CN101860236A - 一种开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源，其包括：输入级EMI滤波电路单元、整流电路单元、PFC检测电路单元、主开关电路单元、变压器隔离电路单元、输出整流滤波电路单元、主控制回路单元、电流反馈回路单元、以及电压反馈电路单元；将输入AC信号经整流电路单元整流成脉动直流电信号，直接提供给主开关电路单元进行能量转换，同时直接在脉动直流电上进行采样，确保PFC检测电路单元稳定可靠，实现将输入滤波用的高压铝电解电容去除，解决了输入浪涌问题，实现了大于0.95的功率因数。本发明技术方案采用了双输出主控制芯片，输出两路信号相位相反，且有可调的死区时间，为本电源的发展提供了广阔的前景。

Description

一种开关电源

技术领域

本发明属于自动化领域，涉及一种AC/DC电源产品，特别是涉及一种AC/DC开关电源。

背景技术

现在市场上有的AC/DC电源，300W以下的普遍没有功率因数校正功能，PF值无法满足新能源要求，低于75W的就更谈不上功率因数校正，这就使相当一部分电源使用中，会严重干扰电网。

现在的AC/DC开关电源输入部分都需要有大容量的铝电解电容，将经过整流的脉动直流电转化成后级电路可以使用的直流电；由于使用大容量的铝电解电容，造成电源产品在冷启动的瞬间有很大的浪涌电流，这样就对电网造成很大的冲击，同时造成很大的EMI问题。

现有的AC/DC产品，如果要实现高功率因数，就必须在输入级加专门的PFC电路，现在的PFC电路均为Boost电路，属于升压电路，输出电压必须高于输入电压，也不能实现隔离的要求，一旦前级电路出现问题，将导致高压直接冲击后级电路，后级设备将出现灾难性后果；同时由于多级电路，导致成本上升，无法在AC/DC电源产品中普及使用，目前的中小功率AC/DC电源产品均不加PFC电路，造成电网功率因数下降，带来了能源浪费和电磁干扰问题。

由于AC/DC电源产品中所使用器件，寿命最短、对使用环境要求最高的就是铝电解电容，这是目前AC/DC电源产品MTBF指标的瓶颈，直接影响产品的可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：将AC/DC电源小型化、高功率化；提高其高功率因数，实现高效率；实现良好的EMC特性，消除输入浪涌电流。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种开关电源，包括：

输入AC信号单元；

输入级EMI滤波单元，与所述输入AC信号单元相连，用于对所输入的AC信号滤波；

整流电路单元，与所述输入级EMI滤波单元相连，用于将滤波后的AC信号整流为脉动直流电信号；

PFC检测电路单元，与所述整流电路单元相连，用于检测所述脉动直流电信号的过零和峰值；

主控制回路单元，与所述PFC检测电路单元相连，用于接收来自PFC检测电路单元的参考信号进行PFC控制；

主开关电路单元，与所述整流电路单元和主控制回路单元相连，以使所述整流电路单元输出的脉动直流电信号进入主开关电路单元，由所述主控制回路单元控制主开关电路单元将脉动直流电信号转化为工频信号调制的高频开关信号；

变压器隔离电路单元，与所述主开关电路单元相连，用于对高频开关信号隔离变换；

输出整流滤波单元，与所述变压器隔离电路单元相连，用于对变压器隔离电路单元输出的高频开关信号整流滤波。

其中，所述开关电源还包括：电压反馈回路单元，其输入端与所述输出整流滤波单元相连，其输出端与所述主控制回路单元相连，所述电压反馈回路单元用于采集处理输出整流滤波单元处理后的待输出信号，并送入所述主控制回路单元，以实时控制输出电压。

其中，所述开关电源还包括：电流反馈电路单元，其输入端与所述主开关电路单元相连，其输出端与所述主控制回路单元相连，所述电流反馈电路单元用于将主开关电路单元的电流变化送入主控制回路单元，以实时控制输出电流。

其中，所述开关电源还包括：输出负载单元，与所述输出整流滤波单元相连，用于接收来自所述输出整流滤波单元输出的高频开关信号。

其中，所述工频信号与所输入的脉动直流电信号相位相同。

其中，所述开关电源的整体电路形式为：PFC检测电路单元与反激电路、推挽电路、有源钳位的反激电路、全桥电路或半桥电路中的一种合并组合。

(三)有益效果

与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：

(1)对传统开关电源电路进行改进，使通常输出级使用的铝电解电容去除，可将功率因数提高到0.95以上；

(2)由于去除了AC/DC电源中的铝电解电容，为将AC/DC电源小型化、高功率化提供了技术保证，可以实现AC/DC电源的金属底基设计，同时提供高功率因数，实现高效率；

(3)为AC/DC电源在高可靠性、小体积、高功率密度、高功率因数、良好的EMC特性、消除输入浪涌电流等高指标要求提供了可靠的技术保证。

附图说明

图1是本发明实施例的开关电源的电路图；

图2是本发明实施例的开关电源的原理框图。

其中：1：输入AC信号单元；2：输入级EMI滤波单元；3：PFC检测电路单元；4：整流电路单元；5：主控制回路单元；6：主开关电路单元；7：变压器隔离电路单元；8：输出整流滤波单元；9：输出负载单元；10：电压反馈回路单元；11：电流反馈电路单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供了一种开关电源，图1是开关电源的电路图，图2是开关电源的原理框图，该开关电源包括：输入级EMI滤波电路单元2、整流电路单元4、PFC检测电路单元3、主开关电路单元6、变压器隔离电路单元7、输出整流滤波电路单元8、主控制回路单元5、电流反馈回路单元11、以及电压反馈电路单元10。

此开关电源采用典型的Buck-Boost离线式(Flyback)主电路，融合了PFC检测电路单元3，其可以工作在连续模式、临界模式、非连续模式下，由于采用了PFC检测电路单元3和主开关电路单元6融合的设计方案，将输入整流电路单元4中的铝电解电容去除(普通AC/DC开关电源必需的输入滤波电容，保证到主开关电路单元的电压信号为直流，以满足转换要求)，这样就彻底解决了AC/DC电源输入浪涌电流的问题，电源对其它设备的干扰大幅度降低，提供了优良的EMI性能，由于去除了普通AC/DC电源中必需的输入铝电解电容，为AC/DC电源不再使用铝电解电容提供了解决方案。

本发明的技术方案对传统的Buck-Boost离线式(Flyback)主电路进行改进，采用并联交错工作的反激电路模式，由于两路输出的相位相反，使输出电流始终处于连续模式，因而可以省去输出滤波电容(实际设计过程中，为了保证高质量的输出，通常会在输出加小容量的电容)；彻底扫清了对铝电解电容的依赖。

在本实施例中，AC信号经输入AC信号单元1进入输入级EMI滤波单元2后，进入整流电路单元4，整流成脉动直流电信号，PFC检测电路单元3检测脉动直流电信号的过零、峰值，送入主控制回路单元5，为PFC控制提供参考信号；脉动直流电直接进入主开关电路单元6，由主控制回路单元5控制的主开关电路单元6将脉动直流电转化为50HZ(或60HZ)工频信号(此工频信号与输入脉动直流电信号相位相同)调制的高频开关信号，高频开关信号经变压器隔离电路单元7隔离变换后，输出需要的高频开关信号，经输出整流滤波电路单元8整流滤波后，送到负载端；电流反馈回路单元11将主开关电路的电流变化送入主控制回路单元5，用来做为对输出电流变化实时在主控制回路单元5中加以控制，对负载端出现的短路、过流现象进行控制；电压反馈回路单元10将输出负载上的信号采集处理后送入主控制回路单元5，用来对输出电压进行实时控制，确保输出电压在需要的控制范围内波动；

本发明中，就是将输入AC信号整流成脉动直流电信号，直接提供给主开关电路单元6进行能量转换，同时直接在脉动直流电上进行采样，确保PFC电路稳定可靠，就实现了将输入滤波用的高压铝电解电容去除，解决了输入浪涌问题，实现了大于0.95的功率因数。

由于本发明中采用的主控制芯片是双输出(可以只使用其中的一路输出控制信号)，输出两路信号相位相反，且有可调的死区时间，就为本电路的发展提供了广阔的前景。

本发明中的反激电路可直接改变为推挽电路、有源钳位的反激电路、全桥或半桥电路。

以图1中的电路图为例，介绍本发明开关电源的工作方式。输入100-300V的AC信号经C1(安规电容)、L1(共模电感)和C2(安规电容)、L2(共模电感)及C3(安规电容)的前级EMC处理，进入整流桥D1，变成50HZ(或60HZ)的脉动直流电信号，经C5(安规电容)后级EMC处理，脉动直流电信号进入主开关电路。

脉动直流电信号经R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、C13、C14的分压、滤波处理，送入主控制回路的PFC检测电路，来完成对相位、峰值的检测，为实现电压、电流的同相位提供依据。

脉动直流电信号经D7、C8、R1的整流、滤波及限流处理，为主控制回路提供启动能量。

脉动直流电信号经T1、Q1、R3，形成输入部分的主电路，为变压器T1的输出级提供可控的能量转换。

经R6、C9反馈电路，将输入级的电流信号反馈给主控制回路，为主电路电流的变化控制提供依据。

主控制回路经R2、R4控制开关管的开通时间，实现可控的PWM(脉冲宽度调整)能量转换。

经变压器T1的一个绕组，通过D4、D5、D6、C6、C7的处理，为主控制回路提供持续可靠的能量。

通过U2及与U2相连的电路，来实现将输出电压信号反馈给主控制回路，为输出电压的可控提供保证。

变压器T1输出经过D12、C20、C21、C22、C23、L3的整流、滤波处理，为客户的负载提供电压、电流可控的能量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：

输入AC信号单元(1)；

输入级EMI滤波单元(2)，与所述输入AC信号单元(1)相连，用于对所输入的AC信号滤波；

整流电路单元(4)，与所述输入级EMI滤波单元(2)相连，用于将滤波后的AC信号整流为脉动直流电信号；

PFC检测电路单元(3)，与所述整流电路单元(4)相连，用于检测所述脉动直流电信号的过零和峰值；

主控制回路单元(5)，与所述PFC检测电路单元(3)相连，用于接收来自PFC检测电路单元(3)的参考信号进行PFC控制；

主开关电路单元(6)，与所述整流电路单元(4)和主控制回路单元(5)相连，以使所述整流电路单元(4)输出的脉动直流电信号进入主开关电路单元(6)，由所述主控制回路单元(5)控制主开关电路单元(6)将脉动直流电信号转化为工频信号调制的高频开关信号；

变压器隔离电路单元(7)，与所述主开关电路单元(6)相连，用于对高频开关信号隔离变换；

输出整流滤波单元(8)，与所述变压器隔离电路单元(7)相连，用于对变压器隔离电路单元(7)输出的高频开关信号整流滤波。

2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：电压反馈回路单元(10)，其输入端与所述输出整流滤波单元(8)相连，其输出端与所述主控制回路单元(5)相连，所述电压反馈回路单元(10)用于采集处理输出整流滤波单元(8)处理后的待输出信号，并送入所述主控制回路单元(5)，以实时控制输出电压。

3.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：电流反馈电路单元(11)，其输入端与所述主开关电路单元(6)相连，其输出端与所述主控制回路单元(5)相连，所述电流反馈电路单元(11)用于将主开关电路单元(6)的电流变化送入主控制回路单元(5)，以实时控制输出电流。

4.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：输出负载单元(9)，与所述输出整流滤波单元(8)相连，用于接收来自所述输出整流滤波单元(8)输出的高频开关信号。

5.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述工频信号与所输入的脉动直流电信号相位相同。

6.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源的整体电路形式为：PFC检测电路单元与反激电路、推挽电路、有源钳位的反激电路、全桥电路或半桥电路中的一种合并组合。

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