一种开关电源用指示电路及其使用方法技术

一种开关电源用指示电路及其使用方法，包括端子1、2、电阻R1、电容C1、二极管D1和发光二极管LED，LED和D1反向并联后再与R1并联，再与C1串联；其使用方法为直接与开关电源中滤波电解电容CL并联，C1的容量小，整流引起的工频大纹波，通过C1的电流极小，在R1上产生的压降不足以点亮LED；随着CL的ESR上升，高频激磁电流在ESR上产生的压降同步升高，形成的高频纹波电压随之升高，C1具有通高频的作用，ESR上的高频纹波电压到达一定的阀值时，点亮LED而发光，调节R1的阻值可以调节阀值的大小。从而提醒使用者滤波电容ESR已上升，开关电源已存在失效风险，该电路成本低、实施容易。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及指示电路及其使用方法，特别涉及开关电源中电解电容寿命接近结束时的指示电路及其使用方法。
技术介绍
开关电源应用很广，对于输入功率在75W以下，对功率因数(PF，Power Factor，也称功率因素)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源具有迷人的优势：电路拓扑简单，输入电压范围宽。很多文献也称为反激开关电源、反激电源，日本和台湾地区又称返驰式变换器。反激电源由于元件少，电路的可靠性相对来说就高，应用很广。常见的拓扑如图1所示，该图原型来自张兴柱博士所著的书号为ISBN978-7-5083-9015-4的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第60页。由整流桥101、滤波电路200、以及基本反激拓扑单元电路300组成，300简称为主功率级，实用的电路在整流桥前还加有压敏电阻、NTC热敏电阻、保险丝、X电容、EMI(Electromagnetic Interference)等保护电路，以确保反激电源的电磁兼容性达到使用要求。滤波电路200一般由电解电容CL等构成，电解电容CL以下简称为电解CL。随着工业领域中智能化系统的推广，小功率反激电源向各个领域渗透，而其不足之处也随之体现出来，因为使用了电解CL，限制了图1反激电源的用途，电解电容在高温和低温下的寿命一直是业界难题，众所周知，电容CL经常为400V耐压的电解电容，而耐压大于250V的电解电容，其低温一般只能工作到-25℃。即在-40℃的环境下，如东北三省、新疆、以及高纬度的国家与地区，小功率反激电源的使用变得棘手，当然，可以使用如CBB薄膜电容来滤波，但体积过大，且成本过高。电解电容单位体积的电容量非常大，所以在包括反激电源的开关电源中，特别是交流输入的领域，目前仍是低成本的解决方案，在各种电源中应用极多，如各种手机充电器、笔记本电脑适配器、各种彩电的电源、台式电脑的电源、空调的待机电源等，都要用到开关电源，同时也使用了电解电容。电解电容在反激电源中作为输入整流滤波电容使用时，其纹波电流是：充电为低频脉动直流电流，放电为高频纹波电流放电，高频纹波电流来源于主功率级的激磁电流。设计一台开关电源时，经常面临电解CL的寿命问题，而它的寿命一般由耐压、等效串联电阻(ESR，是Equivalent Series Resistance的缩写)、纹波电流(Ripple current)、损耗角(tgδ)等因素所决定，特别是最大纹波电流，又称为最大允许纹波电流，即额定纹波电流(IRAC)，其定义为：在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波电流为标准频率(一般为100Hz-120Hz)的正弦波绝对值。在实际使用中，很多反激电源达不到使用寿命，其主因就是滤波用的电解电容提前失效，很多要求较高的场合，采用了冗余设计，使用两个开关电源互为备份，坏了一个，还可以正常工作，但成本高，且仍然不知道开关电源是什么时间坏的。即使在其它的应用场合，如带有PFC功能的大功率开关电源，先由BOOST电路升至380V，对滤波用的电解电容充电，得到较为平滑的直流电，再对双管正激或LLC变换器供电，同样，对该电解电容的失效并不能提前预警。常见的非冗余设计场合，一旦开关电源失效，将会引起很多连带失效，从而使得损失被扩大，据统计，开关电源失效，97％以上是由滤波的电解电容先行失效引起的。在申请号为201610040378.3的《一种开关电源用指示电路及其使用方法》中，给出了一种指示电路，当开关电源中滤波电解电容失效前，提供指示，解决了这一问题，采用了发光二极管LED与电感L并联，当电解电容的ESR上升较大时，主功率级的激磁电流出现在电感L中，且开关电源中开关管关断时，流过电感L的激磁电流无法突变，经过发光二极管LED续流，同时点亮LED。电路简单，但是使用了电感L，该电感在启机时要承受交流电的峰值电压，以及对滤波电解电容的前几次充电的充电电流，即该电感的耐压高、工作电流较大，成本相对来说，不算低。同时该电路要串联于滤波电解电容的工频充电回路中，对原有的电路要进行改动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种指示电路及其使用方法，不使用耐压高、电流大的电感，在开关电源中滤波电解电容失效前提供指示，同时对原有的开关电源改动较小。本专利技术提供的一种指示电路的方案一，包括第一端子、第二端子、第一电阻、第一电容、第一二极管和第一发光二极管，第一电阻和第一二极管和第一发光二极管这个三个器件并联，其中第一发光二极管和第一二极管反向并联，并联后形成的两端子网络简称为并联网络，并联网络的端子以第一二极管的阳极、第一二极管的阴极进行区分，并联网络再与第一电容串联，并形成一个串联的两端子网络，所述的串联的两端子网络简称为串联网络，串联网络的两个端子分别为第一端子、第二端子。本专利技术还提供的一种指示电路的方案二，包括第一端子、第二端子、第一电阻、第二电阻；第一电容、第二电容；第一二极管和第二二极管、以及第一发光二极管；其连接关系为：第二电阻与第一发光二极管串联，形成具有两端子的第一网络，第一网络与第二电容与第一电阻同时并联，形成具有两端子的第二网络，第二网络再与第二二极管串联，形成具有两端子的第三网络，第三网络的特征是，第二二极管和第一发光二极管为同向；第三网络与第一二极管反向并联，形成具有两端子的第四网络，第四网络再与第一电容串联，并形成一个串联的两端子网络，所述的串联的两端子网络简称为串联网络，串联网络的两个端子分别为第一端子、第二端子。优选地，上述的方案一、方案二，其特征是：第一发光二极管为光耦中的发光器，即光耦中的发光二极管。本专利技术还提供应用上述方案一、方案二、优选方案的使用方法，其使用方法为：所述的指示电路直接与开关电源中滤波电解电容并联。工作原理将结合实施例，进行详细的阐述。本专利技术的有益效果为：成本极低，插入损耗低，对原开关电源的效率几乎没有影响，接线更为简单、体积更小、使用方便；同样提供了指示功能：当电解电容失效前，该指示灯发光二极管发光或光耦中的发光二极管有电流流过，光耦输出一个隔离的信号以提示使用者或电路，实现在开关电源失效前，更换滤波用的电解电容，或更换开关电源，从而让系统正常工作。附图说明图1为现有文献中反激开关电源常见的拓扑；图2-1为本专利技术方案一对应的第一实施例原理图；图2-2为本专利技术方案一对应的第一实施例等效实施二原理图；图2-3为本专利技术方案一对应的第一实施例等效实施三原理图；图2-4为本专利技术方案一对应的第一实施例等效实施四原理图；图2-5为本专利技术方案一对应的第一实施例等效实施五原理图；图2-6为本专利技术方案一对应的第一实施例等效实施六原理图；图3-1为本专利技术方案二对应的第二实施例原理图；图3-2为本专利技术方案二对应的第二实施例等效实施二原理图；图3-3为本专利技术方案二对应的第一实施例等效实施三原理图；图3-4为本专利技术方案二对应的第一实施例等效实施四原理图；图4为本专利技术方案一、方案二的使用方法的原理图；图5为整流桥101产生的充电电流的路径示意图；图6为反激电源主功率级中开关管驱动电压与激磁电流iM时序图；图7为反激电源主功率级中激磁电流iM路径示意图；图8为激磁电流iM在电解CL的ESR上产生高频纹波的原理图。具体实施方式第一实施例请见图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源用指示电路，其特征在于：包括第一端子、第二端子、第一电阻、第一电容、第一二极管和第一发光二极管，第一电阻和第一二极管和第一发光二极管这个三个器件并联，其中第一发光二极管和第一二极管反向并联，并联后形成的两端子网络简称为并联网络，并联网络的端子以第一二极管的阳极、第一二极管的阴极进行区分，并联网络再与第一电容串联，并形成一个串联的两端子网络，所述的串联的两端子网络简称为串联网络，串联网络的两个端子分别为第一端子、第二端子。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源用指示电路，其特征在于：包括第一端子、第二端子、第一电阻、第一电容、第一二极管和第一发光二极管，第一电阻和第一二极管和第一发光二极管这个三个器件并联，其中第一发光二极管和第一二极管反向并联，并联后形成的两端子网络简称为并联网络，并联网络的端子以第一二极管的阳极、第一二极管的阴极进行区分，并联网络再与第一电容串联，并形成一个串联的两端子网络，所述的串联的两端子网络简称为串联网络，串联网络的两个端子分别为第一端子、第二端子。2.根据权利要求1所述的开关电源用指示电路，其特征在于：第一发光二极管为光耦中的发光器，即光耦中的发光二极管。3.一种开关电源用指示电路，其特征在于：包括第一端子、第二端子、第一电阻、第二电阻；第一电容、第二电容；第一二极管和第二二极管、以及第一发光二极管；其连接关系为：第二电阻与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保均，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44