開關電路150根據反饋電路140 檢測到的儲能電路130輸出電壓Vout的變化，相應控制整流電路120與儲能電路130間連接的導通時間，從而根據負載情況調節輸出電壓Vout，提高了電源利用效率。當開關電路 150導通時，儲能電路130中第一穩壓二極體ZDl兩端的電壓僅0. 3伏，消耗功率極低，不僅降低穩壓二極體待機時所消耗的功率從而滿足新歐規中節能環保的要求，同時降低穩壓二極體的溫度避免造成過溫隱患從而可選用小功率穩壓管進一步提高負載能力。圖3是圖1所示的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式的具體電路示意圖。圖3所示的開關式阻容降壓裝置100與圖2的區別僅在於整流電路120，故不再複述限流電路110、儲能電路130、反饋電路140及開關電路150。如圖3所示，開關式阻容降壓裝置100中的整流電路120包括全橋整流電路，所述全橋整流電路包括第一二極體D1、第二二極體D2、第四二極體D4及第五二極體D5。其中，第一二極體Dl陰極與限流電路110中第一電容Cl另一端相連，陽極用於輸出直流電源至儲能電路130。第二二極體D2陽極與限流電路110中第一電容Cl另一端相連，陰極接地。第四二極體D4的陽極與第一二極體Dl的陽極相連。第五二極體D5的陽極與第四二極體D4的陰極相連，陰極接地。在本發明提供的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式中，儲能電路130包括多個儲能單元，多個儲能單元分別與整流電路120相連並輸出多個輸出電壓Vout。反饋電路140包括多個反饋單元，多個反饋單元分別用於檢測儲能電路130中多個儲能單元的輸出電壓Vout並相應反饋檢測結果。開關電路150包括多個開關單元，多個開關單元分別根據反饋電路140中多個反饋單元反饋的檢測結果，相應控制整流電路120與儲能電路130 中多個儲能單元間的導通時間，從而調節所述多個儲能單元的輸出電壓。圖4是本發明提供的開關式阻容降壓裝置100的另一種實施方式的電路模塊示意圖。圖4所示的開關式阻容降壓裝置100與圖1的區別在於儲能電路130、反饋電路140及開關電路150，故不再複述限流電路110及整流電路120。如圖4所示，儲能電路130包括第一儲能單元131及第二儲能單元132，分別用於接收整流電路120輸出的直流電源並提供第一輸出電壓Voutl及第二輸出電壓Vout2。反饋電路140包括第一反饋單元141及第二反饋單元142，分別用於檢測第一儲能單元131及第二儲能單元132的輸出電壓。開關電路 150包括第一開關單元151及第二開關單元152，分別用於根據第一反饋單元141及第二反饋單元142的反饋相應控制整流電路120與第一儲能單元131及第二儲能單元132的導通時間，從而相應調節第一儲能單元131及第二儲能單元132的輸出電壓。在圖4所示的實施例中僅描述了儲能電路130包括第一儲能單元131及第二儲能單元132的情況，以便於說明。本發明技術人員就當知悉在本發明其它實施方式中，儲能電路130還包括三個或以上的儲能單元，反饋電路140及開關電路150則分別相應包括同等數量的反饋單元及開關單元。圖5是圖4所示的開關式阻容降壓裝置100—種實施方式的具體電路示意圖。在本實施方式中，第一儲能單元131及第二儲能單元132相互隔離，分別提供第一輸出電壓 Voutl及第二輸出電壓Vout2。其中，第一輸出電壓Voutl及第二輸出電壓Vout2可相同、 亦可不同。如圖5所示的第一儲能單元131及第二儲能單元132、第一反饋單元141及第二反饋單元142、第一開關單元151及第二開關單元152的結構與圖3所示的儲能電路130、 反饋電路140及開關電路150相同，故不再複述。圖6是圖4所示的開關式阻容降壓裝置100另一種實施方式的具體電路示意圖。 在本實施方式中，第一儲能單元131及第二儲能單元132相互級聯，分別提供第一輸出電壓 Voutl及第二輸出電壓Vout2。其中，第一輸出電壓Voutl大於第二輸出電壓Vout2。圖5 所示的開關式阻容降壓裝置100中第一儲能單元131及第二儲能單元132、第一反饋單元 141及第二反饋單元142、第二開關單元152的結構分別與與圖3中的儲能電路130、反饋電路140及開關電路150相同，故不再複述。在本實施方式中，第一反饋單元141用於檢測第一儲能單元131的輸出電壓並反饋檢測結果至第一開關單元151。其中，第一反饋單元141 包括第二穩壓二極體ZD2及第三電阻R3。第二穩壓二極體ZD2的陽極用於接收第一儲能單元131的輸出電壓Voutl，陰極經第三電阻R3反饋檢測結果至第一開關單元151。第一開關單元151包括第一電晶體TR1、第二電晶體TR2及第四電阻R4。第二電晶體TR2根據第一反饋單元141反饋的檢測結果使得第一電晶體TRl導通或截止，從而調節整流電路120 與第一儲能單元131間連接的導通時間，從而調節第一儲能單元131的輸出電壓Voutl。在本實施方式中，第二電晶體TR2的基極用於接收第一反饋單元141反饋的檢測結果，發射極接地。第一電晶體TRl的基極經第四電阻R4與第二電晶體的集電極相連，發射極與第一儲能單元131的一輸入端相連，集電極與第一儲能單元131的另一輸入端相連。其中，第一電晶體TRl為NPN型，第二電晶體TR2為PNP型。圖7是本發明提供的一種開關式阻容降壓方法200的具體步驟圖。如圖7所示， 開關式阻容降壓方法200用於調節阻容降壓裝置100的輸出電壓，包括以下步驟
步驟10 檢測輸出電壓的變化。在本實施方式中，反饋電路140檢測儲能電路130的輸出電壓Vout。步驟20 比較輸出電壓Vout與設定電壓值。在本實施方式中，反饋電路140中包括第二穩壓二極體ZD2。其中，設定電壓值等於第二穩壓二極體ZD2的擊穿電壓。第二穩二極體ZD2用於比較輸出電壓Vout與設定電壓值。步驟30 當輸出電壓Vout大於設定電壓值時，斷開整流電路120與儲能電路130 間的連接，從而降低儲能電路130的輸出電壓。在本發明實施方式中，當反饋電路140檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout大於設定電壓值時，開關電路150根據反饋電路140反饋的檢測結果相應導通，相應斷開整流電路120與儲能電路130間的連接，從而降低儲能電路130的輸出電壓Vout。步驟40 當輸出電壓Vout小於設定電壓值時，導通整流電路120與儲能電路130 間的連接，從而增加儲能電路130的輸出電壓。在本發明實施方式中，當反饋電路140檢測到儲能電路130的輸出電壓Vout小於設定電壓值時，開關電路150根據反饋電路140反饋的檢測結果相應截止，相應導通整流電路120與儲能電路130間的連接，從而增加儲能電路130的輸出電壓Vout。綜上所述，本發明所提供的開關式阻容降壓裝置及方法，利用開關電路根據反饋電路檢測到的儲能電路輸出電壓的變化，相應控制整流電路1與儲能電路間連接的導通時間，從而根據負載情況調節輸出電壓，提高了電源利用效率。當開關電路導通時，儲能電路中第一穩壓二極體兩端的電壓僅0. 3伏，消耗功率極低，不僅降低穩壓二極體待機時所消耗的功率從而滿足新歐規中節能環保的要求，同時降低穩壓二極體的溫度避免造成過溫隱患從而可選用小功率穩壓管進一步提高負載能力。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種開關式阻容降壓裝置，包括限流電路、整流電路及儲能電路，其特徵在於，還包括反饋電路，用於檢測所述儲能電路的輸出電壓並反饋檢測結果；及開關電路，用於根據所述反饋電路反饋的檢測結果控制所述整流電路與所述儲能電路間的導通時間，從而調節所述儲能電路的輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述反饋電路包括 電阻；及第二穩壓二極體，用於檢測所述儲能電路的輸出電壓，並將檢測結果經所述電阻反饋至所述開關電路。
3.根據權利要求1所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述開關電路包括電晶體，所述電晶體根據所述反饋電路反饋的檢測結果相應導通及截止，控制所述整流電路與所述儲能電路的導通時間從而調節所述儲能電路的輸出電壓。
4.根據權利要求1所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於所述儲能電路包括多個儲能單元，分別輸出多個輸出電壓；所述反饋電路包括多個反饋單元，所述多個反饋單元分別用於檢測所述多個儲能單元的輸出電壓並相應反饋檢測結果；所述開關電路包括多個開關單元，所述多個開關單元分別根據所述多個反饋單元反饋的檢測結果，相應控制所述整流電路與所述多個儲能單元間的導通時間，從而調節所述多個儲能單元的輸出電壓。
5.根據權利要求4所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述儲能電路中所述多個儲能單元相互隔離。
6.根據權利要求4所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述儲能電路中所述多個儲能單元相互級聯。
7.根據權利要求4至6任意一項所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述反饋模塊包括電阻；及穩壓二極體，用於檢測所述儲能單元的輸出電壓，並將檢測結果經所述電阻反饋至所述開關單元。
8.根據權利要求4至6任意一項所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述開關單元包括第一電晶體，所述第一電晶體根據所述反饋單元反饋的檢測結果相應導通或截止， 控制所述整流電路與所述儲能單元的導通時間從而調節所述儲能模塊的輸出電壓。
9.根據權利要求4至6任意一項所述的開關式阻容降壓裝置，其特徵在於，所述開關單元包括第一電晶體及第二電晶體，所述第二電晶體根據所述反饋單元反饋的檢測結果使得所述第一電晶體導通或載止，控制所述整流電路與所述儲能單元的導通時間從而調節所述儲能模塊的輸出電壓。
10.一種開關式阻容降壓方法，用於調節阻容降壓裝置的輸出電壓，其特徵在於，包括以下步驟檢測所述輸出電壓的變化；比較所述輸出電壓與設定電壓值；當所述輸出電壓大於設定電壓值時，斷開所述整流電路與所述儲能電路間的連接，從而降低所述儲能電路的輸出電壓；及當所述輸出電壓小於設定電壓值時，導通所述整流電路與所述儲能電路間的連接，從而增加所述儲能電路的輸出電壓。
全文摘要
本發明提供了一種開關式阻容降壓裝置，包括限流電路、整流電路、儲能電路、反饋電路及開關電路。反饋電路用於檢測所述儲能電路的輸出電壓並反饋檢測結果。開關電路用於根據所述反饋電路反饋的檢測結果控制所述整流電路與所述儲能電路間的導通時間，從而調節所述儲能電路的輸出電壓。本發明提供的開關式阻容降壓裝置及方法，通過檢測輸出電壓的變化，相應控制整流電路與儲能電路間連接的導通時間，從而調節阻容降壓裝置的輸出電壓。本發明提供的開關式阻容降壓裝置及方法不僅可根據負載負載情況調節輸出電壓從而提高電源利用效率，且降低了穩壓二極體待機時所消耗的功率滿足新歐規中節能環保的要求。
文檔編號H02M3/156GK102364853SQ20111032299
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者周述宇 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司