一种宽电压输入型大功率本安电源的制作方法

一种宽电压输入型大功率本安电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种宽电压输入型大功率本安电源，包括接入交流电的EMI滤波电路(1)，EMI滤波电路(1)外依次连接有整流电路(2)、高频变压器(4)、稳压滤波电路(5)与过压过流保护电路(6)，所述本安电源还设有a.PWM控制芯片(7),通过PWM控制芯片控制所连接的第一MOS开关管的通断频率，从而改变施加在高频变压器初级上的电压频率，保证高频变压器次级的恒定输出；b.MCU模块(8),MCU模块(8)外围连接继电器(K1)，通过根据需要控制继电器的触点与整流电路以及滤波电容(3)构成倍压整流电路，使得交流输入电压较低时，仍然保证高频变压器的初级得到足够的输入电压，从而扩展了交流输入电压的范围，使得该电源能够适应宽范围的电压输入，灵活性互换性强。
【专利说明】一种宽电压输入型大功率本安电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电源领域，具体是一种宽电压输入型大功率本安电源。
【背景技术】
[0002]在计算机技术和信息化建设的带动下，煤矿、石油、化工等领域的生产一线都积极实施自动化改造，使得智能仪器、传感器、控制器不断应用到生产一线，为保障安全生产，应用于这些领域的传感器、通讯设备、信号装置、控制器等设备均由本安电源供电；在长期的实践中发现，生产一线取电源选择受限，因为现有的本安电源主要支持某一电压等级的电源输入，这给设备选型和日常维护带来不便，互换性不强；此外，现有本安电源带载能力较差，当负载变化时，会引起电源复位，导致设备工作不稳定。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种宽电压输入型大功率本安电源，该本安电源能够提供宽范围的电压输入，灵活性互换性强，并且提高了带载能力。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种宽电压输入型大功率本安电源，包括接入交流电的EMI滤波电路，EMI滤波电路外依次连接有整流电路、高频变压器、稳压滤波电路与过压过流保护电路，所述本安电源还设有:
[0006]a.PWM控制芯片与第一MOS开关管，PWM控制芯片接收过压过流保护电路反馈的直流输出电压并控制第一 MOS开关管的通断，所述整流电路输出端并联有滤波电容，滤波电容输出的电压经第一 MOS开关管施加在高频变压器的初级；
[0007]b.MCU模块与继电器，MCU模块根据高频变压器反馈的电压信号控制继电器的得失电，所述滤波电容通过继电器的触点与整流电路构成倍压整流电路。
[0008]进一步地，所述过压过流保护电路包含:
[0009]a.第二MOS开关管，第二MOS开关管的栅极串联在稳压滤波电路正极的输出端，稳压滤波电路的输出端经分压电阻分压后输入MCU模块，MCU模块通过放大电路输出连接第二 MOS开关管的门极控制第二 MOS开关管的通断；
[0010]b.限流电阻，限流电阻串联在稳压滤波电路负极的输出端；所述本安电源通过第二 MOS开关管的源极与限流电阻输出电压。
[0011]进一步地，所述限流电阻的输出端与MCU模块的输入接口相连，MCU模块根据反馈电流判断有无负载，以控制第二 MOS开关管的通断。
[0012]上述方案中，PWM控制芯片被广泛地应用于反激式开关电源的控制电路中；倍压整流电路即通过二极管整流电路与滤波电容的配合，在整流电路输出的正半周与负半周对滤波电容进行充电，实现滤波电容输出电压的倍数叠加，是增加整流电路输出电压的常用电路。
[0013]本实用新型的有益效果是，通过PWM控制芯片控制第一MOS开关管的通断频率，从而改变施加在高频变压器初级上的电压频率，保证高频变压器次级的恒定输出；MCU模块根据需要控制继电器的得电与失电，从而使连接整流电路与滤波电容的触点闭合与断开，使整流电路与滤波电容在需要时切换成倍压整流电路，使得交流输入电压较低时，仍然保证高频变压器的初级得到足够的输入电压，从而扩展了交流输入电压的范围，使得该电源能够适应宽范围的交流电压输入，灵活性互换性强。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0015]图1是本实用新型的电气原理框图；
[0016]图2是本实用新型中倍压整流电路与高频变压器的电路示意图；
[0017]图3是本实用新型中过压过流保护电路的示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实用新型提供的一种宽电压输入型大功率本安电源包括接入交流电的EMI滤波电路1，EMI滤波电路I外依次连接有整流电路2、高频变压器4、稳压滤波电路5与过压过流保护电路6 ;所述本安电源设有:a.PWM控制芯片7，PWM控制芯片7外围设有其控制通断的第一 MOS开关管Ql，整流电路2输出端并联有滤波电容3，滤波电容3输出的电压经第一 MOS开关管Ql施加在高频变压器4的初级；b.MCU模块8，MCU模块外8围设有其控制得失电的继电器Kl，所述整流电路2通过继电器Kl的触点与滤波电容4构成倍压整流电路。
[0019]结合图2所示，第一 MOS开关管Ql的门极连接PWM控制芯片7的输出接口，第一 MOS开关管Ql的栅极连接高频变压器4的初级绕组NI，第一 MOS开关管Ql的源极接地；整流二极管Dl、D2、D3与D4相互连接构成桥式整流电路，作为整流电路2 ;电容El与电容E2作为滤波电容3，相互串联后并联在整流电路2的输出端，其中电容El的正极与整流二极管D2的负极相连，电容E2的负极与整流二极管D4的正极相连；EMI滤波电路I滤波后的交流电压通过桥式整流电路整流为脉冲直流电，经电容El与电容E2滤波后得到直流电输入高频变压器4的初级绕组NI ;高频变压器4的次级绕组N6的正极依次串联二极管DlO与电容C9后回到负极，二极管DlO的负极串联由电阻R30、R32、R31与电容ClO混联构成的分压滤波电路，经电阻R31分压后的电压信号输入至MCU模块8的输入接口，MCU模块8的输出接口依次串联信号放大器9与继电器Kl的线圈并构成回路，继电器Kl的常开触点的一端连接整流二极管D2的正极，另一端连接电容El的负极；当交流输入的电压过低时，整流滤波后输入高频变压器4的初级绕组NI的电压就低，次级绕组N6的感应电压也低，相应地经电阻R31分压后的电压信号也低，那么反馈给MCU模块8的电压也会低，当低于MCU模块8内的设定值时，MCU模块8输出信号至信号放大器9放大后驱动继电器Kl线圈，使继电器Kl的常开触点闭合，此时整流二极管Dl、D2、D3与D4，以及电容El、E2与继电器Kl的常开触点构成倍压整流电路；当整流输出的正半周时对电容El充电，负半周时对电容E2充电，以交流输入27V为例，此时El正极的电压应为2*
42 *27V=76V，提高了高频变压器4的初级绕组NI的输入电压，从而扩展了交流输入电压
的范围，使得该电源能够提供宽范围的电压输入，灵活性互换性强；PWM控制芯片7根据过压过流保护电路6输出直流电压V+的反馈信号，改变输出信号的频率，从而改变第一 MOS开关管Ql通断的频率，使得经第一 MOS开关管Ql施加在高频变压器4的初级绕组NI上电压的频率得到改变，从而使高频变压器4的次级绕组N2保证恒定的输出。
[0020]结合图3所示，所述过压过流保护电路6包含第二 MOS开关管Q2与限流电阻R39，第二 MOS开关管Q2的栅极串联在稳压滤波电路7正极的输出端；电阻R17、R19串联后一端连接稳压滤波电路7的输出端正极，另一端连接MCU模块8的输入接口 ；电阻R18与分别并联在稳压滤波电路7负极的输出端与R19的一端，电容CS并联在稳压滤波电路7负极的输出端与R19的另一端，MCU模块8通过放大电路10输出连接第二 MOS开关管Q2的门极并控制第二 MOS开关管Q2的通断；限流电阻R39串联在稳压滤波电路7负极的输出端；电压通过第二 MOS开关管Q2的源极与限流电阻R39输出；第二 MOS开关管Q2的源极与栅极还并联有电阻R16 ;限流电阻R39的输出端与MCU模块8的输入接口相连，MCU模块8根据反馈电流判断有无负载，以控制第二 MOS开关管Q2的通断；当稳压滤波电路7输出的电压过高时，经电阻R19输入至MCU模块8的电压信号也高，电阻R17、R18起分压作用，电容C8起滤波作用，MCU模块8判断接收的电压超过设定值时，输出控制信号至放大电路10，放大电路10将信号放大后输出至 第二 MOS开关管Q2的门极，使第二 MOS开关管Q2关断，使得电源无电压输出，从而起到过压保护作用；当输出端短路时，MCU模块8控制第二 MOS开关管Q2关断，电流流经R16，R39组成的回路，流过回路的电流很小，从而起到过流保护的作用；当输出端连接负载时，MCU模块8检测到经限流电阻R39的电流，MCU模块8控制MOS开关管Q2打开，保证正常的输出，当输出端不带负载时，MCU模块8没有电流输入，MCU模块8控制MOS开关管Q2关断，使电源在不带负载的情况下没有输出电压，保证使用的安全，有效地抑制了电路火花及大功率开关管的发热，实现了本安电路抑制火花，控制发热的目的。
[0021]在制造和装配时，整个电源电路紧凑地排布在一个PCB板上，并采用阻燃、绝缘、导热灌封胶封起来，由两端分别引出交流输入端子、直流输出端子和接地端子，为确保电源良好散热，电源整体灌封后，经底部铝板导热、散热。
[0022]下表是国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心测试的数据(以输出12V为例):
[0023]
【权利要求】
1.一种宽电压输入型大功率本安电源，包括接入交流电的EMI滤波电路(I)，EMI滤波电路(I)外依次连接有整流电路(2)、高频变压器(4)、稳压滤波电路(5)与过压过流保护电路(6)，其特征在于，所述本安电源还设有:a.PWM控制芯片(7)与第一 MOS开关管(Ql)，PWM控制芯片(7)接收过压过流保护电路(6)反馈的直流输出电压信号并控制第一 MOS开关管(Ql)的通断，所述整流电路(2)输出端并联有滤波电容(3)，滤波电容(3)输出的电压经第一 MOS开关管(Ql)施加在高频变压器(4)的初级；b.MCU模块(8)与继电器(Kl)，MCU模块(8)根据高频变压器(4)反馈的电压信号控制继电器(Kl)的得失电，所述滤波电容(3)通过继电器(Kl)的触点与整流电路⑵构成倍压整流电路。
2.根据权利要求1所述的一种宽电压输入型大功率本安电源，其特征在于，所述过压过流保护电路包含:a.第二MOS开关管(Q2)，第二 MOS开关管(Q2)的栅极串联在稳压滤波电路(5)正极的输出端，稳压滤波电路(5)的输出端经分压电阻分压后输入MCU模块(8)，MCU模块(8)通过放大电路(10)输出连接第二 MOS开关管(Q2)的门极控制第二 MOS开关管(Q2)的通断；b.限流电阻(R39)，限流电阻(R39)串联在稳压滤波电路(5)负极的输出端；所述本安电源通过第二 MOS开关管(Q2)的源极与限流电阻(R39)输出电压。
3.根据权利要求2所述的一种宽电压输入型大功率本安电源，其特征在于，所述限流电阻(R39)的输出端与MCU模块⑶的输入接口相连，MCU模块⑶根据反馈电流判断有无负载，以控制第二 MOS开关管(Q2)的通断。
【文档编号】H02M7/30GK203827210SQ201420083687
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】王勇, 兰西柱, 张闯志, 张翔宇, 张迎春, 曹留柱 申请人:宿州中矿三杰科技有限公司