本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，具體涉及一種可以檢測交變信號正負(fù)相位過零點(diǎn)檢測功能的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換模塊。

背景技術(shù)：

隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷成熟和普及，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，從1947年底晶體管問世，電源技術(shù)大約經(jīng)歷幾個大的技術(shù)更新和換代，從20世紀(jì)60年代末開始，高耐壓，大電流的雙極型電子晶體管（亦稱巨型晶體管，bjt、gtr）的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源成為可能，在此階段，工作在非典型開關(guān)狀態(tài)的線性電源（linearpowersupply）成為主流，得到廣泛應(yīng)用，但線性電源固有的體積大，質(zhì)量重，效率低的缺點(diǎn)，促使真正意義上的第一代開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展，到20世紀(jì)70年代，開關(guān)頻率終于突破了人耳聽覺極限的20khz,，主要以自激式振蕩開關(guān)電源rcc（ringingchokeconvertor）為代表的第一代開關(guān)電源滿足了市場的大部分需求，但分立元件固有的參數(shù)離散性，導(dǎo)致模塊的性能穩(wěn)定性和一致性受到很大局限，同時產(chǎn)品功率無法進(jìn)一步提高，為了解決rcc電源技術(shù)的缺點(diǎn)，以脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)pwm（pulsewidthmodulation）為核心的芯片集成技術(shù)的產(chǎn)生促進(jìn)了第二代硬開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展，此階段，各種電源拓?fù)浼夹g(shù)不斷涌現(xiàn)，模塊功率進(jìn)一步提升，工作頻率進(jìn)一步提高，體積卻進(jìn)一步減少，穩(wěn)定性也更好，到20世紀(jì)80年代，隨著軟開關(guān)技術(shù)的研究成果的不斷突破，采用準(zhǔn)諧振技術(shù)qr（quasi-resonant）為代表的零電壓和零電流開關(guān)電路代表了第三代開關(guān)電源技術(shù)，此技術(shù)特點(diǎn)為開關(guān)狀態(tài)接近軟開關(guān)，所以電源工作頻率可以達(dá)到mhz以上，轉(zhuǎn)換效率更高，轉(zhuǎn)換功率進(jìn)一步提升，體積可以做到更小，在準(zhǔn)諧振技術(shù)基礎(chǔ)上，真正的軟開關(guān)技術(shù)取得長足發(fā)展和進(jìn)步，其中代表性的技術(shù)為llc諧振半橋（llchalfbridgeresonantconvertor）技術(shù)。從電源技術(shù)發(fā)展的歷程可以看出，未來電源技術(shù)也會進(jìn)一步向著集成化，小型化，高頻化以及功能多樣化方向發(fā)展。

從上面的電源技術(shù)的發(fā)展來看，幾乎所有的電子設(shè)備都需用到電源模塊，特別是現(xiàn)在許多電子和計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，不僅需要電源模塊提供高質(zhì)量的穩(wěn)定電壓，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，同時為了實(shí)現(xiàn)交變信號的監(jiān)測、控制或調(diào)節(jié)等目的，往往需要同步對交變信號進(jìn)行正負(fù)半周過零點(diǎn)信號進(jìn)行檢測。但目前大部分電源模塊應(yīng)用都沒有此種功能，具體原因在于出于安全要求和考慮，電源模塊的初次和次級電路之間都需進(jìn)行雙重安全絕緣，具體要求可參見iec60950-11.2.9-1.2.10中關(guān)于絕緣的安全要求，所以無法直接對輸入交變的高壓信號進(jìn)行取樣和使用。到目前為止，還沒有一款電源模塊，既能進(jìn)行精確的電壓轉(zhuǎn)換，功率傳輸和阻抗匹配，同時還可以精確對輸入交變信號的上升沿和下降沿的過零點(diǎn)進(jìn)行檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電源轉(zhuǎn)換模塊，具有可以檢測交變信號正負(fù)相位過零點(diǎn)檢測功能的特點(diǎn)。

本發(fā)明提供了一種電源轉(zhuǎn)換模塊，包括：

功率轉(zhuǎn)換電路，與交變輸入端相連接，用于實(shí)現(xiàn)功率傳輸和電壓轉(zhuǎn)換；

信號取樣電路，與交變輸入端相連接，用于對交變輸入端的信號進(jìn)行取樣，并生成取樣信號，取樣信號與交變輸入端的信號同相，但幅值同比例縮?。?/p>

檢測調(diào)制電路，與信號取樣電路相連接，取樣信號經(jīng)過檢測調(diào)制電路調(diào)制后，輸出矩形脈沖信號；

mcu控制器，與檢測調(diào)制電路相連接；

信號隔離電路，串聯(lián)在mcu控制器和檢測調(diào)制電路之間，信號隔離電路用于隔離處理矩形脈沖信號，經(jīng)隔離處理的矩形脈沖信號作為輸入信號經(jīng)mcu控制器的io口進(jìn)行采樣，mcu控制器接收到矩形脈沖信號后，經(jīng)過一系列邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)指令去驅(qū)動后級執(zhí)行元件工作，此過程周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)對輸入交變信號的監(jiān)測，調(diào)制和控制；

第一工作電壓電路，串聯(lián)在功率轉(zhuǎn)換電路與檢測調(diào)制電路之間，用于向檢測調(diào)制電路提供工作電壓；

第二工作電壓電路，串聯(lián)在功率轉(zhuǎn)換電路與信號隔離電路之間，用于向信號隔離電路提供工作電壓。

該功率轉(zhuǎn)換電路為反激功率轉(zhuǎn)換電路、正激功率轉(zhuǎn)換電路、半橋功率轉(zhuǎn)換電路、全橋功率轉(zhuǎn)換電路或者llc功率轉(zhuǎn)換電路。

該功率轉(zhuǎn)換電路由一個整流電路、一個貯能濾波電容、一個具有初次和次級隔離功能的高頻變壓器和一個電源管理電路組成，整流電路為四個二極管組成的整流橋，整流橋的輸入端與交變輸入端相連接，整流橋的輸出端與高頻變壓器相連接，貯能濾波電容并聯(lián)于整流橋與高頻變壓器之間，電源管理電路具有一個電源管理ic，高頻變壓器總共包括四個繞組，高頻變壓器初級側(cè)分別設(shè)有初級主繞組、初級第一繞組和初級第二繞組，高頻變壓器次級側(cè)設(shè)有次級主繞組，初級主繞組一端接整流橋輸出端正極，另一端與電源管理ic相連接，初級第一繞組一端接地，另一端通過一個第二二極管與電源管理ic相連接，初級第一繞組連接于第二二極管陽極端，第二二極管陽極端通過分流電阻與電源管理ic相連接。

該信號取樣電路可以采用全波整流電路或者半波整流電路。

該信號取樣電路由相串聯(lián)的一個第一二極管和兩個限流電阻組成，第一二極管的陽極端與交變輸入端的l線相連接，第一二極管的陰極端通過相串聯(lián)兩個分流電阻接地，檢測調(diào)制電路連接于兩個分流電阻之間。

該檢測調(diào)制電路的工作過程為：

當(dāng)交變輸入端的信號由正半周最大值向負(fù)半周最小值變化過程中，在經(jīng)過零點(diǎn)時，矩形脈沖信號由高電平翻轉(zhuǎn)到低電平；

當(dāng)交變輸入端的信號處于負(fù)半周時，取樣信號為0電平，矩形脈沖信號低電平將保持；

當(dāng)交變輸入端的信號由負(fù)半周最小值向正半周最大值變化過程中，在經(jīng)過零點(diǎn)時，矩形脈沖信號由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平；

當(dāng)交變輸入端的信號處于正半周時，取樣信號為0電平，矩形脈沖信號高電平將保持。

該第一工作電壓電路包括一個第三二極管和一個限流電阻，第三二極管陽極端與初級第二繞組一端連接，初級第二繞組另一端接地，第三二極管陰極端依次經(jīng)過限流電阻和信號隔離電路與檢測調(diào)制電路相連接。

該信號隔離電路具有主動側(cè)和響應(yīng)側(cè)，信號隔離電路主動側(cè)分別與第一工作電壓電路和檢測調(diào)制電路相連接，信號隔離電路響應(yīng)側(cè)分別與第二工作電壓電路和mcu控制器相連接。

該信號隔離電路響應(yīng)側(cè)通過相串聯(lián)的兩個分流電阻接地，mcu控制器連接于兩個分流電阻之間。

該信號隔離電路具有主動側(cè)和響應(yīng)側(cè)，信號隔離電路主動側(cè)分別與第一工作電壓電路和檢測調(diào)制電路相連接，信號隔離電路主動側(cè)分別與第二工作電壓電路和mcu控制器相連接，第二工作電壓電路與次級主繞組正極相連接，次級主繞組負(fù)極接地，次級主繞組正極與負(fù)極之間還連接有一個貯能濾波電容。

該檢測調(diào)制電路采用n溝道m(xù)os管或者npn型三極管。

該信號隔離電路為光耦合器或者同匝比的驅(qū)動變壓器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)功率傳輸和電壓轉(zhuǎn)換，過零點(diǎn)檢測電路可以實(shí)現(xiàn)對輸入交變高壓大信號進(jìn)行實(shí)時同步過零點(diǎn)檢測，并同步輸出矩形脈沖波，過零點(diǎn)檢測電路可以實(shí)現(xiàn)對輸入交變高壓大信號和輸出的同步脈沖低壓小信號進(jìn)行安全隔離。解決了傳統(tǒng)電路無法同步監(jiān)測輸入交變信號的上升沿和下降沿的過零點(diǎn)，并且將監(jiān)測低壓小信號與輸入交變高壓大信號之間安全隔離的問題，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述功能且總體成本低，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種電源轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為圖1所示電源轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。

圖3為圖1所示電源轉(zhuǎn)換模塊中輸入交變信號與輸出過零點(diǎn)檢測信號相位關(guān)系圖。

圖4為本發(fā)明提供的另一種電源轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

圖1至圖3顯示的是本發(fā)明的一種電源轉(zhuǎn)換模塊。

如圖1所示，該電源轉(zhuǎn)換模塊包括功率轉(zhuǎn)換電路b，信號取樣電路c，檢測調(diào)制電路e，mcu控制器h，信號隔離電路g，第一工作電壓電路d和第二工作電壓電路f。

各個電路的結(jié)構(gòu)關(guān)系為：

功率轉(zhuǎn)換電路b與交變輸入端相連接，用于實(shí)現(xiàn)功率傳輸和電壓轉(zhuǎn)換。

信號取樣電路c與交變輸入端相連接，用于對交變輸入端的信號進(jìn)行取樣，并生成取樣信號。取樣信號與交變輸入端的信號同相，但幅值同比例縮小。

檢測調(diào)制電路e與信號取樣電路c相連接。取樣信號經(jīng)過檢測調(diào)制電路e調(diào)制后，輸出矩形脈沖信號。

mcu控制器h與檢測調(diào)制電路e相連接。

信號隔離電路g串聯(lián)在mcu控制器和檢測調(diào)制電路e之間。信號隔離電路g用于隔離處理矩形脈沖信號，經(jīng)隔離處理的矩形脈沖信號作為輸入信號經(jīng)mcu控制器h的io口進(jìn)行采樣。

第一工作電壓電路d串聯(lián)在功率轉(zhuǎn)換電路b與檢測調(diào)制電路e之間，用于向檢測調(diào)制電路e提供工作電壓。

第二工作電壓電路f串聯(lián)在功率轉(zhuǎn)換電路b與信號隔離電路g之間，用于向信號隔離電路g提供工作電壓。

該功率轉(zhuǎn)換電路b可以為正激功率轉(zhuǎn)換電路，也可以為反激功率轉(zhuǎn)換電路、半橋功率轉(zhuǎn)換電路、全橋功率轉(zhuǎn)換電路或者llc功率轉(zhuǎn)換電路。

該信號取樣電路c可以采用全波整流電路或者半波整流電路。

如圖2所示，該功率轉(zhuǎn)換電路b為反激功率轉(zhuǎn)換電路。

所謂反激功率轉(zhuǎn)換電路，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出。

該功率轉(zhuǎn)換電路b由一個整流電路db1、一個貯能濾波電容ec1、一個具有初次和次級隔離功能的高頻變壓器t1和一個電源管理電路組成。

其中，整流電路db1為四個二極管組成的整流橋。

整流橋的輸入端與交變輸入端相連接，整流橋的輸出端與高頻變壓器t1相連接。

貯能濾波電容ec1并聯(lián)于整流橋與高頻變壓器t1之間。

電源管理電路具有一個電源管理ic。

高頻變壓器t1總共包括四個繞組。

高頻變壓器t1初級側(cè)分別設(shè)有初級主繞組np、初級第一繞組nvcc1和初級第二繞組nvcc2。

高頻變壓器t1次級側(cè)設(shè)有次級主繞組ns。

初級主繞組ns一端接整流橋輸出端正極，另一端與電源管理ic的swd引腳相連接。

初級第一繞組nvcc1一端接地，另一端通過一個第二二極管d2和電阻r5與電源管理ic的swd引腳相連接。

初級第一繞組nvcc1連接于第二二極管d2陽極端，第二二極管陽極端通過分流電阻（r6，r7）與電源管理ic的fb引腳相連接。

電源管理ic的cs引腳通過一個電阻r3接地。

該信號取樣電路c由相串聯(lián)的一個第一二極管d1和兩個限流電阻（r1，r2）組成。

第一二極管d1的陽極端與交變輸入端的l線相連接，第一二極管d1的陰極端通過相串聯(lián)兩個分流電阻（r1，r2）接地。

檢測調(diào)制電路e連接于兩個分流電阻（r1，r2）之間。

該檢測調(diào)制電路e采用的是n溝道m(xù)os管q1。

該檢測調(diào)制電路e還通過一個瞬變二極管zd1接地。

第一工作電壓電路d包括一個第三二極管d3和一個限流電阻r4。

第三二極管d3陽極端與初級第二繞組nvcc2一端連接。

初級第二繞組nvcc2另一端接地。

第三二極管d3陰極端依次經(jīng)過限流電阻r4和信號隔離電路g與檢測調(diào)制電路e相連接。

該信號隔離電路g為光耦合器ph1。

光耦合器ph1具有主動側(cè)和響應(yīng)側(cè)。

光耦合器ph1主動側(cè)分別與第一工作電壓電路d和檢測調(diào)制電路e相連接。

光耦合器ph1響應(yīng)側(cè)分別與第二工作電壓電路f和mcu控制器h相連接。

第二工作電壓電路f通過電阻r8與次級主繞組ns正極相連接。

次級主繞組ns負(fù)極接地。

次級主繞組ns正極與負(fù)極之間還連接有一個貯能濾波電容ec2。

光耦合器ph1響應(yīng)側(cè)通過相串聯(lián)的兩個分流電阻（r9，r10）接地，mcu控制器連接于兩個分流電阻（r9，r10）之間。

如圖3所示，檢測調(diào)制電路e的工作過程為：

當(dāng)交變輸入端的信號由正半周最大值向負(fù)半周最小值變化過程中，在經(jīng)過零點(diǎn)時，矩形脈沖信號由高電平翻轉(zhuǎn)到低電平；

當(dāng)交變輸入端的信號處于負(fù)半周時，取樣信號為0電平，矩形脈沖信號低電平將保持；

當(dāng)交變輸入端的信號由負(fù)半周最小值向正半周最大值變化過程中，在經(jīng)過零點(diǎn)時，矩形脈沖信號由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平；

當(dāng)交變輸入端的信號處于正半周時，取樣信號為0電平，矩形脈沖信號高電平將保持。

mcu控制器h接收到數(shù)據(jù)io口信號由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平后，經(jīng)過一系列邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)指令去驅(qū)動后級執(zhí)行元件工作，此過程周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)對輸入交變信號的監(jiān)測，調(diào)制和控制。

在其他的實(shí)施例中，檢測調(diào)制電路e還可以采用npn型三極管。

實(shí)施例2

圖4顯示的是本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的電源轉(zhuǎn)換模塊。如圖4所示，與實(shí)施例1的不同之處僅在于，該信號隔離電路g為同匝比的驅(qū)動變壓器t2。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和變形應(yīng)用，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對后級電路的控制，這些應(yīng)用也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這里不再用實(shí)施例詳述，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。