CN105207501A - 一种可抗20kv雷击的开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可抗20KV雷击的开关电源，主要包括抗雷击浪涌电路以及开关电源主电路，所述抗雷击浪涌电路包括依次串联并形成回路的压敏电阻VR1、热敏电阻NTC、熔断器F1、共模过滤杂讯电感L1；所述电感L1的前端并联电阻R23与R24的串联电路，同时并联电容CX；所述电感L1的后端并联小规格压敏电阻VR2；所述电感L1的两端并联电阻R26和R27，所述抗雷击浪涌电路后端连接开关电源主电路的整流模块。所述开关电源主电路的变压器单元采用内部屏蔽和外部屏蔽的方法降低电源一次侧与二次侧之间的漏电流。本发明可抗20KV的雷击，所述抗雷击浪涌电路对电源形成有效的保护，同时不影响电源的稳定输出。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种可抗20KV雷击的开关电源。
背景技术
随着各种家用电子产品的普及，开关电源应用越来越广泛，市场对开关电源的要求也越来越高，普通开关电源在雷击防护上设计达不到市场要求，大部份只能达到6KV雷击流通测试，有的产品甚至达不到最低的1KV要求，市场上销售的开关电源大部没有通过浪涌测试就进入市场，没有做抗雷击浪涌有效保护措施，通过对市场用户的调研与事实证明，如电视机顶盒供电，电视机，DVD等设备，在恶劣的地区雷电多发环境下，如夏季雷电多发季，高压浪涌进入电网，进入开关电源L、N端，造成一些开关电源的损坏不工作，影响到家庭与工业设备的使用，同时也造成一定隐患，常会先造成电源损坏，造成设备无法工作，寿命短，无法满足各个行业与人民的生活设备需要。
发明内容
为了解决上述技术问题，提供一种可抗20KV雷击的开关电源，本发明提供以下技术方案：
一种可抗20KV雷击的开关电源，包括整流模块、主电路变换模块、次级整流降压模块、电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块，所述整流模块输入端接交流电网，输出端与主电路变换模块、次级整流降压模块依次连接，所述次级整流降压模块通过电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块连接到主电路变换模块形成反馈电路，所述次级整流降压模块输出为开关电源输出；
所述整流电路前端还连接有抗雷击浪涌电路，所述抗雷击浪涌电路包括依次串联并形成回路的压敏电阻VR1、热敏电阻NTC、熔断器F1、共模过滤杂讯电感L1；所述电感L1的前端并联电阻R23与R24的串联电路，同时并联电容CX；所述电感L1的后端并联小规格压敏电阻VR2；所述电感L1的两端并联电阻R26和R27；在电源AC端存在电网中浪涌冲击时,透过NTC与VR1串联线路放电,先经由NTC限流,将输入浪涌电流减小,再由VR1进行瞬间短路放电,前输入前端将浪涌过滤,因雷击浪涌电压能量足够大,达20KV,所以在残留窜入后端线路时,会在电源的共模过滤噪声电感L1线圈中产生瞬间反向电动势,反向电动势会与原来电网的浪涌电压迭加,产生更大的浪涌对内部线路组件造成伤害,所以在线路中L1电感的两端并联放电电阻,以消耗产生的瞬间感应电压,同时在L1后端并联小规格压敏电阻VR2,以放电形式消耗窜入的残留电压,达到在电网L与N线间引入浪涌冲击时对电源有效的保护,同时不影响产品的稳定输出。
所述主电路变换模块中的变压器单元采用内部屏蔽和外部屏蔽的方法降低一次侧与二次侧之间的漏电流，所述内部屏蔽为在原边和副边之间增加绕组和铜箔，并引出一端接到原边的工作地，所述外部屏蔽为在变压器的外部紧贴磁芯和绕组包覆一层铜箔，这一层铜箔要闭合，形成一个环形回路。在原边和副边之间增加绕组或铜箔，引出一端接到原边的工作地上面，主要目的是将原边的共模干扰信号通过屏蔽层回流到骚扰源，如果没有这个屏蔽层，有一部共模干扰信号就会通过原副边绕组之间的层间电容传递到副边，从而引起输出端的EMI问题。变压器的漏感磁场不在磁芯内部闭合，而是泄漏到外部空间，在高频应用时，较强的漏磁场会在输入和输出埠的闭合回路上感应出电压，导致EMI测试结果变差。如果有外部屏蔽层，根据电磁感应原理，屏蔽层内会感应出电流，形成相反的磁场，抵消变压器漏磁场的影响。
进一步的，所述变压器内部屏蔽的绕制方法包括依次进行的绕组E1、N1、E2、N2、N3、E3；
所述绕组E1的绕制步骤为,S11：先在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S12：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S13：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S14：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N1的绕制步骤为，S21：在变压器骨架两端分别绕制3Ts边缘带；S22：将28L的铁氟龙套管套于直径为0.35mm的漆包线一端，所述铁氟龙套管长度到边缘带的一半为止；
S23：绕制漆包线，绕制圈数为38Ts；
S24：漆包线绕制完成后，同样在另一端套上28L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管长度到边缘到的一半为止；
S25：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组E2的绕制步骤为，S31:在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；S32：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S33：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S34：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N2的绕制步骤为，S41：将变压器翻转，一次侧朝向绕线机；
S42：在变压器骨架两端分别绕制6Ts边缘带；
S43：绕制直径为0.6mm的强化绝缘漆包线，两根漆包线同时绕制，进线处将两根强化绝缘漆包线套在一根16L的铁氟龙套管内，所述强化绝缘漆包线绕制5Ts，出线处仍然套上16L的铁氟龙管；
S44：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
S45：步骤S43中的两根16L铁氟龙管未被麦拉胶带包裹的一端再套上13L的铁氟龙管；
所述绕组N3的绕制步骤为，S51：在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S52：两股直径为0.2mm的漆包线绕制5Ts；
S53：套上26L的铁氟龙套管，长度到边缘带一半位置；
S54：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为3.2Ts；
所述绕组E3的绕制步骤为，S61：将铜箔压制于背胶上，绕制0.9Ts；
S62：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度至边缘带一半位置；
S63：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述外部屏蔽的绕制方法包括以下步骤，S71：外部紧贴磁芯包上麦拉胶带，绕制圈数为3Ts；
S72：绕制绕组E4，将铜箔压制于背胶上，包裹整个绕组绕制1.1Ts；
S73：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度由焊点至变压器管脚；
S74：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为3.2Ts；
S75：外层包上麦拉胶带。
进一步的，所述绕组N3的步骤S52绕制的双股漆包线中间需密绕，漏感小、效率高。
进一步的，所述绕组N2的步骤S45可以为先套上13L铁氟龙套管再包裹麦拉胶带，以实际操作情况为依据。
本发明的有益效果在于：抗雷击能力大大提升，最高可抗20KV雷击浪涌，能有效保护电源，同时不影响产品的稳定输出。
附图说明
图1、抗雷击浪涌电路示意图
图2、本发明的电路结构框图
图3、变压器绕组原理图
具体实施方式
如图1-3所示的一种可抗20KV雷击的开关电源，包括整流模块、主电路变换模块、次级整流降压模块、电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块，所述整流模块输入端接交流电网，输出端与主电路变换模块、次级整流降压模块依次连接，所述次级整流降压模块通过电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块连接到主电路变换模块形成反馈电路，所述次级整流降压模块输出为开关电源输出；
所述整流电路前端还连接有抗雷击浪涌电路，所述抗雷击浪涌电路包括依次串联并形成回路的压敏电阻VR1、热敏电阻NTC、熔断器F1、共模过滤杂讯电感L1；所述电感L1的前端并联电阻R23与R24的串联电路，同时并联电容CX；所述电感L1的后端并联小规格压敏电阻VR2；所述电感L1的两端并联电阻R26和R27；在电源AC端存在电网中浪涌冲击时,透过NTC与VR1串联线路放电,先经由NTC限流,将输入浪涌电流减小,再由VR1进行瞬间短路放电,前输入前端将浪涌过滤,因雷击浪涌电压能量足够大,达20KV,所以在残留窜入后端线路时,会在电源的共模过滤噪声电感L1线圈中产生瞬间反向电动势,反向电动势会与原来电网的浪涌电压迭加,产生更大的浪涌对内部线路组件造成伤害,所以在线路中L1电感的两端并联放电电阻,以消耗产生的瞬间感应电压,同时在L1后端并联小规格压敏电阻VR2,以放电形式消耗窜入的残留电压,达到在电网L与N线间引入浪涌冲击时对电源有效的保护,同时不影响产品的稳定输出。
所述主电路变换模块中的变压器单元采用内部屏蔽和外部屏蔽的方法降低一次侧与二次侧之间的漏电流，所述内部屏蔽为在原边和副边之间增加绕组和铜箔，并引出一端接到原边的工作地，所述外部屏蔽为在变压器的外部紧贴磁芯和绕组包覆一层铜箔，这一层铜箔要闭合，形成一个环形回路。在原边和副边之间增加绕组或铜箔，引出一端接到原边的工作地上面，主要目的是将原边的共模干扰信号通过屏蔽层回流到骚扰源，如果没有这个屏蔽层，有一部共模干扰信号就会通过原副边绕组之间的层间电容传递到副边，从而引起输出端的EMI问题。变压器的漏感磁场不在磁芯内部闭合，而是泄漏到外部空间，在高频应用时，较强的漏磁场会在输入和输出埠的闭合回路上感应出电压，导致EMI测试结果变差。如果有外部屏蔽层，根据电磁感应原理，屏蔽层内会感应出电流，形成相反的磁场，抵消变压器漏磁场的影响。
所述变压器内部屏蔽的绕制方法包括依次进行的绕组E1、N1、E2、N2、N3、E3；
所述绕组E1的绕制步骤为,S11：先在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；S12：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S13：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S14：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N1的绕制步骤为，S21：在变压器骨架两端分别绕制3Ts边缘带；
S22：将28L的铁氟龙套管套于直径为0.35mm的漆包线一端，所述铁氟龙套管长度到边缘带的一半为止；
S23：绕制漆包线，绕制圈数为38Ts；
S24：漆包线绕制完成后，同样在另一端套上28L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管长度到边缘到的一半为止；
S25：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组E2的绕制步骤为，S31:在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S32：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S33：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S34：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N2的绕制步骤为，S41：将变压器翻转，一次侧朝向绕线机；
S42：在变压器骨架两端分别绕制6Ts边缘带；
S43：绕制直径为0.6mm的强化绝缘漆包线，两根漆包线同时绕制，进线处将两根强化绝缘漆包线套在一根16L的铁氟龙套管内，所述强化绝缘漆包线绕制5Ts，出线处仍然套上16L的铁氟龙管；
S44：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
S45：步骤S43中的两根16L铁氟龙管未被麦拉胶带包裹的一端再套上13L的铁氟龙管；
所述绕组N3的绕制步骤为，S51：在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S52：两股直径为0.2mm的漆包线绕制5Ts；中间密绕；
S53：套上26L的铁氟龙套管，长度到边缘带一半位置；
S54：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为3.2Ts；
所述绕组E3的绕制步骤为，S61：将铜箔压制于背胶上，绕制0.9Ts；
S62：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度至边缘带一半位置；
S63：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述外部屏蔽的绕制方法包括以下步骤，S71：外部紧贴磁芯包上麦拉胶带，绕制圈数为3Ts；
S72：绕制绕组E4，将铜箔压制于背胶上，包裹整个绕组绕制1.1Ts；
S73：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度由焊点至变压器管脚；
S74：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为3.2Ts；
S75：外层包上麦拉胶带。
Claims (4)
1.一种可抗20KV雷击的开关电源，包括整流模块、主电路变换模块、次级整流降压模块、电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块，所述整流模块输入端接交流电网，输出端与主电路变换模块、次级整流降压模块依次连接，所述次级整流降压模块通过电压监测稳定控制模块、电压反馈控制模块、PWM控制模块连接到主电路变换模块形成反馈电路，所述次级整流降压模块输出为开关电源输出；
其特征在于：所述整流电路前端还连接有抗雷击浪涌电路，所述抗雷击浪涌电路包括依次串联并形成回路的压敏电阻VR1、热敏电阻NTC、熔断器F1、共模过滤杂讯电感L1；所述电感L1的前端并联电阻R23与R24的串联电路，同时并联电容CX；所述电感L1的后端并联小规格压敏电阻VR2；所述电感L1的两端并联电阻R26和R27；所述主电路变换模块中的变压器单元采用内部屏蔽和外部屏蔽的方法降低一次侧与二次侧之间的漏电流，所述内部屏蔽为在原边和副边之间增加绕组和铜箔，并引出一端接到原边的工作地，所述外部屏蔽为在变压器的外部紧贴磁芯和绕组包覆一层铜箔，这一层铜箔要闭合，形成一个环形回路。
2.如权利要求1所述的一种可抗20KV雷击的开关电源，其特征在于：所述变压器内部屏蔽的绕制方法包括依次进行的绕组E1、N1、E2、N2、N3、E3；
所述绕组E1的绕制步骤为,S11：先在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S12：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S13：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S14：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N1的绕制步骤为，S21：在变压器骨架两端分别绕制3Ts边缘带；
S22：将28L的铁氟龙套管套于直径为0.35mm的漆包线一端，所述铁氟龙套管长度到边缘带的一半为止；
S23：绕制漆包线，绕制圈数为38Ts；
S24：漆包线绕制完成后，同样在另一端套上28L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管长度到边缘到的一半为止；
S25：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组E2的绕制步骤为，S31:在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S32：在两边缘带之间绕制宽度为13mm的背胶，黏上30L的铁氟龙套管，所述铁氟龙套管上端位于背胶中部位置，下端到边缘带一半位置，铁氟龙套管内设置0.16mm的引线；
S33：将铜箔绕制于铁氟龙管上端位置，绕制圈数为0.9Ts；
S34：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组N2的绕制步骤为，S41：将变压器翻转，一次侧朝向绕线机；
S42：在变压器骨架两端分别绕制6Ts边缘带；
S43：绕制直径为0.6mm的强化绝缘漆包线，两根漆包线同时绕制，进线处将两根强化绝缘漆包线套在一根16L的铁氟龙套管内，所述强化绝缘漆包线绕制5Ts，出线处仍然套上16L的铁氟龙管；
S44：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
S45：步骤S43中的两根16L铁氟龙管未被麦拉胶带包裹的一端再套上13L的铁氟龙管；
所述绕组N3的绕制步骤为，S51：在变压器骨架两端分别绕制1Ts边缘带；
S52：两股直径为0.2mm的漆包线绕制5Ts；
S53：套上26L的铁氟龙套管，长度到边缘带一半位置；
S54：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述绕组E3的绕制步骤为，S61：将铜箔压制于背胶上，绕制0.9Ts；
S62：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度至边缘带一半位置；
S63：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为2.2Ts；
所述外部屏蔽的绕制方法包括以下步骤，S71：外部紧贴磁芯包上麦拉胶带，绕制圈数为3Ts；
S72：将铜箔压制于背胶上，包裹整个绕组绕制1.1Ts；
S73：从铜箔引出的0.16mm引线套上30L的铁氟龙套管，长度由焊点至变压器管脚；
S74：绕制宽度为15mm的麦拉胶带，绕制圈数为3Ts；
S75：外层包上麦拉胶带。
3.如权利要求2所述的一种可抗20KV雷击的开关电源，其特征在于：所述绕组N3的步骤S52绕制的双股漆包线中间需密绕。
4.如权利要求2所述的一种可抗20KV雷击的开关电源，其特征在于：所述绕组N2的步骤S45可以为先套上13L铁氟龙套管再包裹麦拉胶带。
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