一种新型开关电源的设计

孙文运

（甘肃省广播电视局白银广播转播台，甘肃白银，730900）

0 引言

随着现代科技的飞速发展，我国经济的快速增长和人民生活水平的不断提高，开关电源的广泛应用，随之，它的一些缺点慢慢也呈现出来，对此，我对开关电源有改动构想，使它更加实用。

通过平时观察设备运转使用开关电源的过程中，开关电源在当时天气、市电或高或低、市电闪络、缺相以及维护过程出现操作不当的环境下，开关电源容易损坏。通过长期大量的维修实践中，结合相关书本中的知识，将实践与理论相结合的情况下，对现有的开关电源进行一些改动，当然，在工作的时候，详细了解了设备运行中出现的故障现象，以及开关电源所扮演的角色，长期在工作一线对设备的观察，掌握了开关电源出现的一些状况，更加坚定了我对开关电源整体改动的想法，阅读了大量的相关资料，结合当地天气气候的变化，市电的动态变化以及设备所处的环境。对今后的工作也是一种鼓励，保持积极进取的心态，使我充满信心。

目前，现有的开关电源在接线侧均为敞口设置，一般没有安全防护，在使用过程中存在一定的危险性。因此有必要设计出一种开关电源，能够对接线侧进行安全防护，确保使用安全。

本实用新型开关电源的设计在于：提供一种开关电源，能够对接线侧进行安全防护，确保使用安全。

1 整体设计

本实用新型开关电源，包括长方体形壳体、矩形线路板、防护盖板、电源线缆以及设置于矩形线路板上的开关电源电路。矩形线路板固定安装在长方体形壳体内；在长方体形壳体的前侧设置有一个接线窗口，并在接线窗口处横向固定安装有一个条形接线座，且条形接线座局部伸出接线窗口外；在条形接线座上间隔设置有各个接线电极板，并在各个接线电极板上均螺纹旋合安装有一根接线螺栓；防护盖板的两端均设置有一个侧边条形板，两个侧边条形板的端部分别摆动式铰接安装在长方体形壳体左右侧边的前端；防护盖板的截面为L形，用于在摆动后罩盖在条形接线座上；在长方体形壳体的后侧面中心处设置有穿线管，电源线缆的一端贯穿穿线管进入长方体形壳体内，电源线缆的另一端电连接设置有电源插头。如图1~图3所示。

图1为本实用新型的俯视结构；图2为本实用新型的剖视结构示意图；图3为本实用新型的防护盖板结构示意图。

图1 开关电源滑盖板及电源线

图2 开关电源总体轮廓

图3 开关电源防护盖板式样

2 新型开关电源结构要求

第一点，在条形接线座上间隔设置有各个绝缘隔板，接线电极板位于各个绝缘隔板之间。

第二点，在条形接线座上横向设置有一个条形隔板，用于横向绝缘隔离在接线窗口处。

第三点，矩形线路板通过绝缘螺栓安装在长方体形壳体的中部，并在矩形线路板的中部设置有风扇安装孔；在长方体形壳体的上侧面、下侧面、左侧面以及右侧面上均设置有条形散热窗；在风扇安装孔上固定安装有一个散热风扇；散热风扇的正电源端和负电源端与对应输出电压的稳压电路的正极输出端和负极输出端电连接。

第四点，在长方体形壳体左右侧边的前端均设置有一个圆形凹槽；在两个圆形凹槽的槽边处均设置有向后延伸的条形槽；在两个侧边条形板的端部相对内侧均设置有一个条形凸块；两个条形凸块分别嵌入两个圆形凹槽中实现铰接安装，且条形凸块旋转至水平后向后移动可分别嵌入两个条形槽中。

第五点，在条形槽的上下侧槽边上均间隔设置有用于夹持条形凸块的橡胶防滑凸棱。

第六点，在防护盖板上与各个接线电极板靠近位置处对应设置有各个U形接线槽口。

3 新型开关电源原理及各个元器件作用阐述

开关电源电路如图4所示，包括熔断器FU、压敏电阻RV、热敏电阻RT、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电解电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4；熔断器FU的一端与电源线缆的正极线缆电连接，熔断器FU的另一端分别与压敏电阻RV的一端、电容C4的一端、二极管D1的负极端、电容C3的一端以及二极管D2的正极端电连接；热敏电阻RT的一端与电源线缆的负极线缆电连接，热敏电阻RT的另一端分别与压敏电阻RV的另一端、电容C1的一端、二极管D4的负极端、二极管D3的正极端以及电容C2的一端电连接；电解电容C5的正极端分别与电容C3的另一端、二极管D2的负极端、电容C2的另一端以及二极管D3的负极端电连接；电解电容C5的负极端分别与电容C4的另一端、二极管D1的正极端、电容C1的另一端以及二极管D4的正极端电连接；在矩形线路板上还设置有用于提供不同电压值的各个稳压电路；电解电容C5的正极端还与各个稳压电路的正极输入端电连接，电解电容C5的负极端还与各个稳压电路的负极输入端电连接；各个稳压电路的正极输出端通过内部线缆分别与各个正极的接线电极板电连接，各个稳压电路的负极输出端通过内部线缆分别与各个负极的接线电极板电连接。

(1)熔断器(fuse):是指当电流超过一定范围时，以它自身产生的热量使熔体熔断，继而断开电路的一种电器，应用这种原理而形成的电流保护器。在常用电设备中，作为短路和过电流的保护装置。

(2)压敏电阻（VDR）:是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，最主要用在电路承受过压时电压钳位，吸收多余的电流成分从而保护后面的元器件。

(3)热敏电阻:是敏感元件的一类，根据温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的明显特征是对温度的变化比较敏感，不同的温度对应相对的电阻数值。热敏电阻的最主要优点：第一，灵敏度相对高些；第二，温度工作范围较宽广；第三，体积小；第四，方便应用，电阻值在一定（0.1-100kΩ）范围内选择使用。本文使用热敏电阻器（NTC）。

(4)电容（C1、C2、C3、C4）：在说电容在此电路的作用时，先说一下什么叫做浪涌?在电子电路中，浪涌指的是电源刚接通时，那一瞬间产生的强电脉冲，对于电路自身的线性有可能高于电源自身的脉冲；或者来自于电源又或者电路中其余部分受到自身及外来脉冲干扰叫做浪涌。电容在电路作用中提到了它具体的作用。

(5)二极管(VD1、VD2、VD3、VD4):整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电整流成单向脉动的直流电。由于这种脉动中包含着丰富的交流分量，距离理想的直流还相差很远，所以需要进行滤波处理。

(6)电解电容（C5）：滤波电路的作用是将脉动的直流电变成比较平滑的直流电。滤波电路一般由电容、电感等储能元件组成。在本文中，使用电解电容C5目的是滤除低频纹波，储存能量，稳定电源。

4 为什么在四个二极管之间分别并联电容？

通常在分析电路中，采用电容电压与电流作为变量，所以设法导出电压与电流的关系。根据电流的定义知道：

式（1）表明：电容电压与电流之间是微分关系。任何时刻的电流取决于该时刻电压对时间的变化率而不是电压本身。故电容对直流电流来说，相当于开路。

电容的电压电流关系也可以表示成积分形式，即：

从式（2）可知：任一时刻t的电容电压取决于从负无穷大（-∞）到t所有时刻的电流值。换句话说，电压与电流的全部有关系，即电容电压有记忆电流的作用，电容是一种记忆元件。根据电感和电容对交流的阻碍作用的大小，不但跟电感、电容本身（容量越大，容抗越小；交流电频率越高，容抗也小）有关，还跟交流的频率有关。这种关系可以简单概括为：电感是“通直流、阻交流”、“通低频、阻高频”；而电容则是“通交流、隔直流”、“通高频、阻低频”的特性。在实际电路中，电流总是有界的，故而实际实际上电容电压变化只能是连续的。

5 电路作用

本实用新型开关电源的有益效果在于：利用防护盖板能够对条形接线座上的接线进行安全防护，确保使用过程中的安全性；利用两个侧边条形板实现铰接式安装，能够在安装负载设备的电连接线缆时将防护盖板掀起，方便操作接线螺栓进行接线按压；利用熔断器FU能够在后级电路短路或其他原因过流时及时熔断，起到保护作用；利用压敏电阻RV能够在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余电流，保护后级电路；利用热敏电阻RT能够起到电流保险的作用；利用二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4构成整流电路，将交流电转为直流电；利用电容C1、电容C2、电容C3以及电容C4作为浪涌电流的吸收电容，对来自电源的串模干扰脉冲、其他强电的瞬变脉冲干扰以及混入电网的高频脉冲起到吸收作用；利用电解电容C5的充放电特性使得整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。图4为本实用新型的开关电源电路结构示意图。

图4 开关电源输入保护电路的基本构成

6 结语

通过这次对开关电源的一些改动，加深了对输入保护电路的基本构成的理解，对电路中的元器件性能深入熟悉，对开关电源外观整体设计的构想，更加直观，对接线侧进行防护盖板的处理更加安全，对“高质量、既经济、有安全”的理念，更进一步，安全也得到了保障。当然，在于平时自己对设备运行的观察，记录设备运行的状态，及时发现的问题，有助于故障处理细节的完善，结合实践联系理论，既是对理论的补充，也是理论对实践的指导。相辅相成，缺一不可。