一种开关电源电路的制作方法

本实用新型属于电路控制领域，特别涉及一种开关电源电路。

背景技术：

目前，随着电力电子技术的发展，作为电子设备心脏的电源电路得到巨大的重视，尤其是有着高效的节能性能的开关电源。开关电源通常由输入整流滤波器、功率开关管、输出整流滤波器和控制器4部分组成，其作用是将输入交流电压转换成直流输出电压。开关电源为满足现代电子设备发展的要求，主要向智能化、高频化、小型化发展，尤其是小功率开关电源的小型化。

开关电源在每一个用户设备中都有单独的直流整流电路，每一个器件的整流电路优劣不等，对于大电路的影响也是不尽相同，特别是对于谐波的抑制。每一个器件之所以需要单独的整流电路的原因在于器件内部电路中对于直流的要求不一，导致需要单独设计各自的整流电路，这也增加了开关电源的成本。鉴于此设计出一种低成本宽范围输出的一种多反馈开关电源电路尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种开关电源电路，目的是提高开关电源的直流输出范围、且具有安全保护功能和谐波抑制功能。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种开关电源电路，包括主电网、EMI滤波器、整流桥，所述主电网输出端连接EMI滤波器输入端，所述EMI滤波器的输出端连接整流桥的输入端，其特征在于：还包括隔离DC/DC模块、可调DC/DC模块、MCU、第一采集模块、第二采集模块、控制电路，所述第一采集模块采集隔离DC/DC模块的输出电压数据，所述第二采集模块采集可调DC/DC模块输出的电压、电流数据；所述第一采集模块的输出端、第二采集模块的输出端均连接MCU的输入端，所述MCU 的输出端经控制电路分别控制隔离DC/DC模块和可调DC/DC模块的输出电压。

所述的MCU通过第一使能电路、第二使能电路分别连接隔离DC/DC模块和可调DC/DC模块。

优选地，所述MCU采用NCP1397B实现。

该开关电源电路还包括信号调理电路，所述信号调理电路输入端连接主电网，其输出端连接MCU的输入端。

所述MCU的输入端设置钳位保护电路，其用于限制MCU输入端口的电压值。

所述EMI滤波器包括电容C140、C146、C142、共模电感L15、电容C150、电容C151、电容C139，主电网输出信号经电容C140和电容C146串联形成的共模干扰抑制电路后送入到差模抑制电容C142，差模抑制电容C142输出信号经共模电感L15送入到差模抑制电容C150，差模抑制电容C150输出信号经电容C139和电容C151组成的共模干扰抑制电路后输出。

所述功率因数校正模块包括开关管Q17、续流二极管VD2、控制芯片，所述控制芯片采用NPC1654，整流桥的两个输出端并联电容C144，电容C144一端连接开关管Q17的源极，电容C144的另一端通过电感连接开关管Q17的漏极，开关管Q17的栅极连接控制芯片的DRV脚，开关管Q17的源极接地，开关管Q17 的漏极与二极管VD2的阳极连接，二极管VD2的阴极分别连接电容C145的一端和二极管VD1的阴极，电容C145的另一端接地，二极管VD1的阳极连接在电容C144和电感L14之间；在电容C145的两端分别依次并联电容C147、电容C143、电容C149、电容C141和电容C148；控制芯片的VCC端输入+12V电源，控制芯片的BO脚和CS脚分别连接整流桥的两个输出端，控制芯片的FB脚依次经电阻 R140和电阻R137连接在二极管VD2的阳极。

本实用新型的优点是功率因数校正电路抑制谐波的同时提高效率，在隔离 DC/DC模块中工作频率处于谐振频率提高效率。在输出侧的可调节DC/DC电路中达到了宽范围输出的要求。可根据用户不同的需求得到具体的电压电流值。采用的拓扑结构复杂性低，易实现，成本得到有效的控制。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本实用新型的结构原理框图；

图2是EMI滤波器的原理图；

图3是功率因数校正模块的电路原理图；

图4为第一使能电路原理图；

图5为第二使能电路电路图；

图6控制电路原理图；

图7信号调理电路原理图；

图8是第一采集模块电压采集电路图；

图9是第二采集单元电压采集电路图；

图10是第二采集单元电流采集电路图；

图11是MCU芯片图；

图中标记为：1、主电网；2、EMI滤波器；3、整流桥；4、功率因数校正模块；5、隔离DC/DC模块；6、可调DC/DC模块；7、MCU；8、第一采集模块；9、第二采集模块；10、控制电路；11、第一使能电路；12、第二使能电路； 13、信号调理电路。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，一种开关电源，包括主电网1、EMI滤波器2、整流桥3、隔离DC/DC模块5、可调DC/DC模块6、MCU7、第一采集模块8、第二采集模块9、控制电路10，主电网1输出端连接EMI滤波器2输入端，EMI滤波器2 的输出端连接整流桥3的输入端，整流桥3的输出端连接功率因数校正模块，功率因数校正模块输出端连接隔离DC/DC模块5，隔离DC/DC模块5输出端经可调DC/DC输出连接负载。第一采集模块8采集隔离DC/DC模块5的输出电压数据，第二采集模块9采集可调DC/DC模块6输出的电压、电流数据；第一采集模块8的输出端、第二采集模块9的输出端均连接MCU7的输入端，MCU7 的输出端经控制电路10分别控制隔离DC/DC模块5和可调DC/DC模块6的输出电压。MCU7模块经第一使能电路11、第二使能电路12分别连接隔离DC/DC 模块5和可调DC/DC模块6。MCU7采用NCP1397B实现。

主电网1的输出经EMI滤波器2滤波后输出到整流桥3，经整流桥3后输出至功率因数校正模块用于将功率因数提高到95％以上，功率因数校正模块的输出端依次经过隔离DC/DC模块5和可调DC/DC模块6后输出到负载，同时 MCU7根据第一采集模块8、第二采集模块9分别连接可调DC/DC和隔离DC/DC 模块5的数据信息，经分析处理后分别通过使能电路和控制电路10来调节DC/DC模块的工作。MCU7通过采集的数据分析后发出控制信号对隔离DC/DC 模块5和可调DC/DC模块6的控制以达到输出端的功率对应负载需求。信号调理电路13用于采集主电网1的电压数据，判断主电网1是否正常输出，在主电网1正常输出时可以控制可调DC/DC芯片的工作状态处于不进行电压变换或禁止工作，以降低功耗，通过隔离DC/DC输出既能满足负载。

为了MCU7输出端电压的安全，这里在MCU7输入端设置钳位保护电路用于限制MCU7输入端口的电压值。钳位保护电路由两个阳极阴极依次串联的二极管组成，二极管D1的阳极接-5V电源，二极管D1的阴极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接+5V电源，在二极管D1的阴极和二极管D2的阳极间连接在MCU7的输出端，用以保护保护IO口不被电压过大而损坏。

如图2是EMI滤波器2的原理图，EMI滤波器2的输入端与主电网1的输出端连接，EMI滤波器2的输出端与整流桥3的输出端连接。EMI滤波器2用于滤除高频干扰，EMI滤波器包括电容C140、C146、C142、共模电感L15、电容C150、电容C151、电容C139，主电网输出信号经电容C140和电容C146串联形成的共模干扰抑制电路后送入到差模抑制电容C142，差模抑制电容C142 输出信号经共模电感L15送入到差模抑制电容C150，差模抑制电容C150输出信号经电容C139和电容C151组成的共模干扰抑制电路后输出。同时在电容 C139和电容C151之间接地。在C139一端引出输出端，C139的另一端连接C151 的一端，C151的另一端引出输出端子，两个输出端子分别连接在整流桥3的两个输入端上。整流桥3为肖特基二极管构成桥式整流电路。将输出的整流半波输出给功率因数校正模块，用以改善抑制谐波。

如图3所示为功率因数校正模块的电路图，功率因数校正模块包括开关管 Q17、续流二极管VD2、控制芯片，所述控制芯片采用NPC1654，整流桥3的两个输出端并联电容C144，电容C144一端连接Q17的源极，电容C144的另一端通过电感连接Q17的漏极，Q17的栅极连接控制芯片的DRV脚，Q17的源极接地，Q17的漏极与二极管VD2的阳极连接，二极管VD2的阴极分别连接电容C145的一端和二极管VD1的阴极，电容C145的另一端接地，二极管VD1 的阳极连接在电容C144和电感L14之间，VD1保护电感在瞬时的反向电压有消耗回路，而不去损伤硬件；在电容C145的两端分别依次并联电容C147、电容C143、电容C149、电容C141和电容C148，由电容C148两端引出功率因数校正模块的输出端；控制芯片的VCC端输入+12V电源，控制芯片的BO脚和 CS脚分别连接整流桥3的两个输出端，控制芯片的FB脚依次经电阻R140和电阻R137连接在二极管VD2的阳极。控制芯片的GND脚接地，控制芯片的VM 脚通过电阻接地。控制芯片的VCON脚依次经电阻R144和电容C155接地，电容C158并接在电阻R144和电容C155组成的串联电路两端。

如图4所示为第一使能电路11原理图，该电路由光耦HCPL-817-500AE和晶体管Q16组成，晶体管源极接地，栅极通过电阻R115连接电源+15V，电源 +15V经电阻R107连接光耦的一个输入端，光耦的另一个输入端连接晶体管Q16 的漏极，栅极经过电阻R115后经电容C114接地，光耦输出端连接隔离DC/DC 模块5。如图5所示，为第二使能模块的一种电路实现方式，MCU7输出端连接在Q5的漏极，Q5的源极接地且源极通过电容C47连接漏极，+15V电源经电阻 R35接Q5的漏极，栅极连接可调DC/DC模块6，栅极经电阻R36连接+15V电源。

如图6所示，为控制电路10，其用于控制隔离DC/DC模块5和可调DC/DC 模块6，其包括芯片HEF40106B和运放，MCU7输出信号依次经过芯片 HEF40106B、电阻R42、电阻R41后与运放的同相输入端连接，同相输入端通过电容C50接地。反相输入端与输出端连接，同时反相输入端经电容C49接在电阻R41和R42之间。运放的输出端经电阻连接可调DC/DC模块6或隔离 DC/DC模块5。图7信号调理电路13原理图，其用于检测主电网1的交流电进行采集后输入到MCU7中，其两个输入端分别连接主电网1的N线和L线，分别经过电阻后连接在运放OP2A的同相输入端和反相输入端，反相输入端经电阻R156接输出端，电阻R156两端并联电容C156，运放OP2A输出端经电阻 R161连接运放OP3A的反相输入端，其同相输入端接地，运放OP3A的输出端经电容C160接运放反相输入端、经电阻连接光耦HCNR201的输出端，其输出端经运放OP4A后输入到MCU7的AD输入端。

如图8为第一采集模块8用于采集电压的电路图，采集的信号经典组R93 后连接电阻R95和电阻R98的一端，R98另一端接地，电阻R95的另一端连接 MCU7。电阻R98并联电容C109。同时为了防止电压过大设置钳位保护电路。图9和图10是第二采集单元的电流和电压采集电路的一种实现方式，分别用来采集可调DC/DC模块6的电压和电流数据。

如图11为本实用新型中，MCU7的芯片原理图，芯片为NCP1397B芯片，其用于控制DC/DC模块，其CSS脚经电阻R8、电容C107接地，RT脚经电阻 R88连接电容C107后接地，RT脚经电阻R91接地，Ctimer脚经电阻R92接地， R92两端并联电容C106。该芯片具备过流保护功能，由R79、R83、R87、C108、 D21、D22、R99构成电流源，通过检测谐振电容电压，利用R102将电流转化为电压输出给滤波电容C112之后传输给Fault口。当Fault口电压达到1.04V的阈值的时候CSS内部接地开关打开有C107开始放电，当C107电压下降，工作频率上升，Rt放出电流增大，是电路输出电压上升，电流下降，达到保护开关管的目的。于此同时CTIMER给C106充电，当C106充满还处于Fault高电压情况的时候，即过电流，芯片进入过电流保护模式，这时C106，并且不在充电， C107通过R92放电，到达1V的时候开启芯片，再次监测Fault端口电压，如果还处于高电压，则继续C107的充放电，周期性的去监测状态，类似一种扫描周期。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。