开关电源制造技术

本发明专利技术涉及一种制造性价比高、在爆炸危险区域中可用的用于向用电装置(S)供应被控制在期望值(Us)的输出电压(Uout)的开关电源，包括：供应路径，所述供应路径包括经由驱动器(3)控制的开关控制器(5)、连接在所述开关控制器(5)后面的电流隔离变压器(7)、以及连接在所述变压器(7)后面的整流器(11)，所述整流器(11)包含输出电路(9)，所述用电装置(S)可连接至所述输出电路(9)的输出；以及反馈路径，经由所述反馈路径，向所述驱动器(3)馈送经由光源(13)和光接收器(15)发出的并且反映所述输出电压(Uout)的信号，基于所述信号，所述驱动器(3)经由所述开关控制器(5)的对应操作将所述输出电压(Uout)控制在所述期望值(Us)，其特征在于，所述反馈路径包括：调压器(19)，所述调压器(19)将跨所述光源(13)降低的电源电压调节至低于所述期望值(Us)的固定值，以及电流调节器(21)，所述电流调节器(21)将流经所述光源(13)的电流调节至与所述输出电压(Uout)对应的电流值。

Switching Mode Power Supply

The invention relates to a switching power supply with high cost-effective manufacturing and usable in explosion dangerous area for supplying output voltage (Uout) controlled at the expected value (Us) to an electrical device (S), including a supply path comprising a switch controller (5) controlled by a driver (3), a current isolation transformer (7) connected behind the switch controller (5), and a connection in the desired value (Us). The rectifier (11) behind the transformer (7) includes an output circuit (9), the electrical device (S) can be connected to the output of the output circuit (9), and the feedback path, through which the driver (3) is fed with signals sent through the light source (13) and the optical receiver (15) and reflecting the output voltage (Uout), based on the signal, the driver. The actuator (3) controls the output voltage (Uout) to the desired value (Us) via the corresponding operation of the switch controller (5), and is characterized by a feedback path comprising a voltage regulator (19), which adjusts the reduced power supply voltage across the light source (13) to a fixed value lower than the desired value (Us), and a current regulator (21), through which the current regulator (21) flows. The current of the light source (13) is adjusted to the current value corresponding to the output voltage (Uout).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关电源
本专利技术涉及一种向用电装置供应被控制在期望值的输出电压的开关电源，包括：供应路径，该供应路径包括经由驱动器控制的开关控制器、连接在开关控制器后面的电流隔离变压器、以及连接在变压器后面的整流器，该整流器包含输出电路，用电装置可连接至该输出电路的输出；以及反馈路径，经由该反馈路径，向驱动器馈送经由光源和光接收器发出的并且反映输出电压的信号，基于该信号，驱动器经由开关控制器的对应操作将输出电压控制在期望值。
技术介绍
这种类型的开关电源用于，例如，向工业测量技术中安装的电子装置(例如，诸如测量装置、传感器、测量和/或控制电路或者信号处理器等电子装置)供应由开关电源供应的并且被控制在预定期望值的输出电压。用于产生被控制在预定期望值的输出电压的开关电源通常包括供应路径和反馈路径。供应路径用于接收被供应至输入侧的开关电源的电能，以转换该电能并且经由开关电源的输出来供应电能。反馈路径用于将被应用至输出的反映输出电压的信号引导回输入侧，基于该信号，借助在输入侧上提供的控制将输出电压控制成预定期望值。有大量的应用，在这种情况下，应用受控的开关电源来向爆炸危险区域中的用电装置供电。在爆炸危险区域中，除了其它之外，严格的安全规范准则的目标是防止形成火花，在给定情况下，形成火花可能会触发爆炸。除此之外，通常，在爆炸危险区域中仅允许使用开关电源，开关电源的可经由外部能量源馈电的一次侧与向用电装置供电的二次侧电流隔离。在受控的开关电源的情况下，因此，在供应路径和反馈路径两者中，在任何情况下，都存在电流隔离，这满足在使用位置处要求的爆炸保护安全规范。例如，在国际电工委员会(IEC)2012年1月27日版公布的标准IEC60079-11中也能找到对应的安全要求。例如，在第11部分中，存在对满足爆炸保护等级本质安全(Ex-i)的隔离要求的电流隔离规范。根据该规范，可以经由固定绝缘来进行针对该保护等级足够的隔离，对于电压范围到高达60伏直流的应用，该隔离的厚度必须至少为0.5mm，而对于电压范围高达230伏交流的应用，该隔离的厚度必须至少为1mm。可替代地，也可以使用空气间隙，对于电压范围到高达60伏直流的应用，该空气间隙的宽度必须至少为3mm，而对于电压范围高达230伏交流的应用，该空气间隙的宽度必须至少为10mm。为了保持这些规范，在反馈路径中可以应用具有相对地大的绝缘电阻的光耦合器。然而，满足这些要求的可从市场获得的光耦合器相当昂贵，即使是大量订购也相当昂贵。信号发送器提供了明显更高性价比的替代方案，该信号发送器包括光源和单独的光接收器，该光接收器将撞击在光接收器上的光转换为电变量。因此，例如在DE102010012064A1中描述了一种离散构造的信号发送器，该信号发送器包括光源(例如，红外发光二极管)，该光源设置在电路板的一侧上并且通过电路板发送光，该光然后被设置在电路板另一侧上的光接收器接收。然而，可用于光信号传输的常规光源(诸如，例如红外发光二极管)必须仅由电源电压来操作，一般说来，电源电压都会明显低于开关电源的输出上通常要求的输出电压。为了降低跨光源降低的电压，可以向光源加上大小适当的限流电阻。适合进行光信号传输的常规发光二极管必须用相对高的电流来操作。因此，例如，红外发光二极管必须用高达50mA数量级的电流来操作，有时甚至要高达100mA数量级的电流，以便通过壁厚对于爆炸危险区域中的应用而言足够的电路板或者通过相似地足够的空气间隙来发射足够的光。这意味着，在限流电阻中对应地发生了大功率损耗。如果在限流电阻中必须发生15伏的降低，那么，在数量级为50mA至100mA的电流的情况下，会产生数量级为0.75W至1.5W的功率损耗。如果想要在开关电源的反馈路径中应用这种光信号发送器，那么由于限流电阻导致的功率损耗会降低开关电源的效率。此外，还存在功率损耗被转换为热量的问题。这样，根据跨限流电阻降低的电压的大小以及光源所要求的电流，在限流电阻所在区域中会产生温度，这些温度会使得无法在爆炸危险区域中使用信号发送器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造性价比高、能够被应用在爆炸危险区域中的受控开关电源。为此，本专利技术涉及一种向用电装置供应被控制在期望值的输出电压的开关电源，包括：-供应路径，该供应路径包括经由驱动器控制的开关控制器、连接在开关控制器后面的电流隔离变压器、以及连接在变压器后面的整流器，该整流器包含输出电路，用电装置可连接至该输出电路的输出；以及-反馈路径，经由该反馈路径，向驱动器馈送经由光源和光接收器发出的并且反映输出电压的信号，基于该信号，驱动器经由开关控制器的对应操作将输出电压控制在期望值，其特征在于，反馈路径包括：-调压器，该调压器将跨光源降低的电源电压调节至低于期望值的固定值，以及-电流调节器，该电流调节器将流经光源的电流调节至与输出电压对应的电流值。第一进一步发展的特征在于，在光源与光接收器之间设置有绝缘体，尤其是电路板，其在从光源发出的光的波长的区域中是透明的。第一另外发展的优选实施例规定绝缘体，至少在光源的光穿过的其区域中，具有大于或者等于0.5mm的壁厚。第二进一步发展的特征在于：-光源包括发光元件，尤其是发光二极管，尤其是红外发光二极管，发光元件的亮度根据流经其的电流而改变，-光接收器包括光敏元件，尤其是光晶体管，光敏元件将撞击在其上的光转换为与亮度对应的电变量，以及-与光接收器连接的是测量电路，该测量电路记录电变量，将变量转换为反应电信号的输出电压，并且将信号引导至与测量电路连接的驱动器。第三进一步发展的特征在于调压器包括降压调节器，尤其是同步降压调节器。第四进一步发展的特征在于将调压器：-在输入侧，与分流支路的与开关电源的输出并联连接的分接连接，该分接处于输出电压的电位，以及-在输出侧，经由光源和延伸通过电流调节器的电流路径，与分流支路的与参考电位连接的分接连接。第五进一步发展的特征在于电流调节器：-包括输入，该输入连接至设置在分流支路中的与开关电源的输出并联连接的分接，尤其是连接至设置在分压器的两个元件之间的分接，该分压器设置在分流支路中并且划分跨分流支路降低的输出电压，以及-将流经光源以及在连接在光源后面的并且在延伸通过电流调节器的电流路径上流动的电流控制在与电流调节器的输入上的电位对应的电流值。第六进一步发展的特征在于电流调节器包括可调谐分流控制器，尤其是可调谐齐纳分流控制器。第七进一步发展的特征在于提供有缓冲电容器(snubbingcapacitor)，该缓冲电容器设置在连接在光源后面并且与延伸通过电流调节器的电流路径并联地延伸的电路支路中。第八进一步发展的特征在于包括整流器的输出电路包括其它部件，尤其是连接在整流器后面的熔断器或者断路器；连接在整流器后面并且对整流后的电压进行平滑处理的电路元件，尤其是R-C单元和/或L-C单元；连接在整流器后面的能量储存器，尤其是缓冲电容器和/或连接在整流器后面的高欧姆基础负载，尤其是高欧姆负载电阻。第九进一步发展的特征在于调压器被实施为电路的部件，该电路包括：连接在调压器前面的输入电路；连接在调压器后面的输出电路；连接在调压器后面的能量储存器，尤其是缓冲电容器；连接在调压器前面的熔断器或者断路器；连接在调压器后面的熔断器或者断路器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种向用电装置(S)供应被控制在期望值(Us)的输出电压(Uout)的开关电源，包括：‑供应路径，所述供应路径包括经由驱动器(3)控制的开关控制器(5)、连接在所述开关控制器(5)后面的电流隔离变压器(7)、以及连接在所述变压器(7)后面的整流器(11)，所述整流器(11)包含输出电路(9)，所述用电装置(S)可连接至所述输出电路(9)的输出；以及‑反馈路径，经由所述反馈路径，向所述驱动器(3)馈送经由光源(13)和光接收器(15)发出的并且反映所述输出电压(Uout)的信号，基于所述信号，所述驱动器(3)经由所述开关控制器(5)的对应操作将所述输出电压(Uout)控制在所述期望值(Us)，其特征在于，所述反馈路径包括：‑调压器(19)，所述调压器(19)将跨所述光源(13)降低的电源电压调节至低于所述期望值(Us)的固定值，以及‑电流调节器(21)，所述电流调节器(21)将流经所述光源(13)的电流调节至与所述输出电压(Uout)对应的电流值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.14 DE 102016110846.41.一种向用电装置(S)供应被控制在期望值(Us)的输出电压(Uout)的开关电源，包括：-供应路径，所述供应路径包括经由驱动器(3)控制的开关控制器(5)、连接在所述开关控制器(5)后面的电流隔离变压器(7)、以及连接在所述变压器(7)后面的整流器(11)，所述整流器(11)包含输出电路(9)，所述用电装置(S)可连接至所述输出电路(9)的输出；以及-反馈路径，经由所述反馈路径，向所述驱动器(3)馈送经由光源(13)和光接收器(15)发出的并且反映所述输出电压(Uout)的信号，基于所述信号，所述驱动器(3)经由所述开关控制器(5)的对应操作将所述输出电压(Uout)控制在所述期望值(Us)，其特征在于，所述反馈路径包括：-调压器(19)，所述调压器(19)将跨所述光源(13)降低的电源电压调节至低于所述期望值(Us)的固定值，以及-电流调节器(21)，所述电流调节器(21)将流经所述光源(13)的电流调节至与所述输出电压(Uout)对应的电流值。2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在所述光源(13)与所述光接收器(15)之间设置有绝缘体(31)，尤其是电路板，其在从所述光源(13)发出的光的波长的区域中是透明的。3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述绝缘体(31)，至少在所述光源(13)的光穿过的区域中，具有大于或者等于0.5mm的壁厚。4.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，-所述光源(13)包括发光元件，尤其是发光二极管，尤其是红外发光二极管，所述发光元件的亮度根据流经其的电流而改变，-所述光接收器(15)包括光敏元件，尤其是光晶体管，所述光敏元件将撞击在其上的光转换为与亮度对应的电变量，以及-与所述光接收器(15)连接的是测量电路(17)，所述测量电路(17)记录所述电变量，将所述变量转换为反应电信号的输出电压(Uout)，并且将所述信号引导至与所述测量电路(17)连接的所述驱动器(3)。5.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述调压器(19)包括降压调节器，尤其是同步降压调节器。6.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，将所述调压器(19)：-在输入侧，与分流支路(23)的与所述开关电源的输出并联连接的分接连接，所述分接处于所述输出电压(Uout)的电位，以及-在输出侧，经由所述光源(13)和延伸通过所述电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·魏登布鲁赫，纳西斯·米歇尔·尼茨基厄加德乌，马克斯·耶勒，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE