[发明专利]开关电源输入电压范围拓展电路及其设计方法

权利要求书

1.一种开关电源输入电压范围拓展电路，其特征在于：包括接在直流电压输入电路(1)与开关电源芯片(4)之间的第一电压扩展电路(2)，所述直流电压输入电路(1)为交直流转换电路或直流电压源，所述开关电源芯片(4)上带有过压及欠压保护端，第一电压扩展电路(2)的正极电压输出端与开关电源芯片(4)的过压及欠压保护端相接，第一电压扩展电路(2)的负极电压输出端与开关电源芯片(4)的接地端相接。

2.按照权利要求1所述的开关电源输入电压范围拓展电路，其特征在于：包括接在第一电压扩展电路(2)与开关电源芯片(4)之间的n个第二电压扩展电路(3)，首个第二电压扩展电路(3)的正极电压输入端与第一电压扩展电路(2)的正极电压输出端相接，首个第二电压扩展电路(3)的负极电压输入端与第一电压扩展电路(2)的负极电压输出端相接，相邻的两个第二电压扩展电路(3)中后一个第二电压扩展电路(3)的正极电压输入端与前一个第二电压扩展电路(3)的正极电压输出端相接，相邻的两个第二电压扩展电路(3)中后一个第二电压扩展电路(3)的负极电压输入端与前一个第二电压扩展电路(3)的负极电压输出端相接，末个第二电压扩展电路(3)的正极电压输出端与开关电源芯片(4)的过压及欠压保护端相接，末个第二电压扩展电路(3)的负极电压输出端与开关电源芯片(4)的接地端相接；其中，n的取值为自然数。

3.按照权利要求2所述的开关电源输入电压范围拓展电路，其特征在于：所述第一电压扩展电路(2)由三极管Q₁以及电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆组成，所述电阻R₁的一端为第一电压扩展电路(2)的正极电压输入端Vi+且与直流电压输入电路(1)的正极电压输出端相接，所述电阻R₁的另一端与电阻R₂的一端和电阻R₅的一端相接且为第一电压扩展电路(2)的正极电压输出端，所述电阻R₂的另一端与电阻R₃的一端和电阻R₄的一端相接，所述电阻R₅的另一端与三极管Q₁的基极和电阻R₆的一端相接，所述电阻R₄的另一端与三极管Q₁的集电极相接，所述电阻R₃的另一端与三极管Q₁的发射极和电阻R₆的另一端相接，所述电阻R₃的另一端为第一电压扩展电路(2)的负极电压输入端Vi-且与直流电压输入电路(1)的负极电压输出端相接，所述电阻R₆的另一端为第一电压扩展电路(2)的负极电压输出端。

4.按照权利要求3所述的开关电源输入电压范围拓展电路，其特征在于：第i个第二电压扩展电路(3)由三极管Q_i+1以及电阻R_3(i+1)+1、R_(3i+1)+2和R_3(i+1)+3组成，所述电阻R_(3i+1)+2的一端为第i个第二电压扩展电路(3)的正极电压输入端，所述电阻R_(3i+1)+2的另一端与三极管Q_i+1的基极和电阻R_3(i+1)+3的一端相接，所述三极管Q_i+1的集电极与电阻R_3(i+1)+1的一端相接，所述电阻R_3(i+1)+1的另一端为第i个第二电压扩展电路(3)的正极电压输出端Vo+，所述三极管Q_i+1的发射极为第i个第二电压扩展电路(3)的负极电压输入端，所述电阻R_3(i+1)+3的另一端为第i个第二电压扩展电路(3)的负极电压输出端Vo-；其中，i的取值为1～n的自然数。

5.一种设计如权利要求4所述开关电源输入电压范围拓展电路的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、确定输入电压的最小值V_imin和输入电压的最大值V_imax；

步骤二、选择合适参数的电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅和电阻R₆，并连接所述三极管Q₁以及电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅和电阻R₆，组成第一电压扩展电路(2)；具体过程如下：

步骤201、根据公式选取电阻R₃的阻值，其中，V_omin为开关电源芯片(4)的欠压保护电压，V_omax为开关电源芯片(4)的过压保护电压，I₁为输入电压为最小值V_imin时流过电阻R₂和电阻R₃的电流；

步骤202、根据公式选取电阻R₆的阻值，其中，I₂为输入电压为最小值V_imin时流过电阻R₅和电阻R₆的电流；

步骤203、根据公式I₁(R₂+R₃)＝I₂(R₅+R₆)＝U_x1确定电阻R₂和电阻R₅的阻值关系，并根据电阻R₃和电阻R₆的阻值级别选取电阻R₂的阻值和电阻R₅的阻值，其中，U_x1为输入电压为最小值V_imin时电阻R₂和电阻R₃所在支路以及电阻R₅和电阻R₆所在支路的并联电压；

步骤204、根据公式确定电阻R₁的最小阻值R_1min；

步骤205、根据公式选取电阻R₄的阻值，其中，I₃为输入电压为最大值V_imax时流过电阻R₂和电阻R₃的电流；

步骤206、、根据公式I₃(R₂+R_m)＝I₄(R₅+R₆)＝U_x2确定电流I₄和电压U_x2，其中，R_m为电阻R₃和电阻R₄并联的等效电阻，I₄为输入电压为最大值V_imax时流过电阻R₅和电阻R₆的电流，U_x2为输入电压为最大值V_imax时电阻R₂和电阻R₃所在支路以及电阻R₅和电阻R₆所在支路的并联电压；

步骤207、根据公式确定电阻R₁的最大阻值R_1max，并根据公式R_1min≤R₁≤R_1max选取电阻R₁的阻值；

步骤208、将电阻R₁的一端与直流电压输入电路(1)的正极电压输出端相接，将电阻R₁的另一端与电阻R₂的一端和电阻R₅的一端相接，将电阻R₂的另一端与电阻R₃的一端和电阻R₄的一端相接，将电阻R₅的另一端与三极管Q₁的基极和电阻R₆的一端相接，将电阻R₄的另一端与三极管Q₁的集电极相接，将电阻R₃的另一端与三极管Q₁的发射极和电阻R₆的另一端相接，将电阻R₃的另一端为与直流电压输入电路(1)的负极电压输出端相接；

步骤三、根据公式V~imin=(RL1+R1)(R2+R3)RL1R3VominV~imax=(RL1′+R1)(R2+RM1)RL1′RM1Vomax]]>计算第一电压扩展电路(2)的实际输入电压最小值和实际输入电压最大值并判断是否有且当且时，结束所述开关电源输入电压范围拓展电路的设计；否则，执行步骤四；其中，电阻R_L1的阻值为RL1=(R2+R3)(R5+R6)(R2+R3)+(R5+R6),]]>电阻R′_L1的阻值为RL1′=(R2+RM1)(R5+R6)(R2+RM1)+(R5+R6),]]>电阻R_M1的阻值为RM1=R3R4R3+R4;]]>

步骤四、取n＝1，根据第二电压扩展电路(3)的元器件参数选择方法选择构成第n个第二电压扩展电路(3)的元器件，连接各个元器件组成第二电压扩展电路(3)，并将第n个第二电压扩展电路(3)接在第一电压扩展电路(2)与开关电源芯片(4)之间；其中，第i个第二电压扩展电路(3)的元器件参数选择方法为：

步骤Ⅰ、根据公式R_3(i+1)+1＝aⁱR₄选取电阻R_3(i+1)+1的阻值，其中，a的取值为2～3的实数；

步骤Ⅱ、根据公式R_(3i+1)+2＝R₅选取电阻R_(3i+1)+2的阻值；

步骤Ⅲ、根据公式R₆选取电阻R_3(i+1)+3的阻值，其中，b的取值为2～3的实数；

其中，n为第二电压扩展电路(3)的个数且n的取值为自然数，i的取值为0～n的自然数；

步骤五、根据公式V~imin′=(RL(n+1)+R1)(R2+R3)RL(n+1)R3VominV~imax′=(RL(n+1)′+R1)(R2+RM(n+1))RL(n+1)′RM(n+1)Vomax]]>计算由第一电压扩展电路(2)和n个第二电压扩展电路(3)构成的开关电源输入电压范围拓展电路的实际输入电压最小值和实际输入电压最大值并判断是否有且当且时，结束所述开关电源输入电压范围拓展电路的设计；否则，执行步骤六；其中，电阻R_L(n+1)的阻值为j的取值为0～n+1的自然数；电阻R′_L(n+1)的阻值为RL(n+1)′=(R2+RM(n+1))Πj=1n+1(R3j+2+R3j+3)Πj=1n+1(R3j+2+R3j+3)+(R2+RM(n+1))Σj=1n+1Πj=1,j≠jn+1(R3j+2+R3j+3),]]>j的取值为1～n+1的自然数；电阻R_M(n+1)的阻值为j的取值为1～n+1的自然数；

步骤六、将n的取值增1，根据第二电压扩展电路(3)的元器件参数选择方法选择构成第n个第二电压扩展电路(3)的元器件，连接各个元器件组成第n个第二电压扩展电路(3)，并将第n个第二电压扩展电路(3)接在第n-1个第二电压扩展电路(3)与开关电源芯片(4)之间；返回步骤五。