一种工业控制计算机开关电源的改进装置的制作方法

本发明涉及工业控制和电源技术领域，具体为一种工业控制计算机开关电源的改进装置。

背景技术：

工业控制计算机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称。是用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计算机，它是自动化技术工具中最重要的设备。计算机需要外部开关电源进行提供电力，由理论分析和实践证明，工控机的开关电源产生的高次谐波会沿着工控机输电线路产生传导干扰和辐射干扰，从而对供电系统产生污染并影响其他在路用电设备正常运行，工控机开关电源功率因数低所造成的的危害如下：1、功率因数低是输入电流波形畸变，含有丰富的高次谐波引起的，这些高次谐波严重污染，并且以电磁辐射方式或以线路传导的方式干扰电子电路的稳定和可靠工作，2、引起电路电流过大，不仅引起变压器和供电线路过热，而且降低电器的额定值，使供电质量下降，3、供电电容量增加，浪费电能，增加了投资，因此，无论从保护工控机输电线路的安全运行，还是从用电设备正常工作上来看，防止和减少谐波对在路用电设备的污染，抑制电磁干扰，已成为业界普遍关注的问题。鉴于上述提到的问题，本发明设计一种工业控制计算机开关电源的改进装置，以解决上述提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工业控制计算机开关电源的改进装置，以解决上述背景技术中提出的工控机的开关电源产生的高次谐波会沿着工控机输电线路产生传导干扰和辐射干扰，从而对供电系统产生污染并影响其他在路用电设备正常运行的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业控制计算机开关电源的改进装置，包括电源底壳，所述电源底壳的外壁设置有电源外壳，所述电源底壳的外壁设置有印刷电路板，所述电源底壳的顶部设置有交流输入接口，且交流输入接口与印刷电路板电性连接，所述电源底壳的底部设置有直流输出接口，所述直流输出接口与印刷电路板电性连接，所述印刷电路板的左侧设置有高频变压器，所述高频变压器的底部设置有散热器，所述散热器与印刷电路板电性连接，所述交流输入接口电性输出连接emi滤波器，所述emi滤波器电性输出连接第一整流电路，所述第一整流电路电性输出连接变换电路，所述变换电路电性输出连接过压吸收电路，所述过压吸收电路电性输出连接高频变压器，所述高频变压器电性输出连接第二整流电路，所述第二整流电路电性输出连接直流输出接口，所述第二整流电路电性输出连接电压取样器，所述电压取样器电性输出连接信号比较器，所述信号比较器电性输入连接基准电压，所述信号比较器电性输出连接电压放大器，所述电压放大器电性输出连接乘法器，所述乘法器电性输出连接电流放大器，所述电流放大器电性输出连接pmw控制器，所述pmw控制器电性输出连接控制驱动电路，所述控制驱动电路电性输出连接变换电路，所述控制驱动电路电性输入连接振荡器。

优选的，所述emi滤波器包括电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电感l1、电感l2、电感l3、电感l4，所述电感l1和电感l2为并联设置，所述电容c1与电容c2和电容c3之间为并联设置，所述电容c1的两端分别与电感l1和电感l2的输入端连接，所述电容c2的输入端与电感l1的输出端连接，所述电容c3的输入端与电感l2的输出端连接，所述电容c2和电容c3的输出端均与电容c4的输入端连接，所述电容c4的输出端接地设置，所述电感l3和电感l4为并联设置，所述电容c2和电容c3与电容c5为并联设置，所述电容c2的输入端与电感l3的输入端连接，所述电容c3的输入端与电感l4的输入端连接，所述电感l3和电感l4的输出端分别于电容c5的两端连接，所述电容c1和电容c5均为高频旁路电容，所述电感l1、电容c2和电容c4与电感l2、电容c3和电容c4组成共模干扰滤波环节，所述电感l3和电感l4的初次级匝数相等，极性相反。

优选的，所述变换电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电容c6、电感l5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和场效应管s，所述二极管d1和二极管d2与二极管d3和二极管d4为并联设置，且二极管d2的负极与二极管d1的正极连接，所述二极管d4的负极与二极管d3的正极连接，所述二极管d1和二极管d3的负极均与电感l5的输入端连接，所述电感l5的输出端与二极管d5的正极连接，所述二极管d5的负极与电容c6连接，所述场效应管s的漏极与二极管d5的正极连接，所述二极管d2和二极管d4的正极通过电阻r1与场效应管s的源极连接，所述场效应管s的栅极与控制驱动电路连接，所述场效应管s、电容c6、电阻r4和电阻r2均为并联设置，所述电阻r2与电阻r3为串联设置，所述电阻r2和电阻r3均与电压放大器连接。

优选的，所述过压吸收电路包括开关三极管q、电阻r5、电容c7和二极管d6，所述二极管d6和电阻r5为并联设置，所述d6的正极与电容c7的一端连接，所述电容c7的另一端与开关三极管q的集电极连接，所述二极管d6的负极与开关三极管q的发射极连接。

优选的，所述高频变压器的底部设置有屏蔽层，且屏蔽层为接地设置。

优选的，所述散热器和印刷电路板之间设置有绝缘垫片，且绝缘垫片内腔设置有金属板。

优选的，所述电源外壳的外壁均匀设置散热孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种工业控制计算机开关电源的改进装置，通过增设的emi滤波器可有效的抑制共模干扰，较好的抑制开关电源产生的传导干扰，过压吸收电路能够减少关断损耗，并有效抑制电压尖峰，高频变压器的底部设置有屏蔽层，且屏蔽层为接地设置，这样可使高频变压器初次级耦合电容分成串联形式，以减小高频变压器初次级耦合的目的，绝缘垫片采用低介电常数的材料，并增加金属板用作静电屏蔽来减小散热器和印刷电路板之间的寄生电容，有效减少分布电容和分布电感，从而进一步降低计算机开关电源的干扰，并解决了针对输入电流波形畸变的问题，有效解决了现有工控机的开关电源产生的高次谐波会沿着工控机输电线路产生传导干扰和辐射干扰，保证了供电系统路用电设备正常运行。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明系统原理框图；

图3为本发明emi滤波器电路图；

图4为本发明变换电路图；

图5为本发明过压吸收电路图。

图中：1电源底壳、2电源外壳、3印刷电路板、4交流输入接口、5直流输出接口、6高频变压器、7散热器、8emi滤波器、9第一整流电路、10变换电路、11过压吸收电路、12第二整流电路、13电压取样器、14信号比较器、15基准电压、16电压放大器、17乘法器、18电流放大器、19pmw控制器、20控制驱动电路、21振荡器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种工业控制计算机开关电源的改进装置，包括电源底壳1，所述电源底壳1的外壁设置有电源外壳2，所述电源底壳1的外壁设置有印刷电路板3，所述电源底壳1的顶部设置有交流输入接口4，且交流输入接口4与印刷电路板3电性连接，所述电源底壳1的底部设置有直流输出接口5，所述直流输出接口5与印刷电路板3电性连接，所述印刷电路板3的左侧设置有高频变压器6，所述高频变压器6的底部设置有散热器7，所述散热器7与印刷电路板3电性连接，所述交流输入接口4电性输出连接emi滤波器8，所述emi滤波器8电性输出连接第一整流电路9，所述第一整流电路9电性输出连接变换电路10，所述变换电路10电性输出连接过压吸收电路11，所述过压吸收电路11电性输出连接高频变压器6，所述高频变压器6电性输出连接第二整流电路12，所述第二整流电路12电性输出连接直流输出接口5，所述第二整流电路12电性输出连接电压取样器13，所述电压取样器13电性输出连接信号比较器14，所述信号比较器14电性输入连接基准电压15，所述信号比较器14电性输出连接电压放大器16，所述电压放大器16电性输出连接乘法器17，所述乘法器17电性输出连接电流放大器18，所述电流放大器18电性输出连接pmw控制器19，所述pmw控制器19电性输出连接控制驱动电路20，所述控制驱动电路20电性输出连接变换电路10，所述控制驱动电路20电性输入连接振荡器21。

其中，所述emi滤波器8包括电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电感l1、电感l2、电感l3、电感l4，所述电感l1和电感l2为并联设置，所述电容c1与电容c2和电容c3之间为并联设置，所述电容c1的两端分别与电感l1和电感l2的输入端连接，所述电容c2的输入端与电感l1的输出端连接，所述电容c3的输入端与电感l2的输出端连接，所述电容c2和电容c3的输出端均与电容c4的输入端连接，所述电容c4的输出端接地设置，所述电感l3和电感l4为并联设置，所述电容c2和电容c3与电容c5为并联设置，所述电容c2的输入端与电感l3的输入端连接，所述电容c3的输入端与电感l4的输入端连接，所述电感l3和电感l4的输出端分别于电容c5的两端连接，所述电容c1和电容c5均为高频旁路电容，用于滤除输入电源线间的差模干扰，所述电感l1、电容c2和电容c4与电感l2、电容c3和电容c4组成共模干扰滤波环节，用于滤除电源线与地之间非对称共模干扰，所述电感l3和电感l4的初次级匝数相等，极性相反，使得交流电流在磁芯中产生的磁通相反，因而可有效的抑制共模干扰，较好的抑制开关电源产生的传导干扰，所述变换电路10包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电容c6、电感l5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和场效应管s，所述二极管d1和二极管d2与二极管d3和二极管d4为并联设置，且二极管d2的负极与二极管d1的正极连接，所述二极管d4的负极与二极管d3的正极连接，所述二极管d1和二极管d3的负极均与电感l5的输入端连接，所述电感l5的输出端与二极管d5的正极连接，所述二极管d5的负极与电容c6连接，所述场效应管s的漏极与二极管d5的正极连接，所述二极管d2和二极管d4的正极通过电阻r1与场效应管s的源极连接，所述场效应管s的栅极与控制驱动电路20连接，所述场效应管s、电容c6、电阻r4和电阻r2均为并联设置，所述电阻r2与电阻r3为串联设置，所述电阻r2和电阻r3均与电压放大器16连接，所述过压吸收电路11包括开关三极管q、电阻r5、电容c7和二极管d6，所述二极管d6和电阻r5为并联设置，所述d6的正极与电容c7的一端连接，所述电容c7的另一端与开关三极管q的集电极连接，所述二极管d6的负极与开关三极管q的发射极连接，所述高频变压器6的底部设置有屏蔽层，且屏蔽层为接地设置，可使高频变压器6初次级耦合电容分成串联形式，以减小高频变压器6初次级耦合的目的，所述散热器7和印刷电路板3之间设置有绝缘垫片，且绝缘垫片内腔设置有金属板绝缘垫片采用低介电常数的材料，并增加金属板用作静电屏蔽来减小散热器7和印刷电路板3之间的寄生电容，有效减少分布电容和分布电感，从而进一步降低计算机开关电源的干扰，所述电源外壳2的外壁均匀设置散热孔，保证了开关电源内的元器件能够正常工作。

工作原理：通过在现有开关电源的印刷电路板3上增设的emi滤波器8，emi滤波器8的电路图中电容c1和电容c5均为高频旁路电容，用于滤除输入电源线间的差模干扰，所述电感l1、电容c2和电容c4与电感l2、电容c3和电容c4组成共模干扰滤波环节，用于滤除电源线与地之间非对称共模干扰，所述电感l3和电感l4的初次级匝数相等，极性相反，使得交流电流在磁芯中产生的磁通相反，因而可有效的抑制共模干扰，较好的抑制开关电源产生的传导干扰，针对输入电流波形畸变的问题，输出电压和基准电压通过电压取样器13取样后，然后通过信号比较器14比较，误差信号经电压放大器16放大后输送到乘法器17内，与全波整流电压取样信号相乘以后形成基准电流信号，基准电流信号与电流反馈信号相减，误差信号经电流放大器18放大后通过pmw控制器19形成pmw信号，然后经由控制驱动电路20控制变换电路10内的场效应管s的通断，在脉冲持续时间场效应管s导通，二极管d5截止，电感l5中的电流按一定的速率增大，同时电感l5中储存磁场能，脉冲截止期间，二极管d5导通，整流电压与电感l5中存储的磁场能一起通过二极管d5对电容c6充电，电感l5中的电流按一定速率下降，当电流下降到零时，第二个脉冲的上升沿又到来，场效应管s又导通，依次循环，通过控制开关电源的通断来强迫输入电流和输入电压的变化，从而获得接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数，此外在变换电路10和高频变压器6之间增设过压吸收电路，当开关三极管q关断产生尖峰电压时，二极管d6导通，电容c7充电，电压上升到一定值，二极管d6截止，然后电容c7通过电阻r5放电，在开关三极管q下次导通时，电容c7将它存储的能量全部泄放掉，如此便能减少关断损耗，并有效抑制电压尖峰，高频变压器6的底部设置有屏蔽层，且屏蔽层为接地设置，这样可使高频变压器6初次级耦合电容分成串联形式，以减小高频变压器6初次级耦合的目的，散热器7和印刷电路板3之间设置有绝缘垫片，且绝缘垫片内腔设置有金属板，绝缘垫片采用低介电常数的材料，并增加金属板用作静电屏蔽来减小散热器7和印刷电路板3之间的寄生电容，有效减少分布电容和分布电感，从而进一步降低计算机开关电源的干扰。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。