一种直接滤波式开关电源制造技术

一种直接滤波式开关电源，用于包括脉动直流电的场合，包括滤波电路200，主功率级300，以及指示电路400，400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；400与滤波电解CL并联，C1的容量小，整流引起的工频倍频大纹波，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。从而提醒使用者电解CL的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，不使用电感检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源领域，特别涉及高可靠性的交流或直流变换为直流的开关电源。
技术介绍
目前，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。由于元件少，电路的可靠性相对就高，所以应用很广。为了方便，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。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，该书在本文中简称为：参考文献1。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也简称为主功率级，实用的电路在整流桥前还加有压敏电阻、NTC热敏电阻、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。整流桥101一般由四个整流二极管组成，申请号201210056555.9的授权专利技术说明书中的图4-1、图4-2、图4-3给出了整流桥的几种公知画法；滤波电路200一般由电解CL构成，为了方便，“电解电容”以下都简称为“电解”；为了EMI性能更出色，一般在电解CL两端还会并联一个高频特性好的高压小容量电容；主功率级300包括很多器件，这里只列出功率变压器B，主功率开关管V，一般为MOS管，输出整流二极管D，输出滤波电容C，反激拓扑中的功率变压器B事实上是储能电感，主功率级300其实还包括很多电路，如用于吸收MOS管反峰电压的DCR电路，PWM控制电路，光耦反馈电路，甚至有源钳位电路，其主拓扑不局限于反激电路，可以是双管反激电路、半桥变换器等。随着直流供电的兴起，如太阳能、风力发电设备普及，高压直流供电也开始普及，也出现了采用反激电源作为系统的待机电源等，图1的基本拓扑中，去了整流桥101，即可实现直流供电，也有人喜欢直接从整流桥101的前端采用直流供电，这样效率略低，但可实现交直流两用，且不用区分直流供电时的正负极。国内很多厂家并没有认真执行国家标准，一些输入功率超过75W的应用领域，如台式电脑的供电电源，功率为150W以上，也是采用类似图1的拓扑，主功率级300多采用双管正激，双管正激为业界通俗说法，实际上为半桥变换器；整流桥101中甚至没有串入功率因数校正电感，即整流滤波后，给半桥变换器供电。主功率级300也有采用单管正激、不对称半桥来实现的。整流桥101中串入功率因数校正电感，仍属无源滤波式功率因数校正，不是有源功率因数校正。我们把整流后滤波的开关电源，以及整流桥串入功率因数校正电感，再滤波的开关电源都定义为：直接滤波式开关电源。滤波电路200一般由电解电容CL构成，随着工业领域中智能化系统的推广，使用电解的开关电源的不足之处也随之体现出来，因为使用了电解CL，而该电解的特性也因此限制了开关电源的用途，电解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，而耐压大于250V的电解，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，开关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。设计一台开关电源时，经常面临电解CL的寿命问题，在实际使用中，很多开关电源达不到使用寿命，其主因就是滤波用的电解提前失效。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。成本较高，且仍然不知道其中开关电源是什么时间失效，也不方便准备备品。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，合格设计的开关电源发生失效，97％以上由滤波的电解先行失效引起。现有的大部份使用电解的开关电源，尚不能对电解的失效进行有效的预先告知。在专利技术人的申请号201610040060.5的现有专利申请《一种直接滤波式开关电源》中，给出一种解决方案：在电解CL的直流供电回路中串入指示电路，指示电路由发光单元和电感L并联组成，确保直流供电通过电感L的电流方向与发光单元的导通方向相反，当电解CL正常时，开关管V的激磁电流基本上不出现在电感L中，LED不发光；电容CL的ESR上升较大时，V的激磁电流出现在L中，且V关断时，流过L的激磁电流无法突变，经过发光器LED续流，同时驱动LED发光，这样来提醒使用者：开关电源的电解CL的ESR已上升，已存在失效的风险，避免损失的扩大，具有低成本、效率不变、实施容易的特点。为了方便，该专利申请201610040060.5以下称为现有专利A。现有专利A使用了电感L，该电感L在启机时要承受交流电或直流输入的峰值电压，以及对滤波电解CL的前几次充电的大充电电流，即该电感的耐压高、承受的冲击工作电流要求很大，其成本相对来说，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，本专利技术要解决现有的使用电解电容滤波的直接滤波式开关电源存在的不足，提供一种直接滤波式开关电源，不使用耐压高、电流大的电感，不改动原有的电路，在滤波电解电容完全失效前，提供指示，实现在开关电源完全失效前的预先告知。本专利技术的目的是这样实现的，一种直接滤波式开关电源，用于包括脉动直流电的直流输入，包括滤波电路，主功率级，还包括一个具有两个端子的指示电路，直流输入连接滤波电路，滤波电路和主功率级并联，滤波电路中至少包括一只与主功率级并联的电解电容，其特征是：指示电路与电解电容并联。优选地，指示电路方案一包括第一电阻、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。优选地，指示电路方案二包括第一电阻、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。工作原理将结合实施例，进行详细地阐述。本专利技术的有益效果为：成本比使用电感的现有技术低，增设的指示电路损耗低，对原变换器的正常工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接滤波式开关电源，用于包括脉动直流电的直流输入，包括滤波电路，主功率级，还包括一个具有两个端子的指示电路，直流输入连接滤波电路，滤波电路和主功率级并联，滤波电路中至少包括一只与主功率级并联的电解电容，其特征是：指示电路与电解电容并联。

【技术特征摘要】
1.一种直接滤波式开关电源，用于包括脉动直流电的直流输入，包括滤波电路，主功率级，还包括一个具有两个端子的指示电路，直流输入连接滤波电路，滤波电路和主功率级并联，滤波电路中至少包括一只与主功率级并联的电解电容，其特征是：指示电路与电解电容并联。2.根据权利要求1所述的直接滤波式开关电源，其特征在于：指示电路包括第一电阻、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。3.根据权利要求2所述的直接滤波式开关电源，其特征在于：还包括另一电容，另一电容也与并联网络串联，并且另一电容和第一电容分别与串联网络的两个端子相连接。4.根据权利要求1所述的直接滤波式开关电源，其特征在于...

【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