一种多用途开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种多用途开关电源。


背景技术：

2.随着电子科技的高速发展，低压直流电器的应用普及范围越来越广，开关电源的应用也越来越多，低压电器及开关电源已经成为人们日常生活中使用最普遍的不可或缺的电器，随着低压产品及开关电源使用的越来越普及，消费者难以甄别，产品不良和选购不当导致的浪费越来越多。
3.而传统的电源功能较为单一，产品品质不一，不良商家更是以次充好，虚标参数，普通消费者难以选择，特别是贵重产品，难免存在零部件损坏需要检测或更换零件的时候，此时，消费者更渴望自己能快速对受损产品进行较准确判定，鉴于此，需要一种多用途开关电源解决此问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供多用途开关电源，以解决现有电源产品功能单一导致用途受限的技术问题，更好进行开关电源及其产品的推广应用。
5.为实现上述目的，本实用新型的多用途开关电源的具体技术方案如下：
6.一种多用途开关电源，包括内置开关电源；内置电源调压模块，用于调节内置开关电源的直流输出电压；功率数显模块，至少用于显示工作电压和电流；外部电源输入端，用于择一选择输入电源；内置开关电源的基准电压源包括齐纳管或431系列稳压器件，内置电源调压模块为电阻调压和/或稳压管调压。
7.通过内置电源调压模块使电压可调输出，功率数显模块实时显示工作电压和电流等数据，通过外部电源输入端，可选择使用内置开关电源，也可使用外接电源，用途更加广泛。
8.进一步的，内置电源调压模块包括无极调压输出装置或多档位调压输出装置。无极调压输出装置能调出内置开关电源规格范围内的任意工作电压；多档位调压输出装置通过单一开关或组合开关，可以快速精准输出多个不同电压，利用开关的排列组合模式，可以方便输出足够多数量的电压输出值。
9.进一步的，内置电源调压模块包括并联的无极调压输出装置和多档位调压输出装置。两个调压装置并联使用时，既可实现电压调节的方便性又能实现特殊场合的应用性，多档位调压输出装置可快速实现一般开关电源电器的额定电压，用无极调压输出装置来满足对其它特殊工作电压的使用需求。
10.进一步的，所述内置电源调压模块包括串联的无极调压输出装置和多档位调压输出装置。
11.进一步的，功率数显模块包括数显计和信息收集系统，信息收集系统直接与外部电源输入端相连。
12.进一步的，还设置有恒压供电模块，所述恒压供电模块为所述功率数显模块独立供电或用作外部负载的电源。独立供电使得功率数显模块的工作不受负载及电源波动影响，稳定性更高，显示更加精准。恒压供电模块可以作为第二个电源输出，从而达成一个电源二个输出的效果，该第二电源可输出固定电压的直流电源供外部使用，如输出5v供手机充电使用，则第一电源正常进行各种工作时，第二电源还可以为手机正常充电；并且，第二电源也可以通过第一电源的外部电源输入端，通过功率输出端对负载供电时来检测其供电能力。
13.进一步的，还设置有一数显计开合开关，用于可开启或关断数显计的显示功能。功率数显计在本产品长时间工作时不会消耗额外电能，进一步节约电能，提升开关电源的效率。
14.进一步的，功率数显模块包括电压检测端、电流检测正极端和电流检测负极端，内置开关电源的直流输出正极端分别与外部电源输入端的正极端、功率输出端的正极端连接，功率输出端的负极端与电流检测正极端连接，电流检测负极端与外部电源输入端的外部负极端连接，外部电源输入端的内部负极端与内置开关电源的负极直流输出负极端连接，外部电源输入端设置有用于择一选择输入电源的外通内断端子。
15.通过该连接方式，外部电源输入端又可以复用为第二个功率输出端，为负载供电。通过使用外通内断连接装置，即将外部电源接入时，内置开关电源自动断开与功率数显模块的连接，功率数显模块直接显示外部电源的电压、电流等功率数据。
16.进一步的，外部电源输入端和功率输出端分别设置有快速连接装置，方便快速连接。
17.本实用新型提供的多用途开关电源具有以下优点：
18.开关电源具有体积小和质量轻的优点，通过内置电源调压模块使电压可调输出，功率数显模块实时显示工作电压和电流等数据，通过外部电源输入端，可选择使用内置开关电源，也可使用外接电源，用途更加广泛。另外，无极调压输出装置能调出内置开关电源规格范围内的任意工作电压；多档位调压输出装置通过单一开关或组合开关，可以快速精准输出多个不同电压，利用开关的排列组合模式，可以方便输出足够多数量的电压输出值。两个调压装置并联使用时，既可实现电压调节的方便性又能实现特殊场合的应用性，多档位调压输出装置可快速实现一般开关电源电器的额定电压，用无极调压输出装置来满足对其它特殊工作电压的使用需求。独立供电的恒压供电模块，使得功率数显模块的工作不受负载及电源波动影响，稳定性更高，显示更加精准。外部电源输入端又可以复用为第二个功率输出端，为负载供电。通过使用外通内断连接装置，即将外部电源接入时，内置开关电源自动断开与功率数显模块的连接，功率数显模块直接显示外部电源的电压、电流等功率数据。功率数显计在本产品长时间工作时不会消耗额外电能，进一步节约电能，提升开关电源的效率。
附图说明
19.图1为本实用新型提供的多用途开关电源功能框图；
20.图2为本实用新型提供的功率数显模块结构图；
21.图3为本实用新型提供的多用途开关电源功能框图；
22.图4为本实用新型提供的多用途开关电源基本电路结构图；
23.图5为本实用新型提供的实施例一的基准电压源电路图；
24.图6为本实用新型提供的实施例二的基准电压源电路图；
25.图7为本实用新型提供的实施例三的基准电压源电路图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.参阅图1至图3，本实用新型提供了一种多用途开关电源，包括内置开关电源、内置电源调压模块、功率数显模块、外部电源输入端和功率输出端。置电源调压模块，用于调节内置开关电源的直流输出电压；功率数显模块，至少用于显示工作电压和电流；外部电源输入端，用于择一选择输入电源；其中，内置开关电源的基准电压源包括齐纳管或431系列稳压器件。内置电源调压模块为电阻调压、稳压管调压、或者电阻调压与稳压管混合调压。
28.功率数显模块包括电压检测端、电流检测正极端和电流检测负极端，内置开关电源的直流输出正极端分别与外部电源输入端的正极端、功率输出端的正极端连接，功率输出端的负极端与电流检测正极端连接，电流检测负极端与外部电源输入端的外部负极端连接，外部电源输入端的内部负极端与内置开关电源的负极直流输出负极端连接，外部电源输入端设置有用于择一选择输入电源的外通内断端子。
29.通过该连接方式，外部电源输入端又可以复用为第二个功率输出端，为负载供电。通过使用外通内断连接装置，即将外部电源接入时，内置开关电源自动断开与功率数显模块的连接，功率数显模块直接显示外部电源的电压、电流等功率数据。
30.未使用外部电源时，外部电源输入端的内部端与外部端接通；使用外部电源时，当外部电源输入端有插入匹配端子时，外部电源输入端的内部端与外部端断开，即内置开关电源端的与功率数显模块电路断开，此时，数显计显示的为外部电源的功率数值。
31.内置开关电源为带保护功能的小功率开关电源，输出安全直流低压，通过附加的内置电源调压模块，以提供一机多用功能。
32.在基准电压源为稳压管的开关电源输出电路中，电阻调压与稳压管混合调压可用于精准控制，如在某一较小电位差如0～v区域的无极调压，再串上4v、8v档位调节，则可实现0～2v无极调压，与全程0～12v无极调压相比，此调压装置的好处在于，调压开关在相同的转动范围内可实现更精细的电压调节(电位器最大旋转角度一般相同)。
33.内置电源调压模块包括无极调压输出装置和/或多档位电压输出装置，可单独使用两者中的一个或将两者并联、串联使用，仅对内置开关电源的输出电压进行调节。
34.无极调压输出装置，使用旋转按扭对输出电压进行调节，例如通过电位器和可控硅，能调出内置开关电源规格范围内的任意工作电压。
35.多档位电压输出装置，通过单一开关或组合开关，可以快速准确输出多个电压。特别是，利用开关的排列组合模式，可以方便输出足够多数量的电压输出值，如一个4档位开关可输出4个工作电压，两个4档位开关即可输出16个工作电压，三个4档位开关可输出多达64个工作电压。多档位电压输出模块的优点是，能快速精准设定输出电压。
36.当并联使用二个不同的调压输出装置时，既可实现产品电压调节的方便性又能实现特殊场合的应用性。多档位调压输出装置可快速实现一般开关电源电器的额定电压，如常用低压直流电器的常用额定电压3v、5v、9v、12v等，用无极调压输出装置来满足特殊工作电压的使用需求。
37.在本发明的一实施例中，内置开关电源的基准电压源为齐纳管。
38.参阅图4，提供了一种内置开关电源的电路，该电路采用自激式振荡，设置有采集输出的反馈电路，从而改变振荡频率，不需要增加pwm调速芯片，达到了相同的效果，降低了成本。
39.通过齐纳管dz采集输出电路，经过光耦u1反馈至振荡电路。使用齐纳二极管dz作为控制开关电源电压输出的基准电压源，以齐纳二极管dz为基础，可以并联其它分流电路，进一步从信号采集端摄取到更多的分流电流，从而使同一周期下的功率管工作时间变短，以达到降低开关电源输出端电压的目的，从而形成低成本的可调开关电源输出电路，通过若干开关和齐纳二极管的组合构成多档位电压输出装置。
40.开关s为三档位开关，三档位开关的第一静触头与齐纳二极管dz1的阳极连接，还包括齐纳二极管dz2，三档位开关的第二静触头与齐纳二极管dz2的阳极连接，齐纳二极管dz2的阴极与齐纳二极管dz的阴极连接，三档位开关的第三静触头空置。
41.参阅图5，多档位电压输出装置通过单一开关实现，开关s为三档位开关，三档位开关的第一静触头与齐纳二极管dz1的阳极连接，还包括齐纳二极管dz2，三档位开关的第二静触头与齐纳二极管dz2的阳极连接，齐纳二极管dz2的阴极与齐纳二极管dz的阴极连接，三档位开关的第三静触头空置。
42.当开关s在不同的开合状态时，可以改变基准电压源的实际工作电压值，即相当于输出dz1、dz2、dz的电压值。
43.参阅图6，多档位电压输出装置通过组合开关实现，包括前级档位开关s1和后级档位开关s2的组合，前级档位开关s1的第二静触头、第三静触头、第四静触头、分别与串接有不同耐压值的齐纳二极管dz1、齐纳二极管dz2、齐纳二极管dz3，齐纳二极管dz1、齐纳二极管dz2和齐纳二极管dz3的阴极与齐纳二极管dz的阴极连接，前级档位开关s1的第一静触头与齐纳二极管dz的阴极连接；
44.后级档位开关s2的第一静触头与前级档位开关s1的第一静触头连接，后级档位开关s2的第二静触头、第三静触头分别与串接有不同耐压值的齐纳二极管dz4、齐纳二极管dz5，齐纳二极管dz4和齐纳二极管dz5的阴极与前级档位开关s1的动触头连接，后级档位开关s2的动触头与齐纳二极管dz1的阴极连接。
45.多个开关利用排列组合的方式来进行输出电压的调节：当使用多个任意档位数的开关时，其总输出电压数最多为各个开关档位数的乘积，如使用2个三档位开关时，可输出最多3*3＝9个不同档位的电压输出，当使用3个二档的开关时，可输出最多2*2*2＝8个不同的电压输出；s1为四档位开关，可分别接通0v、1.2v、2.4v、3.6v四个齐纳二极管档位，s2为三档位开关，可分别接通0v、3.6v、8.4v三个齐纳二极管档位，通过开关s1与开关s2不同的档位组合，可分别输出0v、0v、0v、0v、3.6v、4.8v、6v、7.2v、8.4v、9.6v、10.8v、12v共12个电位排列组合。
46.在本发明的一实施例中，内置开关电源的基准电压源为基于431系列稳压器件的
电路。
47.参阅图7，以基准电压源431系列产品为例，其输出最大电压及电流由变压器、滤波电容、431基准电压源中的电阻比对电路等决定，其中，电阻比对电路的比对值大小及精度决定了输出电压的大小及精度，因此，我们可以通过改变电阻比对电路中的某一个电阻值，减小电阻比对值，从而达到输出电压下降的目的。通过设计出多个小于额定电压的输出电压，假设431的基准电压为2.5v，12v的电阻比对值为4.8，基准电阻1k，比对电阻则为4.8k，此时，如果需要输出5v电压，则电阻比对值应为2，并联一个电阻电路，则并联阻值与比对电阻4.8k的总电阻应为2k，计算得出并联电阻约为2.526k，取2.5k即可输出5v的电压。依此类推，根据一般开关的经济档位数3～4档为例，可设计3～4个固定电压档位输出，同时，也可在比对电阻两端增加一个较大的可调电阻，当可调电阻阻值足够大时，可认为对开关电源的输出电压不产生影响，当可调电阻阻值不断变小时，其总比对电阻阻值减小，则输出电压减小，据此，可实现无极调压输出。根据以上阐述，还可将多档位调压输出与无极调压输出并联使用，当使用多档位调压输出时，将无极调压输出电阻拧到最大值即可快速精准输出所需要的工作电压。
48.功率输出端为端子输出或开放式接口输出，具有结构简单和操作方便的优点，还配有用于直流电器的转换端子。
49.由于输出电压属于安全低压范畴，功率输出端还可选用其它多样性的输出端口，适配不同的连接端子，实现对不同电器的供电需求。
50.根据实际所需，还可将废旧开关电源上的输出端子剪断剥头即可用来对相应设备进行供电。
51.外部电源输入端包括用于连接正极的正极端、用于连接负极的内部端和外部端，外部电源输入端的正极端为公共正极，连接内置开关电源的直流输出正极端、功率输出端的正极端、以及功率数显模块的电压检测端，内部端与内置开关电源的直流输出负极端相连，外部端与功率数显模块的电流检测的负极相连，功率数显模块电路须经过外部端负极才能形成完整闭合回路。外部电源输入端设置有外通内断端子，即当外部电源端子插入时，内部端外极即内置开关电源负极与功率数显模块断开，此时功率数显模块显示的功率数据为外部电源的数据。外通内断端子可借用一般充电器端子母座等来实现，可方便实现内置开关电源和外部电源对负载的供电转换。
52.在实际应用中，外部电源输入端连接外部电源，外部电源可以是开关电源，也可以是电池、太阳能板、低压发电机等多种直流低压安全电源。
53.通过外部电源输入端所具有的外通内断的切换结构，方便内、外电源的切换，可自主选择工作电源，即当正常接入外部电源时，功率数显模块自动与外部电源形成电回路，显示外部电源的电流、电压等功率数值，当没有接入外部电源时，功率数显模块显示内置开关电源的工作电压、电流等功率相关数据。为产品检测、产品互检、外部产品检测、外部电源检测、电子电路检测等提供了方便，实现一机多用。
54.功率数显模块包括用于数显计和信息收集系统，信息收集系统直接与外部电源输入端相连，数显计设有独立的供电接口，信息收集系统设有电压检测端口、电流检测正极端口和电流检测负极端口。
55.功率数显模块用于即时显示工作电源的电压、电流、功率等数据，至少包含工作、
电流二个即时显示值，功率数显模块择一显示输入电源的参数值。
56.通过功率数显模块中的数显计，即时显示负载端电压、电流等功率参数，数显计需要外部提供一定电压才能正常显示，其可直接使用内置开关电源来驱动，此时数显计能显示的内、外部电源的电压必须满足数显计的工作电压4-30v要求。
57.进一步的，还设置有恒压供电模块，所述恒压供电模块为所述功率数显模块独立供电或用作外部负载的电源。优选使用独立供电的恒压供电模块用于数显计供电，可使数显计显示电压从0开始，能发挥功率数显模块的最大优势。
58.恒压供电模块可以作为第二个电源输出，从而达成一个电源二个输出的效果，该第二电源可输出固定电压的直流电源供外部使用，如输出5v供手机充电使用，则第一电源正常进行各种工作时，第二电源还可以为手机正常充电；并且，第二电源也可以通过第一电源的外部电源输入端，通过功率输出端对负载供电时来检测其供电能力。
59.应用场景举例：
60.1.生活类场景
61.用于贵重电器的高级电源，如用作手机充电器，选择5v电压档连接相应手机端子接口对手机充电，可随时观察手机的充电电压及电流，电流越小，表示电池电量越高，当充电电流较小时，可切断对手机的继续充电，有利于延长手机电池的使用寿命。
62.一机多用，除手机充电器外，可取代wifi电源器、有线电路电源器等，还可为各种小功率直流电器提供稳定的工作电源，如作为usb风扇的驱动电源，可将usb风扇升级为一个无极调速风扇
63.作为备用仪表仪器的工作电源，如万用表，将万用表的电池接线盒引出红黑2线，红线为正极 ，黑线为负极-，则当需要使用万用表时，直接选择本产品9v电压输出连接红、黑线到功率输出端的接线夹上，即可安全使用万用表。
64.各种小功率直流家用电器的检测及应急电源，如各种摇控器电池及电池电器的检测，电池坏了时可作为应急电源，比如空调摇控器电池电压不足，即可使用本产品调到合适的输出电压，如2个电池的控制器调到3v输出，即可安全地启用控制器把空调调到需要的工作状态。
65.用于购物，检测手机充电器的充电性能是否符合商家宣传标准等。
66.2.教学、科普和兴趣类场景
67.简单欧姆定律的验证，电压电流电阻的关系及检测误差；欧姆定律的延伸如功率及规格，电压电流电阻及功率的关系，小功率电阻在通过调压加大电流时，其发热及烧毁情况的实练操作；通过实操还可明白电阻的额定功率与实际功率的正确关系，从而对现实产品优劣有进一步的认知；
68.对于化学控来说，可用废旧干电池来做电池的电量提升实验，例如先测量废旧干电池电压及负载状态，然后想办法给干电池内部加入食盐、果酸等常见材料，再检测干电池的端电压及负载状态；而对于物理控，则可动手自制手摇式发电机，通过绕组的改变来检测手摇发电机的输出电压；在夏天，还可以检测低压小功率太阳能板对小风扇等的供电状态，从而对太阳能发电有一个数据的直接感知。
69.使普通的usb小风扇通过该开关电源的无极调压可瞬间升级为无极调速风扇，根据usb风扇的耐压可调节到较高数值，风扇的风力可以瞬间暴涨，满足特殊散热需求；自制
手摇发电机，配合该开关电源测试，可以在制造过程中增强物理及电子技术的理解，从中体验带来的乐趣。
70.3.检测和维修类场景
71.相对万用表等检测仪器，本实用新型提供的多用途开关电源一次可显示电流、电压或电流、电压、功率等几个数据，还能提供可调电压电源或使用外部电源，因此，在小功率直流类产品的检测上相对于传统的万用表等仪表检测会更为方便，例如用1v电压去检测大多数电子产品零件或电路导通情况是比用万用表检测零件是否损坏更为方便快捷。
72.判定检测数码产品故障点，如手提电脑充不进电了，可检测充电器的充电电压是否正常，以此判定是充电接触不良还是充电器坏。
73.学习机不工作，通过多用途开关电源检测是否为电源适配器故障，若是电源适配器故障，则检测家中是否有其它匹配的电源适配器；
74.4.生产测试类场景
75.作为小功率电器的检测用电源，可替代较大功率的带散热风扇的直流稳压电源，能提供一个更安静的环境；对小功率耗电产品的各项基本功率性能参数进行测试，判定产品的工作电压范围、电流范围等性能是否符合要求；对小功率电源产品的输出电压、电流等功率参数进行测试，判定产品是否符合要求；对以上各种产品进行老化实验，即时监控产品的电压、电流数据，当产品有异常时，能快速发现并及时进行分析改良；对电池产品，可测试其放电工作曲线，从而判定产品是否符合要求。
76.5.特殊仪器仪表类场景
77.部分特殊仪器仪表采用电池供电，可调节至适当电压为其供电。
78.综上所述，本实用新型提供的多用途开关电源具有以下优点：
79.本实用新型提供的一种多用途开关电源，是以基准电压源为齐纳管或431系列稳压器件为主的一类小功率开关电源，具有体积小和质量轻的优点，通过内置电源调压模块使电压可调输出，功率数显模块实时显示工作电压和电流等数据，通过外部电源输入端，可选择使用内置开关电源，也可使用外接电源，用途更加广泛。另外，无极调压输出装置能调出内置开关电源规格范围内的任意工作电压；多档位调压输出装置通过单一开关或组合开关，可以快速精准输出多个不同电压，利用开关的排列组合模式，可以方便输出足够多数量的电压输出值。两个调压装置并联使用时，既可实现电压调节的方便性又能实现特殊场合的应用性，多档位调压输出装置可快速实现一般开关电源电器的额定电压，用无极调压输出装置来满足对其它特殊工作电压的使用需求。独立供电的恒压供电模块，使得功率数显模块的工作不受负载及电源波动影响，稳定性更高，显示更加精准。外部电源输入端又可以复用为第二个功率输出端，为负载供电。通过使用外通内断连接装置，即将外部电源接入时，内置开关电源自动断开与功率数显模块的连接。不仅用于开关电源，也用于测试其它开关电源及产品，普及了开关电源知识，有利于人们正确选择及使用开关电源产品。
80.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。