一種斬波限壓電源電路的製作方法
2023-04-22 17:18:11
專利名稱：一種斬波限壓電源電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種斬波限壓電源電路，其輸出電壓可控制在一定範圍內。
背景技術：
傳統的電源過壓保護一般是檢測電源電路的輸出電壓，並將其反饋回電源電路中，當 輸出過壓時，使電源電路停止向負載供電。例如在公開號為CN1592019
公開日為2005 年3月9日、發明名稱為"電源電壓的保護方法及其電源電路"的中國發明專利申請中， 就公開了採用輸出反饋電壓進行過壓保護的方法及電源電路。在這類電源電路中，要求 MOSFET開關管能夠承受因輸入電壓過壓帶來的高壓值。
然而，現有的PWM控制開關電源電路一般要求輸入電壓為85V 265V AC/DC。採用 上述過壓保護原理的電源電路已經不能應用在這類輸入電壓較高(例如電壓高達380VAC 或440VAC時，整流後532VDC或622VDC)的電源系統中了。因為在電源電路中，集成 化開關電源PWM控制晶片的工藝中所集成的MOSFET最大耐受電壓一般為700V;當芯 片工作在反激式開關電源狀態下，MOSFET斷態時承受的電壓為輸入電壓與反激電壓的 和，由於該電壓值常常超過MOSFET的耐受電壓，因此開關管很容易被擊穿。 發明內容
本實用新型要解決的技術問題是，提供一種斬波限壓電源電路，在輸出電壓不超過設 定值的同時，使電源電路不易受交流輸入電源的過壓峰值影響而受損。
為了解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案 一種斬波限壓電源電路，包 括開關電路、整流濾波電路及電壓檢測電路，其特徵在於所述開關電路與負載串聯；電 壓檢測電路的輸入端與輸入電源連接，輸出端與開關電路連接；當輸入電壓在設定值以內 時，開關電路只起導通作用，當輸入電壓過壓時，電壓檢測電路關斷開關電路。本實用新 型將電壓檢測電路放置在電源電路的輸入端，僅當輸入電壓峰值高於所設定的值時，開關 電路斷開，避免了電源電路受該過壓峰值影響而受損。這種限壓的技術方案體現在電源電 路的輸出端波形為電壓檢測電路將控制開關電路斬掉高於所設定值的峰值電壓，而低於 所設定值的輸入電壓則經過開關電路、整流濾波電路輸出到負載。
所述開關電路為開關電子管，其觸發端與電壓檢測電路的輸出端連接。 所述電壓檢測電路包括電壓採樣器及控制器；電壓採樣器的輸入端與輸入電源連接，輸出端與控制器的輸入端連接；當電壓採樣器採集的輸入電源過壓時，控制器導通並控制 開關電路斷開。
與傳統的根據輸出反饋斬波限制電壓值不同，本實用新型採用削去高電壓峰值的斬波 技術方案將開關電路與DC/DC負載串聯在一起，當輸入電壓低於所設門限值時，開關 電路只起到連通作用，當輸入電壓高於門限值時，通過斬波技術在正弦波中的波峰高於電 壓設定值時，將串聯在供電電路中的開關電路關斷，靠後部儲能元件持續供電，以實現限 壓要求。這樣削去峰值的低電壓經過整流濾波後輸出給DC/DC，其電壓值不會超過設定電 壓斬波值，從而在保護DC/DC使其不過壓擊穿的同時，還保護電源電路中的開關管不被 高壓擊穿。本實用新型可應用在輸入電壓範圍在85VAC 500VAC的電源系統中。
圖1為本實用新型的電原理框圖2為本實用新型的電路圖3為輸入為380V AC時電容C2兩引腳的電壓波形圖； 圖4為當輸入為380V時整流橋BR1的2、 4腳的電壓波圖； 圖5為當輸入為380V時電容C2兩端輸出的直流電壓波形； 圖6為輸入為220VAC時電容C1兩引腳的電壓波形圖； 圖7為當輸入為220V時整流橋BR1的2、 4腳的電壓波圖； 圖8為當輸入為220V時電容C2兩端輸出的直流電壓波形。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括輸入電源、電壓檢測電路、開關電路、整流濾波電路， DC/DC負載電路，開關電路、整流濾波電路與DC/DC負載電路串聯。在本實施例中，開 關電路採用開關電子管，其觸發端與電壓檢測電路的輸出端連接。而電壓檢測電路包括電 壓採樣器及控制器；電壓採樣器的輸入端與輸入電源連接，輸出端與控制器的輸入端連接； 控制器與開關電路連接。當輸入電壓在設定值以內時，開關電路導通，電壓檢測電路的控 制器沒有信號輸出，輸入電源的電壓經整流濾波後加到負載上，同時整流濾波電路中的儲 能元件充電。當電壓採樣器採集的輸入電源過壓時，電壓檢測電路的控制器導通並輸出控 制信號關斷開關電路，整流濾波電路中的儲能元件放電給負載供電。
如圖2所示，電壓檢測電路包括固定電阻Rl，瞬態抑制二極體(TVS) Dl，光電耦 合器0PT1，電容C1。開關電路採用絕緣柵極型功率管(IGBT) Ql、穩壓管D2，及其偏置電阻R2、 R3。整流濾波電路包括整流橋BR1、整流橋BR2、電解電容C2、無極性電容 C3， BR1為負載部分整流，BR2為斬波部分電路整流，其中電解電容C2除濾波之外，還 作為儲能元件，C3除可保護絕緣柵極型功率管(IGBT) Ql之外還起到分壓的作用。 本實用新型的工作原理如下
在輸入電壓峰值大於設定值時(如圖3)，為使整流輸出電壓不超出DC/DC的輸入範 圍值，在圖2中的電容C1起抗幹擾作用，固定電阻R1、 二極體Dl及光耦合器0PT1起 到電壓檢測與穩壓的作用。當輸入電壓正負半波電壓未高於二極體Dl的門限值時，二極 管D1、光耦合器0PT1處於截止狀態，輸入電壓經整流橋BR2整流後經電阻R2向開關電 子管Q1的G極提供觸發電壓使其導通；然後輸入電壓再經整流橋BR1整流後向電解電容 C2充電，同時也向負載DC/DC供電。直到電壓高於二極體D1的門限值時二極體D1、光 耦合器0PT1導通，此時光耦合器0PT1的副邊導通，開關電子管Q1的D、 S極之間的電 壓降為0.3V左右，從而使開關電子管Ql截止;此時電壓經電容C3分壓後再經整流橋BR1 整流向負載DC/DC供電，由於電容C3容抗較大不足以讓電解電容C2上的電壓飽和，電 解電容C2放電向負載DC/DC供電。當輸入電壓低於二極體D1的門限值時又使二極體D1、 光耦合器0PT1截止，輸入電壓經整流橋BR2整流後，經電阻R2向開關電子管Ql的G 極提供觸發電壓使其導通，電壓再經整流橋BR1整流後，向電解電容C2充電，同時也向 負載DC/DC供電。如此循環。本實用新型向負載DC/DC提供恆定電壓，從而保護了負載 DC/DC。輸入電壓被開關電路斬波後，在整流橋BR1的整流輸出端，電壓波形如圖4所示； 再經濾波後的直流輸出電壓波形如圖5所示。
在輸入電壓峰值低於設定值時(如圖6)，因為輸入電壓的整個正負半波電壓都低於二 極管D1的門限值，二極體D1、光耦合器0PT1 —直處於截止狀態。電壓經整流橋BR2 整流後，經電阻R2向開關電子管Ql的G極提供觸發電壓使其導通，電壓再經整流橋BR1 整流後，向電解電容C2充電，同時給負載DC/DC供電。此時供電電壓相當於輸入電壓整 流後直接輸入至負載端，開關電路只起導通作用，內阻可忽略不計。此時在整流橋BR1輸 出端的波形如圖7所示，再經電容C2濾波後的直流輸出電壓波形如圖8所示。
權利要求1. 一種斬波限壓電源電路，包括開關電路、整流濾波電路及電壓檢測電路，其特徵在於所述開關電路與負載串聯；電壓檢測電路的輸入端與輸入電源連接，輸出端與開關電路連接；當輸入電壓在設定值以內時，開關電路導通，當輸入電壓過壓時，電壓檢測電路關斷開關電路。
2. 根據權利要求l所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述開關電路為開關電 子管，其觸發端與電壓檢測電路的輸出端連接。
3. 根據權利要求1或2所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述電壓檢測電路 包括電壓採樣器及控制器；電壓採樣器的輸入端與輸入電源連接，輸出端與控制器的輸 入端連接；當電壓採樣器採集的輸入電源過壓時，控制器導通並控制開關電路斷開。
4. 根據權利要求3所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述電壓採樣器為穩壓 二極體。
5. 根據權利要求3所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述電壓採樣器為瞬態 抑制二極體。
6. 根據權利要求3所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述控制器為光耦合器。
7. 根據權利要求2所述的斬波限壓電源電路，其特徵在於所述開關電子管為絕緣 柵極型功率管。
專利摘要本實用新型涉及一種其輸出電壓可控制在一定範圍內的斬波限壓電源電路，其結構包括開關電路、整流濾波電路及電壓檢測電路，所述開關電路與負載串聯；電壓檢測電路的輸入端與輸入電源連接，輸出端與開關電路連接；所述開關電路為開關電子管，其觸發端與電壓檢測電路的輸出端連接。本實用新型將電壓檢測電路放置在電源電路的輸入端，僅當輸入電壓峰值高於所設定的值時，開關電路斷開，從而在保護DC/DC使其不過壓擊穿的同時，還保護電源電路中的開關管不被高壓擊穿。本實用新型可應用在輸入電壓範圍在85V AC～500V AC的電源系統中。
文檔編號H02H3/20GK201247944SQ20082004956
公開日2009年5月27日 申請日期2008年6月23日 優先權日2008年6月23日
發明者曹錦瑞, 李華嵩, 李佔波, 黃劍峰 申請人:Abb新會低壓開關有限公司