专利名称：一种开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源，尤其是一种具有一个周期性地接转施加到变压器初级绕组电压的开关型电源。该开关电源容许很宽的电压输入范围，适应全球不同地区的电压要求，适合于一般的直流电源或充电电源，特别适用于无绳电话的充电电源，以及MD、CD和电子手账等的电源。
实现上述目的的技术方案一种开关电源，包括输入整流滤波电路、自激振荡电路、浪涌电压吸收电路、变压器、短路保护电路和次级整流滤波电路，其中
变压器T由初级绕组T1-A、初级绕组T1-B和次级绕组T1-C组成；输入整流滤波电路的输出接初级绕组T1-A；浪涌电压吸收电路并接在变压器初级绕组T1-A的两端；自激振荡电路由R2、C4、R7~R10、变压器初级绕组T1-B、开关晶体管Q2、Q1和二极管D8连接组成，初级绕组T1-B的一端接地，另一端经电阻R7、电容C4、电阻R2接输入整流滤波电路的输出，开关晶体管Q2的输入与电容C4、电阻R2和D8的阳极并接，开关晶体管Q2的输出串接初级绕组T1-A并经R9接地，D8的阴极接晶体管Q1的集极，晶体管Q1的射极接地，晶体管Q1的基极与射极之间并接电容C5，晶体管Q1的基极并接电阻R8、R10，电阻R8的另一端并接初级绕组T1-B和D7的阳极，电阻R10的另一端经电阻R9接地；短路保护电路包括电阻R19、电容C13和二极管D6，电阻R19的一端接开关晶体管Q2的栅极，电阻R19的另一端接二极管D6的阴极和电容C13的一端，二极管D6的阳极接地，C13的另一端并接R7和C4。
所述次级整流滤波电路的输出设置反馈控制电路，反馈控制电路由光电偶合器U1-A、U1-B、电阻R11、次级稳压电路、电容C12、二极管D7和电阻R5组成，次级整流滤波电路的输出经光电偶合器U1-A、电阻R11接次级稳压电路，充电电容C12的一端接地，另一端与D7的阴极和光电偶合器U1-B的一端并接，光电偶合器U1-B的另一端经电阻R5接晶体管Q1的基极。
所述次级稳压电路包括由R14、R15、C8、R16、R18和U2构成的恒压电路，R14和R16的一端并接次级整流滤波电路的输出，R14的另一端接稳压管U2的阴极，R16的另一端经R18接稳压管U2的阳极，串联的R15和C8并接在稳压管U2的阴极和控制极之间。
所述次级稳压电路还包括由三极管Q3、电阻R13、电容C10及限流电阻R12构成限流控制电路，三极管Q3的集极、基极接电阻R13后分别并接在稳压管U2的两端，电容C10并联在Q3的射极与基极两端，次级整流滤波电路的输出经电容C7与Q3的射极并联后经C11接地。
在所述电容C4两端并接有放电回路，放电电路包括电阻R20、R6和晶体管Q4组成，晶体管Q4的基极经电阻R20接地，晶体管Q4的射极经C4和R6接集极形成放电回路。
所述放电回路包括单向导通二极管D10，晶体管Q4的射极经D10、C4和R6接集极形成放电回路。
所述输入整流滤波电路由二极管桥式整流电路和LC低通滤波器组成，二极管桥式整流电路的输出接LC低通滤波器，LC低通滤波器的输出接初级绕组T1-A。
所述输入整流滤波电路包括滤波电容C1、共模电感器L1、二极管整流桥和滤波电容C2，共模电感器L1的输入端并接滤波电容C1，共模电感器L1的输出端经二极管整流桥整流后并接滤波电容C2。
所述浪涌电压吸收电路由R3、C3并联后串接R4、D5构成。
所述稳压电路是稳压管。
按照上述方案制作的开关电源，按回扫变换器原理工作，当开关晶体管被接通，电流流过变压器并将它磁化，当开关晶体管被关断，磁化能量将由变压器偶合到次级，次级的控制电路控制输出为恒压电源或恒流电源。其明显的技术效果在于1、不需要专用脉宽集成控制器，以最少的元器件实现电流控制PWM的效果。2、设置反馈控制电路和输出稳压电路，对过压和过流都能提供及时的保护和调节。3、设置短路保护电路，使短路时功率变小，安全可靠。4、设置放电回路，可有效减少当轻负载时和输入过高电压时开关晶体管的开关频率，避免晶体管Q2的过热现象，提高Q2的使用寿命。5、没有复杂的线路，静态维持工作电流很小，只需要很小的开机及持续操作电流，因而，可选用功耗比较少的小型元件。6、该开关电源用了很少数量的有源及无源器件，因此非常节省费用。同时，由于器件数量很少，所以很容易制作成小型可携带的开关电源，特别适用于无绳电话的充电电源，和MD、CD及电子手账等的电源。7、整个电路的设计可容许很宽的电压输入范围，以适应全球不同地区的电压要求。综上所述，本实用新型是一种有短路保护、小型和廉价的开关电源。
图2是一种输入整流滤波电路图。
由R1、D1-D4、C1、L1及C2构成输入整流滤波电路。由R3、C3、R4、D5构成的浪涌电压吸收电路，浪涌电压吸收电路并接在变压器初级绕组T1-A的两端。由初级绕组T1-A、初级绕组T1-B和次级绕组T1-C组成变压器T。
自激振荡电路由R2、C4、R7~R10、变压器初级绕组T1-B、开关晶体管Q2、Q1和二极管D8连接组成，初级绕组T1-B的一端接地，另一端经电阻R7、电容C4、电阻R2接输入整流滤波电路的输出，开关晶体管Q2是MOS场效应晶体管，开关晶体管Q2的输入与电容C4、电阻R2和D8的阳极并接，开关晶体管Q2的输出串接初级绕组T1-A并经R9接地，D8的阴极接晶体管Q1的集极，晶体管Q1的射极接地，晶体管Q1的基极与射极之间并接电容C5，晶体管Q1的基极并接电阻R8、R10，电阻R8的另一端并接初级绕组T1-B和D7的阳极，电阻R10的另一端经电阻R9接地，在电容C4两端并接有放电回路，放电电路包括电阻R20、R6和晶体管Q4组成，晶体管Q4的基极经电阻R20接地，晶体管Q4的射极经C4和R6接集极形成放电回路。
短路保护电路包括电阻R19、电容C13和二极管D6，电阻R19的一端接开关晶体管Q2的栅极，电阻R19的另一端接二极管D6的阴极和电容C13的一端，二极管D6的阳极接地，C13的另一端并接R7和C4。
由D9、C6及C7构成次级整流滤波电路。次级整流滤波电路的输出设置反馈控制电路，反馈控制电路由光电偶合器U1-A、U1-B、电阻R11、次级稳压电路、电容C12、二极管D7和电阻R5组成，次级整流滤波电路的输出经光电偶合器U1-A、电阻R11接次级稳压电路，充电电容C12的一端接地，另一端与D7的阴极和光电偶合器U1-B的一端并接，光电偶合器U1-B的另一端经电阻R5接晶体管Q1的基极。
次级稳压电路包括恒压电路和限流控制电路，恒压电路由R14、R15、C8、R16、R18和U2组成，R14和R16的一端并接次级整流滤波电路的输出，R14的另一端接稳压管U2的阴极，R16的另一端经R18接稳压管U2的阳极，串联的R15和C8并接在稳压管U2的阴极和控制极之间。限流控制电路包括由三极管Q3、电阻R13、电容C10及限流电阻R12构成限流控制电路，三极管Q3的集极、基极接电阻R13后分别并接在稳压管U2的两端，电容C10并联在Q3的射极与基极两端，次级整流滤波电路的输出经电容C7与Q3的射极并联后经C11接地。
次级稳压电路的输出设置滤波电路，滤波电路由L2、C9构成一个低通LC滤波器，其谐振频率远低于开关频率，可把输出电流的纹波降至很低，稳压管Z1作为输出过压保护，以防止过高的输出电压。
工作过程当该开关电源接到市电上去，电容器C1及C2立即被充电至电源电压的峰值，电源电压经串联的高阻电阻R2、C4、低阻电阻R7对初级绕组T1-B充电，当C4上的电压上升至Q2的导通电压，Q2即开始导通，随着初级绕组T1-B的正反馈电压，开关晶体管Q2进入深层导通，变压器初级绕组T1-A的电流开始上升，这电流同时流经Q2及R9，当R9上的电压上升令Q1导通，Q2栅极上的电压减少而令开关晶体管Q2的输出电流减少，次级绕组T1-C输出电压减小，从而使输出电压维持在一个恒定值。同时，初级绕组T1-B随即产生一个负电压使Q2加速截止。在此过程中，储存在变压器T中的能量开始透过次级绕组T1-C、D9、C6储存到C7，直至变压器T中的能量释放完毕，开关晶体管Q2又再重新导通，完成一个振荡周期。当输出电压高于由R16及R18所设定的分压值时，U2阴极电压下降，U1A及U1B的电流会增加。此时，U1B的电流在电阻R10上产生的偏压增加，令Q1提早导通，开关晶体管Q2的导通时间随之减少，最终，输出电压会自动调节在由R16及R18所组成的分压器预先设定的数值上。当负载电流很小，电压会维持在这个预设值，若负载电流不断增加，R12的电压会跟随上升，当R12上的电压升到设定值时，Q3随即导通，光电偶合器U1A、U1B的电流增加，Q1提早导通，开关管Q2的导通时间也随之而减少，储存在变压器的能量亦减少，次级绕组T1-C的输出电压因而降低。输出电压降低后，输出电流亦因此而减少，最终电流会维持在一个预设值附近。这时，本开关电源工作在恒流状态，提供恒定电流输出。
在上述调节过程中，每当Q2栅极上的电压减少而令开关晶体管Q2的输出电流减少的同时，初级绕组T1-B随即回扫产生一个负电压，这个负电压一方面使Q2加速截止；另一方面，在初级绕组T1-B回扫时的负电压作用下，三极管Q4导通，充电电容C4经电阻R6、三极管Q4的集极和射极、二极管D10接形成的放电回路放电，使得下一个振荡周期发生之前，C4要经R2充电至Q2的导通电压，因而产生一个延迟时间，防止轻负载时和高电压输入时过快的开关频率对开关晶体管所造成的损害。
在电容C4的充电过程中，通过加速充电电阻R19，提供另一个路径使C4充电。由于正常的工作频率由加速充电电阻R19及C13的电压决定，当输出短路时，T1C两端的电压很小，因而T1B两端的电压及C13的电压变得很小，输出频率及功率变小，C13、D10及R19就会发挥短路保护功能。
开关电源按负载的函数改变开关晶体管Q2的转换频率。它的工作频率大约由50K至200KHZ，在最轻负载最高输入电压时工作频率最高；相反地，在最大负载及最低输入电压时频率为最低。
若电压控制精度要求不高，次级控制电路中的稳压电路(R14、R15、C8、R16、R18及U2)可由单一稳压管代替，稳压管的阴极接在Q3的集极，稳压管的阳极接在输出的地端，即电容C9的负极。
若C4的数值不是太大，Q4的射极和集极可以倒接，可省掉D10；D10可接在R7、D7和R8的并接点上；R7和C4的串接位置可互换；R5、R6和C12的值可以是零(C12断开)；R19可以是无穷大或断开不存在，不对C4进行加速充电。而次级控制电路中的稳压电路(R14、R15、C8、R16、R18及U2)可由单一稳压管代替，稳压管的阴极接在Q3的集极，稳压管的阳极接在输出的地端，即电容C9的负极。
图1中的输入整流滤波电路也可用如图2所示的另一种输入整流滤波电路代替，在图2中，输入整流滤波电路包括滤波电容C1、共模电感器L1、二极管整流桥和滤波电容C2，共模电感器L1的输入端并接滤波电容C1，共模电感器L1的输出端经二极管整流桥整流后并接滤波电容C2。
本实施例开关电源设置浪涌吸收电路，目的是吸收开关晶体管的浪涌电压，从而减少开关电源的噪声。这个电路可以改变成单由R4及C3组成(D5短路、R3开路)又或将R4、R3、C3换成一个稳压管，稳压管的阴极与二极管D5的阴极相接，稳压管的阳极接在电容器C2的正极，这三种浪涌吸收电路也适用于本实用新型中。
本实施例开关电源也可以制作成二个或以上的输出，只要在变压器加一个或多个绕组，一个或多个整流滤波电路就可实现多组输出的开关电源。
权利要求1.一种开关电源，包括输入整流滤波电路、自激振荡电路、浪涌电压吸收电路、变压器和次级整流滤波电路，变压器T由初级绕组T1-A、初级绕组T1-B和次级绕组T1-C组成，输入整流滤波电路的输出接初级绕组T1-A，浪涌电压吸收电路并接在变压器初级绕组T1-A的两端，自激振荡电路由R2、C4、R7~R10、变压器初级绕组T1-B、开关晶体管Q2、Q1和二极管D8连接组成，初级绕组T1-B的一端接地，另一端经电阻R7、电容C4、电阻R2接输入整流滤波电路的输出，开关晶体管Q2的输入与电容C4、电阻R2和D8的阳极并接，开关晶体管Q2的输出串接初级绕组T1-A并经R9接地，D8的阴极接晶体管Q1的集极，晶体管Q1的射极接地，晶体管Q1的基极与射极之间并接电容C5，晶体管Q1的基极并接电阻R8、R10，电阻R8的另一端并接初级绕组T1-B和D7的阳极，电阻R10的另一端经电阻R9接地，其特征在于设置有短路保护电路，短路保护电路包括电阻R19、电容C13和二极管D6，电阻R19的一端接开关晶体管Q2的栅极，电阻R19的另一端接二极管D6的阴极和电容C13的一端，二极管D6的阳极接地，电容C13的另一端并接电阻R7和电容C4。
2.根据权利要求1所述一种开关电源，其特征在于所述次级整流滤波电路的输出设置反馈控制电路，反馈控制电路由光电偶合器U1-A、U1-B、电阻R11、次级稳压电路、电容C12、二极管D7和电阻R5组成，次级整流滤波电路的输出经光电偶合器U1-A、电阻R11接次级稳压电路，充电电容C12的一端接地，另一端与D7的阴极和光电偶合器U1-B的一端并接，光电偶合器U1-B的另一端经电阻R5接晶体管Q1的基极。
3.根据权利要求2所述一种开关电源，其特征在于所述次级稳压电路包括由R14、R15、C8、R16、R18和U2构成的恒压电路，R14和R16的一端并接次级整流滤波电路的输出，R14的另一端接稳压管U2的阴极，R16的另一端经R18接稳压管U2的阳极，串联的R15和C8并接在稳压管U2的阴极和控制极之间。
4.根据权利要求3所述一种开关电源，其特征在于所述次级稳压电路还包括由三极管Q3、电阻R13、电容C10及限流电阻R12构成限流控制电路，三极管Q3的集极、基极接电阻R13后分别并接在稳压管U2的两端，电容C10并联在Q3的射极与基极两端，次级整流滤波电路的输出经电容C7与Q3的射极并联后经C11接地。
5.根据权利要求1~4所述一种开关电源，其特征在于在所述电容C4两端并接有放电回路，放电电路包括电阻R20、R6和晶体管Q4组成，晶体管Q4的基极经电阻R20接地，晶体管Q4的射极经C4和R6接集极形成放电回路。
6.根据权利要求5所述一种开关电源，其特征在于所述放电回路包括单向导通二极管D10，晶体管Q4的射极经D10、C4和R6接集极形成放电回路。
7.根据权利要求5所述一种开关电源，其特征在于所述输入整流滤波电路由二极管桥式整流电路和LC低通滤波器组成，二极管桥式整流电路的输出接LC低通滤波器，LC低通滤波器的输出接初级绕组T1-A。
8.根据权利要求7所述一种开关电源，其特征在于所述输入整流滤波电路包括滤波电容C1、共模电感器L1、二极管整流桥和滤波电容C2，共模电感器L1的输入端并接滤波电容C1，共模电感器L1的输出端经二极管整流桥整流后并接滤波电容C2。
9.根据权利要求8所述一种开关电源，其特征在于所述浪涌电压吸收电路由R3、C3并联后串接R4、D5构成。
10.根据权利要求8所述一种开关电源，其特征在于所述稳压电路是稳压管。
专利摘要一种开关电源，包括输入整流滤波电路、自激振荡电路、浪涌电压吸收电路、变压器、短路保护电路、次级整流滤波电路、次级稳压电路和反馈控制电路，浪涌电压吸收电路并联在变压器初级绕组TIA的两端，反馈控制电路主要通过一对光电耦合器U1－A、U1－B将反馈控制信号输入自激振荡电路用于控制开关晶体管的通断，在为开关晶体管提供导通电压的充电电容C4两端并接有主要由三极管构成的放电回路，进一步地，设置有输出短路时防止对充电电容C4加速充电的在短路保护电路。本实用新型是一种不需要专用脉宽集成控制器、开机及持续操作电流小、线路简单、实现恒压输出且具短路保护的开关电源。
文档编号G05F1/46GK2572665SQ02249259
公开日2003年9月10日 申请日期2002年9月20日 优先权日2002年9月20日
发明者毛灿豪 申请人:毛灿豪