一种新型宽范围电源的设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型宽范围电源的设计方法，所属设计方法包括五个模块：整流模块、继电器模块、迟滞比较器模块、升压模块、反激模块，其中输入电压经过整流模块、继电器1、升压模块、继电器2、反激模块到达负载，迟滞比较器模块与整流模块并联并控制继电器1和继电器2工作，当输入电压比高时，输入电压直接经过整流桥作为反激电路的输入电压，两个继电器都工作在常闭状态，中间的升压电路不工作；当输入电压比较低时，通过迟滞比较器的判断，控制两个继电器吸合，两个开关都打到常开状态，输入电压经过整流后变成V1，再经过升压电路提高电压得到V2，然后作为反激电路的输入电压。电源的交流输入电压范围可以达到25V-265V；同时承受150V-400V直流电压输入范围的电源。
【专利说明】一种新型宽范围电源的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新型宽范围电源的设计方法，具体涉及一种150V-400V直流电压输入的电源，同时又兼容交流输入电压范围可以达到25V-265V的开关电源设计方法。
技术背景
[0002]随着开关电源的大量应用，对其要求也在不断的提高，要求其效率高、功率因素高、功率密度高、可靠性高等。
[0003]当要求开关电源能够适应交流IlOV和220V两种电压规范时，开关电源一般设计成9(T265V输入。但是在一些工作条件比较恶劣的情况下，有时交流输入电压低于90V或者高于265V时，仍然要求开关电源能够正常工作。
[0004]此外随着服务器的发展以及对电源性能要求的增加，以及高压直流供电技术的使用，目前满足电信240V直流电的电源已经设计出来，但是满足最新移动推出的336V直流电的电源，却还处于开发中。在分析电源使用的时候，我们发现，如果可以做出一款电源可以同时满足240V和336V的直流输入，那样电源的通用型就会更强，于是推出设计一款承受150V-400V直流电压输入的电源，同时又兼容交流输入电压范围可以达到25V-265V的电源。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:有别于240V和336V直流电源的输入电压范围，扩大电源的可承受输入电压范围实现高兼容性，同时又使得交流输入电压范围可以达到25V-265V宽范围，满足全球市场的需求。
[0006]本发明所采用的技术方案为:
一种新型宽范围电源的设计方法，所属设计方法包括五个模块:整流模块、继电器模块、迟滞比较器模块、升压模块、反激模块，其中输入电压经过整流模块、继电器1、升压模块、继电器2、反激模块到达负载，迟滞比较器模块与整流模块并联并控制继电器I和继电器2工作，当输入电压比高时，输入电压直接经过整流桥作为反激电路的输入电压，两个继电器都工作在常闭状态，中间的升压电路不工作。如果输入电压比较低时，通过迟滞比较器的判断，控制两个继电器吸合，两个开关都打到常开状态，输入电压经过整流后变成VI，再经过升压电路提高电压得到V2，然后作为反激电路的输入电压。采用迟滞比较器在判断输入电压高低时，有一个迟滞范围，使得电路更加稳定工作。
[0007]两个继电器处于常闭和还是常开，整个电路中有4种组合的工作模式:
模式I常开常开先升压后DC-DC
模式2常闭常闭不升压直接DC-DC 模式3常闭常开无效模式 模式4常开常闭无效模式 所述反激模块的工作原理如下: 当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
[0008]针对宽范围的输入直流电压设计方法，采用高兼容性直流电源的设计方法以提高兼容性，实现方法如下:
在反激模块中，具体采用高兼容性压控振荡器电流控制，在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。若用直流电压作为控制电压，压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源。
[0009]传统反激式开关电源设计如下:
这种设计通过控制电流IC的的方法，仅能是电压控制在264V以下，由于输入电压的不同，使变压器电感电流的线性变化率不同，因此功率开关管的导通时间也完全不同；在高压输入时功率MOSFET管的导通时间很短，仅为300-600nS，功率MOSFET管流过的瞬时峰值电流非常大；在功率MOSFET管关闭时可能发生饱和状态。结果使功率转换在导通时不能线性地打开，导致变换器的效率下降和可靠性降低。
[0010]所述高兼容性压控振荡器电流控制，是在传统反激式开关电源设计中，去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器(VCO )之间，用一个简单的稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压最低，而输出功率满载时，开关管的占空比将超过50%，VCO的输入电压将达到所需要求值。
[0011]在此方法的基础之上，相应的再调节电阻、电容和电感的相关参数，实现宽输入电压标准。
[0012]本发明的有益效果为:
采用本发明方法的电源的交流输入电压范围可以达到25V-265V ;同时承受150V-400V直流电压输入范围的电源，而保持正常工作，能够达到效率高、功率因素高、功率密度高、可靠性高等要求，随着这种新型的宽范围的供电技术的不断推广，以及对节能设备的大量需求，在服务器市场将有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明反激拓扑基本电路示意图；
图3为传统反激式开关电源设计 图4为高兼容性压控振荡器电流控制示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面参照附图，通过【具体实施方式】对本发明进一步说明:
一种新型宽范围电源的设计方法，所属设计方法包括五个模块:整流模块、继电器模块、迟滞比较器模块、升压模块、反激模块，其中输入电压经过整流模块、继电器1、升压模块、继电器2、反激模块到达负载，迟滞比较器模块与整流模块并联并控制继电器I和继电器2工作，当输入电压比高时，输入电压直接经过整流桥作为反激电路的输入电压，如图1所示。图中两个继电器都工作在常闭状态，中间的升压电路不工作。如果输入电压比较低时，通过图中迟滞比较器的判断，控制两个继电器吸合，两个开关都打到常开状态，因此，当输入电压Vac经过整流后变成VI，再经过升压电路提高电压得到V2，然后作为反激电路的输入电压。采用迟滞比较器在判断输入电压高低时，有一个迟滞范围，使得电路更加稳定工作。
[0015]两个继电器处于常闭和还是常开，整个电路中有4种组合的工作模式:
模式I常开常开先升压后DC-DC
模式2常闭常闭不升压直接DC-DC 模式3常闭常开无效模式 模式4常开常闭无效模式 如图2所示，反激模块的工作原理如下:
当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
[0016]针对宽范围的输入直流电压设计方法:
这种高兼容性直流电源的设计方法提高兼容性的方法实现，主要是在反激模块中实现，具体采用高兼容性压控振荡器电流控制:核心是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。若用直流电压作为控制电压，压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源。
[0017]如图3所示，传统反激式开关电源设计如下:
这种设计通过控制电流IC的的方法，仅能是电压控制在264V以下，由于输入电压的不同，使变压器电感电流的线性变化率不同，因此功率开关管的导通时间也完全不同；在高压输入时功率MOSFET管的导通时间很短，仅为300-600nS，功率MOSFET管流过的瞬时峰值电流非常大；在功率MOSFET管关闭时可能发生饱和状态。结果使功率转换在导通时不能线性地打开，导致变换器的效率下降和可靠性降低。
[0018]如图4所示，所述高兼容性压控振荡器电流控制，在传统反激式开关电源设计中，去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器(VCO )之间，用一个简单的稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压最低，而输出功率满载时，开关管的占空比将超过50%，VCO的输入电压将达到所需要求值。
[0019]在此方法的基础之上，相应的再调节电阻、电容和电感的相关参数，实现宽输入电压标准，目前已经可以实现150VDC-400VDC的电压输入，可以兼容电信的240VDC和移动的336VDC 标准。
[0020]当然，还可以根据其他要求，更改相关参数，实现更高更宽的直流电压输入。
【权利要求】
1.一种新型宽范围电源的设计方法，其特征在于:所属设计方法包括五个模块:整流模块、继电器模块、迟滞比较器模块、升压模块、反激模块，其中输入电压经过整流模块、继电器1、升压模块、继电器2、反激模块到达负载，迟滞比较器模块与整流模块并联并控制继电器I和继电器2工作，当输入电压比高时，输入电压直接经过整流桥作为反激电路的输入电压，两个继电器都工作在常闭状态，中间的升压电路不工作；当输入电压比较低时，通过迟滞比较器的判断，控制两个继电器吸合，两个开关都打到常开状态，输入电压经过整流后变成Vl，再经过升压电路提高电压得到V2，然后作为反激电路的输入电压。
2.根据权利要求1所述的一种新型宽范围电源的设计方法，其特征在于:在反激模块中采用高兼容性压控振荡器电流控制，在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。
3.根据权利要求2所述的一种新型宽范围电源的设计方法，其特征在于:所述高兼容性压控振荡器电流控制，是在传统反激式开关电源设计中，去除基准电压对定时电阻的控制，引入一可变电压给定时电阻和误差放大器，电压转换器设置在误差放大器后与压控振荡器之间，用一个简单的稳压管放在误差放大器后来接受整个的输出电压的变化，当输入电压最低，而输出功率满载时，开关管的占空比将超过50%，VCO的输入电压将达到所需要求值。
4.根据权利要求3所述的一种新型宽范围电源的设计方法，其特征在于:相应的调节电阻、电容和电感的相关参数，实现宽输入电压标准。
【文档编号】H02M3/335GK103904894SQ201410106106
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】高鹏飞, 滕学军, 肖波, 谷俊杰 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司