一種寬電壓輸入型大功率本安電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種寬電壓輸入型大功率本安電源，包括接入交流電的EMI濾波電路(1)，EMI濾波電路(1)外依次連接有整流電路(2)、高頻變壓器(4)、穩(wěn)壓濾波電路(5)與過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路(6)，所述本安電源還設(shè)有a.PWM控制芯片(7),通過(guò)PWM控制芯片控制所連接的第一MOS開(kāi)關(guān)管的通斷頻率，從而改變施加在高頻變壓器初級(jí)上的電壓頻率，保證高頻變壓器次級(jí)的恒定輸出；b.MCU模塊(8),MCU模塊(8)外圍連接繼電器(K1)，通過(guò)根據(jù)需要控制繼電器的觸點(diǎn)與整流電路以及濾波電容(3)構(gòu)成倍壓整流電路，使得交流輸入電壓較低時(shí)，仍然保證高頻變壓器的初級(jí)得到足夠的輸入電壓，從而擴(kuò)展了交流輸入電壓的范圍，使得該電源能夠適應(yīng)寬范圍的電壓輸入，靈活性互換性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種寬電壓輸入型大功率本安電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電源領(lǐng)域，具體是一種寬電壓輸入型大功率本安電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化建設(shè)的帶動(dòng)下，煤礦、石油、化工等領(lǐng)域的生產(chǎn)一線都積極實(shí)施自動(dòng)化改造，使得智能儀器、傳感器、控制器不斷應(yīng)用到生產(chǎn)一線，為保障安全生產(chǎn)，應(yīng)用于這些領(lǐng)域的傳感器、通訊設(shè)備、信號(hào)裝置、控制器等設(shè)備均由本安電源供電；在長(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)一線取電源選擇受限，因?yàn)楝F(xiàn)有的本安電源主要支持某一電壓等級(jí)的電源輸入，這給設(shè)備選型和日常維護(hù)帶來(lái)不便，互換性不強(qiáng)；此外，現(xiàn)有本安電源帶載能力較差，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，會(huì)引起電源復(fù)位，導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種寬電壓輸入型大功率本安電源，該本安電源能夠提供寬范圍的電壓輸入，靈活性互換性強(qiáng)，并且提高了帶載能力。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種寬電壓輸入型大功率本安電源，包括接入交流電的EMI濾波電路，EMI濾波電路外依次連接有整流電路、高頻變壓器、穩(wěn)壓濾波電路與過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路，所述本安電源還設(shè)有:
[0006]a.PWM控制芯片與第一MOS開(kāi)關(guān)管，PWM控制芯片接收過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路反饋的直流輸出電壓并控制第一 MOS開(kāi)關(guān)管的通斷，所述整流電路輸出端并聯(lián)有濾波電容，濾波電容輸出的電壓經(jīng)第一 MOS開(kāi)關(guān)管施加在高頻變壓器的初級(jí)；
[0007]b.MCU模塊與繼電器，MCU模塊根據(jù)高頻變壓器反饋的電壓信號(hào)控制繼電器的得失電，所述濾波電容通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)與整流電路構(gòu)成倍壓整流電路。
[0008]進(jìn)一步地，所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路包含:
[0009]a.第二MOS開(kāi)關(guān)管，第二MOS開(kāi)關(guān)管的柵極串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路正極的輸出端，穩(wěn)壓濾波電路的輸出端經(jīng)分壓電阻分壓后輸入MCU模塊，MCU模塊通過(guò)放大電路輸出連接第二 MOS開(kāi)關(guān)管的門(mén)極控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管的通斷；
[0010]b.限流電阻，限流電阻串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路負(fù)極的輸出端；所述本安電源通過(guò)第二 MOS開(kāi)關(guān)管的源極與限流電阻輸出電壓。
[0011]進(jìn)一步地，所述限流電阻的輸出端與MCU模塊的輸入接口相連，MCU模塊根據(jù)反饋電流判斷有無(wú)負(fù)載，以控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管的通斷。
[0012]上述方案中，PWM控制芯片被廣泛地應(yīng)用于反激式開(kāi)關(guān)電源的控制電路中；倍壓整流電路即通過(guò)二極管整流電路與濾波電容的配合，在整流電路輸出的正半周與負(fù)半周對(duì)濾波電容進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)濾波電容輸出電壓的倍數(shù)疊加，是增加整流電路輸出電壓的常用電路。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是，通過(guò)PWM控制芯片控制第一MOS開(kāi)關(guān)管的通斷頻率，從而改變施加在高頻變壓器初級(jí)上的電壓頻率，保證高頻變壓器次級(jí)的恒定輸出；MCU模塊根據(jù)需要控制繼電器的得電與失電，從而使連接整流電路與濾波電容的觸點(diǎn)閉合與斷開(kāi)，使整流電路與濾波電容在需要時(shí)切換成倍壓整流電路，使得交流輸入電壓較低時(shí)，仍然保證高頻變壓器的初級(jí)得到足夠的輸入電壓，從而擴(kuò)展了交流輸入電壓的范圍，使得該電源能夠適應(yīng)寬范圍的交流電壓輸入，靈活性互換性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明:
[0015]圖1是本實(shí)用新型的電氣原理框圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型中倍壓整流電路與高頻變壓器的電路示意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型中過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種寬電壓輸入型大功率本安電源包括接入交流電的EMI濾波電路1，EMI濾波電路I外依次連接有整流電路2、高頻變壓器4、穩(wěn)壓濾波電路5與過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路6 ;所述本安電源設(shè)有:a.PWM控制芯片7，PWM控制芯片7外圍設(shè)有其控制通斷的第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql，整流電路2輸出端并聯(lián)有濾波電容3，濾波電容3輸出的電壓經(jīng)第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql施加在高頻變壓器4的初級(jí)；b.MCU模塊8，MCU模塊外8圍設(shè)有其控制得失電的繼電器Kl，所述整流電路2通過(guò)繼電器Kl的觸點(diǎn)與濾波電容4構(gòu)成倍壓整流電路。
[0019]結(jié)合圖2所示，第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql的門(mén)極連接PWM控制芯片7的輸出接口，第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql的柵極連接高頻變壓器4的初級(jí)繞組NI，第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql的源極接地；整流二極管Dl、D2、D3與D4相互連接構(gòu)成橋式整流電路，作為整流電路2 ;電容El與電容E2作為濾波電容3，相互串聯(lián)后并聯(lián)在整流電路2的輸出端，其中電容El的正極與整流二極管D2的負(fù)極相連，電容E2的負(fù)極與整流二極管D4的正極相連；EMI濾波電路I濾波后的交流電壓通過(guò)橋式整流電路整流為脈沖直流電，經(jīng)電容El與電容E2濾波后得到直流電輸入高頻變壓器4的初級(jí)繞組NI ;高頻變壓器4的次級(jí)繞組N6的正極依次串聯(lián)二極管DlO與電容C9后回到負(fù)極，二極管DlO的負(fù)極串聯(lián)由電阻R30、R32、R31與電容ClO混聯(lián)構(gòu)成的分壓濾波電路，經(jīng)電阻R31分壓后的電壓信號(hào)輸入至MCU模塊8的輸入接口，MCU模塊8的輸出接口依次串聯(lián)信號(hào)放大器9與繼電器Kl的線圈并構(gòu)成回路，繼電器Kl的常開(kāi)觸點(diǎn)的一端連接整流二極管D2的正極，另一端連接電容El的負(fù)極；當(dāng)交流輸入的電壓過(guò)低時(shí)，整流濾波后輸入高頻變壓器4的初級(jí)繞組NI的電壓就低，次級(jí)繞組N6的感應(yīng)電壓也低，相應(yīng)地經(jīng)電阻R31分壓后的電壓信號(hào)也低，那么反饋給MCU模塊8的電壓也會(huì)低，當(dāng)?shù)陀贛CU模塊8內(nèi)的設(shè)定值時(shí)，MCU模塊8輸出信號(hào)至信號(hào)放大器9放大后驅(qū)動(dòng)繼電器Kl線圈，使繼電器Kl的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，此時(shí)整流二極管Dl、D2、D3與D4，以及電容El、E2與繼電器Kl的常開(kāi)觸點(diǎn)構(gòu)成倍壓整流電路；當(dāng)整流輸出的正半周時(shí)對(duì)電容El充電，負(fù)半周時(shí)對(duì)電容E2充電，以交流輸入27V為例，此時(shí)El正極的電壓應(yīng)為2*
42 *27V=76V，提高了高頻變壓器4的初級(jí)繞組NI的輸入電壓，從而擴(kuò)展了交流輸入電壓
的范圍，使得該電源能夠提供寬范圍的電壓輸入，靈活性互換性強(qiáng)；PWM控制芯片7根據(jù)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路6輸出直流電壓V+的反饋信號(hào)，改變輸出信號(hào)的頻率，從而改變第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql通斷的頻率，使得經(jīng)第一 MOS開(kāi)關(guān)管Ql施加在高頻變壓器4的初級(jí)繞組NI上電壓的頻率得到改變，從而使高頻變壓器4的次級(jí)繞組N2保證恒定的輸出。
[0020]結(jié)合圖3所示，所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路6包含第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2與限流電阻R39，第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的柵極串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路7正極的輸出端；電阻R17、R19串聯(lián)后一端連接穩(wěn)壓濾波電路7的輸出端正極，另一端連接MCU模塊8的輸入接口 ；電阻R18與分別并聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路7負(fù)極的輸出端與R19的一端，電容CS并聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路7負(fù)極的輸出端與R19的另一端，MCU模塊8通過(guò)放大電路10輸出連接第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的門(mén)極并控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的通斷；限流電阻R39串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路7負(fù)極的輸出端；電壓通過(guò)第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的源極與限流電阻R39輸出；第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的源極與柵極還并聯(lián)有電阻R16 ;限流電阻R39的輸出端與MCU模塊8的輸入接口相連，MCU模塊8根據(jù)反饋電流判斷有無(wú)負(fù)載，以控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的通斷；當(dāng)穩(wěn)壓濾波電路7輸出的電壓過(guò)高時(shí)，經(jīng)電阻R19輸入至MCU模塊8的電壓信號(hào)也高，電阻R17、R18起分壓作用，電容C8起濾波作用，MCU模塊8判斷接收的電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)至放大電路10，放大電路10將信號(hào)放大后輸出至 第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2的門(mén)極，使第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷，使得電源無(wú)電壓輸出，從而起到過(guò)壓保護(hù)作用；當(dāng)輸出端短路時(shí)，MCU模塊8控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷，電流流經(jīng)R16，R39組成的回路，流過(guò)回路的電流很小，從而起到過(guò)流保護(hù)的作用；當(dāng)輸出端連接負(fù)載時(shí)，MCU模塊8檢測(cè)到經(jīng)限流電阻R39的電流，MCU模塊8控制MOS開(kāi)關(guān)管Q2打開(kāi)，保證正常的輸出，當(dāng)輸出端不帶負(fù)載時(shí)，MCU模塊8沒(méi)有電流輸入，MCU模塊8控制MOS開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷，使電源在不帶負(fù)載的情況下沒(méi)有輸出電壓，保證使用的安全，有效地抑制了電路火花及大功率開(kāi)關(guān)管的發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)了本安電路抑制火花，控制發(fā)熱的目的。
[0021]在制造和裝配時(shí)，整個(gè)電源電路緊湊地排布在一個(gè)PCB板上，并采用阻燃、絕緣、導(dǎo)熱灌封膠封起來(lái)，由兩端分別引出交流輸入端子、直流輸出端子和接地端子，為確保電源良好散熱，電源整體灌封后，經(jīng)底部鋁板導(dǎo)熱、散熱。
[0022]下表是國(guó)家安全生產(chǎn)重慶礦用設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)中心測(cè)試的數(shù)據(jù)(以輸出12V為例):
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種寬電壓輸入型大功率本安電源，包括接入交流電的EMI濾波電路(I)，EMI濾波電路(I)外依次連接有整流電路(2)、高頻變壓器(4)、穩(wěn)壓濾波電路(5)與過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路(6)，其特征在于，所述本安電源還設(shè)有: a.PWM控制芯片(7)與第一 MOS開(kāi)關(guān)管(Ql)，PWM控制芯片(7)接收過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路(6)反饋的直流輸出電壓信號(hào)并控制第一 MOS開(kāi)關(guān)管(Ql)的通斷，所述整流電路(2)輸出端并聯(lián)有濾波電容(3)，濾波電容(3)輸出的電壓經(jīng)第一 MOS開(kāi)關(guān)管(Ql)施加在高頻變壓器(4)的初級(jí)； b.MCU模塊(8)與繼電器(Kl)，MCU模塊(8)根據(jù)高頻變壓器(4)反饋的電壓信號(hào)控制繼電器(Kl)的得失電，所述濾波電容(3)通過(guò)繼電器(Kl)的觸點(diǎn)與整流電路⑵構(gòu)成倍壓整流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬電壓輸入型大功率本安電源，其特征在于，所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路包含: a.第二MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)，第二 MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)的柵極串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路(5)正極的輸出端，穩(wěn)壓濾波電路(5)的輸出端經(jīng)分壓電阻分壓后輸入MCU模塊(8)，MCU模塊(8)通過(guò)放大電路(10)輸出連接第二 MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)的門(mén)極控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)的通斷； b.限流電阻(R39)，限流電阻(R39)串聯(lián)在穩(wěn)壓濾波電路(5)負(fù)極的輸出端；所述本安電源通過(guò)第二 MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)的源極與限流電阻(R39)輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬電壓輸入型大功率本安電源，其特征在于，所述限流電阻(R39)的輸出端與MCU模塊⑶的輸入接口相連，MCU模塊⑶根據(jù)反饋電流判斷有無(wú)負(fù)載，以控制第二 MOS開(kāi)關(guān)管(Q2)的通斷。
【文檔編號(hào)】H02M7/30GK203827210SQ201420083687
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王勇, 蘭西柱, 張闖志, 張翔宇, 張迎春, 曹留柱 申請(qǐng)人:宿州中礦三杰科技有限公司