专利名称：应用压电变压器的开关电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种应用压电变压器的开关电 源装置。
背景技术：
开关电源是釆用半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比来调整输 出电压。经过了几十年的发展，目前开关电源大都采用电磁转换的脉冲宽度
调制(PWM， Pulse Width Modulation)、脉沖频率调制(PFM, Pulse Frequency Modulation)和脉沖宽度频率调制(PWM-PFM)三种控制方式，相应的控 制拓朴结构已经很成熟。其中，脉沖频率调制是导通脉冲宽度恒定，通过改 变开关工作频率来改变占空比的方式。上述的电^f兹转换控制方式不可避免地 带来了较强的电磁干扰，同时电磁转换变压器需要的铜材越来越面临较大的 价格压力。
图l是现有技术的开关电源原理框图，其中，输入电网交流电源通过滤 波整流电路等，转化为符合要求的开关电源直流输入电源，开关电路和变压 器，是开关电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制， 之后通过整流滤波，提供负载需要的稳定可靠的直流电源输出，控制电路从 输出端取样，经与基准电压进行比较，然后去控制开关电路，改变其频率或 脉宽，4吏输出稳定。
压电变压器作为一种新型的变压器，是利用极化后的压电体的压电效应 来实现电压输出的。在压电变压器的输入部分用一个正弦波电压信号驱动, 通过逆压电效应使输入部分产生振动，振动波通过输入和输出部分的机械 结构耦合到输出部分，输出部分再通过正压电效应产生电荷，实现压电体的 电能-机械能-电能的机电能量的二次变换，在压电变压器的谐振频率下获得 最高输出电压。与传统的电磁变压器相比，压电变压器体积小，重量轻，无 噪声，无电磁干扰，升压比大，转换效率高，输出波形好，无需磁芯和铜线，可节省有色金属材料；同时压电变压器自身作为一个优良的滤波器，可以将 电源输入级的干扰完全滤除，输出一个标准的正弦波，供后级负载使用。
提供了 一个良好的解决方案,
实用新型内容
本实用新型提供了一种应用压电变压器的开关电源装置，解决了压电变 压器输入级准正弦波的转换、输出采样反馈脉冲频率调制控制的问题，保证 了电源转换的高品质和安全稳定。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种应用压电变压器的开关 电源装置，包括
输入整流滤波电路；
开关电路，与所述输入整流滤波电路连接；
将开关电路输出的信号转换成压电变压器需要的正弦波或者准正弦 波信号的压电变压器输入转换电路，与所述开关电路连接；
压电变压器，与所述压电变压器输入转换电路连接；
整流滤波输出电路，与所述压电变压器连接；
从所述整流滤波输出电路的输出端采样电压信号并经比较、放大后反 馈输入到所述开关电路的电压采样比较放大反馈电路，与所述开关电路和 整流滤波输出电路连接；
从所述整流滤波输出电路的输出端采样电流信号并经比较、放大后反 馈输入到所述开关电路的电流采样比较放大反馈电路，与所述开关电路和 整流滤波输出电路连接。
本实用新型的应用压电变压器的开关电源装置，通过釆用压电变压器输 入转换电路，将开关电路输出的信号转换成正弦波或者准正弦波信号，作为 压电变压器的输入信号，实现压电变压器的正常输入要求，为正常的功率转 换提供了保证；此外，除了采用输出级的电压采样反馈控制，通过调节开关 电路的开关频率，达到在输入电压变化及输出负载变化时对输出电压的稳定
5性进行调节；还釆用输出级的电流采样反馈控制，保证开关电源在完全空载、 短路、过载、过压等极限工作模式下的安全性。
图l是现有技术的开关电源的原理框图2是本实用新型的应用压电变压器的开关电源的原理框图3是本实用新型一实施例的开关电路的电路图4是本实用新型一实施例的压电变压器输入转换电路的电路图5是本实用新型一实施例的电流采样反馈电路和电压采样反馈的电 路图6是本实用新型另 一实施例的电流采样反馈电路的电路图； 图7本实用新型一实施例的应用压电变压器的开关电源的电路图
具体实施方式
本实用新型的主要思想是用压电变压器其取代传统的电磁变压器应用 于开关电源中，如图2所示，为了保证了压电变压器的高效转换，在开关电 路和压电变压器之间连接压电变压器输入转换电路，用于将开关电路的输出 信号转换成压电变压器需要的正弦波或准正弦波信号，同时，除了电压反馈 控制电路，还包括电流反馈控制电路，通过调节开关电路的开关频率，达到 对压电变压器传输功率的有效控制，并且对输出电压的稳定性进行调节和保 证开关电源在完全空载、短路、过载、过压等极限工作模式下的安全性。
以下结合附图及实施例对本实用新型技术方案做进一步的详细描述。
图4是本实用新型压电变压器输入转换电路的一个实施例，包括并联在 压电变压器300输入端的第一电感200，以及串联在压电变压器300输入端 的第二电感201和电容202。通过电容-电感谐振，压电变压器输入转换电路 将开关电路100输出的方波功率信号转换为准正弦波功率信号，作为压电变 压器300的输入信号，满足压电变压器的正常输入要求，将压电变压器300 上的功耗控制在合理的范围内，从而使压电变压器300的温升可以得到较好
6的控制，保证了压电变压器300的高效转换。
如图5所示，500是本实用新型的电流采样反馈电路的一个实施例，600是本实用新型的电压釆样反馈电路的一个实施例。在整流滤波输出电路400的输出端串联电阻501 ，从整流滤波输出电路400的输出端采样电流信号，在电阻501上取得与所述电流信号对应的所需电压信号，将所述电压信号送入集成运算放大器503，经集成运算放大器503和外围附属电路通过比较、放大等处理后，将反馈信号送到开关电路IOO。
如图3所示，开关电路100包括半桥驱动器集成电路芯片IR2153 110和半桥开关电路120，IR2153是VMOS( V型槽金属氧化物半导体场效应管)和IGBT (绝缘栅双极晶体管)栅极驱动器，它将高压半桥栅极驱动电路和一个类似于555时基电路的前端振荡器集成在一个8脚芯片上，是一款功能较强、易于使用的功率驱动IC芯片。半桥驱动器芯片IR2153 IIO输出的驱动信号送入半桥开关电路120的两个MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)121和122，通过控制MOSFET 121和122的开关，将输入直流功率信号转换为可调频的高频方波功率信号。如图3和5所示，光耦合器504输出端A和B分别连接到开关电路100的A和B，通过^l巴光耦合器504输出的反馈信号送到开关电路100，来调节半桥驱动器芯片IR2153 110的定频，半桥驱动器芯片IR2153 110的定频通过与其2、 3、 4管脚相连接的电阻111、112、 113和114以及电容115来实现，电阻lll、 112、 113和114串4关并连接在管脚2和3之间，电容115连接在管脚3和4之间，管脚4接地，电阻111的两端A和B分别与光耦合器504的输出端A和B连接以及光耦合器601的输出端A和B连接。其中半桥驱动器芯片IR2153 110的2、 3、 4管脚分别是振荡器定时电阻输入(Oscillator timing resistor input)、振荡器定时电容输入(Oscillator timing capacitor input)和芯片地(IC power and signalground )。由于反馈信号的电压随整流滤波输出电路400输出端的电流变化，半桥驱动器芯片IR2153的工作频率会相应发生变化，从而改变半桥驱动器芯片IR2153 110的输出信号频率，进而改变MOSFET 121和122的开关频率，控制压电变压器的输入能量，达到对压电变压器传输功率的有效控制。
如图6所示，500'是本实用新型的电流采样反馈电路的另一个实施例，在整流滤波输出电路400的输入端，也即是压电变压器300的输出端，串联电流互感器501'，从整流滤波输出电路400的输入端采样电流信号，通过
电流互感器5or取得与所述电流信号对应的所需电压信号，将所述电压信
号送入集成运算放大器503,经集成运算放大器503和外围附属电路通过比较、放大等处理后，将反馈信号送到开关电路IOO。
如图5和图6所示，在本实用新型的实施例中，进一步地，在整流滤波输出电路400的输出端并联稳压管502，当输出电压高于设定值时，稳压管502被击穿，电阻501或电流互感器501'上的电流和电压信号发生变化，相应变化的反馈信号被送到开关电路100,从而改变半桥驱动器芯片IR2153110的工作频率，最终改变MOSFET 121和122的开关频率。
图7是本实用新型的一个应用压电变压器的开关电源的实施例，包括输入整流滤波电路、自振荡和半桥驱动器集成电路IR2153及其外围电路、半桥开关电路、整流滤波输出电路、电流釆样反馈电路和电压采样反馈电路。当整流滤波输出电路的输出电流大于设定值时，串联在整流滤波输出电路的输出端的电阻501上的电流和电压信号会发生变化；当整流滤波输出电路的输出电压高于设定值时，稳压管502被击穿，串联在整流滤波输出电路的输出端的电阻501上的电流和电压信号也会发生变化，相应变化的反馈信号被送到开关电路IOO，这样就实现了电流采样反馈控制，对输出变化在控制部分进行了相应调整，从而可以有效防止出现输出过压、过流、短路这些非正常工作状态，确保使用的安全。
需要说明的是，以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施例，而不是对本实用新型技术方案的限定，任何熟悉该技术的本领域普通技术人员在本实用新型所提示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种应用压电变压器的开关电源装置，其特征在于，包括输入整流滤波电路；开关电路，与所述输入整流滤波电路连接；将开关电路输出的信号转换成压电变压器需要的正弦波或者准正弦波信号的压电变压器输入转换电路，与所述开关电路连接；压电变压器，与所述压电变压器输入转换电路连接；整流滤波输出电路，与所述压电变压器连接；从所述整流滤波输出电路的输出端采样电压信号并经比较、放大后反馈输入到所述开关电路的电压采样比较放大反馈电路，与所述开关电路和整流滤波输出电路连接；从所述整流滤波输出电路的输出端采样电流信号并经比较、放大后反馈输入到所述开关电路的电流采样比较放大反馈电路，与所述开关电路和整流滤波输出电路连接。
2、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于所述压电变压 器输入转换电路包括第一电感、第二电感和电容，所述第一电感与所述压 电变压器的输入端并联，所述第二电感和电容串联，并与所述压电变压的 输入端串联。
3、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述电流采样 比较反馈放大电路包括从整流滤波输出电路的输出端采样电流信号的电阻，与所述整流滤波 输出电路的输出端串联；把所述电阻上与所述电流信号对应的电压信号与基准电压信号进行比 较以及放大的运算放大器及其外围电路，与所述电阻连接。
4、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述电流采样 比较反馈放大电路包括从整流滤波输出电路的输出端采样电流信号的电流互感器，与所述整流滤波输出电路的输入端串联；把所述电阻上与所述电流信号对应的电压信号与基准电压信号进行比 较以及放大的运算放大器及其外围电路，与所述电流互感器连接。
5、 如权利要求3或4所述的开关电源装置，其特征在于，所述电流 采样比较反馈放大电路还包括限定所述整流滤波输出电路的输出电压的 稳压二极管，与所述整流滤波输出电路的输出端并联。
6、 如权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，所述电流釆样 比较放大反馈电路还包括光耦合器，与所述运算放大器的输出连接。
7、 如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述开关电路 包括半桥驱动电路和半桥开关电路，所述半桥驱动电路与所述输入整流滤 波电路和半桥开关电路连接，所述半桥开关电路与所述压电变压器输入转 换电路连接。
8、 如权利要求7所述的开关电源装置，其特征在于，所述半桥驱动 电路采用一个自振荡半桥驱动器集成电路芯片IR2153。
9、 如权利要求8所述的开关电源装置，其特征在于，所述半桥驱动 电路还包括实现所述自振荡半桥驱动器集成电路芯片IR2153定频的连接 在自振荡半桥驱动器集成电路芯片IR2153的管脚2和管脚3之间的电阻以 及管脚3和管脚4之间的电容。
专利摘要本实用新型涉及一种应用压电变压器的开关电源装置，包括输入整流滤波电路、开关电路、把开关电路的输出信号转换成压电变压器需要的正弦波或准正弦波信号的压电变压器输入转换电路、压电变压器、整流滤波输出电路、电压采样比较放大反馈电路、电流采样比较放大反馈电路。压电变压器输入转换电路连接在开关电路和压电变压器之间，保证了压电变压器的高效转换，除了电压反馈控制电路，还包括调节开关电路开关频率的电流反馈控制电路，达到对压电变压器传输功率的有效控制，并且对输出电压的稳定性进行调节和保证开关电源在完全空载、短路、过载、过压等极限工作模式下的安全性。
文档编号H01L41/107GK201341093SQ20092010491
公开日2009年11月4日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者都金龙, 马生茂 申请人:中国电子为华实业发展有限公司