一种交流转直流隔离开关电源电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种交流转直流隔离开关电源电路，包括整流电路、滤波电路、第一功率转换电路、功率转换变压器、第二功率转换电路，第一组直流输出电路、第二组直流输出电路，采用与以往反激式拓扑电源不同的拓扑结构，输出了两组互相隔离的电压。第一功率转换电路工作原理与高压BUCK电路工作原理相同，因此降低了所需的功率开关管的电压应力，只需在功率转换变压器中添加一个副边绕组，即可输出一组与第一组直流输出电路相互隔离的电源为后端第二组直流输出电路供电。最终实现成本与线性变压器相当，性能与原反激式拓扑电源相近的小功率开关电源。

A Power Supply Circuit for AC-DC Isolation Switch

The utility model discloses an AC to DC disconnecting switch power supply circuit, which comprises a rectifier circuit, a filter circuit, a first power conversion circuit, a power conversion transformer and a second power conversion circuit. The first set of DC output circuit and the second set of DC output circuit adopt different topological structure from the previous flyback topological power supply, and output two sets of separated voltages. The working principle of the first power conversion circuit is the same as that of the high-voltage BUCK circuit, so the voltage stress of the power switch is reduced. Only one secondary winding is added to the power conversion transformer, a set of power supply isolated from the first DC output circuit can be output to supply the second DC output circuit at the back end. Finally, the cost of realization is equivalent to that of linear transformer, and the performance of the low power switching power supply is similar to that of the original flyback topology power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种交流转直流隔离开关电源电路
本技术涉及一种小功率低成本交流转直流隔离开关电源方案，主要应用于电路有绝缘要求，需要隔离供电的单相电子式普通电能表。
技术介绍
目前电表行业在电能表设计中除了保证计量功能外，基本都带有通讯功能，使电能表能够自动或半自动抄表，缓解抄表人员的劳动强度及提高抄表数据的准确度。迫于成本压力，单相电子式普通电能表在通讯方面一般采用RS-485或RS-232等方式。这种通讯方式对电源功率要求低，通常仅需1～2瓦，但电能表不可避免的要留出通讯所需接线的低压端子(＜40V)，按照电能表技术规范要求这些低压端子需要与交流电压输入等高压端子(＞40V)隔离(绝缘4KVAC)。因此在电能表硬件电路设计时，我们至少需要提供两组相互隔离的电源，分别为计量MCU电路及RS-485通讯电路供电。以往行业内为了满足技术规范要求，交流转直流的小功率电源通常采用线性变压器电源或者反激式拓扑开关电源，输出两组相互隔离的电源分别为计量MCU电路及RS-485通讯电路供电。上述现有技术所存在以下问题：线性变压器小功率电源：输出两路，电路虽然简单，成本低，但无法应用到要求宽范围输入电压的电网环境，在电能表市场应用方面受到局限；反激式小功率开关电源：输出两路，适用于宽范围电网环境，电路相对变压器电源复杂，基于反激式拓扑电源的基本原理，对应高频变压器必定需要4个绕组(如附图1：N1绕组、N2绕组、N3绕组、N4绕组)，功率开关管电压应力大，应力电压V除了电网本身输入的最高直流电压Vin_DCmax外还包括次级输出反射到原边的电压Vor与原边变压器漏感产生的电压尖峰Vlk(V＝Vin_DCmax+Vor+Vlk)。因此即便电源要求功率很小，若采用反激式拓扑电源，成本方面会因功率开关管的电压应力及高频变压器绕组繁多，无法达到与线性电源成本相当。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出了一种小功率低成本交流转直流隔离开关电源电路方案，输出两组相互隔离的电压为单相电子式普通电能表计量MCU电路及RS-485通讯电路隔离供电，满足电能表技术规范要求。本技术采用以下技术方案：一种交流转直流隔离开关电源电路，包括依次相连的整流电路、滤波电路、第一功率转换电路和第一组直流输出电路：所述开关电源电路还包括功率转换变压器T2，以及电性连接的第二功率转换电路和第二组直流输出电路；所述功率转换变压器T2的原边绕组作为第一功率转换电路中的电感N1，副边绕组作为第二功率转换电路中的电感N2，实现第一功率转换电路和第二功率转换电路的相互隔离。进一步，所述整流电路用于将交流电转换为幅值相对较高的脉动直流电，为后端功率转换做准备。进一步，所述第一功率转换电路包括功率开关管Q2、储能电容CP20、续流二极管DP8、电容CP19和电感N1；其中功率开关管Q2漏极与滤波电路输出端电性连接，源极连接至电感N1的脚1；储能电容CP20正极接电感N1的脚2，负极接地GND1；续流二极管DP8正极接地GND1，负极接电感N1的脚1；电容CP19正极接功率开关管Q2漏极，负极接地GND1。进一步，所述第一功率转换电路还包括PWM控制电路和电压反馈电路；其中电压反馈电路包括用于将电感N1上高频脉冲交流电整流的二极管DP6，用于将整流后的电流进行滤波的电容CP14，以及用于采样电容CP14上形成的直流电压信号、并输入所述PWM控制电路的分压电阻RP12和RP14；所述PWM控制电路输出端与功率开关管Q2的基极相连。进一步，所述第一组直流输出电路包括电感LP2和电容CP21；其中电容CP21正极经电感LP2接至储能电容CP20正极，负极接地GND1。进一步，所述第二功率转换电路包括电感N2、储能电容CP17、续流二极管DP7和电阻RP13；其中电感N2的脚4经电阻RP13接至储能电容CP17正极，储能电容CP17负极接续流二极管DP7正极，续流二极管DP7负极接电感N2的脚3。进一步，所述第二组直流输出电路包括电感LP4和电容CP18；其中电容CP18正极经电感LP4连接至储能电容CP17正极，负极接地GND2。进一步，所述功率开关管Q2导通时，电感N1和电感N2储能，电容CP19和储能电容CP17分别为第一组直流输出电路、第二组直流输出电路供电；功率开关管Q2关断时，电感N1与储能电容CP20、续流二极管DP8构成原边续流电路为第一组直流输出电路供电；电感N2、电阻RP13、储能电容CP17、续流二极管DP7构成副边续流电路为第二组直流输出电路供电。进一步，所述第一组直流输出电路和第二组直流输出电路的接地端之间跨接有Y电容CY2。进一步，所述滤波电路用于阻止功率转换过程中高频噪声串入电网影响其它的电子设备正常工作，同时防止部分电网的干扰噪声进入第一功率转换电路影响电源正常工作。作为优选，所述滤波电路为电容CP22、电感LP1、电容CP19组成的CLC滤波电路，其中电容CP19同时作为所述第一功率转换电路的储能电容。进一步，所述交流转直流隔离开关电源电路还包括电性连接的交流输入防雷电路和过电压保护电路，其中交流输入防雷电路输入端连接交流电，过电压保护电路输出端连接整流电路输入端。交流输入防雷电路用于抑制雷击浪涌等瞬时的过电压尖峰，保护后端电路器件，过电压保护电路用于防止单相电子式普通电能表在实际使用过程中因接地故障等原因造成的短时过电压损坏。作为优选，所述交流输入防雷电路为压敏电阻MOV3。作为优选，过电压保护电路采用复合热敏电阻RT3。作为优选，整流电路采用二极管DP5。本技术中，整个工作过程中功率转换变压器T2原边绕组一直起到一个功率电感的作用。第一功率转换电路工作原理与高压BUCK拓扑开关电源工作原理一致，因而功率开关管Q2应力电压V仅为电网本身输入的最高直流电压Vin_DCmax，所以相比反激式拓扑开关电源，功率开关管Q2的电压应力大幅下降，间接降低了电源成本。此外，功率转换变压器T2副边绕组与原边绕组共一个高频变压器磁芯，但两个绕组间相互独立、电气绝缘，从而使第一功率转换电路、第二功率转换电路相互隔离，最终供电于两路相互隔离的第一组直流输出电路与第二组直流输出电路。且由于共用一个磁芯，功率开关管Q2导通时，电感N1和电感N2同时储能；功率开关管Q2关断时，电感N2与储能电容CP17、续流二极管DP7构成的副边续流电路为第二组直流输出电路供电，输出电压的稳定性则由功率转换变压器T2原副边绕组的匝比关系及耦合情况决定，无需单独添加副边反馈电路。与现有技术相比，本技术的有益效果为：采用与以往反激式拓扑电源不同的拓扑结构，第一功率转换电路工作原理与高压BUCK电路工作原理相同，因此降低了第一功率转换电路所需的功率开关管的电压应力，相比反激式拓扑开关电源还省去了RCD吸收电路、辅助绕组供电电路等，使解决方案所设计的开关电源器件数量减少、电路更加简单、成本更低(接近与线性变压器小功率电源)。此外，只需在功率转换变压器中添加一个副边绕组(电感N2)即可与第二功率转换电路中的续流二极管、储能电容构成续流电路，输出一组与第一组直流输出电路相互隔离的电源为后端第二组直流输出电路供电。相比反激式拓扑开关电源减少了功率转换变压器的绕组数量，因此降低了高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流转直流隔离开关电源电路，包括依次相连的整流电路、滤波电路、第一功率转换电路和第一组直流输出电路，其特征在于：所述开关电源电路还包括功率转换变压器T2，以及电性连接的第二功率转换电路和第二组直流输出电路；所述功率转换变压器T2的原边绕组作为第一功率转换电路中的电感N1，副边绕组作为第二功率转换电路中的电感N2，实现第一功率转换电路和第二功率转换电路的相互隔离。

【技术特征摘要】
1.一种交流转直流隔离开关电源电路，包括依次相连的整流电路、滤波电路、第一功率转换电路和第一组直流输出电路，其特征在于：所述开关电源电路还包括功率转换变压器T2，以及电性连接的第二功率转换电路和第二组直流输出电路；所述功率转换变压器T2的原边绕组作为第一功率转换电路中的电感N1，副边绕组作为第二功率转换电路中的电感N2，实现第一功率转换电路和第二功率转换电路的相互隔离。2.如权利要求1所述的交流转直流隔离开关电源电路，其特征在于：所述第一功率转换电路包括功率开关管Q2、储能电容CP20、续流二极管DP8、电容CP19和电感N1；其中功率开关管Q2漏极与滤波电路输出端电性连接，源极连接至电感N1的脚1；储能电容CP20正极接电感N1的脚2，负极接地GND1；续流二极管DP8正极接地GND1，负极接电感N1的脚1；电容CP19正极接功率开关管Q2漏极，负极接地GND1。3.如权利要求2所述的交流转直流隔离开关电源电路，其特征在于：所述第一功率转换电路还包括PWM控制电路和电压反馈电路；其中电压反馈电路包括用于将电感N1上高频脉冲交流电整流的二极管DP6，用于将整流后的电流进行滤波的电容CP14，以及用于采样电容CP14上形成的直流电压信号、并输入所述PWM控制电路的分压电阻RP12和RP14；所述PWM控制电路输出端与功率开关管Q2的基极相连。4.如权利要求2所述的交流转直流隔离开关电源电路，其特征在于：所述第一组直流输出电路包括电感LP2和电容CP...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪继伟，刘健，
申请(专利权)人：杭州海兴电力科技股份有限公司，宁波恒力达科技有限公司，南京海兴电网技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33