一種直接濾波式開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】一種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的場(chǎng)合，包括濾波電路200，主功率級(jí)300，以及指示電路，UDC直流輸入經(jīng)指示電路連接濾波電路，濾波電路和主功率級(jí)并聯(lián)，指示電路由發(fā)光單元和電感L并聯(lián)組成，確保UDC通過電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反，當(dāng)電容CL正常時(shí)，開關(guān)管V的激磁電流基本上不出現(xiàn)在電感L中，LED不發(fā)光；電容CL的ESR上升較大時(shí)，V的激磁電流出現(xiàn)在L中，且V關(guān)斷時(shí)，流過L的激磁電流無法突變，經(jīng)過發(fā)光器LED續(xù)流，同時(shí)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，LED可以是光耦的發(fā)光器，這樣來提醒使用者：開關(guān)電源的電解CL的ESR已上升，已存在失效的風(fēng)險(xiǎn)，避免損失的擴(kuò)大，本開關(guān)電源具有低成本、效率不變、實(shí)施容易的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種直接濾波式開關(guān)電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，特別涉及高可靠性的交流或直流變換為直流的開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，開關(guān)電源應(yīng)用很廣，對(duì)于輸入功率在75W以下，對(duì)功率因數(shù)(PF，PowerFactor，也稱功率因素)不作要求的場(chǎng)合，反激式(Fly-back)開關(guān)電源具有迷人的優(yōu)勢(shì):電路拓?fù)浜?jiǎn)單，輸入電壓范圍寬。由于元件少，電路的可靠性相對(duì)就高，所以應(yīng)用很廣。為了方便，很多文獻(xiàn)也稱為反激開關(guān)電源、反激電源，日本和臺(tái)灣地區(qū)又稱返馳式變換器。常見的拓?fù)淙鐖D1所示，該圖原型來自張興柱博士所著的書號(hào)為ISBN978-7-5083-9015-4的《開關(guān)電源功率變換器拓?fù)渑c設(shè)計(jì)》第60頁(yè)，該書在本文中簡(jiǎn)稱為:參考文獻(xiàn)I。由整流橋101、濾波電路200、以及基本反激拓?fù)鋯卧娐?00組成，300也簡(jiǎn)稱為主功率級(jí)，實(shí)用的電路在整流橋前還加有壓敏電阻、NTC熱敏電阻、EMI(Electromagnetic Interference)等保護(hù)電路，以確保反激電源的電磁兼容性達(dá)到使用要求。
[0003]整流橋101—般由四個(gè)整流二極管組成，申請(qǐng)?zhí)?01210056555.9的授權(quán)實(shí)用新型說明書中的圖4-1、圖4-2、圖4-3給出了整流橋的幾種公知畫法;濾波電路200—般由電解CL構(gòu)成，為了EMI性能更出色，一般在電解CL兩端還會(huì)并聯(lián)一個(gè)高頻特性好的高壓小容量電容;主功率級(jí)300包括很多器件，這里只列出功率變壓器B，主功率開關(guān)管V，一般為MOS管，輸出整流二極管D，輸出濾波電容C，反激拓?fù)渲械墓β首儔浩鰾事實(shí)上是儲(chǔ)能電感，主功率級(jí)300其實(shí)還包括很多電路，如用于吸收MOS管反峰電壓的DCR電路，PffM控制電路，光耦反饋電路，甚至有源鉗位電路，其主拓?fù)洳痪窒尴抻诜醇る娐罚梢允请p管反激電路、半橋變換器等。
[0004]隨著直流供電的興起，如太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備普及，高壓直流供電也開始普及，也出現(xiàn)了采用反激電源作為系統(tǒng)的待機(jī)電源等，圖1的基本拓?fù)渲?，去了整流?01，即可實(shí)現(xiàn)直流供電，也有人喜歡直接從整流橋101的前端采用直流供電，這樣效率略低，但可實(shí)現(xiàn)交直流兩用，且不用區(qū)分直流供電時(shí)的正負(fù)極。
[0005]國(guó)內(nèi)很多廠家并沒有認(rèn)真執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一些輸入功率超過75W的應(yīng)用領(lǐng)域，如臺(tái)式電腦的供電電源，功率為150W以上，也是采用類似圖1的拓?fù)?，主功率?jí)300多采用雙管正激，雙管正激為業(yè)界通俗說法，實(shí)際上為半橋變換器;整流橋101中甚至沒有串入功率因數(shù)校正電感，即整流濾波后，給半橋變換器供電。
[0006]整流橋101中串入功率因數(shù)校正電感，仍屬無源濾波式功率因數(shù)校正，不是有源功率因數(shù)校正。我們把整流后濾波的開關(guān)電源，以及整流橋串入功率因數(shù)校正電感，再濾波的開關(guān)電源都定義為:直接濾波式開關(guān)電源。
[0007]濾波電路200—般由電解電容CL構(gòu)成，為了方便，“電解電容”以下都簡(jiǎn)稱為“電解”。隨著工業(yè)領(lǐng)域中智能化系統(tǒng)的推廣，使用電解的開關(guān)電源的不足之處也隨之體現(xiàn)出來，因?yàn)槭褂昧穗娊釩L，而該電解的特性也因此限制了開關(guān)電源的用途，電解電容在高溫和低溫下的壽命一直是業(yè)界難題，眾所周知，電容CL經(jīng)常為400V耐壓的電解電容，而耐壓大于250V的電解電容，其低溫一般只能工作到_25°C。即在-40°C的環(huán)境下，如東北三省、新疆、以及高瑋度的國(guó)家與地區(qū)，開關(guān)電源的使用變得棘手，當(dāng)然，可以使用如CBB薄膜電容來濾波，但體積過大，且成本過高。
[0008]電解電容單位體積的電容量非常大，所以在包括反激電源的開關(guān)電源中，特別是交流輸入的領(lǐng)域，目前仍是低成本的解決方案，在各種電源中應(yīng)用極多，如各種手機(jī)充電器、筆記本電腦適配器、各種彩電的電源、臺(tái)式電腦電源、空調(diào)的待機(jī)電源等，都要用到開關(guān)電源，同時(shí)也使用了電解電容。
[0009]設(shè)計(jì)一臺(tái)開關(guān)電源時(shí)，經(jīng)常面臨電解CL的壽命問題，在實(shí)際使用中，很多開關(guān)電源達(dá)不到使用壽命，其主因就是濾波用的電解提前失效。很多要求較高的場(chǎng)合，采用了冗余設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)開關(guān)電源互為備份，壞了一個(gè)，還可以正常工作。成本較高，且仍然不知道其中開關(guān)電源是什么時(shí)間失效，也不方便準(zhǔn)備備品。
[0010]常見的非冗余設(shè)計(jì)場(chǎng)合，一旦開關(guān)電源失效，將會(huì)引起很多連帶失效，從而使得損失被擴(kuò)大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，合格設(shè)計(jì)的開關(guān)電源發(fā)生失效，97%以上由濾波的電解電容先行失效引起的。
[0011]現(xiàn)有的使用電解電容的開關(guān)電源，尚不能對(duì)電解電容的失效進(jìn)行有效的預(yù)先告知。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]有鑒于此，本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有的使用電解電容濾波的直接濾波式開關(guān)電源存在的不足，提供一種直接濾波式開關(guān)電源，在濾波電解電容完全失效前，提供指示，實(shí)現(xiàn)在開關(guān)電源完全失效前的預(yù)先告知。
[0013]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的直流輸入，包括濾波電路，主功率級(jí)，還包括一個(gè)具有兩個(gè)端子的指示電路，直流輸入經(jīng)指示電路連接濾波電路，濾波電路和主功率級(jí)并聯(lián)，其特征是:指示電路由具有單向?qū)щ娦阅艿陌l(fā)光單元和第一電感并聯(lián)組成，且確保所述的直流輸入通過所述的第一電感的電流方向與所述的發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反。
[0014]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，還包括整流橋，其特征是:濾波電路至少包括一只電解電容；
[0015]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，還包括整流橋，其特征是:第一電感為提高功率因數(shù)的濾波電感；
[0016]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為發(fā)光二極管；
[0017]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)二極管同向串聯(lián)；
[0018]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)二極管、和第一電阻同向串聯(lián)；
[0019]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元包括一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)二極管、第一電阻，還包括第一電容，其連接關(guān)系為:發(fā)光二極管和電阻串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與二極管同向串聯(lián)，并形成發(fā)光單元；
[0020]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案還包括第二電阻，所述的發(fā)光二極管兩端并聯(lián)第二電阻；
[0021]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案所有方案中，還包括第二電容，第二電容與所述的直流電源并聯(lián)。
[0022]優(yōu)選地，一種直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:上述非隔離方案與下文的隔離方案中，所述的發(fā)光二極管為光耦中的發(fā)光器，即光耦中的發(fā)光二極管。
[0023]本實(shí)用新型還提供另外一種直接濾波式開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)了指示電路的隔離功能，所述的指示電路包括第一端子、第二端子、第一變壓器和第一發(fā)光二極管，第一變壓器至少包括一個(gè)原邊繞組和一個(gè)副邊繞組，第一發(fā)光二極管和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第一發(fā)光二極管的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子，且確保所述的直流輸入的電流通過所述的第一端子流入，經(jīng)過原邊繞組后從第二端子流出。
[0024]優(yōu)選地，本實(shí)用新型提供的一種直接濾波式開關(guān)電源，還包括第一二極管，其連接關(guān)系為:第一二極管和第一發(fā)光二極管同向串聯(lián)并形成第一網(wǎng)絡(luò)，第一網(wǎng)絡(luò)和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第一網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0025]優(yōu)選地，本實(shí)用新型提供的一種指直接濾波式開關(guān)電源，還包括第一電阻，其連接關(guān)系為:第一二極管、第一發(fā)光二極管和第一電阻同向串聯(lián)并形成第二網(wǎng)絡(luò)，第二網(wǎng)絡(luò)和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第二網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0026]優(yōu)選地，本實(shí)用新型提供的一種直接濾波式開關(guān)電源，還包括第一電容，其連接關(guān)系為:
[0027]第一發(fā)光二極管和第一電阻串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與第一二極管同向串聯(lián)，并形成第四網(wǎng)絡(luò)，第四網(wǎng)絡(luò)和第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與第四網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，原邊繞組的另一端子作為第二端子。
[0028]工作原理將結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0029]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0030]成本極低，增設(shè)的指示電路損耗低，對(duì)原變換器的效率幾乎沒有影響，接線簡(jiǎn)單、體積小、使用方便;另外，還具有現(xiàn)有技術(shù)沒有的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)電解電容失效前，該指示燈發(fā)光二極管發(fā)光或光耦中的發(fā)光二極管有電流流過，光耦輸出一個(gè)隔離的信號(hào)以提示使用者或電路。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為現(xiàn)有的反激式開關(guān)電源用于交流變直流的原理圖；
[0032]圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的直接濾波式開關(guān)電源的原理圖；
[0033]圖3為第一實(shí)施例中Udc直流輸入對(duì)電解電容產(chǎn)生的充電電流的路徑示意圖；
[0034]圖4為第一實(shí)施例中主功率級(jí)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電壓與激磁電流時(shí)序圖；
[0035]圖5為第一實(shí)施例中電解電容正常時(shí)主功率級(jí)的激磁電流iM的路徑示意圖；
[0036]圖6為圖5主功率級(jí)的激磁電流相關(guān)的等效電路圖；
[0037]圖7為第一實(shí)施例中電解電容ESR上升后，主功率級(jí)的激磁電流相關(guān)的等效電路圖；
[0038]圖8為第一實(shí)施例電解電容ESR上升后，開關(guān)管V截止的瞬間電感L對(duì)外續(xù)流電流的路徑不意圖；
[0039]圖9為第一實(shí)施例的直接濾波式開關(guān)電源的原理圖的另外一種實(shí)施方式，即UDC直流輸入與指示電路互換位置；
[0040]圖10為圖9中指示電路采用LED并聯(lián)電感后的具體電路圖；
[0041]圖11為第二實(shí)施例的直接濾波式開關(guān)電源的原理圖；
[0042]圖12為本實(shí)用新型第三實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0043]圖13為第三實(shí)施例中的指示電路的原理圖的另外一種實(shí)施方式，S卩LED和二極管位置互換；
[0044]圖14為本實(shí)用新型第四實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0045]圖15為本實(shí)用新型第五實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0046]圖16為本實(shí)用新型第五實(shí)施例中的指示電路的原理圖的另外一種實(shí)施方式，即二極管D和第三網(wǎng)絡(luò)位置互換；
[0047]圖17為本實(shí)用新型第六實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0048]圖18為本實(shí)用新型第七實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0049]圖19為本實(shí)用新型第七實(shí)施例中的指示電路的原理圖，即LED和二極管位置互換；
[0050]圖20為本實(shí)用新型第八實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0051 ]圖21為本實(shí)用新型第九實(shí)施例中的指示電路的原理圖；
[0052]圖22為本實(shí)用新型第九實(shí)施例中的指示電路的原理圖的另外一種實(shí)施方式，即二極管D和第三網(wǎng)絡(luò)位置互換。
【具體實(shí)施方式】
[0053]第一實(shí)施例
[0054]圖2示出了本實(shí)用新型第一實(shí)施例的直接濾波式開關(guān)電源的原理圖；一種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的直流輸入，直流輸入以Udc示出，包括濾波電路200，主功率級(jí)300，還包括一個(gè)具有兩個(gè)端子的指示電路，兩個(gè)端子分別為I和2，UDC直流輸入經(jīng)指示電路連接濾波電路200，濾波電路200和主功率級(jí)300并聯(lián)，其特征是:指示電路由發(fā)光單元和第一電感L組成，發(fā)光單元與第一電感L并聯(lián)，且確保Udc直流輸入通過第一電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反，發(fā)光單元具有兩個(gè)端子，具有單向?qū)щ姷男阅?。這里的發(fā)光單元僅為一個(gè)發(fā)光二極管LED，發(fā)光二極管LED具有單向?qū)щ姷男阅堋０l(fā)光二極管LED的陰極連接在第一電感L的電流流入端上，即圖中的指示電路的I端子上，發(fā)光二極管LED的陽(yáng)極連接在第一電感L的電流流出端上，即圖中的指示電路的2端子上，這樣就滿足了:Udc直流輸入通過第一電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反。
[0055]濾波電路200和主功率級(jí)300并聯(lián)，并聯(lián)時(shí)注意不要接反，確保主功率沒有接反，這對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的人來說，是基本技能；
[0056]發(fā)光二極管LED采用Φ3mm紅色高亮的，為了方便，發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為發(fā)光管，型號(hào)為3AR2UD，電感采用15uH的工字型電感，確保充電的低頻脈動(dòng)直流電流，是從第一端子I流入所述的指示電路，從第二端子2流出；同時(shí)確保反激電源的主功率級(jí)的激磁電流不直接經(jīng)過所述的指示電路，這是為了避免把電解電容CL的引線留得過長(zhǎng)而進(jìn)行的防呆提示。
[0057]主功率級(jí)采用廣州金升陽(yáng)科技有限公司的LH25-10B12的主功率級(jí)，濾波用電解電容為47uF/400V，為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)電容，拆下整流橋，主功率級(jí)的工作頻率為65KHz，在300VDC直流的輸入下，滿載最大占空比為0.24。
[0058]當(dāng)?shù)谝粚?shí)施例上電后，實(shí)測(cè)各方面的指標(biāo)，均和之前現(xiàn)有技術(shù)(把電感L短路后，就是現(xiàn)有技術(shù))的相同，特別是變換效率，沒有出現(xiàn)可以觀察到的下降，且發(fā)光管LED不發(fā)光。
[0059]為了驗(yàn)證本實(shí)用新型是可以工作的，實(shí)用新型人采用了首創(chuàng)的方法來測(cè)試第一實(shí)施例:
[0060]由于失效的電解電容難以覓得，在上述的濾波用電解電容中，串入可調(diào)電阻，來模擬性能已經(jīng)下降的電解電容，可調(diào)電阻的阻值在這里的可調(diào)范圍是0-39 Ω，當(dāng)把可調(diào)電阻的阻值調(diào)到5 Ω時(shí)，相當(dāng)于47uF/400V的電解電容的ESR從良品時(shí)的0.5 Ω左右已上升至5.5Ω，電解電容的性能已接近不能使用的邊緣。
[0061 ]此時(shí)，圖2中的發(fā)光管LED發(fā)光，且工作電流的平均值實(shí)測(cè)為0.9mA。通過選取不同感量的電感L，初步調(diào)節(jié)指示的靈敏度，電感L的感量小，靈敏度低；電感L的感量大，靈敏度高。由于發(fā)光管在發(fā)光時(shí)，存在1.6V至2.2V的正向壓降，完全可以在發(fā)光管LED兩端并聯(lián)電阻來調(diào)節(jié)靈敏度，如本例中，若并聯(lián)1.6K的電阻，那么，ImA以下的電流在并聯(lián)的電阻兩端產(chǎn)生的電壓在1.6V以下，這時(shí)發(fā)光管LED不發(fā)光。
[0062]注:白光發(fā)光管的導(dǎo)通壓降為3.0V左右，紅色的與綠色的也不同，而光耦內(nèi)部的發(fā)光器導(dǎo)通壓降為1.1V左右。
[0063]那么，電解電容在性能下降后，發(fā)光管LED能發(fā)光，說明LED的電流是從LED陽(yáng)極流向陰極的，即在圖2中，存在一個(gè)電流從端子2經(jīng)過發(fā)光管LED流向了端子I。
[0064]注:在本申請(qǐng)以前，本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為電解電容的ESR上升至失效邊緣時(shí)，仍有濾波作用，不可能存在這樣流向的電流產(chǎn)生，忽視了主功率開關(guān)管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g電感L中的續(xù)流電流可以在ESR上產(chǎn)生電壓降這一很隱蔽的因素，本實(shí)用新型人利用這一電壓降驅(qū)動(dòng)了 LED發(fā)光管作為指示燈。而本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本申請(qǐng)之前要實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，必須采用復(fù)雜的在線檢測(cè)電路才能實(shí)現(xiàn)，而這樣的技術(shù)方案引入開關(guān)電源后必然導(dǎo)致產(chǎn)品效率下降、體積增大以及成本提高等缺陷。
[0065]上述的這個(gè)電流從什么地方來，下面介紹本申請(qǐng)實(shí)用新型人首次提出的工作原理:
[0066]參見圖2，當(dāng)電解電容CL正常時(shí)，Udc直流輸入的電流通過電感L對(duì)電解電容CL補(bǔ)充電能，Udc直流輸入的充電電流的路徑見圖3，UDC直流輸入正端至指示電路的第一端子，從指示電路的第二端子流出，至濾波用電解電容CL的正極，從電解電容CL的負(fù)極流出，至Udc直流輸入的負(fù)端。
[0067]這個(gè)過程中，充電電流為直流電，電感L對(duì)直流的感抗為零；即使把Udc直流輸入換成整流橋以后的脈動(dòng)直流電，其充電電流的頻率為市電的2倍，為10Hz或120Hz，電感L為15uH，感抗為2JifL，僅為11.3m Ω，發(fā)光管LED處于反偏，不發(fā)光。
[0068]當(dāng)電解電容CL正常時(shí)，如上述的47uF/400V的電解電容，其在65KHz下的ESR為0.5Ω，即開關(guān)管V正常工作時(shí)，主功率級(jí)的激磁電流iM的波形如圖4所示，其中，Ugs為開關(guān)管V的柵極與源極的驅(qū)動(dòng)電壓，激磁電流iM的路徑見圖5中的iM路徑，電解CL的對(duì)主功率級(jí)的放電電流，也是主功率級(jí)的激磁電流iM。
[0069]電解電容CL在65KHz下的容抗為l/(2JifC)，計(jì)算出來為52ι?Ω，遠(yuǎn)小于其ESR，在65ΚΗζ下，ESR起主要作用；電感L在65ΚΗζ下的感抗為6.1 Ω。
[0070]設(shè)Udc直流輸入的內(nèi)阻為零或很低，那么，對(duì)于65ΚΗζ的高頻放電電流來說，從電感L看過去的總阻抗Rall不低于6.1 Ω，實(shí)際上會(huì)比這個(gè)要大，因?yàn)檫@只是估算，復(fù)合阻抗的計(jì)算很復(fù)雜，特別是圖4示出的波形不是正弦波，其基波是正弦波，其諧波頻率都比65ΚΗζ要高，呈現(xiàn)的感抗會(huì)更高，所以這里只是估算。
[0071]其等效電路見圖6所示，主功率級(jí)的激磁電流iM由兩個(gè)地方提供，一個(gè)是電解電容CL對(duì)主功率級(jí)的放電電流i α，另一個(gè)是Udc直流輸入經(jīng)過電感L供給，這時(shí)記作iR，從圖5可以計(jì)算出，icL=12.2iR，且13.2iR=iM，即iR = 0.076iM。
[0072]25W反激電源工作頻率為65KHz，在300VDC輸入下，滿載最大占空比為0.24。那么主功率級(jí)的激磁電流iM如在開關(guān)管V導(dǎo)通時(shí)的平均值約為408mA，峰值約為816mA，那么，電感L也存在一個(gè)激磁電流，峰值為0.075 X 816 = 61.8mA，峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)在圖4的?；?。時(shí)刻，即開關(guān)管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g前夕，由于電感中的電流不能突變，電感L中的這個(gè)61.8mA的電流會(huì)繼續(xù)向前流動(dòng)，電解電容CL的ESR在理想情況下為零，那么，電解電容CL會(huì)吸收這個(gè)電流，電解電容因?yàn)槲樟穗娏?，其端電壓?huì)上升，變化的電壓可以用公式算出:
[0073]由電感和電容的儲(chǔ)能公式，且能從電感完全轉(zhuǎn)移到電容，可知:0.5LI2 = 0.5CV2
[0074]0.5LiR2 = 0.5C(Vi2-V22)
[0075]計(jì)算結(jié)果為:大約變化為0.69uV。可以理解為第二端子2的電壓比第一端子I高
0.69uV，這時(shí)，電解電容CL對(duì)這個(gè)電流起作用的主要是其ESR，即61.8mA電流在ESR上形成的壓降為
[0076]U=IR = 61.8mAX0.5Q =0.0309V
[0077]可以理解為第二端子2的電壓比第一端子I高0.0309V，這是電感對(duì)外續(xù)流特性所決定的，這個(gè)電壓不足以引起發(fā)光二極管LED的正向?qū)?，LED仍不發(fā)光。
[0078]從圖3、圖4、圖5可以看出，若電路板設(shè)計(jì)正確，電解電容CL對(duì)主功率級(jí)的放電電流只有很小一部分經(jīng)過電感L，在進(jìn)行工作原理分析時(shí)，和現(xiàn)有的教材相類似，這種情況下可以理解為，電解電容CL對(duì)主功率級(jí)的放電電流不經(jīng)過電感L，這樣有利于理解工作原理。
[0079]當(dāng)電解電容CL的ESR從良品時(shí)的0.5Ω左右已上升至5.5Ω，即電解電容CL已接近失效邊緣。其等效電路見圖7所示，這時(shí)主功率級(jí)的激磁電流iM由兩個(gè)地方提供，一個(gè)是電解電容CL對(duì)主功率級(jí)的放電電流ia，另一個(gè)是Udc直流輸入經(jīng)過電感L供給，仍記作iR，從圖7可以計(jì)算出，ia = 1.lliRiiR = 0.474iMo
[0080]此時(shí)，電感L也存在一個(gè)激磁電流，峰值為0.474 X 816 = 387mA，峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)在圖4的^或^時(shí)刻，即開關(guān)管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g前夕，由于電感中的電流不能突變，電感L中的這個(gè)387mA的電流會(huì)繼續(xù)向前流動(dòng)，電解電容CL的ESR已上升至5.5 Ω，387mA電流在ESR上形成的壓降為
[0081 ] U=IR = 387mAX5.5Q =2.13V
[0082]可以理解為指示電路的第二端子2的電壓比第一端子I高2.13V，這是電感對(duì)外續(xù)流特性所決定的，這個(gè)電壓足以引起發(fā)光管LED的正向?qū)?，LED發(fā)光，如圖8所示，電感L的續(xù)流電流一部分流過發(fā)光管LED，圖中以續(xù)流路徑2示出，另一部分仍對(duì)電解電容CL充電，圖中以續(xù)流路徑I示出。
[0083]本實(shí)用新型的工作原理不算復(fù)雜，若認(rèn)真看完上述的工作原理分析，不難理解，是利用流過電感的電流不能突變，當(dāng)電解電容的ESR上升時(shí)，電感L中獲得的激磁電流成倍上升，上例中，從61.8mA上升至387mA，是原來的六倍多，這時(shí)，電感L中的激磁電流在ESR上產(chǎn)生的變化的電壓大于發(fā)光管的正向發(fā)光電壓，出現(xiàn)續(xù)流路徑2，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管LED發(fā)光，來提醒使用者:該電解電容CL的ESR已上升至關(guān)注點(diǎn)，直接濾波式開關(guān)電源已接近失效，以便使用者決定下一步的措施。實(shí)測(cè)出來流過發(fā)光管LED電流的平均值實(shí)測(cè)為9.4mA。
[0084]需要說明是的:
[0085]若把Udc直流輸入換成整流橋以后的脈動(dòng)直流電，輸入的交流電接近頂峰時(shí)，整流橋101內(nèi)部?jī)芍欢O管導(dǎo)通，由于整流橋?qū)〞r(shí)間占交流電半個(gè)周期1mS的時(shí)間少，本例中，接入220VAC，整流橋?qū)〞r(shí)間才0.93mS，所以，實(shí)測(cè)出來流過發(fā)光管LED電流的平均值實(shí)測(cè)為0.87mA。使用高亮度的發(fā)光管仍然很醒目。
[0086]此時(shí)，電解電容仍能工作，但由于主功率級(jí)的激磁電流在ESR上存在較大發(fā)熱量，本例中為0.22W，該電解電容已處于高發(fā)熱量下，已在加速衰老中，一般情況下，會(huì)在幾十小時(shí)至幾百小時(shí)中，ESR快速上升，從而導(dǎo)致發(fā)熱更巨大，引起發(fā)熱進(jìn)一步加大，直至失效，容量喪失，從而引起如開關(guān)管炸毀等一系列失效。
[0087]但是使用本實(shí)用新型的電路，在電解電容的ESR上升至某預(yù)設(shè)值時(shí)，本實(shí)用新型的直接濾波式開關(guān)電源提供了一個(gè)醒目的指示燈，或把LED換成光耦中的發(fā)光器，光耦輸出一個(gè)隔離的高電平或低電平，來提醒用戶:該開關(guān)電源中的電解電容快要失效了，進(jìn)行有效的預(yù)先告知，或母系統(tǒng)中的電路采取自動(dòng)更換的措施。
[0088]可見，第一實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0089]Udc直流輸入經(jīng)指示電路連接濾波電路有兩種實(shí)施方式，上述的圖2是一種實(shí)施方式，圖9示出另一種實(shí)施方式，即Udc直流輸入與指示電路互換位置，對(duì)于串聯(lián)電路來說，互換位置時(shí)，若注意其中的具有單向?qū)щ姷钠骷臉O性，電路是等效的。圖10就示出了具體的接入連接關(guān)系，且滿足:指示電路由發(fā)光單元和第一電感組成，發(fā)光單元與第一電感L并聯(lián)，且確保Udc直流輸入通過第一電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反，發(fā)光單元具有兩個(gè)端子，具有單向?qū)щ姷男阅堋D10中的發(fā)光單元較為簡(jiǎn)單，僅為發(fā)光管LED。圖2、圖9、圖10中，功率級(jí)也可以更換為半橋變換電路，或單管正激電路，或全橋電路，實(shí)測(cè)電路都是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0090]第二實(shí)施例
[0091]第二實(shí)施例參見圖11，示出了本實(shí)用新型第二實(shí)施例的直接濾波式開關(guān)電源的原理圖；一種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的Udc直流輸入，包括濾波電路200，主功率級(jí)300，還包括一個(gè)具有兩個(gè)端子的指示電路，兩個(gè)端子分別為I和2，UDC直流輸入經(jīng)指示電路連接濾波電路200，濾波電路200和主功率級(jí)300并聯(lián)，其特征是:指示電路由發(fā)光單元和第一電感L組成，發(fā)光單元與第一電感LED并聯(lián)，且確保Udc直流輸入通過第一電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反，發(fā)光單元具有兩個(gè)端子，具有單向?qū)щ姷男阅?。這里的發(fā)光單元僅為一個(gè)發(fā)光二極管LED，發(fā)光二極管LED具有單向?qū)щ姷男阅?。發(fā)光二極管LED的陰極連接在第一電感L的電流流入端上，即圖中的指示電路的I端子上，發(fā)光二極管LED的陽(yáng)極連接在第一電感L的電流流出端上，即圖中的指示電路的2端子上，這樣就滿足了:Udc直流輸入通過第一電感L的電流方向與發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反。
[0092]濾波電路200和主功率級(jí)300并聯(lián)，并聯(lián)時(shí)注意不要接反，確保主功率沒有接反，這對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的人來說，是基本技能。
[0093]為了適應(yīng)半橋電路的連接方式，濾波電路200由兩只容量相同的較低耐壓的電解電容CL 1、CL2串聯(lián)而成，連接點(diǎn)連接到半橋電路上，圖中沒有畫出與電解電容并聯(lián)的均壓電阻；主功率級(jí)300為半橋變換器電路，C31為改善偏磁性能的耦合電容，變壓器B的另一邊為通用的輸出整流電路。
[0094]當(dāng)功率管Vl導(dǎo)通時(shí)，正常情況下，電解電容CLl的能量通過CLl正極、功率管V1、電容C31，變壓器B的原邊Np，回到電解電容CLl的負(fù)極;若電解電容CL I的ESR升得較高，那么，Udc直流輸入和電解電容CL2串聯(lián)后，仍等效一個(gè)“電源”，這個(gè)等效電源仍和電感L串聯(lián)，參與了激磁，當(dāng)功率管Vl關(guān)斷瞬間前夕，電感L的激磁電流如同上述第一實(shí)施例的工作原理，也不能消失，仍要續(xù)流，由于電解電容CLl的ESR升得較高，部分續(xù)流電流點(diǎn)亮LED，實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0095]當(dāng)功率管Vl導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)功率管V2截止，正常情況下，電解電容CLl的能量通過CLl正極、功率管Vl、電容C31，變壓器B的原邊Np，回到電解電容CL I的負(fù)極，這個(gè)過程中，會(huì)對(duì)C31充電，C31的端電壓會(huì)上升;繼而是功率管V2導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)功率管Vl截止，正常情況下，電解電容CL2的能量通過CL2正極、變壓器B的原邊Np、電容C31、功率管V2，回到電解電容CL2的負(fù)極，這個(gè)過程中，會(huì)對(duì)C31放電，C31的端電壓會(huì)下降；若電解電容CL2的ESR升得較高，那么，Udc直流輸入和電解電容CLl通過電感L串聯(lián)后，仍等效一個(gè)“電源”，這個(gè)等效電源仍和電感L串聯(lián)，參與了激磁，當(dāng)功率管V2關(guān)斷瞬間前夕，電感L的激磁電流如同上述第一實(shí)施例的工作原理，也不能消失，仍要續(xù)流，由于電解電容CL2的ESR升得較高，部分續(xù)流電流點(diǎn)亮LED，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0096]電解電容CLl和CL2的ESR同時(shí)升高，通過簡(jiǎn)單的分析，第二實(shí)施例仍可實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，點(diǎn)亮LED。
[0097]濾波電路200可以由多只電解、混聯(lián)組成，圖2、圖9為單只電容，圖11為兩只電容組成。
[0098]見圖2、圖9、圖11，在上電瞬間，Udc直流輸入很大機(jī)會(huì)是處于高壓狀態(tài)，而不是零伏狀態(tài)，由于電解電容CL的端電壓為零，且端電壓不能突變，而電感L中的電流為零，且電流不能突變。這時(shí)，上電瞬間，Udc直流輸入的瞬時(shí)值會(huì)大部份加到發(fā)光管LED兩端，從而反向擊穿發(fā)光管LED，發(fā)光管LED的耐壓標(biāo)稱值一般只有5V至1V左右，實(shí)測(cè)在35V左右，少數(shù)廠家可以做到170V左右，但仍無法承受Udc直流輸入的峰值，下邊的實(shí)施例就是解決這一問題的，改良了指示電路。為了方便，順延為第三實(shí)施例等，需要注意的是:以下的實(shí)施例都要裝入諸如圖2、圖9、圖11中才能構(gòu)成完整的實(shí)施例，只是為了方便、節(jié)約篇幅，以下僅展現(xiàn)指示電路的實(shí)施例。
[0099]第三實(shí)施例
[0100]請(qǐng)見圖12，圖12為本實(shí)用新型第三實(shí)施例中的指示電路的原理圖，發(fā)光單元為一個(gè)發(fā)光二極管LED和一個(gè)二極管D同向串聯(lián)，指示電路的連接關(guān)系為:第一二極管D和第一發(fā)光二極管LED同向串聯(lián)并形成兩端子網(wǎng)絡(luò)，兩端子網(wǎng)絡(luò)和電感L并聯(lián)，兩端子網(wǎng)絡(luò)的陰極和第一電感的連接點(diǎn)形成第一端子I，兩端子網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極和第一電感的連接點(diǎn)形成第二端子2。
[0101]兩端子網(wǎng)絡(luò):指一個(gè)或由兩個(gè)及以上的元器件互聯(lián)形成的具有兩個(gè)端子的電路結(jié)構(gòu)。
[0102]兩端子網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極、陰極:具有單向?qū)щ娦阅艿膬啥俗泳W(wǎng)絡(luò)，陽(yáng)極電壓比陰極高時(shí)，能產(chǎn)生電流；陰極電壓比陽(yáng)極高時(shí)，不能產(chǎn)生電流。本申請(qǐng)中的第一網(wǎng)絡(luò)、第二網(wǎng)絡(luò)、第四網(wǎng)絡(luò)均具有單向?qū)щ娦阅堋?br>[0103]同向串聯(lián):二個(gè)及以上的兩端子網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，其中至少有兩個(gè)兩端子網(wǎng)絡(luò)具有單向?qū)щ娦阅埽腋鲀啥俗泳W(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后仍具有單向?qū)щ娦阅?。本申?qǐng)中的各兩端子網(wǎng)絡(luò)位置可以排列組合，實(shí)施例和附圖沒有一一列舉，各種排列組合均屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
[0104]本實(shí)施例同向串聯(lián):二極管具有單向?qū)щ娞匦?，指其中一只的陰極和另一只的陽(yáng)級(jí)連接，這樣，串聯(lián)后的兩端子網(wǎng)絡(luò)，仍具有單向?qū)щ娦阅埽皇菍?dǎo)通壓降為原來的兩只之和，這種串聯(lián)，兩個(gè)二極管互換位置，仍具有單向?qū)щ娦阅堋Ｄ蛪簠s是兩只二極管耐壓之和。圖13示出了串聯(lián)的另一種方式，是等效的。
[0105]第一二極管D選用耐壓超過直流電源U的高壓最大值的二極管，考慮正向?qū)ㄊ枪ぷ髟陂_關(guān)電源的高頻下，可選用快恢復(fù)整流二極管，如1N4007，耐壓為1000V;或SF1e^iS為400V。串入以后，上電時(shí)，由第一二極管D的兩端承受高壓，反向擊穿發(fā)光管LED的高壓被分擔(dān)，第一二極管D起到保護(hù)作用。
[0106]當(dāng)開關(guān)電源的功率比較大時(shí)，或Udc直流輸入的工作電壓比較低時(shí)，主功率級(jí)300產(chǎn)生的紋波電流較大，這時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光單元的續(xù)流電流可能過大，而常見發(fā)光管以及光耦中的發(fā)光器的最大承受電流一般都在50mA左右，容易損壞，第四實(shí)施例就是解決這一問題的。
[0107]第四實(shí)施例
[0108]見圖14，在第三實(shí)施例的基礎(chǔ)上，指示電路還包括第一電阻R，發(fā)光單元為發(fā)光二極管LED、二極管D、和電阻R同向串聯(lián);其連接關(guān)系為:第一二極管D、第一發(fā)光二極管LED和第一電阻R同向串聯(lián)并形成新網(wǎng)絡(luò)，新網(wǎng)絡(luò)和第一電感L并聯(lián)。三個(gè)器件串聯(lián)，仍要實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ娞匦裕?lián)的方式按排列組合的方法有6種，這里不一一示出；發(fā)光單元的陰極和電感L的連接點(diǎn)形成第一端子I，發(fā)光單元的陽(yáng)極和電感的連接點(diǎn)形成第二端子2。
[0109]第四實(shí)施例裝入圖2、圖9、圖11中，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。由于存在限流電阻R，當(dāng)300功率比較大時(shí)，或Udc直流輸入的工作電壓比較低時(shí)，主功率級(jí)300的激磁電流較大，這時(shí)，若沒有限流電阻R，常見發(fā)光管以及光親中的發(fā)光器的最大承受電流一般都在50mA左右，容易損壞，第四實(shí)施例中的限流電阻R就是解決這一問題的。
[0110]由于主功率級(jí)300產(chǎn)生的就是高頻紋波，這也就決定了發(fā)光管LED被點(diǎn)亮?xí)r的電流不是直流電，而是高頻電流，容易給只能工作在低頻率的發(fā)光二極管或光耦中的發(fā)光器造成損壞，第五實(shí)施例示出的指示電路的解決方案。
[0111]第五實(shí)施例
[0112]請(qǐng)見圖15，指示電路包括一個(gè)發(fā)光二極管LED、一個(gè)二極管D、第一電阻R、第一電感L，還包括第一電容Cl，指示電路的連接關(guān)系為:發(fā)光二極管LED和電阻R串聯(lián)后第一與電容Cl并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與二極管D同向串聯(lián)，并形成發(fā)光單元;發(fā)光單元和第一電感L并聯(lián)，發(fā)光單元的陰極和電感L的連接點(diǎn)形成第一端子I，發(fā)光單元的陽(yáng)極和電感L的連接點(diǎn)形成第二端子2。
[0113]由上可見第三網(wǎng)絡(luò)為:發(fā)光管LED和電阻R串聯(lián)后與電容C并聯(lián)，由于電容是隔直流，通交流，那么，第三網(wǎng)絡(luò)在直流下，仍有單向?qū)щ姷奶卣?，直流電流能流出的一端為陰極，直流電流能流入或流進(jìn)的一端為陽(yáng)極。這樣，就好理解第三網(wǎng)絡(luò)再與二極管D同向串聯(lián)，即要保證串聯(lián)后仍具有單向?qū)щ娦阅?。發(fā)光單元與電感L并聯(lián)時(shí)要確保所述的直流電源通過所述的第一電感對(duì)外供電的電流方向與所述的發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反。
[0114]第五實(shí)施例共有四種接法，均可實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，圖16示出了另一種第三網(wǎng)絡(luò)再與二極管D同向串聯(lián)的電路;第一發(fā)光二極管LED和第一電阻R串聯(lián)也有兩種方法。這里不
不出。
[0115]第五實(shí)施例的指示電路裝入圖2、圖9、圖11中，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，續(xù)流電流先經(jīng)電容Cl濾波，再經(jīng)過限流電阻R給LED供電，這樣LED獲得平滑的直流電，發(fā)光管LED可以穩(wěn)定地發(fā)光，沒有高頻電流成分，若LED走線較長(zhǎng)時(shí)，走線就不會(huì)引起高頻電流向空間輻射，從而也改善了本實(shí)用新型的輻射騷擾度，降低了 EMI。
[0116]當(dāng)把發(fā)光管LED換成光耦中的發(fā)光器時(shí)，光耦的輸出電流也是穩(wěn)定的信號(hào)，不會(huì)給后續(xù)的電路造成麻煩，當(dāng)光耦的輸出端的集電極接上拉電阻時(shí)，當(dāng)電解電容CL接近不能使用的邊緣時(shí)，光耦的輸出端的集電極可以輸出低電平；當(dāng)光耦的輸出端的發(fā)射極接下拉電阻時(shí)，當(dāng)被測(cè)電容接近不能使用的邊緣時(shí)，光耦的輸出端的發(fā)射極可以輸出高電平;通知后續(xù)的智能電路作出動(dòng)作，如發(fā)出報(bào)警，或自動(dòng)切換到另一路開關(guān)電源，或顯示在屏幕上，還可以根據(jù)光耦的輸出端輸出電流的大小，給出開關(guān)電源失效的時(shí)長(zhǎng)，從而提醒使用者進(jìn)一步優(yōu)先選擇最佳的解決方案。
[0117]或保留發(fā)光管LED，在濾波電容Cl的兩端再并聯(lián)一個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)，第二網(wǎng)絡(luò)由第二電阻和光耦中的發(fā)光器LED2串聯(lián)組成，這樣，既可實(shí)現(xiàn)光提醒，也可實(shí)現(xiàn)高或低電平輸出?？梢姡谌龑?shí)施例、第四實(shí)施例、第五實(shí)施例的發(fā)光單元裝入圖2、圖9、圖11中，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0118]由于一段導(dǎo)線也存在電感量，所以第一電感L為電路板上的一段導(dǎo)線，其它元件通過合理的設(shè)計(jì)與取值，本實(shí)用新型一種直接濾波式開關(guān)電源的上述實(shí)施例也是可以正常工作的，這種方式也屬于本實(shí)用新型也屬于本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)的范圍，當(dāng)然，在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，可以讓這段導(dǎo)線在電路板按電感的方式布線，增加感量，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0119]第一至第五實(shí)施例，若發(fā)光管LED使用光耦的發(fā)光器，那么，指示電路本身借助光耦的電氣隔離功能，可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離功能。若直接使用發(fā)光管LED燈，由于LED燈經(jīng)常裝在面板上，上述的所有用法，LED燈是帶電的，無法和Udc直流輸入隔離，特別是加入整流橋以后，使用交流電輸入時(shí)，使用者存在接觸LED燈的風(fēng)險(xiǎn)，這將產(chǎn)生安規(guī)方面的隱患。
[0120]所以，本實(shí)用新型的以下四個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了使用LED燈的電氣隔離功能。
[0121]第六實(shí)施例
[0122]請(qǐng)見圖17，指示電路實(shí)現(xiàn)了LED燈與交流電的隔離功能，包括第一端子1、第二端子
2、第一變壓器B1、第一發(fā)光二極管LED，第一變壓器BI至少包括一個(gè)原邊繞組和一個(gè)副邊繞組，第一發(fā)光二極管LED和第一變壓器BI的副邊繞組并聯(lián)，且與第一發(fā)光二極管LED的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，圖17中有黑點(diǎn)的那端作為同名端的標(biāo)記，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子I，原邊繞組的另一端子作為第二端子2，且確保所述的直流輸入的電流通過所述的第一端子I流入，經(jīng)過原邊繞組后從第二端子2流出。
[0123]原邊繞組和副邊繞組在各種文獻(xiàn)中，只會(huì)出現(xiàn)在變壓器上，本申請(qǐng)技術(shù)方案中的指示電路只有一只相同功能的變壓器，故沒有限定的情況下，均指第一變壓器BI的繞組。
[0124]第六實(shí)施例的指示電路裝入圖2、圖9、圖11的直接濾波式開關(guān)電源中，第六實(shí)施例是第一實(shí)施例的隔離版本，工作原理略不同。
[0125]其工作原理略復(fù)雜，Udc直流輸入產(chǎn)生的充電電流的路徑和圖3示出的類似，電感L為變壓器的原邊繞組，由于充電電流為低頻電流，變化較緩慢，變壓器BI在使用時(shí)為高頻變壓器，甚至就是電流互感器，其原邊繞組感量較低，原邊繞組以下簡(jiǎn)稱為原邊。充電電流在變壓器BI的原邊上產(chǎn)生的壓降很小，不到幾mV，這個(gè)電壓經(jīng)變壓器B感應(yīng)到副邊繞組后與匝比有關(guān)，若匝比為1:10，則副邊繞組感應(yīng)電壓遠(yuǎn)不到幾十mV，這是因?yàn)椋儔浩鰾在使用時(shí)為高頻變壓器，在低頻段時(shí)，其漏感大，磁芯的初始磁導(dǎo)率也很低，能量傳輸效率極低。且有同名端標(biāo)記的那端為正，那么發(fā)光管LED反偏，不發(fā)光，副邊繞組感應(yīng)電壓太低，發(fā)光管LED也不會(huì)被擊穿。
[0126]主功率級(jí)的激磁電流iM也如圖5所示，電解電容CL對(duì)主功率級(jí)的放電電流只有很小一部分經(jīng)過變壓器B，變壓器B副邊繞組感應(yīng)電壓遠(yuǎn)不到發(fā)光管LED的正向?qū)妷?，發(fā)光管LED不發(fā)光。
[0127]當(dāng)電解電容CL的ESR從良品時(shí)的0.5Ω左右已上升至5.5Ω，即電解電容CL已接近失效邊緣。變壓器BI原邊的電感量仍為4.7uH，那么，同樣的條件下，變壓器B原邊存在一個(gè)激磁電流，峰值為387mA，峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)在圖4的^或t2時(shí)刻，即開關(guān)管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g前夕，由于電感中的電流不能突變，變壓器BI原邊電感中的這個(gè)387mA會(huì)繼續(xù)向前流動(dòng)，電解電容CL的ESR已上升至5.5 Ω，387mA電流在ESR上形成的壓降同上。
[0128]見圖17，第二端子2的電壓同樣比第一端子I高2.13V，那么，同樣，變壓器BI副邊繞組感應(yīng)電壓也是有同名端標(biāo)記的感應(yīng)電壓要低，即發(fā)光管LED的陽(yáng)極電壓比陰極電壓要高，變壓器BI的匝比哪怕低至1:1，發(fā)光管LED因變壓器B副邊繞組感應(yīng)電壓為正向而發(fā)光。形成圖17中點(diǎn)亮LED的電流。
[0129]使用變壓器BI隔離的第六實(shí)施例的工作原理的另一種理解方式:開關(guān)管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟乃查g前夕，由于電感中的電流不能突變，變壓器BI原邊電感中的這個(gè)已達(dá)到峰值的電流會(huì)繼續(xù)向前流動(dòng)，電解電容CL的ESR已上升，已不能良好吸收變壓器B原邊電感的激磁電流，這個(gè)電流是從同名端流向異名端的，變壓器BI這時(shí)作為儲(chǔ)能電感在運(yùn)行，這個(gè)電流中不能被吸收的那部分，會(huì)從副邊繞組中，從繞組的內(nèi)部從同名端流向異名端的，形成圖17中點(diǎn)亮LED的電流，這與反激電源的工作原理相似，這個(gè)電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光管LED發(fā)光。
[0130]第六實(shí)施例，即圖17的指示電路，裝入圖2、圖9、圖11的直接濾波式開關(guān)電源中，直接濾波式開關(guān)電源都是可以正常工作的。
[0131]第六實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了和交流電隔離的同時(shí)，同樣實(shí)現(xiàn)了實(shí)用新型目的。在上電瞬間，Udc直流輸入很大機(jī)會(huì)是處于高壓狀態(tài)，而不是零伏狀態(tài)，由于電解電容CL的端電壓為零，且端電壓不能突變，而變壓器BI原邊電感中的電流為零，且電流不能突變，這時(shí)，上電瞬間，Udc直流輸入的瞬時(shí)值會(huì)大部份加在變壓器B原邊兩端，副邊感應(yīng)電壓反向擊穿發(fā)光管LED，第七實(shí)施例就是解決這一問題的。
[0132]第七實(shí)施例
[0133]請(qǐng)見圖18，在第六實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括第一二極管D，其連接關(guān)系為:第一二極管D和第一發(fā)光二極管LED同向串聯(lián)并形成第一網(wǎng)絡(luò)，第一網(wǎng)絡(luò)和和第一變壓器BI的副邊繞組并聯(lián)，且與陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子I，原邊繞組的另一端子作為第二端子2。
[0134]圖19示出了同向串聯(lián)的另一種方式。
[0135]第七實(shí)施例是第三實(shí)施例的隔離版本，防反向擊穿的工作原理在第三實(shí)施例中有介紹，這里不再講解，第七實(shí)施例的指示電路裝入圖2、圖9、圖11的直接濾波式開關(guān)電源中，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。第七實(shí)施例，即圖18或圖19的指示電路，同樣由于沒有限流電阻，容易損壞發(fā)光管或光耦中的發(fā)光器。第八實(shí)施例就是解決這一問題的。
[0136]第八實(shí)施例
[0137]請(qǐng)見圖20，在第七實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括第一電阻R，其連接關(guān)系為:第一二極管D和第一發(fā)光二極管LED和第一電阻R同向串聯(lián)并形成第二網(wǎng)絡(luò)，第二網(wǎng)絡(luò)和第一變壓器BI的副邊繞組并聯(lián)，且與第二網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子2，原邊繞組的另一端子作為第二端子2。
[0138]第八實(shí)施例是第四實(shí)施例的隔離版本，三個(gè)器件同向串聯(lián)，仍要實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ娞匦?，串?lián)的方式按排列組合的方法有6種，這里不一一示出。按技術(shù)方案中的要求裝入圖2、圖9、圖11的直接濾波式開關(guān)電源中，都是可以正常工作的。
[0139]同第四實(shí)施例最后所述的原因，第九實(shí)施例示出了解決方案。
[0140]第九實(shí)施例
[0141]請(qǐng)見圖21，在第八實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括第一電容Cl，其連接關(guān)系為:
[0142]第一發(fā)光二極管LED和第一電阻R串聯(lián)后與第一電容Cl并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與第一二極管D同向串聯(lián)，并形成第四網(wǎng)絡(luò)，第四網(wǎng)絡(luò)和第一變壓器BI的副邊繞組并聯(lián)，且與第四網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子I，原邊繞組的另一端子作為第二端子2。
[0143]第九實(shí)施例是第五實(shí)施例的隔離版本，濾波的工作原理相同，第九實(shí)施例共有四種接法，均可實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，圖22示出了另一種第三網(wǎng)絡(luò)再與二極管D同向串聯(lián)的電路;第一發(fā)光二極管LED和第一電阻R串聯(lián)也有兩種方法。這里不一一示出。
[0144]第九實(shí)施例裝入圖2、圖9、圖11的直接濾波式開關(guān)電源中，同樣實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。
[0145]第六至第九實(shí)施例，直接使用發(fā)光管LED燈，裝在面板上，LED燈是不帶電的，和輸入的強(qiáng)電實(shí)現(xiàn)了隔離，滿足安規(guī)方面的要求。
[0146]變壓器BI可以是一個(gè)電流互感器，原邊一匝實(shí)測(cè)也是可以工作的，這樣來降低電流互感器的成本。較低成本的方案是，電路板上的一條導(dǎo)線，兩邊開孔，卡上EI或CC型磁芯，磁芯上包括一個(gè)已繞好的副邊繞組，這樣來直接實(shí)現(xiàn)變壓器BI的功能。
[0147]對(duì)于有整流橋的直接濾波式開關(guān)電源，第一實(shí)施例至第九實(shí)施例中，若直流電源兩端并聯(lián)一只高頻電容，那么，整流橋在不導(dǎo)通時(shí)，電感L或開關(guān)電源主功率變壓器在電解電容CL的ESR上升后，都參與激磁，改善了本實(shí)用新型的電路性能。同樣，當(dāng)直流電源為太陽(yáng)能電池是地，由于太陽(yáng)能電池的輸出特征為近似恒流模式，內(nèi)阻較大，也是需要并聯(lián)高頻電容的。
[0148]可見，本實(shí)用新型確實(shí)可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，以較小的元件、成本獲得想要的有益效果。
[0149]以上僅是本實(shí)用新型的優(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(duì)本實(shí)用新型的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，如在第一二極管中也串入電阻，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，這里不再用實(shí)施例贅述，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的直流輸入，包括濾波電路，主功率級(jí)，還包括一個(gè)具有兩個(gè)端子的指示電路，所述的直流輸入經(jīng)所述的指示電路連接所述的濾波電路，所述的濾波電路和所述的主功率級(jí)并聯(lián)，其特征是:所述的指示電路由具有單向?qū)щ娦阅艿陌l(fā)光單元和第一電感并聯(lián)組成，且確保所述的直流輸入通過所述的第一電感的電流方向與所述的發(fā)光單元的導(dǎo)通方向相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，還包括整流橋，其特征是:所述的濾波電路至少包括一只電解電容。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，還包括整流橋，其特征是:所述的第一電感為提高功率因數(shù)的濾波電感。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為發(fā)光二極管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)二極管同向串聯(lián)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元為一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)二極管、和第一電阻同向串聯(lián)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光單元包括一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)二極管、第一電阻和第一電容，其連接關(guān)系為:所述的發(fā)光二極管和所述的電阻串聯(lián)后與所述的第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與所述的二極管同向串聯(lián)。8.—種直接濾波式開關(guān)電源，用于包括脈動(dòng)直流電的直流輸入，包括濾波電路，主功率級(jí)，還包括一個(gè)具有兩個(gè)端子的指示電路，所述的直流輸入經(jīng)所述的指示電路連接所述的濾波電路，所述的濾波電路和所述的主功率級(jí)并聯(lián)，其特征是:所述的指示電路包括第一端子、第二端子、第一變壓器和第一發(fā)光二極管，所述的第一變壓器至少包括一個(gè)原邊繞組和一個(gè)副邊繞組，所述的第一發(fā)光二極管和所述的第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與所述的第一發(fā)光二極管的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，所述的原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，所述的原邊繞組的另一端子作為第二端子，且確保所述的直流輸入的電流通過所述的第一端子流入，經(jīng)過原邊繞組后從第二端子流出。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:還包括第一二極管，其連接關(guān)系為:所述的第一二極管和所述的第一發(fā)光二極管同向串聯(lián)并形成第一網(wǎng)絡(luò)，所述的第一網(wǎng)絡(luò)和所述的第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與所述的第一網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，所述的原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，所述的原邊繞組的另一端子作為第二端子。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:還包括第一電阻，其連接關(guān)系為:所述的第一二極管、所述的第一發(fā)光二極管和所述的第一電阻同向串聯(lián)并形成第二網(wǎng)絡(luò)，所述的第二網(wǎng)絡(luò)和所述的第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與所述的第二網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，所述的原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，所述的原邊繞組的另一端子作為第二端子。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:還包括第一電容，其連接關(guān)系為:所述的第一發(fā)光二極管和所述的第一電阻串聯(lián)后與所述的第一電容并聯(lián)，并聯(lián)后形成的第三網(wǎng)絡(luò)再與所述的第一二極管同向串聯(lián)，并形成第四網(wǎng)絡(luò)，所述的第四網(wǎng)絡(luò)和所述的第一變壓器的副邊繞組并聯(lián)，且與所述的第四網(wǎng)絡(luò)的陰極相連的副邊繞組端子作為同名端，所述的原邊繞組對(duì)應(yīng)的同名端作為第一端子，所述的原邊繞組的另一端子作為第二端子。12.根據(jù)權(quán)利要求4至11任一項(xiàng)所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:還包括第二電阻，所述的發(fā)光二極管兩端并聯(lián)所述的第二電阻。13.根據(jù)權(quán)利要求4至11任一項(xiàng)所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:還包括第二電容，所述的第二電容與所述的直流電源并聯(lián)。14.根據(jù)權(quán)利要求4至11任一項(xiàng)所述的直接濾波式開關(guān)電源，其特征是:所述的發(fā)光二極管為光親中的發(fā)光器。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK205491305SQ201620058753
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】王保均
【申請(qǐng)人】廣州金升陽(yáng)科技有限公司