[实用新型]一种AC-DC开关电源转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种离线式开关电源，具体地说是一种离线式AC-DC开关电源转换器。

背景技术

随着集成电子电路及高速功率器件的不断发展，开关电源逐渐向小型化、模块化发展。小型化和模块化的发展趋势使得开关电源在工业控制、电力、仪器仪表等领域得到了广泛的应用，此种微功率电源的功率范围一般在3W以内，同时对电源的体积，成本及安规方面要求较高。其中安规标准以美国UL颁布的UL60950最具权威，世界上其它国家的有关安规设计的国家标准大多参考UL60950标准而制定。根据UL60950的标准要求，安规绝缘类型包括：基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘、加强绝缘（具体要求见UL 60950中的2.10节内容）。对于离线式的AC/DC变换器，其初级侧和次级侧的电气隔离需满足加强绝缘的要求。为了达到此目的，初级侧和次级侧元器件焊盘的空间距离和爬电距离都需满足UL60950的标准要求。所谓爬电距离就是指两导体之间最短的沿面距离，即沿著绝缘物表面的距离；而空间距离是指两导体之间最短的空间距离。在安规上，爬电距离要求的大小取决于变换器初级侧和次级侧任意两点之间最大电压的有效值大小，而空间距离要求的大小取决于变换器初级侧和次级侧任意两点之间电压的最大值的大小，由于爬电距离会大于或等于空间距离要求，在PCB不能开槽的情况下，电源转换器的整体体积将会被爬电距离的要求所限制。为了满足UL60950安规要求，只能将PCB的长度加长，最终导致PCB成本增加，不利于微功率电源的低成本和小型化。

图1为现有的AC/DC开关电源的连接框图，主要由以下几部分组成：输入整流滤波电路、启动电路、主功率转换电路、辅助电源电路、反馈电路、驱动控制和保护电路以及输出整流滤波电路。所述输入整流滤波电路输出正极与主功率转换电路输入端相连，所述主功率转换电路的输出端与所述输出整流滤波电路相连，所述启动电路接于所述输入整流滤波电路与所述驱动控制和保护电路之间，所述辅助电源电路和反馈电路均接于所述主功率转换电路与驱动控制和保护电路之间，所述驱动控制电路的输出端与主功率转换电路的控制端相连，交流输入电源的相线连接到输入整流滤波电路的输入端，交流输入电源的零线、输入整流滤波电路的输出负端和输出整流滤波电路的参考地端相连接。

行业中，输入整流滤波电路一般使用全波整流方式，如图2所示为图1框图的具体电路，整流滤波电路中全波整流需由四个整流二极管D1~D4构成桥式结构进行整流，但四个二极管的成本较高，且占用PCB空间，不利于微功率电源的低成本和小型化。

滤波部分包括一个滤波电容C1。

启动电路包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，三个电阻依次串联。

主功率转换电路包括变压器T1。

辅助电源电路包括二极管D5和电容C2，二极管D5的阳极接变压器T1的辅助绕组，二极管D5阴极与电容C2正极相连接。

驱动控制和保护电路包括控制芯片U1、电阻R6和电阻R7，电阻R6和电阻R7并联后一端接入控制芯片U1的CS端口，一端接到交流输入电源的零线N，控制芯片U1集成了控制主功率转换电路电压变换频率的主功率管和PWM控制电路，其可以选用型号为SF5922的控制芯片或其他型号具有类同功能的现有控制芯片，控制芯片与变压器T1连接构成常用的直流单管反激变换电路。

反馈电路包括电阻R4和电阻R5，电阻R4和电阻R5相串联。

输出整流滤波电路包括整流二极管D6和滤波电容C3。

图3为输入整流电路使用半波整流方式的原理图，其他可采用图2的电路。使用半波整流方式的优点是，只需要一个整流二极管D7，元器件成本低，占用空间小，但缺点也很明显。缺点是使变换器初级侧和次级侧任意两点的工作电压有效值增加，根据UL60950标准要求，初级侧和次级侧元器件焊盘的爬电距离要求也增加，在PCB不能开槽情况下，PCB长度需增加，不利于微功率电源的低成本和小型化。

以输出3W的离线式反激变换器为例，输入电压范围为100Vac~240Vac，输出为24V/0.125A，变换器采用图3示出的电路形式，其中输入整流电路使用半波整流方式，经测试得到了下述表一中变换器初级侧和次级侧各点之间实际工作电压值的测试数据。

表一图3所示变压器两侧各点之间工作电压值

根据UL_60950中2.10节内容，由以上表一数据得出：

Input（交流输入电压）:85~264Vac

Pollution Degree 2（变换器工作时的环境为污染等级为2的环境）