电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源

摘要

本发明公开一种电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源，包括有低频整流滤波电路、开关调整管变压器及尖峰回收电路、高频整流滤波电路、双温度点监控选通电路、可切换的两种反馈电压取样电路、PWM集成开关控制电路、短路及过载保护电路，以上电路依次连接，同时，双温度点监控选通电路中的超低温门限监控器的控制信号接PWM集成开关控制电路，短路及过载保护电路的输出控制信号接PWM集成开关控制电路，PWM集成开关控制电路的驱动信号接开关调整管变压器及尖峰回收电路,这样可实现多种电压供电模式，能有效实现正常制冷、保温制冷和超低温停机（防止冷水结冰）三种工作状态，确保负载安全，确保兼用在高电压12V和低电压5V工作时均能快速保护。

权利要求

1.电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源，包括有低频整流滤波电路、开关调整管变压器及尖峰回收电路、高频整流滤波电路、双温度点监控选通电路、可切换的两种反馈电压取样电路、PWM集成开关控制电路、短路及过载保护电路，以上电路依次连接，同时，双温度点监控选通电路中的2℃超低温门限监控器的控制信号接PWM集成开关控制电路，短路及过载保护电路的输出控制信号接PWM集成开关控制电路，PWM集成开关控制电路的驱动信号接开关调整管变压器及尖峰回收电路；

在PWM集成开关控制电路中的电压反相输入端外设置了可切换的两种反馈电压取样电路，可切换的两种反馈电压取样电路由电阻R15、电阻R16、电阻R17和三极管T3组成，电阻R15的一端接开关电源的输出，另一端接电压反相输入端并和电阻R16、电阻R17串联成分压电阻网络，三极管T3并接在电阻R17上，发射极接地，三极管T3可由光敏元件代替；

双温度点监控选通电路由5℃低温门限监控器和2℃超低温门限监控器两个正反馈迟滞比较器电路构成；

5℃低温门限监控器由比较器AR2和电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33和热敏电阻NTC组成，电阻R31和电阻R32串联，电阻R31另一端接地，电阻R32另一端接V-out，电阻R31和电阻R32的中间节点经电阻R30接比较器AR2的反相输入端；

热敏电阻NTC和电阻R33串联，热敏电阻NTC另一端接V-out，电阻R33另一端接地，NTC和电阻R33的中间节点经电阻R29接比较器AR2的正相输入端，电阻R28作比较器AR2的正反馈电阻，比较器AR2的输出端接上拉电阻R22同时经电阻R18接反馈电压取样电路T3的基极；

2℃超低温门限监控器由比较器AR1和电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R33和热敏电阻NTC组成，电阻R24和电阻R25串联，电阻R24另一端接地，电阻R25另一端接V-out，电阻R24和电阻R25的中间节点接比较器AR1的正相输入端；热敏电阻NTC和电阻R33串联，热敏电阻NTC另一端接V-out，电阻R33另一端接地，热敏电阻NTC和电阻R33的中间节点经电阻R27接比较器AR1的反相输入端，电阻R26作比较器AR1的正反馈电阻，比较器AR1的输出端经二极管D8、电阻R7后接入PWM集成开关控制电路的电流取样反馈输入端。

2.根据权利要求1所述的电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源，其特征在于：在PWM集成电路U2内部误差放大器的输出补偿端和电流取样反馈输入端之间接入短路及过载保护电路，短路及过载保护电路包括电阻R2、电阻R8、电阻R11、电阻R12、驱动管T2和电容CD1，电阻R2和电阻R8串联，电阻R2另一端接地，电阻R8另一端接输出补偿端，电阻R2和电阻R8的中间节点接稳压基准集成T1的参考端，稳压基准集成T1的正极接地，负极经电阻R12接驱动管T2的基极，稳压基准集成T1负极同时经电阻R11接PWM集成开关控制电路的Vref端，驱动管T2的发射极接Vref端，驱动管T2的集电极经电阻R7接入电流取样反馈输入端，电容CD1并联在电阻R2上。

说明书

电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源

技术领域：

[0001] 本发明涉及开关电源技术领域，特指一种电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源。背景技术：

[0002] 电子制冷型饮水机、冰吧酒柜的负载含有半导体制冷片和散热风扇(DC12V)，此类产品的电源基本要求是：高温环境下提供高电压（例如DC12V实现强制冷），低温环境下提供低电压（例如DC5V实现弱制冷）。目前传统的此类产品的电源都以双管推挽式开关电源为基础改良而成，反激式开关电源并没有在此领域中得到应用。

[0003] 在双管推挽式开关电源(例如由TL494构成)，元件太多，成本贵，对称性元件要求严格，质量难保证；其次为了实现饮水机的产品的要求，此类电源的传统保温方法采用单点温控外加环境温度补偿的电路，但此方法会造成在寒冷地区使用时供电电压过低(2V左右)，极易损坏散热风扇，而且无法解决冷水结冰堵塞出水口的问题；同时在低电压工作期间(电流大压降小)典型的短路或过载保护电路极不灵敏，难起保护。发明内容：

[0004] 本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种电路保护可靠、防止冷水结冰、提供多种电压供电模式的电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源。

[0005] 现以电子制冷型饮水机电源的设计为例分析如何使用反激式开关电源新的发明方案制造出符合产品要求的电源：

[0006] 典型反激式开关电源的电路见图1：市电经低频整流滤波后，经由Rc启动PWM集成电路IC1，IC1内部稳压产生电压基准Vref，起振电路工作，由PWM控制输出脉冲推动开关管，变压器的反馈电压经整流滤波后向IC1提供正常工作所需的电压源。二次电压经过高频整流滤波后输出负载的供电电源。由IC2和IC3等元件组成的反馈电路控制IC1的补偿端从而达到稳压的过程。过载和短路保护是通过在开关管的源极串一个电阻Rs，把电流信号送到电流取样端来实现保护.当电源过载时，IC1的保护动作使占空比减小，输出电压降低，IC1的供电电压VCC也跟着降低，当低到IC1不能工作时，整个电路关闭，然后靠Rc开始下一次启动过程.典型的过载保护电路经常因保护电路电流反馈不足（特别是低电压输出时，电流大而压降小）而造成的故障。

[0007] 可见典型反激式开关电源的电路在一个单副边绕组下没法实现多种电压的输出，同时没有保温所需的温度点监控电路和完善的过载保护电路。

[0008] 本发明完全使用新的设计思路实现单副边绕组的多种电压输出、具有保温且防冰堵反激式开关电源的制造。本发明通过以下的技术方案来实现：

[0009] 电子制冷型饮水机、冰吧酒柜专用的反激式开关电源，包括有低频整流滤波电路、开关调整管变压器及尖峰回收电路、高频整流滤波电路、双温度点监控选通电路、可切换的两种反馈电压取样电路、PWM集成开关控制电路、短路及过载保护电路。以上电路依次连接，同时，双温度点监控选通电路中的超低温门限监控器的控制信号接PWM集成开关控制电路，短路及过载保护电路的输出控制信号接PWM集成开关控制电路，PWM集成开关控制电路的驱动信号接开关调整管变压器及尖峰回收电路。

[0010] 在PWM集成开关控制电路中的电压反相输入端外设置了可切换的两种反馈电压取样电路，可切换的两种反馈电压取样电路由电阻R15、电阻R16、电阻R17和三极管T3组成，R15的一端接开关电源的输出，另一端接电压反相输入端并和R16、R17串联成分压电阻网络。三极管T3并接在R17上，发射极接地。三极管T3可由光敏元件代替。

[0011] 双温度点监控选通电路由低温门限监控器和超低温门限监控器等两个正反馈迟滞比较器电路构成。

[0012] 低温门限监控器由比较器AR2和电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33和热敏电阻NTC组成，R31和R32串联，R31另一端接地，R32另一端接V-out，R31和R32的中间节点经R30接AR2的反相输入端；NTC和R33串联，NTC另一端接V-out，R33另一端接地，NTC和R33的中间节点经R29接AR2的正相输入端，R28作AR2的正反馈电阻，AR2的输出端接上拉电阻R22同时经电阻R18接反馈电压取样电路T3的控制端(基极)。

[0013] 超低温门限监控器由比较器AR1和电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R33和热敏电阻NTC组成，R24和R25串联，R24另一端接地，R25另一端接V-out，R24和R25的中间节点接AR1的正相输入端；NTC和R33串联，NTC另一端接V-out，R33另一端接地，NTC和R33的中间节点经R27接AR1的反相输入端，R26作AR1的正反馈电阻，AR1的输出端经二极管D8、电阻R7后接入PWM集成开关控制电路的电流取样反馈输入端。

[0014] 在PWM集成电路U2内部误差放大器的输出补偿端和电流取样反馈输入端之间接入短路及过载保护电路，短路及过载保护电路包括电阻R2、电阻R8、电阻R11、电阻R12、驱动管T2和电容CD1，R2和R8串联，R2另一端接地，R8另一端接输出补偿端，R2和R8的中间节点接稳压基准集成T1的参考端，T1的正极接地，负极经R12接驱动管T2的基极，T1负极同时经R11接PWM集成开关控制电路的Vref端，T2的发射极接Vref端，T2的集电极经R7接入电流取样反馈输入端，CD1并联在R2上。

[0015] 本发明电源的关键电路单元的技术详细描述如下：

[0016] （一）、通过可切换的两种反馈电压取样电路来实现单副边绕组能输出多种电压的电路。

[0017] 原理见图4：在PWM集成开关控制电路U1的内部有误差放大器，其内部同相输入端接上内部基偏置电压2.5V，本设计巧妙的利用其电压反相输入端2脚在外设置了可切换的电阻分压网络，切换的电阻分压网络由电阻R15、电阻R16、电阻R17和三极管T3组成，电阻R15的一端接开关电源的输出，另一端接电压反相输入端2脚并和R16、R17串联成分压电阻网络。

[0018] 当输出电压变高致使2脚电压Va升高时，经过电压放大后1脚电压下降，导致U1的6脚输出的脉冲宽度变窄，开关管T5导通时间变短，变压器B1的副边二次电压变低。反之，当输出电压变低时，控制过程以此过程相反，从而使输出电压稳定。

[0019] 本设计通过三极管T3的导通和截止来切换的电阻分压网络，电阻参数的设计可通过如下分析来计算

[0020] 由于基准电压是2.5V，所以：

[0021] ⑴当要求输出电压V-out=12V时，应满足12xR16≈2.5x(R15+R16)[0022] ⑵当要求输出电压V-out=5V时，应满足:R15≈R16+R17

[0023] 故计算可得：R15≈3.8xR16；R17≈2.8xR16

[0024] 合理设计电阻的阻值参数（R15≈3.8xR16，R17≈2.8xR16）可以使：

[0025] ⑴当Vc=高电平时，T3导通，电阻分压网络由R15和R16组成，电源输出V-out=12V.

[0026] ⑵当Vc=低电平时，T3截止，电阻分压网络由R15、R16和R17组成，电源输出V-out=5V。

[0027] （二）、通过双温度点监控选通电路实现低温下保温和超低温下防冰堵的饮水机的要求。

[0028] 原理如图5：比较器AR1和AR2构成两个不同温控点的正反馈迟滞比较器电路，迟滞比较器电路和电容CP5一同起到减小在门限值附近造成输出的抖动（起伏）的作用，正反馈也有利于加快响应速度。这里的低温门限监控器即为5℃门限监控器，超低温门限监控器即为2℃门限监控器。

[0029] 5℃（低温）门限监控器由比较器AR2和电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33和NTC组成，NTC为安装在冷水灌上的负温度系数的热敏电阻传感器，其中R31=R33、R32=RNTC5(热敏电阻在5℃时对应的阻值)，R31和R32的分压参考点经R30接反相输入端“-”，NTC和R33的分压点经R29接正相输入端“+”。饮水机刚开机使用时，水温较高，NTC的阻值较小，此时AR2的正相输入端“+”的点位大于反相输入端“-”的点位，AR2的输出为高点位，T3导通，开关电源输出电压为12V，饮水机处于强制冷状态。当水罐的水温下降至5℃时，随着NTC阻值的增大AR2的正相输入端“+”的点位小于反相输入端“-”的点位，AR2的输出Vc为低点位，T3截止，开关电源输出电压为5V，饮水机处于保温状态。

[0030] 2℃（超低温）门限监控器由比较器AR1和电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R33和NTC组成，其工作原理和上述的AR1比较器类似，R24=R33、R25=RNTC2(热敏电阻在2℃时对应的阻值)。水温一旦达到2℃左右时，AR1的输出Vd为高点位，Vd通过D8、R7拉高U1的3脚点位Vb大于1V，从而使PWM没有驱动脉冲输出，开关管T5关断，U1停止工作，开关电源输出为0V，饮水机的负载（半导体制冷片和直流散热风扇）停止工作，经过一段时间或补水令水温升高后，AR1的输出Vd才为低点位，饮水机回到保温或强制冷状态。

[0031] 正由于2℃门限监控器的超低温控制作用，才使得在寒冷地区使用时不会出现水罐结冰堵塞故障。使用两个温度点门限监控同时也解决了传统推挽式电源过低电压（2V）的输出致使散热风扇损坏故障。

[0032] （三）、外加新的快速高灵敏度的短路及过载保护电路

[0033] 原理如图6：R2和R8组成电压分压取样电路，当短路过载发生时PWM集成开关控制电路U1的输出补偿1脚电压V1迅速拉抬至5V以上，当分压电阻R2上的取样电压大于2.5V。稳压基准集成T1(TL431)和驱动管T2导通，从而U1的电流取样输入端3脚电压Vb将被强制拉抬升至1V以上，继而使U1内部的电流检测比较器输出高电平，封锁PWM驱动脉冲输出，开关管T5关断，反馈绕组无法提供工作电压使U1停止工作，停止工作后U1的1脚电压V1电位消失，U1重新由启动电阻R1加电起振启动，周而复始，直到短路过载现象消失后电路才自动恢复正常工作状态。

[0034] 电子制冷的冰吧酒柜电源的设计可通过改变相适应温度的控制点（变换R25、R32的阻值）而实现。

[0035] 采用本技术方案后，本发明的有益效果是：

[0036] 1.反激式开关电源仅有一个副边绕组，通过切换电压反馈的电阻网络影响反馈取样电压来实现多种电压供电模式(DC12V、DC5V和停电)。

[0037] 2.双温控电路的控制能有效实现正常制冷、保温制冷和超低温停机（防止冷水结冰）三种工作状态，确保固定的负载安全使用不受损坏。

[0038] 3.外加高适应性快速短路过载保护单元，确保兼用在高电压12V和低电压5V工作时均能快速保护。附图说明：

[0039] 图1为典型的反激式开关电源的原理图；

[0040] 图2为本发明实施电路框架图；

[0041] 图3为本发明电路的原理全图；

[0042] 图4为本发明通过切换电阻分压网络来实现单副边绕组能输出多种电压的电路图；

[0043] 图5为本发明双温度点监控选通电路的原理图；

[0044] 图6为本发明快速短路保护电路。具体实施方式：

[0045] 下面结合附图对本技术作进一步说明。

[0046] 图2为实施电路系统框图，本发明电源电路由以下部分组成：

[0047] 1、低频整流滤波电路；2、开关调整管变压器及尖峰回收电路；3、高频整流滤波电路；4、双温度点监控选通电路；5、可切换的反馈电压取样电路；6、PWM集成开关控制电路；7、短路及过载保护电路；8、NTC和状态指示灯；9、负载（直流风扇和半导体制冷片）。

[0048] 本发明电源的详细原理图见图3：

[0049] 1、电源经二极管D1～D4整流后由电解电容器EC1滤波得到较高的直流电压。

[0050] 2、直流高压经启动电阻R1后进入PWM集成开关控制电路U1的电源入口VCC脚，PWM集成开关控制电路U1经内部稳压提供5V的基准电压Vref，电阻R14和电容CD3组成振荡电路，PWM集成开关控制电路的6脚输出脉冲推动开关管T5。

[0051] 3、开关管T5和变压器B1组成反激式换能电路，尖峰回收电路由电阻R6、电容CD2和快速二极管D7组成，反馈绕组经二极管D6整流、电阻R10由电解电容器EC2、电容CP3滤波、稳压二极管ZD1限压后向U1提供正常的工作电压。

[0052] 4、变压器副边绕组输出的二次电压经整流管T6整流和电解电容EC3、电感L1和电解电容EC4高频滤波后输出稳定的负载电压，供负载直流风扇和半导体制冷片工作使用。

[0053] 5、负温度系数的热敏电阻NTC和电阻R33串联，其分电压分别向两个迟滞比较器AR1和AR2的输入端提供比较信号。AR2及电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33和NTC构成5℃冷水温度监控电路。当NTC感应的温度大于5℃时，AR2输出高电平，高电压一路使三极管T3导通，控制电压反馈取样电路变由电阻R15、电阻R16组成，使电源输出DC12V；另一路径电阻R21使LED1（制冷指示灯）亮。当温度小于5℃时，AR2输出低电平，三极管T3截止，控制反馈取样电路变由电阻R15、电阻R16、电阻R17组成，使电源输出DC5V，同时由于三极管T4截止，V-out经电阻R20使保温指示灯LED2亮。

[0054] AR1和电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R33和热敏电阻NTC组成2℃温度监控电路，当NTC低到2℃时，AR1输出的高电平经二极管D8、电阻R7后强制使U1的电流取样输入端3脚电压Vb被拉台到1V以上，使U1无脉冲输出，开关管T5关断，整机电源输出为0V，直到NTC的阻值回复2℃以上时，电源V-out方有输出。

[0055] 6、通过T3的导通或截止切换成两种不同的电压反馈网络电路，从而实现DC12V或DC5V的输出模式。

[0056] 7、基准集成T1和驱动管T2组成高灵敏的短路过载保护电路。

[0057] 上述的发明开关电源，具有性能优良，功能全面、成本低廉、体积小特色，是电子制冷型饮水机专用的节能、安全好电源。

[0058] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。