一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

孫文運(yùn)

（甘肅省廣播電視局白銀廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)，甘肅白銀，730900）

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民生活水平的不斷提高，開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，隨之，它的一些缺點(diǎn)慢慢也呈現(xiàn)出來(lái)，對(duì)此，我對(duì)開關(guān)電源有改動(dòng)構(gòu)想，使它更加實(shí)用。

通過(guò)平時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)使用開關(guān)電源的過(guò)程中，開關(guān)電源在當(dāng)時(shí)天氣、市電或高或低、市電閃絡(luò)、缺相以及維護(hù)過(guò)程出現(xiàn)操作不當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，開關(guān)電源容易損壞。通過(guò)長(zhǎng)期大量的維修實(shí)踐中，結(jié)合相關(guān)書本中的知識(shí)，將實(shí)踐與理論相結(jié)合的情況下，對(duì)現(xiàn)有的開關(guān)電源進(jìn)行一些改動(dòng)，當(dāng)然，在工作的時(shí)候，詳細(xì)了解了設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，以及開關(guān)電源所扮演的角色，長(zhǎng)期在工作一線對(duì)設(shè)備的觀察，掌握了開關(guān)電源出現(xiàn)的一些狀況，更加堅(jiān)定了我對(duì)開關(guān)電源整體改動(dòng)的想法，閱讀了大量的相關(guān)資料，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂虻淖兓须姷膭?dòng)態(tài)變化以及設(shè)備所處的環(huán)境。對(duì)今后的工作也是一種鼓勵(lì)，保持積極進(jìn)取的心態(tài)，使我充滿信心。

目前，現(xiàn)有的開關(guān)電源在接線側(cè)均為敞口設(shè)置，一般沒(méi)有安全防護(hù)，在使用過(guò)程中存在一定的危險(xiǎn)性。因此有必要設(shè)計(jì)出一種開關(guān)電源，能夠?qū)泳€側(cè)進(jìn)行安全防護(hù)，確保使用安全。

本實(shí)用新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)在于：提供一種開關(guān)電源，能夠?qū)泳€側(cè)進(jìn)行安全防護(hù)，確保使用安全。

1 整體設(shè)計(jì)

本實(shí)用新型開關(guān)電源，包括長(zhǎng)方體形殼體、矩形線路板、防護(hù)蓋板、電源線纜以及設(shè)置于矩形線路板上的開關(guān)電源電路。矩形線路板固定安裝在長(zhǎng)方體形殼體內(nèi)；在長(zhǎng)方體形殼體的前側(cè)設(shè)置有一個(gè)接線窗口，并在接線窗口處橫向固定安裝有一個(gè)條形接線座，且條形接線座局部伸出接線窗口外；在條形接線座上間隔設(shè)置有各個(gè)接線電極板，并在各個(gè)接線電極板上均螺紋旋合安裝有一根接線螺栓；防護(hù)蓋板的兩端均設(shè)置有一個(gè)側(cè)邊條形板，兩個(gè)側(cè)邊條形板的端部分別擺動(dòng)式鉸接安裝在長(zhǎng)方體形殼體左右側(cè)邊的前端；防護(hù)蓋板的截面為L(zhǎng)形，用于在擺動(dòng)后罩蓋在條形接線座上；在長(zhǎng)方體形殼體的后側(cè)面中心處設(shè)置有穿線管，電源線纜的一端貫穿穿線管進(jìn)入長(zhǎng)方體形殼體內(nèi)，電源線纜的另一端電連接設(shè)置有電源插頭。如圖1~圖3所示。

圖1為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)；圖2為本實(shí)用新型的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的防護(hù)蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 開關(guān)電源滑蓋板及電源線

圖2 開關(guān)電源總體輪廓

圖3 開關(guān)電源防護(hù)蓋板式樣

2 新型開關(guān)電源結(jié)構(gòu)要求

第一點(diǎn)，在條形接線座上間隔設(shè)置有各個(gè)絕緣隔板，接線電極板位于各個(gè)絕緣隔板之間。

第二點(diǎn)，在條形接線座上橫向設(shè)置有一個(gè)條形隔板，用于橫向絕緣隔離在接線窗口處。

第三點(diǎn)，矩形線路板通過(guò)絕緣螺栓安裝在長(zhǎng)方體形殼體的中部，并在矩形線路板的中部設(shè)置有風(fēng)扇安裝孔；在長(zhǎng)方體形殼體的上側(cè)面、下側(cè)面、左側(cè)面以及右側(cè)面上均設(shè)置有條形散熱窗；在風(fēng)扇安裝孔上固定安裝有一個(gè)散熱風(fēng)扇；散熱風(fēng)扇的正電源端和負(fù)電源端與對(duì)應(yīng)輸出電壓的穩(wěn)壓電路的正極輸出端和負(fù)極輸出端電連接。

第四點(diǎn)，在長(zhǎng)方體形殼體左右側(cè)邊的前端均設(shè)置有一個(gè)圓形凹槽；在兩個(gè)圓形凹槽的槽邊處均設(shè)置有向后延伸的條形槽；在兩個(gè)側(cè)邊條形板的端部相對(duì)內(nèi)側(cè)均設(shè)置有一個(gè)條形凸塊；兩個(gè)條形凸塊分別嵌入兩個(gè)圓形凹槽中實(shí)現(xiàn)鉸接安裝，且條形凸塊旋轉(zhuǎn)至水平后向后移動(dòng)可分別嵌入兩個(gè)條形槽中。

第五點(diǎn)，在條形槽的上下側(cè)槽邊上均間隔設(shè)置有用于夾持條形凸塊的橡膠防滑凸棱。

第六點(diǎn)，在防護(hù)蓋板上與各個(gè)接線電極板靠近位置處對(duì)應(yīng)設(shè)置有各個(gè)U形接線槽口。

3 新型開關(guān)電源原理及各個(gè)元器件作用闡述

開關(guān)電源電路如圖4所示，包括熔斷器FU、壓敏電阻RV、熱敏電阻RT、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電解電容C5、二極管D1、二極管D2、二極管D3以及二極管D4；熔斷器FU的一端與電源線纜的正極線纜電連接，熔斷器FU的另一端分別與壓敏電阻RV的一端、電容C4的一端、二極管D1的負(fù)極端、電容C3的一端以及二極管D2的正極端電連接；熱敏電阻RT的一端與電源線纜的負(fù)極線纜電連接，熱敏電阻RT的另一端分別與壓敏電阻RV的另一端、電容C1的一端、二極管D4的負(fù)極端、二極管D3的正極端以及電容C2的一端電連接；電解電容C5的正極端分別與電容C3的另一端、二極管D2的負(fù)極端、電容C2的另一端以及二極管D3的負(fù)極端電連接；電解電容C5的負(fù)極端分別與電容C4的另一端、二極管D1的正極端、電容C1的另一端以及二極管D4的正極端電連接；在矩形線路板上還設(shè)置有用于提供不同電壓值的各個(gè)穩(wěn)壓電路；電解電容C5的正極端還與各個(gè)穩(wěn)壓電路的正極輸入端電連接，電解電容C5的負(fù)極端還與各個(gè)穩(wěn)壓電路的負(fù)極輸入端電連接；各個(gè)穩(wěn)壓電路的正極輸出端通過(guò)內(nèi)部線纜分別與各個(gè)正極的接線電極板電連接，各個(gè)穩(wěn)壓電路的負(fù)極輸出端通過(guò)內(nèi)部線纜分別與各個(gè)負(fù)極的接線電極板電連接。

(1)熔斷器(fuse):是指當(dāng)電流超過(guò)一定范圍時(shí)，以它自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，繼而斷開電路的一種電器，應(yīng)用這種原理而形成的電流保護(hù)器。在常用電設(shè)備中，作為短路和過(guò)電流的保護(hù)裝置。

(2)壓敏電阻（VDR）:是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，最主要用在電路承受過(guò)壓時(shí)電壓鉗位，吸收多余的電流成分從而保護(hù)后面的元器件。

(3)熱敏電阻:是敏感元件的一類，根據(jù)溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的明顯特征是對(duì)溫度的變化比較敏感，不同的溫度對(duì)應(yīng)相對(duì)的電阻數(shù)值。熱敏電阻的最主要優(yōu)點(diǎn)：第一，靈敏度相對(duì)高些；第二，溫度工作范圍較寬廣；第三，體積小；第四，方便應(yīng)用，電阻值在一定（0.1-100kΩ）范圍內(nèi)選擇使用。本文使用熱敏電阻器（NTC）。

(4)電容（C1、C2、C3、C4）：在說(shuō)電容在此電路的作用時(shí)，先說(shuō)一下什么叫做浪涌?在電子電路中，浪涌指的是電源剛接通時(shí)，那一瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)電脈沖，對(duì)于電路自身的線性有可能高于電源自身的脈沖；或者來(lái)自于電源又或者電路中其余部分受到自身及外來(lái)脈沖干擾叫做浪涌。電容在電路作用中提到了它具體的作用。

(5)二極管(VD1、VD2、VD3、VD4):整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電整流成單向脈動(dòng)的直流電。由于這種脈動(dòng)中包含著豐富的交流分量，距離理想的直流還相差很遠(yuǎn)，所以需要進(jìn)行濾波處理。

(6)電解電容（C5）：濾波電路的作用是將脈動(dòng)的直流電變成比較平滑的直流電。濾波電路一般由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。在本文中，使用電解電容C5目的是濾除低頻紋波，儲(chǔ)存能量，穩(wěn)定電源。

4 為什么在四個(gè)二極管之間分別并聯(lián)電容？

通常在分析電路中，采用電容電壓與電流作為變量，所以設(shè)法導(dǎo)出電壓與電流的關(guān)系。根據(jù)電流的定義知道：

式（1）表明：電容電壓與電流之間是微分關(guān)系。任何時(shí)刻的電流取決于該時(shí)刻電壓對(duì)時(shí)間的變化率而不是電壓本身。故電容對(duì)直流電流來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于開路。

電容的電壓電流關(guān)系也可以表示成積分形式，即：

從式（2）可知：任一時(shí)刻t的電容電壓取決于從負(fù)無(wú)窮大（-∞）到t所有時(shí)刻的電流值。換句話說(shuō)，電壓與電流的全部有關(guān)系，即電容電壓有記憶電流的作用，電容是一種記憶元件。根據(jù)電感和電容對(duì)交流的阻礙作用的大小，不但跟電感、電容本身（容量越大，容抗越小；交流電頻率越高，容抗也?。┯嘘P(guān)，還跟交流的頻率有關(guān)。這種關(guān)系可以簡(jiǎn)單概括為：電感是“通直流、阻交流”、“通低頻、阻高頻”；而電容則是“通交流、隔直流”、“通高頻、阻低頻”的特性。在實(shí)際電路中，電流總是有界的，故而實(shí)際實(shí)際上電容電壓變化只能是連續(xù)的。

5 電路作用

本實(shí)用新型開關(guān)電源的有益效果在于：利用防護(hù)蓋板能夠?qū)l形接線座上的接線進(jìn)行安全防護(hù)，確保使用過(guò)程中的安全性；利用兩個(gè)側(cè)邊條形板實(shí)現(xiàn)鉸接式安裝，能夠在安裝負(fù)載設(shè)備的電連接線纜時(shí)將防護(hù)蓋板掀起，方便操作接線螺栓進(jìn)行接線按壓；利用熔斷器FU能夠在后級(jí)電路短路或其他原因過(guò)流時(shí)及時(shí)熔斷，起到保護(hù)作用；利用壓敏電阻RV能夠在電路承受過(guò)壓時(shí)進(jìn)行電壓鉗位，吸收多余電流，保護(hù)后級(jí)電路；利用熱敏電阻RT能夠起到電流保險(xiǎn)的作用；利用二極管D1、二極管D2、二極管D3以及二極管D4構(gòu)成整流電路，將交流電轉(zhuǎn)為直流電；利用電容C1、電容C2、電容C3以及電容C4作為浪涌電流的吸收電容，對(duì)來(lái)自電源的串模干擾脈沖、其他強(qiáng)電的瞬變脈沖干擾以及混入電網(wǎng)的高頻脈沖起到吸收作用；利用電解電容C5的充放電特性使得整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓。圖4為本實(shí)用新型的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 開關(guān)電源輸入保護(hù)電路的基本構(gòu)成

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次對(duì)開關(guān)電源的一些改動(dòng)，加深了對(duì)輸入保護(hù)電路的基本構(gòu)成的理解，對(duì)電路中的元器件性能深入熟悉，對(duì)開關(guān)電源外觀整體設(shè)計(jì)的構(gòu)想，更加直觀，對(duì)接線側(cè)進(jìn)行防護(hù)蓋板的處理更加安全，對(duì)“高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、有安全”的理念，更進(jìn)一步，安全也得到了保障。當(dāng)然，在于平時(shí)自己對(duì)設(shè)備運(yùn)行的觀察，記錄設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，有助于故障處理細(xì)節(jié)的完善，結(jié)合實(shí)踐聯(lián)系理論，既是對(duì)理論的補(bǔ)充，也是理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)。相輔相成，缺一不可。