[发明专利]超宽电压输入范围AC/DC‑DC自适应仪用开关电源

说明书

技术领域

本发明属于仪表电源领域，为一种超宽电压输入范围AC/DC-DC自适应仪用开关电源。

背景技术

国际著名仪表公司生产的自动化仪表的电源系统可以自动适应85~265V交流和18~100V直流电源供电，即将这些仪表的电源接头插在直流电源上或者交流电源上，均能够正常工作。这给用户带来了极大的方便，也大大减少了自动化仪表因接插电源不当而造成的损坏。但是，国产的自动化仪表均无这项功能。所以，在工业现场应用时，就要根据现场提供的是24V直流电源还是220V交流电源这两种情况，来配置不同的电源模块。若将适用于24V直流电源的自动化仪表接到220V交流电源上时，仪表就会损坏；若将适用于220V交流电源的自动化仪表接到24V直流电源上去时，仪表就不工作。此外，有些工业现场提供的直流电压和交流电压变化范围较大，不同国家的电压等级也不同，对于不同的电压等级，就需要不同的电源适配器，这限制了自动化仪表的使用范围。

国外研制的宽范围输入电压的开关电源主要有两种电路拓扑结构：采用一级电路拓扑（专利1：Charles K.Carlin.Universal input voltage power supply. US Patent No.US 5126652, Jun 30, 1992）和采用两级电路拓扑。在两级电路拓扑中，其切换方法分为使用继电器切换（专利2：Cecil C.Dishman,Randhir S.Mrlik. Power supply that adjusts a transformer turns ratio to operate efficiently at high and low line input. US Patent No.US 8159198B2, Apr17, 2012）和自动切换（专利3：Archemede Affaticati,Giuseppe Riboli.Wide voltage range stabilized switching power supply for valve actuators. US Patent No.US 20060050459A1, Mar 9, 2006）。

专利1采用一级电路拓扑结构，所述的电源模块的每个部分都是通过模拟器件来实现的，而模拟器件抗干扰性能差，漂移较大。电阻和电感数值的分散性较大，从而造成电源转换精度较差。此外，过多的器件增加了功率损耗，降低了转换效率。并且如果需要改变输出电压的话就必须要改变电感和电阻值，这样操作起来比较麻烦。最重要的是，该电源的输出端没有与输入端进行电气隔离，当输入电压为交流电时，在测试中可能对整个系统造成损坏。

专利2采用两级电路拓扑结构，使用继电器进行切换，其缺点是，如果输入电压工作在电路切换点附近就会引起继电器绕组频繁切换。由于继电器有效切换次数的缘故，就会造成继电器过早失效，同时，继电器的引入会使电源的体积增加。专利3采用自动切换方式，但是，只是简单说明了两级电路拓扑，而没有介绍两级电路拓扑的驱动方式；并且第一级升压变换电路需要将最低21.6VDC输入电压升压到120VDC，升压变比太大，容易引起电路不稳定。对于工业现场提供的24V直流电源来说，可能的电压范围为18~36V，此时该电源模块就不能正常工作了；当输入电压高于设定切换点电压，而不需要第一级升压变换电路工作时，专利3中也没有说明切换方式。专利3只是提到了辅助供电电路，但是，没有详细介绍辅助供电的原理。一般的开关电源的辅助供电电路只是在电路上电瞬间供电，当电路工作正常以后就将该辅助供电电路切换掉，而专利3对这方面没有说明。国际知名开关电源公司，如美国VICOR(怀格)和日本COSEL(科索)和LAMBDA，产品中均没有如此宽范围电压输入的电源产品。

国内对于宽范围输入电压的开关电源的研究有使用继电器切换两级电路的(陈丹江，张伟，肖质红等.一种超宽输入范围的开关电源的设计. 电气自动化，2011,33(3):65-67)，还有控制方法及电路拓扑等均没有披露的广州金升阳科技有限公司的电力仪表专用超宽输入电压范围的开关电源模块。该开关电源的型号为LO10-24B13K，其电压输入范围是30～280VAC/30～400VDC，输出电压为13V，输出电流0.5A。从其手册提供的输入电压与效率关系曲线以及输入电压与负载关系曲线看到，当其输入电压低于100VDC时，电源效率低于75%，随着输入电压的降低，效率也在下降。如果要求该电源提供满负载的话，输入电压必须大于50VAC，而当输入电压为30VAC时，只能提供40%的功率。