專利名稱：一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及智能電網(wǎng)終端開關(guān)電源領(lǐng)域，尤其涉及三相智能電表、三相集中采集終端、三相負(fù)荷控制終端等電源的一種輸入過壓保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源的工作原理是:首先，交流電壓輸入經(jīng)過輸入電網(wǎng)濾波器消除電網(wǎng)干擾后經(jīng)整流濾波成直流電壓；而后，通過高頻PWM(Pul se-ffidth Modulation脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管，將直流電壓加到開關(guān)變壓器的初級線圈；再者，開關(guān)變壓器次級線圈輸出高頻交流電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；同時，輸出部分通過反饋電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以滿足穩(wěn)定輸出的要求。為了防止開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路狀況，開關(guān)電源一般還需有保護(hù)電路，使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。其中電源開關(guān)管的開關(guān)速度非?？欤Q于前面振蕩電路輸出的PWM，是開關(guān)電源的主要部分，也是易損器件。智能電網(wǎng)中的380V線電壓由于負(fù)載、外界干擾、電壓不平衡等原因會使線電壓不斷升高，極端時會接近交流600V，從而對開關(guān)電源中開關(guān)管的要求非常高，至少要選擇耐壓1200V以上的開關(guān)管。然而1200V的開關(guān)管價格非常高，而且不通用。如果采用兩個開關(guān)管串聯(lián)，既不利于小型化，同時代價也隨之增高。因此需要一種低成本的開關(guān)電源解決方案。

實(shí)用新型內(nèi)容為了能夠使開關(guān)電源在高輸入電壓的條件下不必選用耐壓值至少1200V以上的開關(guān)管，有效地降低成本，利于小型化，本實(shí)用新型提出一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路。本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，包括交流電源輸入端，整流電路，輸入平滑用電容器，開關(guān)管保護(hù)電路，開關(guān)控制電路，開關(guān)管，變壓器；所述輸入平滑用電容器并聯(lián)連接在所述整流電路的直流輸出端之間；所述開關(guān)管保護(hù)電路的輸入端與所述輸入平滑用電容器并聯(lián)連接，所述開關(guān)管保護(hù)電路的輸出端與所述開關(guān)控制電路的直流供電電壓連接；所述開關(guān)控制電路的輸出端與所述開關(guān)管的輸入端連接；所述開關(guān)管的輸出端與所述變壓器連接；所述整流電路用于將交流電變換成直流電，所述輸入平滑用電容器用于濾除所述整流電路輸出電壓的紋波，所述開關(guān)控制電路用于實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)閉的控制，所述變壓器用于將平滑濾波后的所述直流電變換成高頻交流電，所述開關(guān)管保護(hù)電路通過對所述開關(guān)控制電路中所述直流供電電源的控制來影響所述開關(guān)控制電路的工作狀態(tài)和所述開關(guān)管的電壓。所述整流電路的輸入是所述交流電源輸入端供給的交流電，所述整流電路是由四個二極管橋型連接構(gòu)成的單相全波整流電路。[0010]所述開關(guān)管保護(hù)電路包括精密穩(wěn)壓源TL431、PNP型三極管、濾波電容、限流電阻、供電電阻、第一采樣電阻、第二采樣電阻、第五電阻；所述PNP型三極管的基極串聯(lián)所述限流電阻后與所述精密穩(wěn)壓源TL431的陰極相連，集電極與所述輸入平滑用電容器的負(fù)極相連，發(fā)射極與所述開關(guān)控制電路的直流供電電源相連；所述精密穩(wěn)壓源TL431的陽極與所述PNP型三極管的所述集電極相連，陰極串聯(lián)所述供電電阻后與所述開關(guān)控制電路的所述直流供電電源相連，基準(zhǔn)端串聯(lián)所述第二采樣電阻后與所述精密穩(wěn)壓源TL431的所述陽極相連；所述濾波電容與所述第二采樣電阻并聯(lián)連接；所述第一采樣電阻的一端與所述輸入平滑用電容器的正極相連，另一端與所述精密穩(wěn)壓源TL431的所述基準(zhǔn)端相連；所述第五電阻的一端與所述供電電阻相連，另一端與所述輸入平滑用電容器的所述正極相連。所述開關(guān)控制電路選用PWM控制芯片。所述開關(guān)管采用N溝道的場效應(yīng)管；所述N溝道的場效應(yīng)管的柵極對應(yīng)所述開關(guān)管的輸入端，與所述開關(guān)控制電路的輸出端相連；所述N溝道的場效應(yīng)管的源極與所述輸入平滑用電容器的所述負(fù)極相連；所述N溝道的場效應(yīng)管的漏極對應(yīng)所述開關(guān)管的輸出端，與所述變壓器初級線圈的一端相連。所述變壓器的初級線圈包括鐵芯和線圈；所述變壓器的所述初級線圈的一端與所述開關(guān)管的輸出端相連，另一端與所述輸入平滑用電容器的所述正極相連。本實(shí)用新型采用了一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，當(dāng)開關(guān)電源輸入電壓超過上限電壓時，通過電路中精密穩(wěn)壓源TL431及PNP型三極管的導(dǎo)通，來拉低開關(guān)控制電路直流供電電源的電壓，開關(guān)控制電路停止工作，進(jìn)而開關(guān)管電壓被降低。本實(shí)用新型能夠使得開關(guān)電源在高輸入電壓的條件下，只要選擇耐壓值為900V或者1000V的開關(guān)管就能滿足使用要求，不必購買價格十分昂貴的不通用的耐壓值為1200V以上的開關(guān)管，降低了器件總成本，并且線路簡單可靠，能夠減小電源體積。

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
提供的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
提供的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路原理圖。如圖1所示，一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，包括交流電源輸入端L、N，整流電路1，輸入平滑用電容器Cl，開關(guān)管保護(hù)電路2，PWM控制芯片，N溝道的場效應(yīng)管Q2，變壓器Tl。整流電路I是由四個二極管D1-D4橋型連接構(gòu)成的單相全波整流電路，其輸入端輸入的是由交流電源供給的交流電，其輸出端輸出的是直流電。輸入平滑用電容器Cl的正極連接整流電路I的直流輸出端W1，負(fù)極連接整流電路I的直流輸出端W2，用于濾除整流電路輸出電壓的紋波。由于輸入平滑用電容器Cl有儲能作用，在電源電壓升高時可以存儲部分能量，當(dāng)電源電壓降低時可以釋放能量，能起到平波的作用。 開關(guān)管保護(hù)電路包括TL431精密穩(wěn)壓源Al、PNP型三極管Ql、濾波電容C2、限流電阻R3、供電電阻R4、第一采樣電阻R1，第二采樣電阻R2，第五電阻R5。PNP型三極管Ql的基極串聯(lián)限流電阻R3后與TL431精密穩(wěn)壓源Al的陰極相連，集電極與輸入平滑用電容器Cl的負(fù)極相連，發(fā)射極與開關(guān)控制電路的直流供電電源VCC相連。TL431精密穩(wěn)壓源Al的陽極與PNP型三極管Ql的集電極相連，陰極串聯(lián)供電電阻R4后與開關(guān)控制電路的直流供電電源VCC相連，基準(zhǔn)端串聯(lián)第二采樣電阻R2后與TL431精密穩(wěn)壓源Al的陽極相連。濾波電容C2與第二米樣電阻R2并聯(lián)連接。第一米樣電阻Rl的一端與輸入平滑用電容器Cl的正極相連，另一端與TL431精密穩(wěn)壓源Al的基準(zhǔn)端相連。第五電阻R5的一端與供電電阻R4相連，另一端與輸入平滑用電容器Cl的正極相連。其中限流電阻R3用于調(diào)整PNP型三極管Ql的基極電流。開關(guān)管保護(hù)電路中的第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2的阻值大小要根據(jù)輸入正常時的工作上限電壓和開關(guān)管Q2的耐壓值來設(shè)計。PWM控制芯片的直流供電電源VCC與PNP型三極管Ql的發(fā)射極相連接，PWM控制芯片的輸出端與N溝道的場效應(yīng)管Q2相連接。PWM中的脈沖寬度為在一個周期內(nèi)輸出高電平的時間。PWM控制芯片通過輸出一定的PWM脈沖控制信號，對N溝道的場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行控制。N溝道的場效應(yīng)管的柵極與PWM控制芯片的輸出端相連，其源極與輸入平滑用電容器Cl的負(fù)極相連，其漏極與變壓器Tl的初級線圈的一端相連。變壓器Tl的初級線圈包括鐵芯和線圈，變壓器Tl初級線圈的一端與N溝道的場效應(yīng)管Q2的漏極相連，另一端與輸入平滑用電容器Cl的正極相連。變壓器Tl的初級線圈與次級線圈相互耦合感應(yīng)，將平滑濾波后的直流電變換成高頻交流電，并且起到將開關(guān)電源與輸入電網(wǎng)隔離的作用。開關(guān)管保護(hù)電路通過對開關(guān)控制電路直流供電電源VCC的控制來影響PWM控制芯片的工作狀態(tài)，從而引起開關(guān)管Q2漏極與源極之間的電壓發(fā)生變化。當(dāng)開關(guān)電源輸入電壓未超過上限電壓時，開關(guān)管保護(hù)電路中PNP型三極管Ql呈截止?fàn)顟B(tài)，PWM控制芯片正常工作，通過輸出一定的PWM脈沖控制信號，對開關(guān)管Q2的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行控制，進(jìn)而將直流電加到變壓器Tl的初級線圈上，與次級線圈相互耦合感應(yīng)，將平滑濾波后的直流電變換成高頻交流電。此時開關(guān)管Q2漏極與源極之間的電壓等于輸入平滑用電容器Cl上的電壓與變壓器Tl初級線圈的反射電壓之和。當(dāng)開關(guān)電源的輸入電壓超過上限電壓時，通過開關(guān)保護(hù)電路中第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2的分壓，使得第二采樣電阻R2上的電壓高于2.5V。由于TL431精密穩(wěn)壓源Al的基準(zhǔn)電壓為2.5V, TL431精密穩(wěn)壓源Al在開關(guān)電源的輸入電壓超過上限電壓時呈導(dǎo)通狀態(tài)，PNP型三極管Ql也隨之導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)管保護(hù)電路中PNP型三極管Ql導(dǎo)通時，PWM控制芯片的直流供電電源VCC電壓將會被拉低，芯片停止工作。由于開關(guān)管Q2的柵極與PWM控制芯片的輸出相連接，當(dāng)PWM控制芯片停止工作時，開關(guān)管Q2也將截止不工作，此時開關(guān)管Q2漏極與源極之間的電壓僅為輸入平滑用電容器Cl上的電壓，這樣減少了開關(guān)管Q2的電壓應(yīng)力。當(dāng)輸入電壓重新恢復(fù)正常時，開關(guān)電源也將恢復(fù)正常工作。本實(shí)用新型的技術(shù)方案提出了一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，當(dāng)開關(guān)電源輸入電壓超過上限電壓時，通過電路中精密穩(wěn)壓源TL431及PNP型三極管的導(dǎo)通，來拉低開關(guān)控制電路直流供電電源電壓，開關(guān)控制電路停止工作，進(jìn)而開關(guān)管漏極與源極之間的電壓被降低。本實(shí)用新型能夠解決開關(guān)電源在高輸入電壓的條件下開關(guān)管選擇難的問題，并且線路簡單可靠、能夠減小電源體積、有效降低器件總成本。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于: 所述電源輸入過壓保護(hù)電路包括交流電源輸入端，整流電路，輸入平滑用電容器，開關(guān)管保護(hù)電路，開關(guān)控制電路，開關(guān)管，變壓器； 所述輸入平滑用電容器并聯(lián)連接在所述整流電路的直流輸出端之間；所述開關(guān)管保護(hù)電路的輸入端與所述輸入平滑用電容器并聯(lián)連接，所述開關(guān)管保護(hù)電路的輸出端與所述開關(guān)控制電路的直流供電電壓連接；所述開關(guān)控制電路的輸出端與所述開關(guān)管的輸入端連接；所述開關(guān)管的輸出端與所述變壓器連接； 所述整流電路用于將交流電變換成直流電，所述輸入平滑用電容器用于濾除所述整流電路輸出電壓的紋波，所述開關(guān)控制電路用于實(shí)現(xiàn)對所述開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)閉的控制，所述變壓器用于將平滑濾波后的所述直流電變換成高頻交流電，所述開關(guān)管保護(hù)電路通過對所述開關(guān)控制電路中所述直流供電電源的控制來影響所述開關(guān)控制電路的工作狀態(tài)和所述開關(guān)管的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述整流電路的輸入是所述交流電源輸入端供給的交流電，所述整流電路是由四個二極管橋型連接構(gòu)成的單相全波整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管保護(hù)電路包括精密穩(wěn)壓源TL431、PNP型三極管、濾波電容、限流電阻、供電電阻、第一采樣電阻、第二采樣電阻、第五電阻；所述PNP型三極管的基極串聯(lián)所述限流電阻后與所述精密穩(wěn)壓源TL431的陰極相連，集電極與所述輸入平滑用電容器的負(fù)極相連，發(fā)射極與所述開關(guān)控制電路的所述直流供電電源相連；所述精密穩(wěn)壓源TL431的陽極與所述PNP型三極管的所述集電極相連，陰極串聯(lián)所述供電電阻后與所述開關(guān)控制電路的所述直流供電電源相連，基準(zhǔn)端串聯(lián)所述第二采樣電阻后與所述精密穩(wěn)壓源TL431的所述陽極相連；所述濾波電容與所述第二采樣電阻并聯(lián)連接；所述第一采樣電阻的一端與所述輸入平滑用電容器的正極相連，另一端與所述精密穩(wěn)壓源TL431的所述基準(zhǔn)端相連；所述第五電阻的一端與所述供電電阻相連，另一端與所述輸入平滑用電容器的所述正極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)控制電路選用PWM控制芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管采用N溝道的場效應(yīng)管；所述N溝道的場效應(yīng)管的柵極對應(yīng)所述開關(guān)管的輸入端，與所述開關(guān)控制電路的輸出端相連；所述N溝道的場效應(yīng)管的源極與所述輸入平滑用電容器的所述負(fù)極相連；所述N溝道的場效應(yīng)管的漏極對應(yīng)所述開關(guān)管的輸出端，與所述變壓器初級線圈的一端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述變壓器的初級線圈包括鐵芯和線圈；所述變壓器的所述初級線圈的一端與所述開關(guān)管的輸出端相連，另一端與所述輸入平滑用電容器的所述正極相連。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種智能電網(wǎng)終端電源輸入過壓保護(hù)電路，涉及智能電網(wǎng)終端開關(guān)電源領(lǐng)域。電路包括交流電源輸入端、整流電路，輸入平滑用電容器，開關(guān)管保護(hù)電路，開關(guān)控制電路，開關(guān)管，變壓器。開關(guān)管電路包括精密穩(wěn)壓源TL431、PNP型三極管、濾波電容、限流電阻、供電電阻及一些采樣電阻。當(dāng)開關(guān)電源輸入電壓超過上限電壓時，開關(guān)管保護(hù)電路中精密穩(wěn)壓源TL431及PNP型三極管均呈導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)控制電路直流供電電源電壓被拉低，開關(guān)控制電路停止工作，進(jìn)而開關(guān)管的電壓被降低。本實(shí)用新型能夠使得開關(guān)電源在高輸入電壓的條件下，不必選用耐壓值很高的開關(guān)管，降低了器件總成本，且有效減小了電源體積。
文檔編號H02H7/10GK203026918SQ20122064587
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者陳尤 申請人:無錫市金賽德電子有限公司