专利名称：具有宽输入电压范围的开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于开关电源技术领域，特别是一种宽输入电压范围的开关电源。
对数字电表使用的微处理器需要稳定的低压直流电才能正常工作，电源将电网中的交流电转换成微处理器需要的低压直流电。现有的电能表用开关电源，输入电压范围较窄，不能适应输入电压30V-550V的变化，电磁兼容性不理想。
在专利号为US5621629，名称为《Switching power supply for use in anelectronic energy meter having a wide range of input voltages》的美国专利中，公开了一种电表电源，输入电压可以从96-528V变化，电源能正常工作。该电源的结构特点是一、在开关电源前用两级线型稳压来钳位；二、全部使用分离元件来控制，启动，反馈和控制电路复杂。这种电路拓扑的缺点是前级使用了两极线性稳压(包含三个功率三极管)，只适用于小功率的开关电源，且控制电路复杂，成本无法降低。
本具有宽输入电压范围的开关电源，包括控制芯片(3)、变压器(7)、电子开关(6)、接于变压器(7)的次级绕组的整流滤波电路(8)、控制芯片电源端的启动电路(2)以及控制芯片反馈取样端的电压反馈电路(5)，电子开关(6)与变压器(7)的初级绕组串联，其特征在于还包括输入过压保护电路(1)，它接于控制芯片(3)的误差放大器输出端；以及，电流反馈和电压补偿电路(4)，它的两个输入端分别接电子开关和直流输入电压一端，输出与控制芯片(3)的电流取样端相接。
与现有技术比较本实用新型的优点如下输入电压宽，该电源能够在输入电压为交流30V-550V时正常工作，满足了所有电网上都能使用的需要。
采用脉冲宽度调制芯片来控制电源的正常工作，设计了输入过压保护电路电流反馈和电压补偿电路，使控制电路简化，生产成本降低。
满足电磁兼容标准，特别是能够防止雷电浪涌的冲击而不被烧毁，在极端恶劣的电网情况下能够正常工作。
如
图1、2所示，开关电源包括控制芯片(3)、变压器(7)、电子开关(6)、控制芯片(3)的启动电路(2)和电压反馈电路(5)、接于变压器(7)的次级绕组的整流滤波电路(8)、电子开关(6)与变压器(7)的初级绕组串联，输入过压保护电路(1)以及电流反馈和电压补偿电路(4)。输入过压保护电路(1)和控制芯片的误差放大器输出端相接，电压反馈电路(5)和控制芯片的反馈取样端相接，电流反馈和电压补偿电路(4)和控制芯片的电流取样端相接，启动电路(2)控制芯片的电源端Vcc相接。
控制芯片是脉冲宽度调制芯片(PWM)，其输出方波来控制开关管的开通和关断；该开关管串联在变压器的初级绕组来控制变压器的能量传送；变压器包含多组输出绕组和一组反馈绕组，反馈绕组的电压反馈到脉宽调制芯片实现PWM的闭环控制，使输出电压稳定。输入只有30V时，通过电解电容充电存储的能量使脉宽调制芯片启动，输出方波，在较短的时间内反馈绕组有输出电压，给脉宽调制芯片供电，达到控制输出电压的目的；在输入电压达到550V时，通过保护电路使脉宽调制芯片停止振荡，开关管关断，电源停止工作。
启动电路(2)和电压反馈电路(5)同常规电路。启动电路(2)由电阻Rs和电容Cs组成。电压反馈电路(5)包括反馈绕组Nf和二极管整流滤波电路等。
当输入电压只有30V时，输入电压经过大电阻Rs对电容Cs缓慢充电，几秒钟后，Cs上的电压达到脉宽调制芯片的启动电压(16V)，并能够提供1mA的电流，控制芯片(3)工作，输出方波，开关管(6)不停的导通和关断，就有电流流过开关管(6)和变压器(7)的初级绕组，电压反馈绕组Nf就有电压输出，给控制芯片供电，整个电源就能成功启动，并能给自己供电。如果不能成功启动，Cs上的电压低于8.4V时，脉宽调制芯片(3)内部欠压锁定，停止工作，Cs重新通过Rs充电。此过程不断重复，直到电源启动为止。电容Cs为56微法，可以存储足够的能量并在短时间内给控制芯片提供1mA以上的电流。
当输入电压为高电压但低于550V时，电流经过Rs对Cs充电，并由控制芯片内部的34V稳压二极管将芯片的输入电压限制在34V，芯片在此供电电压下连续输出PWM波，驱动开关管(6)和变压器(7)，使电源启动。电阻Rs为500千欧姆，限制了流过内部稳压二极管的电流略大于1mA，保护控制芯片不被烧毁。
输入电压高于550V时，输入过压保护电路(1)输出低电平使控制芯片无方波输出。输入过压保护电路(1)由串联的电阻R11、R12和R13支路，三极管T11和稳压管Vz组成，稳压管Vz接于三极管T11基极与电阻R12和R13的公共端之间，三极管T11的集电极接控制芯片(3)的误差放大器输出端。
输入电压高于550V时，输入电压通过电阻R11、R12和R13分压，R13上的电压大于稳压二极管导通电压Vz加上三极管T11的基极-发射极电压(0.7V)时，T11导通，将控制芯片(3)的误差放大器输出电压拉低，控制芯片无方波输出，开关管(6)关断，电源停止工作。可以通过以下公式设置输入过电压保护点Ui×R13/(R11+R12+R13)＝Vz+0.7V可以看出，当输入交流电压经过整流后的直流电压峰值超过Ui时，电源停止工作。
图2中，开关管(6)的限流电阻R209，和串联电阻R204、R205、R208和R209构成的输入电压取样电路构成了电流反馈和电压补偿电路(4)。
电源成功启动后，R210，R211将绕组Nf输出的电压反馈给控制芯片内部的误差放大器，控制脉冲宽度调制器输出方波的宽度，调节输出电压稳定。通过变压器初级绕组和开关管(6)的电流在R209上有电压降V1；输入电压经R204，R205，R208和R209在A点的分压为V2；通过R212传递给控制芯片的取样信号为VA＝V1+V2
VA作为输入电压和输出电流的补偿信号，使电源在不同的输入电压和输出电流时工作稳定。正常工作时，VA＜1V，并作为补偿信号传递给芯片，补偿输出的方波宽度，使输出电压根据输入电压和输出电流的不同自行调节，输出更加稳定；当输出电流过大，V1较大，导致VA＞1V时，控制芯片内部PWM锁存，无方波输出，开关管(6)关断，电源停止工作，达到输出过流保护的目的。
图2是使用本开关电源的电能表电源实例。为了保证多路输出电压的稳定，图2的电压输出端分别串联了三端稳压器。
输入端串联R201，R202，R203是为了减少电源线上的传导噪声。交流输入线之间并联的压敏电阻RV1，RV2，RV3，RV4，RV5和RV6是防雷器件，保护整流二极管遭受雷电而烧毁。电源的两输入端之间连接压敏电阻RV7和RV8串联支路，在遭受雷电时可以泄放1KA以上的电流，很大一部分电压可以降到R201，R202和R203上，保护了开关管。该电源满足IEC61000-2，3，4，5标准对电磁兼容的要求，能够承受13KV的雷电浪涌冲击而不烧毁。
权利要求1.一种具有宽输入电压范围的开关电源，包括控制芯片(3)、变压器(7)、电子开关(6)、接于变压器(7)的次级绕组的整流滤波电路(8)、控制芯片电源端的启动电路(2)以及控制芯片反馈取样端的电压反馈电路(5)，电子开关(6)与变压器(7)的初级绕组串联，其特征在于还包括输入过压保护电路(1)，它接于控制芯片(3)的误差放大器输出端；以及，电流反馈和电压补偿电路(4)，它的两个输入端分别接电子开关和直流输入电压一端，输出与控制芯片(3)的电流取样端相接。
2.根据权利要求1所述开关电源，其特征在于输入过压保护电路(1)由串联的电阻R11、R12和R13支路，三极管T11以及稳压管Vz组成，稳压管Vz接于三极管T11基极与电阻R12和R13的公共端之间。
3.根据权利要求1所述开关电源，其特征在于电流反馈和电压补偿电路(4)包括，串联电阻R204、R205、R208和R209构成的输入电压取样电路，和开关管(6)的限流电阻R209。
4.根据权利要求1所述开关电源，其特征在于电源的两输入端之间连接压敏电阻RV7和RV8串联支路。
专利摘要一种具有宽输入电压范围的开关电源，包括PWM芯片、变压器、电子开关、整流滤波电路、启动电路及电压反馈电路，其还包括输入过压保护电路，它接于控制芯片的误差放大器输出端；及电流反馈和电压补偿电路，它的两个输入端分别接电子开关和直流输入电压一端，输出与PWM芯片的电流取样端相接。其输入电压宽，能在输入电压为交流30－550V时正常工作，满足了电子电能表使用要求。采用PWM芯片，在输入过压保护电路、电流反馈和电压补偿电路的配合下工作稳定，电路简化，成本低。
文档编号H02M7/48GK2552047SQ02271250
公开日2003年5月21日 申请日期2002年6月19日 优先权日2002年6月19日
发明者陈启勇 申请人:深圳市跨宏实业有限公司