[发明专利]交流到直流开关电源转换器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

图1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1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100~130V或者200~240V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1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85V~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50V~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50~420V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。

1、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10uF，和第1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。

发明内容

本发明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。