一种低成本高可靠性彝药生产隔离型开关电源的制作方法

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种具有结构简单、低成本、高可靠性的低成本高可靠性彝药生产隔离型开关电源。

背景技术：

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压，完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。任何电子设备都离不开可靠的电源，随着技术的发展，它们对电源的要求也越来越高。传统的线性稳压电源具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。另外，传统电路中的调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。

开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。现代电子设备中使用的直流稳压电源有两大类：线性稳压电源和开关性稳压电源。所谓线性稳压电源就是其调整管工作在线性放大区，这种稳压电源的最主要的缺点是变换效率低，一般只有35~60%左右。开关稳压电源的开关管工作在开关状态，其主要的优越性就是变换效率高，可高达70~95%。

现代彝药由于一般属于小众产品，品种多、规格少，生产设备一般都采用中、小功率的设备。在现有技术中，开关性稳压电源多使用运放电路来作为开关稳压单元的核心，即前级电路进行输入信号检测，后级运放将输入检测到的信号与预设的基准进行比较，从而达到控制关闭电源输出的目的；也有使用几个三极管控制电路，即前级进行输入信号检测，后级用三极管将输入检测到的信号进行简单放大，达到控制关闭电源输出的目的。但研究发现，采用运放电路作为隔离型开关电源成本较高，在彝药生产的中、小型功率电源中不适用；而采用传统三极管控制电路作为信号放大虽然成本较低，但由于缺少必要的保护和控制机制，也难以满足现代彝药生产设备的开关电源控制精度的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本、高可靠性的低成本高可靠性彝药生产隔离型开关电源。

本发明的目的是这样实现的：包括整流滤波电路、控制电路、遥控开关电路，所述整流滤波电路输入端与电源u1端耦合且输出端与控制电路的输入端耦合，所述遥控开关电路的输出端与控制电路耦合以控制控制电路的关闭或开通；所述控制电路包括启动单元、自激震荡正反馈单元、脉宽调制单元、保护单元、稳压单元，所述启动单元包括第一初级线圈l1、第一次级线圈l3的变压器ta2，所述第一初级线圈l1与串联的电容c4、电阻r3并联后两端分别与整流滤波电路的输出端和三极管t4的集电极耦合，所述三极管t4的基极通过串联电阻r2、电阻r4与整流滤波电路的输出端耦合，所述三极管t4的发射极接地，所述第一次级线圈l3与电源输出端u0连接；所述自激震荡正反馈单元与启动单元耦合并通过变压器ta2及附属电路增大三极管t4的基极电流以增大第一初级线圈l1的储能来提高电源输出端u0的输出功率，所述脉宽调制单元通过三极管t2、三极管t3、光电三极管oc及附属电路与启动单元耦合以调整三极管t4的占空比来实现电源输出端u0的稳压，所述保护单元通过电容、电阻及二极管与启动单元、自激震荡正反馈单元和脉宽调制单元耦合对其中的三极管形成保护，所述稳压单元通过三极管t5及附属电路对电源输出端u0进行稳压。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明与运放电路和传统三极管控制相比，通过采用简单、可靠和低成本的三极管、变压器、光电三极管及电容、电阻、二极管等电气元件的合理优化组合，以低成本实现开关电源具有输出稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠、保护措施全齐和结构紧凑的优势；

2、本发明通过控制电路中启动单元、自激震荡正反馈单元、脉宽调制单元、保护单元和稳压单元各电气元件的共用，进一步简化了整体结构和降低了成本，而且也提高了开关电源的变换效率和可靠性，从而使本发明能够很好的满足诸如现代彝药生产等中、小功率设备对开关电源的要求。

因此，本发明具有结构简单、低成本、高可靠性的特点。

附图说明

图1为本发明电气连接示意图；

图2为图1之启动单元电气连接示意图；

图3为图1之自激震荡正反馈单元电气连接示意图；

图4为图1之脉宽调制单元电气连接示意图；

图5为图1之保护单元电气连接示意图；

图6为图1之稳压单元电气连接示意图；

图7为图1之遥控开关电路电气连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1至7所示，本发明包括整流滤波电路、控制电路、遥控开关电路，所述整流滤波电路输入端与电源u1端耦合且输出端与控制电路的输入端耦合，所述遥控开关电路的输出端与控制电路耦合以控制控制电路的关闭或开通；所述控制电路包括启动单元、自激震荡正反馈单元、脉宽调制单元、保护单元、稳压单元，所述启动单元包括第一初级线圈l1、第一次级线圈l3的变压器ta2，所述第一初级线圈l1与串联的电容c4、电阻r3并联后两端分别与整流滤波电路的输出端和三极管t4的集电极耦合，所述三极管t4的基极通过串联电阻r2、电阻r4与整流滤波电路的输出端耦合，所述三极管t4的发射极接地，所述第一次级线圈l3与电源输出端u0连接；所述自激震荡正反馈单元与启动单元耦合并通过变压器ta2及附属电路增大三极管t4的基极电流以增大第一初级线圈l1的储能来提高电源输出端u0的输出功率，所述脉宽调制单元通过三极管t2、三极管t3、光电三极管oc及附属电路与启动单元耦合以调整三极管t4的占空比来实现电源输出端u0的稳压，所述保护单元通过电容、电阻及二极管与启动单元、自激震荡正反馈单元和脉宽调制单元耦合对其中的三极管形成保护，所述稳压单元通过三极管t5及附属电路对电源输出端u0进行稳压。

本发明还包括扼磁滤波电路，所述扼磁滤波电路的输入端与电源u1耦合且输出端与整流滤波电路的输入端耦合，所述扼磁滤波电路包括与电源u1耦合的共模电感ta1、与模电感ta1输出端耦合的电容c1。

所述整流滤波电路包括整流桥堆ur、电容c2、电容c3，所述整流桥堆ur的输入端与共模电感ta1的输出端耦合，所述电容c2和电容c3并联后与整流桥堆ur的输出端耦合，所述电容c2容量远小于电容c3。

如图3所示，所述自激震荡正反馈单元包括启动单元的电路、含第二初级线圈l2的变压器ta2，所述电阻r2的输出端依次串联电容c5、电阻r5并与第二初级线圈l2的输入端耦合，所述第二初级线圈l2的输出端与三极管t4的发射极连接，所述串联的电容c5和电阻r5还并联有反向的二极管d2。

如图4所示，所述脉宽调制单元包括自激震荡正反馈单元的电路、含第二次级线圈l4的变压器ta2、三极管t2、三极管t3、三极管t5、光电三极管oc，所述三极管t2的集电极与电阻r2的输出端耦合且发射极与三极管t3的基极耦合，所述三极管t2的基极与光电三极管oc中三极管集电极耦合，所述三极管t3的集电极与三极管t4的基极耦合且发射极接地，所述第二次初级线圈l2的输入端通过串联的电阻r8、二极管d4与三极管t3的基极耦合且输出端接地，所述第一次级线圈l3的输出端依次通过串联的二极管d6、电阻r12、可变电阻d8与三极管t5的基极耦合，所述三极管t5的发射极通过反向的稳压二极管d7接地且集电极与光电三极管oc中发光二极管的正极耦合，所述光电三极管oc中发光二极管的负极串联二极管r16接地且其中的三极管发射极接地。

所述第二次初级线圈l2的输入端通过并联的电阻r11、电容c9与输出端连接后接地，所述二极管r16的输入端通过电阻r15与第一次级线圈l3的输出端耦合，所述三极管t2的基极串联电阻r1与集电极耦合且发射极通过电阻r9接地。

如图5所示，所述保护单元包括电容c6、电容c7，所述电容c6的两端分别与三极管t3的集电极和发射极耦合，所述第二次初级线圈l2的输入端通过串联的电阻r6、反向的稳压二极管d3与三极管t3的基极耦合，所述电容c7的一端与稳压二极管d3的输入端耦合且另一端与三极管t3发射极耦合。

如图6所示，所述稳压单元通过脉宽调制单元中的三极管t2、三极管t3、三极管t4、三极管t5、光电三极管oc、稳压二极管d3、稳压二极管d7及附属电路对电源输出端u0进行稳压输出。

如图7所示，所述遥控开关电路包括三极管t6，所述三极管t6的基极与开关控制信号耦合且发射极接地、集电极与三极管t5的集电极耦合和通过电阻r17与供电电压耦合。

所述变压器ta2的第一初级线圈l1和第二初级线圈l2的电压比为1：3，所述第一初级线圈l1和第一次级线圈l3的电压比为1：2，所述第一初级线圈l1和第二次级线圈l4的的电压比为1：2。

本发明工作原理和工作过程：

本发明通过采用简单、可靠和低成本的三极管、变压器、光电三极管及电容、电阻、二极管等电气元件分别构成整流滤波电路、控制电路、遥控开关电路以及控制电路中的启动单元、自激震荡正反馈单元、脉宽调制单元、保护单元和稳压单元，以低成本实现输出稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠、保护措施全齐和结构紧凑；另外，通过控制电路中启动单元、自激震荡正反馈单元、脉宽调制单元、保护单元和稳压单元各电气元件的共用，进一步简化了整体结构和降低了成本，也提高了开关电源的变换效率和可靠性，从而能够很好的满足诸如现代彝药生产等中、小功率设备对开关电源的要求。进一步的，整流滤波电路前置扼磁滤波电路，能有效抑制电网噪声，提高开关电源的抗干扰能力及可靠性。进一步的，整流滤波电路包括整流桥堆ur以及后置并联的小电容c2和大电容c3，既能够有效滤除低频和高频杂波，而且还能减小电容的体积以提高整体结构的紧凑性。进一步的，自激震荡正反馈单元包括启动单元的电路及附属电路，脉宽调制单元包括自激震荡正反馈单元的电路及附属电路，保护单元在脉宽调制单元的三极管t3的集电极和发射极间并联电容c6以及在三极管t3集电极与接地间和三极管t2发射极和接地间串联电容c7，遥控开关电路通过三极管t6与脉宽调制单元的三极管t5的发射极连接；从而通过以上各单元中相同功能电气元件的共用，进一步简化了整体结构和降低了成本，也提高了开关电源的变换效率和可靠性。综上所述，本发明具有结构简单、低成本、高可靠性的特点。

如图1至7所示，输入220v/50hz市电，由于电网负载会出现较大的增加或减少而导致电压波动，频率也有很多频率波，所以通过在整流滤波电路前置扼磁滤波电路对其进行滤波。利用二极管的电流导向作用，整流滤波电路的整流桥堆中采用四个二极管构成桥式整流结构，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。整流后的电压可以计算出来：u1=0.9*ui*cosα≈300v。选耐压为300v的二极管就能满足整流的要求。通过整流后，产生的是一个脉动直流电压，但开关电源需要的是比较稳定的直流电压，所以一般利用50μf的小电容c2和100μf以上的大电容c3对整流后的电流分别承担低频滤波、高频滤波，使输出电压是一个波动比较小，基本上是一个比较平缓的直流电压。

启动单元为整个开关电源的启动提供条件。采用两个大电阻r2和r4，三极管t4要导通，必须给它提供一个基极电流，而这个支路就是300v电压加在r2、r4上，给三极管t4基极提供一个电流，经过t4的be发射结形成电流，使开关管t4打开。至于t4基极电流的大小，这是可以计算的：一般取电阻r2为199kω，r4为100kω，r2、r4串联，因为be节上的降压很小，所以可以看做的其上直接加300v电压，根据欧姆定律：i=u/r得到i=1.5ma。很多时候，为了其他电路提供不同电压或者给保护电路提供电压，都是将r2由几个小电阻串联而成。

上面所求的t4基极电流为1.5ma，三极管的放大倍数一般都是几十倍，所以三极管的集电极电流也就只有几十个毫安，这个电流远远无法满足我们正常工作需要，为了增大开关电源的输出功率，必须提高流过电感线圈当中的电流，也就是说使电感线圈中多储存磁场能。由于集电极的电流与其基极电流是相互关联的，要提高集电极的电流，就必须提高三极管的基极电流，如果基极电流没有增加，三极管的集电极电流也就没有可能会增加。为了提高三极管t4的基极电流，在这里增加自激震荡正反馈单元。在启动单元为三极管t4的基极提供了一定的电流后，在三极管t4的集电极有一定电流通过的条件下，在第一初级线圈l1上储存能量，产生一个质感电动势，并耦合到第二初级线圈l2上，l2上的质感电动势给电容c5充电形成电流，当充电完成后，电流可通过二极管d2加到三极管t4的be节上，这样，就增大了三极管的基极电流，集电极的电流在一定情况下也会随着增大，也就能增大l1上的储能，进而满足开关电源输出端连接设备的正常工作需要。

要得到稳定的直流电压，也就是在输入电压变化的时候，输出电压稳定不变。对于三极管，可以改变占空比，也就是开关导通和关闭的时间比值，就可以改变输出电压的大小，另外，改变开关管的占空比，也能实现稳压。采用脉宽调制单元通过分流调整管t3及电路以改变三极管t4的占空比。输出电压升高的时候，光电耦合器oc中的发光二极管就会发光，同时其中的三极管也就会导通，就会给三极管t2的基极提供一个电流使之导通，三极管t2的导通会给三极管t3提供一个基极电流，t3随之导通并对t4基极电流进行分流，进而减小开关管t4的集电极的电流，也就能减小第一初级线圈l1上的储能，使输出电压降低，实现稳压作用。其中，二级管r7和r9是分流调整管t3正常工作时的限值电阻。而输出电压降低时，光电耦合器oc中的发光二极管不发光，其中的三极管也就不会导通，那么分流调整管t3也就不会导通。

由于三极管在时间电路中很容易损坏，给电路中的三极管设置保护单元。当开关三极管t4截止的时候，第一初级线圈l1就会感应出一个下正上负的一个电动势，而第二初级线圈l2也会感应出一个下正上负的电动势，由于感应的电动势很大，所以会对三极管的be节造成很大的威胁。因此，在三极管t3的be两端并联了一个大电容c6，当l2感应出一个下正上负的电动势的时候，就会和之前开关三极管导通时候给大电容c6充的上正下负的电容中和，由于电容电压是不能突变的，l2感应出的电动势不能使电容电压不能瞬间升高，t3的be间的电压也不能瞬间升高，c6电容就能对开关管t3进行保护。同理，电容c7也能对t3的be节进行保护。二极管d4和电阻r8的作用是对l2形成放电回路，以避免l2中产生的质感电压不能释放，对电路造成破坏。另外，电容c4和电阻r3也是保护电路，当三极管t4截止的时候，其集电极上的电流瞬间消失，但l1的电流不会瞬间消失，通过c4和r3形成放电回路以分流其瞬间产生的很大电压，从而保护三极管t4。

当输入的电网电压升高时，为了保护开关电源的输出负载或者开关电源电路，也就是使输出电压不受输入电压波动的影响，增加稳压二极管d3和电阻r6构成的过电压保护单元，当输入电压稳定时，这个单元不工作，只有当输入电压升高时，单元才会起作用。其中l1上的电压和输入电压几乎的成正比的，而l2上的质感电压是和l1上的质感电压变比为3：1，也即在正常情况下，l2上是100v，这个时候稳压二极管刚好不会击穿。当输入电压升高的时候，l2上的质感电压也会升高，超过100v，如果没有这个保护单元，在l2上电压增大，就会增大t13上的基极电压，t13上的基极电流增大，其集电极上的电压也会随着增大，那么电感线圈上的电流也增大，储存的能量也会增大，使l2上的质感电动势也会增大，反过来又增大l1上的电流，这样很可能会使电路元件烧坏，所以必须增加一个过电压保护单元。在有过电压保护单元的情况下，当输入电压升高，l2上的质感电压也会升高，但因为d3是一个稳压二极管，当电压超过它的耐压值的时候，稳压二极管就会被击穿而导通，这样电流就经过电阻r6和稳压二极管d3，流经t3的基极和发射极，t3一导通，其集电极也就会有电流，也就分去了三极管t4的一部分基极电流，t4的基极电流减小，就会导致它的集电极的电流减小，这样l1上的储能也会减小，使得电压减小，这个自动过程就实现了对输入电压的过电压保护。

稳压单元，就是在输入电压发生变化时，电路自动使输出电压稳定不变。假设输入电压升高，输出电压也就随着升高，r15、r16之间的电压也会升高，由于稳压二极管d7的电压是不能突变的，所以三极管t5的be节间的电压也会升高，t5的导通程度就会增大，光电三极管oc也就导通，发光二极管发光，激发oc中的三极管导通，t2也就导通并给t3提供基极电流，t3导通后，其集电极就会有电流，也会对t4的基极电流进行分流，t4的基极电流随之减小，其集电极电流也会减小，l1中储存的能量也会相应减小，输出电压也就会减小，实现对输出电压的自动稳压作用。

遥控开关电路中cpu输出一个高电平给三极管t6的基极，则其集电极就为低电平，会导致oc中的发光二极管导通发光，发光二级管的发光使其中的三极管饱和导通，就会给t2提供一个很大的基极电流，t2也饱和导通，跟着t3也就会饱和导通，t3饱和导通时，其集电极和发射极之间的电压只有0.3v左右，这个电压不足以使得t4导通，l1也就不会储存能量，那么也就没有输出电压，开关电源也就不会工作，因此，当cpu输出高电平的时候，开关电源是出于关机状态。当cpu的输出电平是低电平的时候，t6截止，遥控开关电路就对整个开关电源没有影响，那么这个电源就会正常工作，输出端就会有输出电压。