一种10W超宽输入电压隔离开关电源的制作方法

一种10w超宽输入电压隔离开关电源
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种10w超宽输入电压隔离开关电源。


背景技术：

2.开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(pwm)控制ic和mosfet构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用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方式。
3.对于开关电源，有隔离式和非隔离式。对于非隔离式，一般较难实现很宽的电压输入范围。对于隔离式，虽然相对容易实现较宽电压输入范围，但相对来说，体积较大，显得比较笨重。
4.宽电压输入开关电源在输入低电压和高电压时，电流应力、电压应力相差很大，在低压输入时(比如直流24v输入)，此时对开关电源的开关管允许电流要求高，开关管允许电压要求较低；在高压输入时(比如交流230v输入)，此时对开关电源的开关管允许电压要求高，开关管允许压流要求较低；因此超宽电压输入开关电源对开关管能承受的电流应力、电压应力要求非常高，如果只用一组开关管及开关变压器、输出电路等，开关电源的可靠性会降低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于为了解决上述问题而提供的一种可满足超宽输入范围和耐压的要求的10w超宽输入电压隔离开关电源。
6.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
7.一种10w超宽输入电压隔离开关电源，其包括：电源输入电路、直流输出电路、线性稳压电源电路、第一开关电源电路、第二开关电源电路，所述电源输入电路为所述直流输出电路提供电源，所述直流输出电路输出直流电源信号至所述线性稳压电源电路，由所述线性稳压电源电路分别为所述第一开关电源电路、第二开关电源电路提供线性稳压电源；所述第一开关电源电路包括第一开关电源芯片、第一变压器、第一误差放大电路以及连接在所述第一误差放大电路上的第一电压取样电路，所述第一变压器第一端与所述直流输出电路连接，所述第一变压器第二端与所述第一开关电源芯片连接，所述第一变压器第三端与第一个电源输出端之间连接有第一输出整流滤波电路，所述第一开关电源芯片与所述第一误差放大电路之间连接有第一光电隔离器；所述第二开关电源电路包括第二开关电源芯片、第二变压器、第二误差放大电路以及连接在所述第二误差放大电路上的第二电压取样电路，所述第二变压器第一端与所述直流输出电路连接，所述第二变压器第二端与所述第二开关电源芯片连接，所述第二变压器第三端与第二个电源输出端之间连接有第二输出整
流滤波电路，所述第二开关电源芯片与所述第二误差放大电路之间连接有第二光电隔离器。
8.进一步的方案是，所述电源输入电路包括电源输入端，所述电源输入端的1、2端依次连接有保险管f1、热敏电阻n1、压敏电阻r1。
9.更进一步的方案是，所述直流输出电路包括emi滤波电路、整流滤波电路，所述emi滤波电路输入端接所述电源输入电路，所述emi滤波电路输出端与所述整流滤波电路交流输入端连接，所述整流滤波电路输出端与所述线性稳压电源电路输入端连接，由所述线性稳压电源电路的两个输出端分别为所述第一开关电源电路、第二开关电源电路提供线性稳压电源。
10.更进一步的方案是，所述emi滤波电路包括x电容cx1、共模电感l1、x电容cx2、y电容c14、y电容c15、y电容c16、y电容c17、y电容cy1，所述x电容cx1与所述共模电感l1连接，所述共模电感l1与所述x电容cx2连接，所述y电容c14与所述y电容c16连接，所述y电容c15与所述y电容c17连接，所述y电容cy1接hgnd；其中，所述emi滤波电路还包括并接在x电容cx1两脚之间的电阻r17、电阻r18。
11.更进一步的方案是，所述线性稳压电源电路包括二极管d1、电阻r9、电阻r10、电阻r11、三极管q2、三极管q1、稳压二极管d10、二极管d3、二极管d5，所述二极管d1正极连接至所述整流滤波电路交流输入端，所述二极管d1负极与所述电阻r10第一端、所述三极管q2集电极连接，所述电阻r10两端分别连接在三极管q2基极和集电极之间，所述三极管q2发射极连接在所述三极管q1集电极和所述电阻r11第一端之间，所述电阻r9两端分别连接在所述三极管q1基极和集电极之间，所述二极管d10负极与所述三极管q1基极连接，所述二极管d10正极与所述二极管d5正极连接，所述电阻r11第二端与所述二极管d3正极连接，所述二极管d3负极连接有电容c5，所述二极管d5负极连接有电容c4。
12.更进一步的方案是，所述第一开关电源芯片为内置有开关管的开关电源芯片u1，所述开关电源芯片u1第4引脚与所述第一变压器第三端连接，所述开关电源芯片u1第1引脚与所述第一光电隔离器输出端连接；
13.所述第一误差放大电路包括第一电压基准芯片u3，在所述第一电压基准芯片u3第1引脚和第3引脚之间跨接电容c8作为补偿电路，在所述第一光电隔离器输入端连接有电阻r8。
14.更进一步的方案是，所述第二开关电源芯片包括内置有开关管的开关电源芯片u2，所述开关电源芯片u2第4引脚与所述第二变压器第三端连接，所述开关电源芯片u2第1引脚与所述第二光电隔离器输出端连接；所述第二误差放大电路包括第二电压基准芯片u6，在所述第二电压基准芯片u6第1引脚和第3引脚之间跨接电容c6作为补偿电路，在所述第二光电隔离器输入端连接有电阻r12。
15.更进一步的方案是，在所述第一变压器第三端上连接有第一rcd缓冲电路，所述第一rcd缓冲电路包括二极管d4、电阻r7、电阻r4、电阻r5、电容c3，所述电阻r4、电阻r5、电容c3依次并联后与所述电阻r7第一端连接，所述电阻r7第二端与所述二极管d4负极连接，所述二极管d4正极分别与所述第一变压器第三端、所述开关电源芯片u1第2引脚连接。
16.更进一步的方案是，在所述第二变压器第三端上连接有第二rcd缓冲电路，所述第二rcd缓冲电路包括二极管d2、电阻r6、电阻r2、电阻r3、电容c2，所述电阻r2、电阻r3、电容
c2依次并联后与所述电阻r6第一端连接，所述电阻r6第二端与所述二极管d2负极连接，所述二极管d2正极分别与所述第二变压器第三端、所述开关电源芯片u2第2引脚连接。
17.更进一步的方案是，所述第一输出整流滤波电路包括由电感l3、电容c12组成的第一rcd缓冲电路；所述第二输出整流滤波电路包括由电感l2、电容c10组成的第二rcd缓冲电路。
18.由此可见，本实用新型提供的隔离开关电源包括电源输入电路、直流输出电路、线性稳压电源电路、第一开关电源电路、第二开关电源电路，直流输出电路从电源输入电路上获取电流，并且可以为后续电路提供相对平滑稳定的直流电；当输入电压大于最低启动电压时，开关电源电路开始工作，由开关电源芯片内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管导通，对输入信号进行脉宽调制，并且经由整流滤波电路输出所需电源至电源输出端，能确保电路的稳定工作，从而使得开关电源能够在超宽的输出电压范围中稳定工作，同时可满足超宽输入范围和耐压的要求。
19.此外，此开关电源使用了两组开关管及开关变压器、输出电路、稳压电路，两组输出电压互不干扰，即任意一组输出电压重载或轻载对另一组输出电压不会影响，使各路输出电压更加稳定。
20.因此，本实用新型均由常规元件组成，成本较低，可靠性高且电路结构简单，具有体积小、转换效率高和超宽输入电压范围的优点，且每个元件用小封装贴片进行封装，减少元件之间的影响，便于操作。该开关电源使用了两组开关管及开关变压器、输出电路等，从而使开关管耐压值不变的情况下，降低开关管的开关电流，以达到提高电源可靠性。
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
22.图1是本实用新型一种10w超宽输入电压隔离开关电源实施例的原理图。
23.图2是本实用新型一种10w超宽输入电压隔离开关电源实施例中电源输入电路、直流输出电路的原理图。
24.图3是本实用新型一种10w超宽输入电压隔离开关电源实施例中线性稳压电源电路的原理图。
25.图4是本实用新型一种10w超宽输入电压隔离开关电源实施例中第一开关电源电路的原理图。
26.图5是本实用新型一种10w超宽输入电压隔离开关电源实施例中第二开关电源电路的原理图。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.参见图1，本实用新型所涉及的一种10w超宽输入电压隔离开关电源，其包括电源
输入电路1、直流输出电路、线性稳压电源电路4、第一开关电源电路、第二开关电源电路，电源输入电路1为直流输出电路提供电源，直流输出电路输出直流电源信号至线性稳压电源电路4，由线性稳压电源电路4分别为第一开关电源电路、第二开关电源电路提供线性稳压电源。
29.在本实施例中，直流输出电路包括emi滤波电路2、整流滤波电路3，emi滤波电路2输入端接电源输入电路1，emi滤波电路2输出端与整流滤波电路3交流输入端连接，整流滤波电路3输出端与线性稳压电源电路4输入端连接，由线性稳压电源电路4的两个输出端分别为第一开关电源电路、第二开关电源电路提供线性稳压电源。其中，整流滤波电路3包括整流桥堆b1。
30.如图2所示，电源输入电路1包括电源输入端j1，电源输入端j1的1、2端依次连接有保险管f1、热敏电阻n1、压敏电阻r1。
31.其中，emi滤波电路2包括x电容cx1、共模电感l1、x电容cx2、y电容c14、y电容c15、y电容c16、y电容c17、y电容cy1，x电容cx1与共模电感l1连接，共模电感l1与x电容cx2连接，y电容c14与y电容c16连接，y电容c15与y电容c17连接，y电容cy1接hgnd；其中，emi滤波电路2还包括并接在x电容cx1两脚之间的电阻r17、电阻r18。
32.如图3所示，线性稳压电源电路4包括二极管d1、电阻r9、电阻r10、电阻r11、三极管q2、三极管q1、稳压二极管d10、二极管d3、二极管d5，二极管d1正极连接至整流滤波电路3交流输入端，二极管d1负极与电阻r10第一端、三极管q2集电极连接，电阻r10两端分别连接在三极管q2基极和集电极之间，三极管q2发射极连接在三极管q1集电极和电阻r11第一端之间，电阻r9两端分别连接在三极管q1基极和集电极之间，二极管d10负极与三极管q1基极连接，二极管d10正极与二极管d5正极连接，电阻r11第二端与二极管d3正极连接，二极管d3负极连接有电容c5，二极管d5负极连接有电容c4。
33.如图4所示，第一开关电源电路包括开关电源芯片u1、变压器t1、第一误差放大电路11以及连接在第一误差放大电路11上的第一电压取样电路12，变压器t1第一端与直流输出电路连接，变压器t1第二端与开关电源芯片u1连接，变压器t1第三端与第一个电源输出端之间连接有第一输出整流滤波电路3，开关电源芯片u1与第一误差放大电路11之间连接有光电隔离器u4。
34.如图5所示，第二开关电源电路包括开关电源芯片u2、变压器t2、第二误差放大电路21以及连接在第二误差放大电路21上的第二电压取样电路22，变压器t2第一端与直流输出电路连接，变压器t2第二端与开关电源芯片u2连接，变压器t2第三端与第二个电源输出端之间连接有第二输出整流滤波电路3，开关电源芯片u2与第二误差放大电路21之间连接有光电隔离器u5。
35.其中，开关电源芯片u1为内置有开关管的开关电源芯片u1，开关电源芯片u1第4引脚与变压器t1第三端连接，开关电源芯片u1第1引脚与光电隔离器u4输出端连接。
36.第一误差放大电路11包括第一电压基准芯片u3，在第一电压基准芯片u3第1引脚和第3引脚之间跨接电容c8作为补偿电路，在光电隔离器u4输入端连接有电阻r8。
37.其中，开关电源芯片u2包括内置有开关管的开关电源芯片u2，开关电源芯片u2第4引脚与变压器t2第三端连接，开关电源芯片u2第1引脚与光电隔离器u5输出端连接。
38.第二误差放大电路21包括第二电压基准芯片u6，在第二电压基准芯片u6第1引脚
和第3引脚之间跨接电容c6作为补偿电路，在光电隔离器u5输入端连接有电阻r12。
39.在本实施例中，在变压器t1第三端上连接有第一rcd缓冲电路，第一rcd缓冲电路包括二极管d4、电阻r7、电阻r4、电阻r5、电容c3，电阻r4、电阻r5、电容c3依次并联后与电阻r7第一端连接，电阻r7第二端与二极管d4负极连接，二极管d4正极分别与变压器t1第三端、开关电源芯片u1第2引脚连接。
40.在本实施例中，在变压器t2第三端上连接有第二rcd缓冲电路，第二rcd缓冲电路包括二极管d2、电阻r6、电阻r2、电阻r3、电容c2，电阻r2、电阻r3、电容c2依次并联后与电阻r6第一端连接，电阻r6第二端与二极管d2负极连接，二极管d2正极分别与变压器t2第三端、开关电源芯片u2第2引脚连接。
41.在本实施例中，第一输出整流滤波电路3包括由电感l3、电容c12组成的第一rcd缓冲电路。
42.在本实施例中，第二输出整流滤波电路3包括由电感l2、电容c10组成的第二rcd缓冲电路。
43.在本实施例中，第一电压取样电路12包括串联的电阻r15和电阻r16，第二电压取样电路22包括串联的电阻r13和电阻r14。
44.在实际应用中，电源经过电源输入端j1的1脚、2脚，依次经过保险管f1、热敏电阻n1与压敏电阻r1，从而实现输入过流保护、过压保护、防浪涌电流；然后，再经过x电容cx1、共模电感l1、x电容cx2、y电容c14、y电容c15、y电容c16、y电容c17、y电容cy1组成的emi滤波电路2，用于减少共模电流或差模电流对开关电源的干扰；然后接到整流桥堆b1交流输入端，其中，整流桥堆b1在输入直流电压时实现极性保护作用/在输入交流电压时用作桥式整流用途，然后连接到电解电容c1两端，为后续电路提供相对平滑稳定的直流电；电阻r17、电阻r18并接在x电容cx1两脚之间，用作输入断电后对x电容cx1、x电容cx2的电压泻放。
45.接着，二极管d1正极连接到整流桥堆b1交流输入端，并经过二极管d1、电阻r10、三极管q2、三极管q1、电阻r9、稳压二极管d10、二极管d3、二极管d5、电容c4、电容c5组成的线性稳压电源电路4，分别给开关电源芯片u1、开关电源芯片u2u2供电。
46.当输入电压大于最低启动电压19v时，开关电源芯片u1开始工作，开关电源芯片u1内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管导通，电解电容c1的正极电荷经变压器t1的1脚流向3脚再经过开关电源芯片u1体内开关管到电解电容c1的负极。当开关电源芯片u1内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管关闭时，变压器t1里的线圈电流不能立刻回到0，变压器t1漏感产生的振荡电压经过二极管d4、电阻r7、电阻r4、电阻r5、电容c3组成的rcd缓冲电路吸收；然后，变压器t1储存的能量通过反相绕组进行释放，其绕组2(变压器5脚-8脚)的8脚经过二极管d8对电容c11充电，再回到变压器t1的5脚；电容c11上的电荷经过电感l3、电容c12组成的lc滤波器，在输出到输出端口j2，此输出即5v输出。
47.其中，在5v正端与负端之间串联电阻r15、电阻r16为输出电压取样，连接到电压基准芯片u3的1脚，电压基准芯片u3的电压基准1脚和3脚之间跨接电容c8作为补偿电路，当电压取样电阻r15、电阻r16分压出来的电压高于或低于基准电压时，电压基准芯片u3通过电阻r8、光电隔离器u4对开关电源芯片u1的1脚的电压进行控制，使开关电源芯片pwm输出根据输出电压进行脉宽调制，从而实现稳压。
48.当输入电压大于最低启动电压19v时，开关电源芯片u2开始工作，开关电源芯片u2
内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管导通，电解电容c1的正极电荷经变压器t2的1脚流向3脚再经过开关电源芯片u2体内开关管到电解电容c1负极。当开关电源芯片u2内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管关闭时，变压器t2里的线圈电流不能立刻回到0，变压器t2漏感产生的振荡电压经过二极管d2、电阻r6、电阻r2、电阻r3、电容c2组成的rcd缓冲电路吸收；然后，变压器t2储存的能量通过反相绕组进行释放，绕组2(变压器5脚-8脚)的8脚经过二极管d6，二极管d7对电容c9充电，再回到变压器t2的5脚；电容c9上的电荷经过电感l2、电容c10组成的lc滤波器，到输出端口j2，此输出即24v输出。
49.其中，在24v正端与负端之间串联电阻r13、电阻r14为输出电压取样，连接到电压基准芯片u6的1脚，电压基准芯片u6的电压基准1脚和3脚之间跨接电容c6作为补偿电路，当电压取样电阻r13、电阻r14分压出来的电压高于或低于基准电压时，电压基准芯片u6通过电阻r8、光电隔离器u5对开关电源芯片u2的1脚的电压进行控制，使开关电源芯片u3的pwm输出根据输出电压进行脉宽调制，从而实现稳压。
50.由此可见，本实用新型提供的隔离开关电源包括电源输入电路1、直流输出电路、线性稳压电源电路4、第一开关电源电路、第二开关电源电路，直流输出电路从电源输入电路1上获取电流，并且可以为后续电路提供相对平滑稳定的直流电；当输入电压大于最低启动电压时，开关电源电路开始工作，由开关电源芯片内的pwm信号驱动开关电源芯片体内开关管导通，对输入信号进行脉宽调制，并且经由整流滤波电路3输出所需电源至电源输出端，能确保电路的稳定工作，从而使得开关电源能够在超宽的输出电压范围中稳定工作，同时可满足超宽输入范围和耐压的要求。
51.此外，此开关电源使用了两组开关管及开关变压器、输出电路、稳压电路，两组输出电压互不干扰，即任意一组输出电压重载或轻载对另一组输出电压不会影响，使各路输出电压更加稳定。
52.因此，本实用新型均由常规元件组成，成本较低，可靠性高且电路结构简单，具有体积小、转换效率高和超宽输入电压范围的优点，且每个元件用小封装贴片进行封装，减少元件之间的影响，便于操作。该开关电源使用了两组开关管及开关变压器、输出电路等，从而使开关管耐压值不变的情况下，降低开关管的开关电流，以达到提高电源可靠性。
53.上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。