低压配电系统专用电源的制作方法

本发明属于电气设备领域，特别是涉及一种低压配电系统专用电源。

背景技术：

众所周知，低压配电产品在工作时需要一个控制系统，它的供电电源一般来自于供电主回路。但依照国标gb14048的规定，低压配电产品必须能够在一个宽输入范围的电源环境中正常工作。这也就是说低压配电产品的控制系统的电源设计也必须要满足能够在一个宽输入范围的电源环境中正常工作的要求。目前，绝大多数的宽输入范围的电源电路采用的都是工频变压器电源作为低压配电产品的控制系统的供电电源，但是由于工频变压器电源的自身技术所限制，造成其电源转化效率一般也就50～60％，导致大量的能源被以热量的方式被浪费。

而开关电源电路由于mosfet的耐压较低，无法适用于660v电压等级的配电系统中。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种配电系统专用电源，其能在较高的电压等级下工作，具有较强的隔离能力，且能源利用效率高。

为此，本发明的技术方案如下：

一种低压配电系统专用电源，包括整流滤波模块、功率变换模块、漏感吸收模块、控制模块和输出及emc模块；所述整流滤波模块是将交流电转换成脉动直流电压，为所述功率变模块和控制模块供电；

所述功率变换模块包括五个电阻器r7～r11、两个n型mosfet芯片q1、q2、tvs管d17～d19和功率变压器tp1；其连接关系如下：五个电阻器r7～r11串联，一端与电源poweri端连接，另一端与tvs管d17阴极连接，tvs管d17的阳极与tvs管d18阴极相连接，tvs管d18的阳极与参考点相连接；功率变压器tp1的输入线圈的输入管脚1与电压poweri端连接，输出管脚2与n型mosfet芯片q1的漏极相连接，n型mosfet芯片q1的栅极与电阻器r10、r11的中间点以及tvs管d19的阴极相连接；tvs管d19的阳极与n型mosfet芯片q1的源极以及n型mosfet芯片q2的漏极相连接，n型mosfet芯片q2的栅极和源极分别接入所述控制模块；所述功率变压器tp1的反馈线圈的输出管脚3、输出管脚4分别连接powe端和参考点；其输出线圈的输入管脚5接入所述输出及emc模块，输出管脚6接地；

所述漏感吸收模块连接在所述电源poweri端和n型mosfet芯片q1的漏极之间，用于吸收n型mosfet芯片q1和n型mosfet芯片q2同时导通或断开时所产生的反向电动势，防止nmosfet芯片q1和nmosfet芯片q2被击穿；

所述控制模块连接整流滤波模块和功率变换模块，用于监测功率变压器tp1的输出电压，确定n型mosfet芯片q2的导通和断开时间；

所述输出模块与所述功率变换模块连接，利用功率变压器tp1输出适用电压。

进一步，所述漏感吸收模块的连接关系为：电阻器r12、r13依次串联后，一端与电源poweri端连接，另一端与二极管d21、d22依次串联后再与n型mosfet芯片q1的漏极相连；电容器c5、c6串联后并联在电阻器r12、r13串联线路的两端；tvs管阳极与电源poweri端连接，阴极接在电阻器r13与二极管d21之间。

进一步，所述控制模块的连接关系如下所述：电阻器r14、r15串联连接，其中间点与串联的电阻器r16、r17的中间点相连接，电阻器r15、r17一端共同连接在参考点上，电阻器r14、r16另一端共同连接在powe端口上，此端口同时连接在功率变压器tp1的输出绕组的管脚3上面，poweri端口同时与二极管d23的阳极相连接d23的阴极与电容器c7、c8的正电源侧向连接，两个电容器的负电源侧接在参考点上；正电源侧同时与pwm芯片的vdd管脚相连接；pwm芯片的drv管脚与电阻器r18串联后与nmosfet芯片q2的栅极相连，电容器r18还并联有二极管d24；电阻器r21、r22并联，一端连接在n型mosfet芯片q2的源极，另一端连接参考点；pwm芯片的cs管脚串联电阻r19后与n型mosfet芯片q2的源极相连；电阻r20与电阻r19并联；pwm芯片的vs管脚与电阻器r16、r17的中间点相连接；pwm芯片的hv管脚与整流滤波模块中转换成脉动直流电压部分的线路相连接；pwm芯片的gnd管脚与参考点相连。

进一步，所述输出及emc模块所述输出及emc模块的连接关系如下：电容器c9、c10串联，一端连接电源poweri端，另一端接gnd；电阻器r23、r24串联，一端连接24v的正电源，另一端连接功率变压器tp1的输出线圈的输入管脚5；电容器c11、c12串联后并联在电阻器r23、r24串联线路的两端；二极管d25的阴极与24v的正电源相连，阳极与功率变压器tp1的输出线圈的输入管脚5相连。

本发明提供的低压配电系统专用电源具有以下优点：

1)在开关模式下工作，可提高电源系统的工作效率，节约大量非可再生能源。

2)由于本发明提供的低压配电系统专用电源可在内部设置挡墙结构的骨架，另最终得到产品具备较强的隔离能力，满足国标gb14048中关于低压配电产品隔离性能的最高要求。

3)能够在660v的电压等级下可靠工作。

4)由于使用了铁氧体材料，使得整体重量较硅钢片式骨架结构的体积小，重量轻。

附图说明

图1为本发明提供的低压配电系统专用电源的总电路图。

图2为图1中的整流滤波模块。

图3为图1中的功率变换模块。

图4为图1中的漏感吸收模块。

图5为图1中的控制模块。

图6为图1中的输出及emc模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1所示，一种低压配电系统专用电源，包括整流滤波模块、功率变换模块、漏感吸收模块、控制模块和输出及emc模块；所述整流滤波模块是将交流电转换成脉动直流电压，为所述功率变模块和控制模块供电；

所述功率变换模块包括五个电阻器r7～r11、两个n型mosfet芯片q1、q2、tvs管d17～d19和功率变压器tp1；其连接关系如下：五个电阻器r7～r11串联，一端与电源poweri端连接，另一端与tvs管d17阴极连接，tvs管d17的阳极与tvs管d18阴极相连接，tvs管d18的阳极与参考点相连接；功率变压器tp1的输入线圈的输入管脚1与电压poweri端连接，输出管脚2与n型mosfet芯片q1的漏极相连接，n型mosfet芯片q1的栅极与电阻器r10、r11的中间点以及tvs管d19的阴极相连接；tvs管d19的阳极与n型mosfet芯片q1的源极以及n型mosfet芯片q2的漏极相连接，n型mosfet芯片q2的栅极和源极分别接入所述控制模块；所述功率变压器tp1的反馈线圈的输出管脚3、输出管脚4分别连接powe端和参考点；其输出线圈的输入管脚5接入所述输出及emc模块，输出管脚6接地；如图3所示；

所述漏感吸收模块连接在所述电源poweri端和n型mosfet芯片q1的漏极之间，用于吸收n型mosfet芯片q1和n型mosfet芯片q2同时导通或断开时所产生的反向电动势，防止nmosfet芯片q1和nmosfet芯片q2被击穿；如图4所示，具体连接关系可以为：所述漏感吸收模块的连接关系为：电阻器r12、r13依次串联后，一端与电源poweri端连接，另一端与二极管d21、d22依次串联后再与n型mosfet芯片q1的漏极相连；电容器c5、c6串联后并联在电阻器r12、r13串联线路的两端；tvs管阳极与电源poweri端连接，阴极接在电阻器r13与二极管d21之间。

所述控制模块连接整流滤波模块和功率变换模块，用于监测功率变压器tp1的输出电压，确定n型mosfet芯片q2的导通和断开时间；如图5所示，具体连接关系可以为：电阻器r14、r15串联连接，其中间点与串联的电阻器r16、r17的中间点相连接，电阻器r15、r17一端共同连接在参考点上，电阻器r14、r16另一端共同连接在powe端口上，此端口同时连接在功率变压器tp1的输出绕组的管脚3上面，poweri端口同时与二极管d23的阳极相连接d23的阴极与电容器c7、c8的正电源侧向连接，两个电容器的负电源侧接在参考点上；正电源侧同时与pwm芯片的vdd管脚相连接；pwm芯片的drv管脚与电阻器r18串联后与nmosfet芯片q2的栅极相连，电容器r18还并联有二极管d24；电阻器r21、r22并联，一端连接在n型mosfet芯片q2的源极，另一端连接参考点；pwm芯片的cs管脚串联电阻r19后与n型mosfet芯片q2的源极相连；电阻r20与电阻r19并联；pwm芯片的vs管脚与电阻器r16、r17的中间点相连接；pwm芯片的hv管脚与整流滤波模块中转换成脉动直流电压部分的线路相连接；pwm芯片的gnd管脚与参考点相连。

所述输出模块与所述功率变换模块连接，利用功率变压器tp1输出适用电压；如图6所示，具体连接关系可以为：所述输出及emc模块所述输出及emc模块的连接关系如下：电容器c9、c10串联，一端连接电源poweri端，另一端接gnd；电阻器r23、r24串联，一端连接24v的正电源，另一端连接功率变压器tp1的输出线圈的输入管脚5；电容器c11、c12串联后并联在电阻器r23、r24串联线路的两端；二极管d25的阴极与24v的正电源相连，阳极与功率变压器tp1的输出线圈的输入管脚5相连。

具体而言，所述整流滤波模块，如图2所示，本模块主要由以下及部分构成：电阻器r1～r6、二极管d1～d16、电容器c1～c3组成。其工作方式如下：高压交流电源通过二极管d1-d16之后转换成为脉动的直流电压。通过增加电容器c1～c3，使得脉动的直流电压更加趋于平缓，通过分析在电压正常与非正常情况下的脉动的直流电压的波形，计算出相应的电容器的需求，电阻器r1～r6的目的是将脉动的直流电压平均分配到相应的电容器上。电容器c4的作用是依靠低esr，形成差模波形的导通路径，降低emi。由于输入电压最大为660v，所以电压poweri端的电压最大将会是933v。此电压及其反射电压将会超过1200v，导致绝大部分的n型mosfet芯片出现过压击穿得问题。

以下对本发明提供的低压配电系统专用电源各个模块的工作方式进行陈述：

功率变化模块的工作方式如下：当pwm芯片u1发出驱动信号，驱动n型mosfet芯片q1的栅极电压升高，这样将导致n型mosfet芯片q2的源极与漏极导通，此时高电压降通过电阻器r7-r10、tvs管d19、n型mosfet芯片q2，电阻器r21、r22与电源参考点相连接，这样tvs管d19上的电压降将驱动n型mosfet芯片q1瞬间导通，由于速度很快，使得n型nmosfet芯片q1、q2几乎同时打开和关闭。这样就可以将两个n型mosfet芯片串联作为一个n型mosfet芯片去使用，就能够满足，上述的1200v耐压的问题。同时，二极管d17、d18能够同时对n型mosfet芯片q2进行钳位电压压降保护。变压器tp1工作在电感模式，由于采用了双槽式结构，能够产生较大的绝缘间隙，可以使产品满足配电产品的高隔离需求。

漏感吸收模块工作方式如下：当nmosfet芯片q1和nmosfet芯片q2同时断开时，功率变压器tp1中的绕组将会产生一个高达几百伏特的反向电动势，此电动势将会击穿nmosfet芯片q1、q2，为了防止nmosfet芯片q1和nmosfet芯片q2被击穿，在反向电动时产生的时刻，通过二极管d21、d22瞬间导通，将能量传送到由电阻器、电容器、tvs管组合的吸收区，从而将能量释放掉。

所述控制模块工作方式如下所述用：当功率变压器tp1正常工作的时候，第二绕组(即输入线圈)产生的powe电源用来给pwm芯片u1供电，维持其正常工作。同时，第二绕组产生的powe电源由于是一个震荡波形，所以需要二极管d23来抑制波形下降的时候的反向电势。当powe的波形进入到特定触发电压的时候，从而与pwm芯片内部的定时器波形进行比较，产生占空比控制波形，会驱动drv引脚产生一个高压电平，通过电阻器r18来控制n型mosfetq2，通过此电阻，减缓米勒效应的影响，从而驱动整个功率变换模块开始工作。同时，使得功率变压器tp1再次产生与相应波形，维持芯片u1的正常工作。当流过n型mosfetq2的电流过大的时候，pwm芯片的cs管脚就会产生一个过压报警信号，导致触发中断，等待下次触发。

所述输出及emc模块工作方式如下所述：由于变压器tp1工作在电感器工作模式下，所以当一次侧的n型mosfetq1、q2全处于关闭状态的时候，功率变压器tp1的输出端连接的二极管d25导通，将电流送入负载，从而维持相应电压。同时由于副边二极管d25长时间处于频繁开断状态，从而容易导致出现较高的emi干扰，电容器c11、c12、电阻器r23、r24将会减少emi的干扰。而电容器c9、c10，将在原副边产生一个低阻导通路径，也会降低原副边之间的emi效应。

本发明所述低压配电系统专用电源工作流程如下，交流电源通过整流滤波电路变换成为直流电源，直流电源的正极通过电阻器r1、r2直接连接到pwm芯片u1的hv管脚，来提供启动工作电源，当u1启动之后，通过dvr管脚输出高电平，驱动nmosfetq2的栅极使得q2导通，致使电流通过电阻器r7-r10、tvs管d19、电阻器r21、r22。从而使得，nmosfetq1源极与漏极导通，使得电流通过功率变压器tp1，从而在功率变压器的第二输出绕组的两侧感应出震荡波形，在震荡波形达到门限值的时候，截止drv的输出电平。此时，功率变压器tp1的第一绕组产生反向电动势，由吸收回路将其吸收。在drv截止的时候，能量由原边传递到功率变压器的副边，通过二极管d25，输出到负载侧，形成标准24v电压。