一種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路的制作方法
【專利摘要】一種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，包括交流電源AC、由四個(gè)二極管組成的整流m橋、電路保護(hù)模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負(fù)載，所述的電路保護(hù)模塊由電壓降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間并聯(lián)儲能電容C1，電源正常工作時(shí)，電源電壓通過電壓降低模塊降壓后對儲能電容C1充電，電壓提升模塊不工作；電源故障時(shí)，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負(fù)載繼續(xù)提供能量，實(shí)現(xiàn)掉電保持功能。本發(fā)明通過利用電容在一定交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大的工作電流，通過合理設(shè)計(jì)保護(hù)電路模塊，可以降低儲能電容的耐壓值及簡化布板空間，并延長電源故障時(shí)負(fù)載的正常工作時(shí)間。
【專利說明】一種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及直流穩(wěn)壓電源電路，尤其是一種具有電路保 護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 電源的穩(wěn)定性是保證電子產(chǎn)品正常工作的基本條件。為了保持電源的穩(wěn)定性，目 前通常采用大容量的電容作為儲能元件，配合防反二極管防止電容能量反灌，以及電容前 級限流電路防止上電瞬間電流沖擊破壞電路。
[0003] 隨著電子行業(yè)對小型化產(chǎn)品的發(fā)展要求，對電源又提出了新的要求：小型化、寬電 壓范圍、高功率密度，這些要求大大限制了電容的選擇。因此出現(xiàn)了利用電壓提升電路來實(shí) 現(xiàn)充分抽取電容儲存的能量，達(dá)到更長的保持時(shí)間的目的。在現(xiàn)有技術(shù)中，常用升壓拓?fù)鋪?實(shí)現(xiàn)電源穩(wěn)定性的保持，在儲能電容相同的情況下，該方案相對于簡單依靠電容儲能的保 持電路方案，在保持時(shí)間上有明顯的優(yōu)勢。但是，升壓拓?fù)潆娐繁Ｗo(hù)方案保持電路儲能電 容必須考慮電容耐壓值的要求，較高的耐壓值及有限的布板空間成為選擇大容量電容的瓶 頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有升壓拓?fù)浔Ｗo(hù)電路的不足，提供一種可采用較低耐壓值 電容、延長負(fù)載在發(fā)生故障時(shí)正常工作時(shí)間的具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，包括交流電源AC、由四個(gè)二極管組 成的整流橋、電路保護(hù)模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負(fù)載，所述的電路保護(hù)模塊由電壓 降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間并聯(lián)儲 能電容C1，電源正常工作時(shí)，電源電壓通過電壓降低模塊降壓后對儲能電容C1充電，電壓 提升模塊不工作；電源故障時(shí)，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負(fù)載繼續(xù)提供能量，實(shí) 現(xiàn)掉電保持功能。
[0007] 而且，所述的電壓降低模塊由兩部分構(gòu)成，一部分是由三極管Q1和穩(wěn)壓二極管U1 組成穩(wěn)壓模塊，另一部分是由三極管Q2和負(fù)載R1組成限流模塊，在三極管Q1的基極與地 之間連接二極管U1，三級管Q1的發(fā)射極與負(fù)載R1連接，在三極管Q1與R1的節(jié)點(diǎn)處連接三 極管Q2的基極，三級管Q2的集電極連接在三極管Q1與穩(wěn)壓二極管U1之間，三級管Q2的 發(fā)射極連接在負(fù)載R1的輸出端。
[0008] 而且，所述的電壓提升模塊由電感L1、開關(guān)K及二極管D7組成，電感L1與二極管 D7串聯(lián)，在電感L1與二極管D7的節(jié)點(diǎn)與地之間連接開關(guān)K。
[0009] 而且，在整流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極管D6。
[0010] 而且，所述的濾波電容C2并聯(lián)在負(fù)載的兩端，該電容C2為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)電容 的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。 toon] 本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0012] 1、本發(fā)明通過電壓降低模塊將輸入電壓降低后為電容充電，降低了電容的耐壓 值，簡化了布板空間。
[0013] 2、本發(fā)明在電源故障時(shí)，通過電壓提升模塊對儲能電容C1進(jìn)行升壓后向負(fù)載供 電，以維持負(fù)載的正常工作，并延長電源故障時(shí)負(fù)載的正常工作時(shí)間。
[0014] 3、本發(fā)明通過利用電容在一定交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大的工作電 流，通過合理設(shè)計(jì)保護(hù)電路模塊，可以降低儲能電容的耐壓值及簡化布板空間，并延長電源 故障時(shí)負(fù)載的正常工作時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1電源電路的示意圖。
[0016] 圖2為圖1的具體電路連接關(guān)系不意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明專利實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的實(shí)施 例是說明性的，而不是限定性的，不能以本實(shí)施例作為對本發(fā)明專利的限定。
[0019] 實(shí)施例1 :
[0020] -種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，包括交流電源AC、由四個(gè)二極管組 成的整流橋1、電路保護(hù)模塊2、儲能電容C5、濾波電容C2及負(fù)載，其中電路保護(hù)模塊由電 壓降低模塊3、儲能電容C1和電壓提升模塊4組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊之間 并聯(lián)儲能電容C1。首先，交流電信號AC通過由Dl、D2、D3和D4組成的整流橋轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?信號Vdc。當(dāng)Vdc大于零時(shí)，一方面，Vdc通過電容C5進(jìn)行儲能；另一方面，Vdc通過電路保 護(hù)模塊的電壓降低模塊對輸入的直流電壓Vdc降壓，利用降壓后的直流電壓對儲能電容C1 充電，當(dāng)檢測到輸入的直流電壓有問題時(shí)，電壓降低模塊不工作，電壓提升模塊開始工作， 通過電壓提升模塊對儲能電容C1進(jìn)行升壓后向負(fù)載供電，以維持負(fù)載的正常工作。電容C2 是濾波電容，并聯(lián)在負(fù)載兩端，用于對電壓的平滑，電容C2可以為一個(gè)電容，也可以為多個(gè) 電容的串聯(lián)或并聯(lián)。
[0021] 而且，在整流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極管D6,利用降壓后的直流 電壓對儲能電容進(jìn)行充電，此外，還可以對降壓后的直流電壓進(jìn)行限流處理。
[0022] 所述的電壓降低模塊由兩部分構(gòu)成，一部分是由三極管Q1和穩(wěn)壓二極管U1組成 穩(wěn)壓模塊，另一部分是由三極管Q2和負(fù)載R1組成限流模塊，在三極管Q1的基極與地之間 連接二極管U1，三級管Q1的發(fā)射極與負(fù)載R1連接，在三極管Q1與R1的節(jié)點(diǎn)處連接三極管 Q2的基極，三級管Q2的集電極連接在三極管Q1與穩(wěn)壓二極管U1之間，三級管Q2的發(fā)射極 連接在負(fù)載R1的輸出端。其中穩(wěn)壓模塊的工作原理是：穩(wěn)壓二級管U1為三極管Q1提供基 準(zhǔn)電壓，使Q1的基級電位不變，當(dāng)輸入的直流電壓Vdc變大時(shí)，穩(wěn)壓模塊輸出電壓變大，Q1 的發(fā)射極電壓Ue大，Q1的基級和發(fā)射極之間的電壓Ube變小，基級電流lb變小，發(fā)射極電 流Ie變小，使得穩(wěn)壓模塊輸出電壓變小，起到了穩(wěn)壓的作用；限流模塊的工作原理是：當(dāng)輸 出端的電流小于取樣電阻的額定電流時(shí)，取樣電阻R1兩端的電壓小于Q2的b和e兩級的 閾值電壓，使得Q2截止，不影響穩(wěn)壓模塊的正常工作，輸出端的電流大于R1的額定電流，或 者負(fù)載短路時(shí)，使R1兩端的電壓增加而大于Q2的閾值電壓，使Q2導(dǎo)通，Q2的集電極電流 對基極電流進(jìn)行分流，使負(fù)載R1上電流受到限制，從而起到限流保護(hù)電路的作用。
[0023] 所述的電壓提升模塊由電感L1、開關(guān)K及二極管D7組成，其工作原理是：當(dāng)開關(guān) 閉合，電容C2充電，輸入電壓通過電感，二極管D7防止電容對地放電，隨著電感電流的增 力口，電感中儲存了一些能量；當(dāng)開關(guān)斷開，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會 馬上變?yōu)椹?而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)椹?電感開始給電容充電，電容兩端的電壓 升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓，完成升壓。
[0024] 如圖2所示，交流信號AC經(jīng)過整流處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘朧dc，經(jīng)過二極管D6,進(jìn) 入由三極管Q1和穩(wěn)壓管U1組成的穩(wěn)壓模塊，然后通過Q2和R1組成的限流模塊，通過電容 C1進(jìn)行充電，然后進(jìn)入到電感L、開關(guān)和二極管D7組成的升壓電路，最后到達(dá)負(fù)載。
[0025] 本電源電路的工作原理是：
[0026] 電源正常工作時(shí)，電壓通過D6及降壓電路處理后對儲能電容C1進(jìn)行充電，正常工 作時(shí)升壓電路并不工作。電源故障時(shí)，升壓電路開始工作，C1儲存的能量為負(fù)載繼續(xù)提供 能量，實(shí)現(xiàn)掉電保持功能。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 另一種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路如圖3所示，市電經(jīng)過電容C1降 壓后輸入到二極管D2,二極管D2完成半波整流，將輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?，電容C2對整 流后的直流濾波，濾除整流輸出的脈動(dòng)成分，通過穩(wěn)壓二級管D3輸出穩(wěn)定的直流電壓給負(fù) 載。電容C1通過二極管D1進(jìn)行充放電，當(dāng)輸出的直流電壓較低，輸出的電壓全都加在電容 C1上，通過D2的半波整流得到有效值的一半，當(dāng)負(fù)載需要的電流不超過額定電流時(shí)，電路 正常工作。C1決定了電路中的最大電流，起到了限流的作用；當(dāng)負(fù)載一定的情況下，C1也就 決定了負(fù)載上可以得到的電壓，起到降壓的作用。
[0029] 所述的電容C1必須采用無極性電容，而不能采用電解電容，而且電容的耐壓須在 400V以上，最理想的電容為鐵殼油浸電容。
[0030] 而且，電容降壓不能用于大功率條件，電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。同樣，電容 降壓不適合容性和感性負(fù)載。當(dāng)需要直流工作時(shí)，盡量采用橋式整流。
[0031] 在本發(fā)明的具體實(shí)施中，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓 電容器的容量。為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。泄放電阻R1的 選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，包括交流電源AC、由四個(gè)二極管組成 的整流橋、電路保護(hù)模塊、儲能電容C5、濾波電容C2及負(fù)載，其特征在于：所述的電路保護(hù) 模塊由電壓降低模塊、儲能電容C1和電壓提升模塊組成，在電壓降低模塊和電壓提升模塊 之間并聯(lián)儲能電容C1，電源正常工作時(shí)，電源電壓通過電壓降低模塊降壓后對儲能電容C1 充電，電壓提升模塊不工作；電源故障時(shí)，電壓提升模塊工作，C1儲存的能量為負(fù)載繼續(xù)提 供能量，實(shí)現(xiàn)掉電保持功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，其特征在于：所述 的電壓降低模塊由兩部分構(gòu)成，一部分是由三極管Q1和穩(wěn)壓二極管U1組成穩(wěn)壓模塊，另一 部分是由三極管Q2和負(fù)載R1組成限流模塊，在三極管Q1的基極與地之間連接二極管U1， 三級管Q1的發(fā)射極與負(fù)載R1連接，在三極管Q1與R1的節(jié)點(diǎn)處連接三極管Q2的基極，三 級管Q2的集電極連接在三極管Q1與穩(wěn)壓二極管U1之間，三級管Q2的發(fā)射極連接在負(fù)載 R1的輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，其特征在于：所述 的電壓提升模塊由電感L1、開關(guān)K及二極管D7組成，電感L1與二極管D7串聯(lián)，在電感L1 與二極管D7的節(jié)點(diǎn)與地之間連接開關(guān)K。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，其特征在于：在整 流橋的輸出端與電壓降低模塊之間連接二極管D6。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電路保護(hù)模塊的直流穩(wěn)壓電源電路，其特征在于：所述 的濾波電容C2并聯(lián)在負(fù)載的兩端，該電容C2為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)電容的連接方式為串聯(lián)或 并聯(lián)。
【文檔編號】H02M1/34GK104218827SQ201410422711
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】蘇朝陽, 吳勁松, 劉鐵, 楊東, 岳強(qiáng), 肖建成, 劉彥婧 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司