交流到直流开关电源转换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种交流到直流开关电源转换器，包括脉宽调制控制器、由初级绕组和次级绕组构成的变压器、位于变压器初级绕组的初级整流滤波电路、功率开关和位于变压器次级绕组的次级整流滤波电路。脉宽调制控制器具有电源端、接地端和驱动端。初级整流滤波电路的正输出端连接至该电源端，负输出端连接该初级绕组的一端。功率开关的第一端经由一启动电阻连接该初级整流滤波电路的正输出端，一第二端经由一初级电流检测电阻连接该初级绕组的另一端和该接地端，一控制端连接该脉宽调制控制器的驱动端。上述初级整流滤波电路、功率开关和变压器的连接方式构成升降压拓扑电路，从而具有降低输入滤波电容，降低功率开关应力，简化变压器结构等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种开关电源电路领域，更具体地说，是涉及一种交流到直流开关电源转换器。
技术介绍
图I示出一种传统的线性电源系统的电路图。该线性电源系统包括工频变压器A、输出整流滤波电路B和稳压电路C三部分。工频变压器A用于实现线性降压，并实现输入输出的隔离。输出整流滤波电路B，将工频变压器A输出的工频交流低压转变成直流低电压。稳压电路C主要是稳定输出电压以满足后级MCU (微控制器)等负载的供电电压范围。图I采用一个齐纳稳压管作为稳压电路C，结构简单，成本低廉，但稳压能力有限，仅能应用于10(Tl30V或者20(T240V这样的窄范围输入电压且负载电流较小的场合，应用范围狭窄。作为对图I所示系统的改进，图2示出一种传统的采用三端稳压器的线性电源系统的电路图。这一线性电源系统使用低成本的线性稳压器作为稳压电路C，因为线性稳压器通常输入电压范围较宽，以电表电源需要的5V输出为例，可选用的线性稳压器的最高输入电压可达到最低输入电压的5倍，足以满足常规85疒265V的宽范围输入要求，且线性稳压器输出稳压精度较高，负载能力强，适合小功率的场合。但这一线性电源系统的缺点是效率较低，高输入电压，功率稍大场合下的转换效率低下，功稳压器发热明显，已经越来越不能满足近年来国际节能法规的要求，因此该电路正逐渐被淘汰。图3示出一种传统的采用DC-DC直流稳压模块的线性电源系统的电路图。这一线性电源系统是目前取代图2所示电路的常用选择，其稳压电路C采用DC-DC模块来实现，DC-DC模块目前发展迅速，超宽的输入范围，极高的效率使它在电源领域应用中日渐广泛，其性能足以满足超宽50疒420V宽范围输入要求的电表电源应用方案。目前图3所示方案虽然广泛被采用于各种电器领域，但也渐渐显出其缺点图3中工频变压器A体积大，线圈多，导致其用料较重，随着国际市场原材料成本的上涨，工频变压器的成本已经渐渐满足不了电源成本的要求，而通常作为稳压电路C的DC-DC模块成本也较高，因此整体的方案成本太高，制约了电源电表方案的发展。另一个缺点是采用工频变压器的方案尺寸大，分量重，显然很不利于开关电源小型化的发展。由于和传统工频电源相比所具有的多方面优点，诸如更高的效率，更低的待机功耗，更佳的稳定性等，高频开关电源越来越广泛地应用于各种电器产品中。在电表电源领域，采用工频变压器的方案向高频开关电源的过渡已经刻不容缓。以典型的5V/200mA的电表电源为例，图4所示的是采用GT5010作为控制器的原边反馈(PSR)反激式电源，和常规次级反馈的反激式电源相比，省去了次级反馈电路，不仅结构简单，安全可靠且成本较低，是近年来小功率开关电源领域的发展趋势。在交流85 265V宽范围输入下的电表电源应用中，原边反馈反激式电源具有诸多优点，比如体积小、成本低、效率高、待机功率低、性能稳定等等。但在5(T420V超宽范围输入要求下，现有的原边反馈反激式电源电路遇到了如下难点。I、电源需要在各种恶劣工作环境下都能可靠工作，在某些电网波动剧烈的地区，在电网徒增大功耗电器负载的情况下的电压跌落情况下，也须可靠工作。因此最低至50V交流电压下电表电源也必须可靠工作这一要求就显得非常必要。而由于原边反馈反激式电源有最大占空比限制以及非连续状态工作模式的限制，通常要求输入整流滤波后的直流电压最低值不能小于60V，要达到这个条件则需要使用至少22UF的输入滤波电容器，不仅成本增高，体积增大，且使用如此大的滤波电容后电源的功率因数(PF)值明显下降，视在功率值增高。2、电源有全工作电压范围内输入最大6VA视在功率的要求，因此输入整流滤波电容的容量不能太大，须小于IOuF,和第I点相矛盾,难以兼顾。3、同样基于恶劣工作环境的考虑，最高输入电压要求交流420V，对原边反馈反激式电源中的开关器件耐压的要求大大提高。考虑到反激式变压器的漏感以及生产时的差异，电源需要使用耐压高达900V的场效应管以应对高输入电压带来的应力，提高了成本。 而高输入电压条件下的其他器件如输入滤波电容，整流管等耐压要求的增高也相应的提高了成本，导致总体方案成本难以满足要求。以上几点制约了开关电源在电表电源领域的应用，因此期望能有一种满足电表电源要求的开关电源应用方案。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种直流到交流开关电源转换器，以满足电表电源的要求。本技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种交流到直流开关电源转换器，包括脉宽调制控制器、变压器、初级整流滤波电路、功率开关和次级整流滤波电路。脉宽调制控制器具有电源端、接地端和驱动端。变压器由相互隔离的初级绕组和次级绕组构成。初级整流滤波电路具有正输入端、负输入端，正输出端和负输出端，该正输入端和负输入端之间输入交流电，该正输出端连接至该电源端，该负输出端连接该初级绕组的一端。功率开关具有第一端、第二端和控制端，该第一端连接一启动电阻的一端，该启动电阻的另一端连接该初级整流滤波电路的正输出端，该第二端连接一初级电流检测电阻的一端，该初级电流检测电阻的另一端连接该初级绕组的另一端和该接地端，该控制端连接该脉宽调制控制器的驱动端。次级整流滤波电路具有正输入端、负输入端，正输出端和负输出端，该次级整流滤波电路的正输入端和负输入端分别连接该次级绕组的两端，该次级整流滤波电路的正输出端和负输出端输出直流电压。在本技术的一实施例中，该初级整流滤波电路具有第一电容和第二电容，该第一电容和该第二电容串联于该初级整流滤波电路的正输出端和负输出端之间。在本技术的一实施例中，上述的脉宽调制控制器还具有第一反馈端和第二反馈端，上述的交流到直流开关电源转换器还包括检测电路，用于对该初级绕组上的电压进行检测，该检测电路具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该检测电路的该第一输入端和该第二输入端分别连接该初级绕组的两端，该检测电路的该第一输出端和第二输出端分别连接该第一反馈端和第二反馈端。在本技术的一实施例中，上述的交流到直流开关电源转换器还包括供电电路，具有第一输入端和第一输出端，该供电电路的该第一输入端连接该初级绕组的该一端，该供电电路的该第一输出端连接该电源端。在本技术的一实施例中，上述的交流到直流开关电源转换器还包括初级泄放电路，具有一输入端和一输出端，该初级泄放电路的输入端和输出端分别连接该初级绕组的两端，用于在该功率开关关断时对该初级绕组进行能量泄放。在本技术的一实施例中，该脉宽调制控制器为集成电路。本技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点I、本技术的初级整流滤波电路、功率开关和变压器的连接方式构成了升降压拓扑电路，由于采用升降压拓扑电路作为初级主电路，使输入整流滤波后的纹波电压低至20V也能正常工作，因此只需要采用很小的输入滤波电容器，即可实现全输入电压范围内的视在功率要求；2、由于采用升降压拓扑电路作为初级主回路，使开关器件的应力大大降低，只需 要650V的场效应管就能可靠工作；3、由于采用升降压拓扑电路作为初级主回路，变压器绕组少，结构简单，易生产，成本低。附图说明为让本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本技术的具体实施方式作详细说明，其中图I示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流到直流开关电源转换器，其特征在于包括：脉宽调制控制器，具有电源端、接地端、驱动端；变压器，由相互隔离的初级绕组和次级绕组构成；初级整流滤波电路，具有正输入端、负输入端，正输出端和负输出端，该正输入端和负输入端之间输入交流电，该正输出端连接至该电源端，该负输出端连接该初级绕组的一端；功率开关，具有第一端、第二端和控制端，该第一端连接一启动电阻的一端，该启动电阻的另一端连接该初级整流滤波电路的正输出端，该第二端连接一初级电流检测电阻的一端，该初级电流检测电阻的另一端连接该初级绕组的另一端和该接地端，该控制端连接该脉宽调制控制器的驱动端；次级整流滤波电路，具有正输入端、负输入端，正输出端和负输出端，该次级整流滤波电路的正输入端和负输入端分别连接该次级绕组的两端，该次级整流滤波电路的正输出端和负输出端输出直流电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：缪海峰，张洪为，
申请(专利权)人：聚辰半导体上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：