CN103457489B - 开关模式电源系统及其供电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关模式电源系统及其供电电路。该供电电路用于为一电源控制器供电，包括一变压器、一储能电容器及一缓冲吸收及供电回路。该变压器包含初级侧绕组，该初级侧绕组具有第一端口和第二端口，该第一端口连接该电源控制器的地电位参考脚。该储能电容器，连接于该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间。该缓冲吸收及供电回路的一端连接该初级侧绕组的第二端口，另一端连接该电源控制器的供电脚，从而将该初级侧绕组串联在该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间。该缓冲吸收及供电回路用来吸收变压器在开关过程中由于漏感产生的能量，并且利用漏感能量对该储能电容器充电。
Description
技术领域
本发明涉及开关模式电源系统，尤其是涉及开关模式电源系统的供电电路。
背景技术
电源系统被广泛地应用于多种应用中，例如向LED（发光二极管）灯珠等设备及系统提供电流。电源系统可以将电源从一种形式变换到另一种形式。例如，电源被从交流（AC）转换成恒流（CC）输出，从AC转换成直流（DC）输出，从DC转变成AC，从AC转变成AC或从DC转变成DC等。
在过去，已开发出了多种电源系统。其中，电源控制器的供电采用高压供电或辅助线圈供电。图1是利用脉宽调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）反馈配置实现的简化的传统开关模式变换器，电源控制器采用辅助线圈供电。开关模式电源系统100包括AC整流电路101，高压储能电容102，电源控制器116，变压器108，电阻器103、104、106、111和117，整流管114、107和109，电容器115，105和110，以及辅助供电线圈113。开关模式电源系统100的负载为LED串列112。辅助供电线圈113可以独立或从属于变压器108。电源控制器116至少包含有供电脚VCC用于电源控制器的供电，电流检测脚CS用于对流过变压器108电流的检测，内部开关管漏极或集电极引脚DRA及地电位参考脚GND。电阻器106、电容器105以及整流管107构成了开关模式电源系统的缓冲吸收回路，以压制电源控制器116开关管DRA脚尖峰电压。辅助供电线圈113，整流管114以及电容器115构成了开关模式电源系统自供电回路，对电源控制器的VCC脚进行有效供电。
在工作期间，电源控制器116以PWM及PFM的工作方式对电源系统进行控制，电源控制器116的导通和关断及频率的变化可以控制输送到次级侧的负载功率，当电流检测脚CS上电压达到一定值时，电源控制器116进行关断。在整个工作期间，电源控制器的供电回路由辅助供电线圈113，整流管114以及电容器115承担，参考变压器108的相位变化。在电源控制器关断时，辅助供电线圈通过整流管114对电容器115进行充电。
如上所述，诸如图1中所示的传统开关模式电源系统具有胜过线性电源的多种优点，具有较高的转换效率。然而，对于多种应用，传统开关模式电源系统仍有局限性。例如，传统开关模式电源系统造价昂贵且复杂，对于工程人员而言设计困难且不易制造。
因此，期望提出一种改进的开关模式电源系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于开关模式电源系统的简化的供电电路。
本发明的另一目的是提供一种开关模式电源系统，其具有简化的供电电路。
本发明提供一种开关模式电源系统的供电电路，用于为一电源控制器供电，包括一变压器、一储能电容器及一缓冲吸收及供电回路。该变压器包含初级侧绕组，该初级侧绕组具有第一端口和第二端口，该第一端口连接该电源控制器的地电位参考脚。该储能电容器，连接于该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间。该缓冲吸收及供电回路的一端连接该初级侧绕组的第二端口，另一端连接该电源控制器的供电脚，从而将该初级侧绕组串联在该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间。该缓冲吸收及供电回路用来吸收变压器在开关过程中由于漏感产生的能量，并且利用漏感能量对该储能电容器充电。
在本发明的一实施例中，该缓冲吸收及供电回路包括电阻器、电容器及整流管，该电阻器与该电容器并联后与该整流管串联。
在本发明的一实施例中，该缓冲吸收及供电回路包括瞬态吸收管及整流管，该瞬态吸收管与该整流管串联。
在本发明的一实施例中，该缓冲吸收及供电回路包括齐纳二级管及整流管，该齐纳二级管与该整流管串联。
在本发明的一实施例中，该电源控制器为一芯片。
本发明还提出一种开关模式电源系统，包括如上所述的供电电路。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，将缓冲吸收回路及供电回路合一，同时省略了变压器的辅助绕组，从而简化了电路设计，降低生产制造成本。并且，对漏感能量再利用，实现了电源控制器的供电，提升了电源系统的转化效率。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是利用PWM和PFM反馈配置实现的简化传统开关模式电源系统的电路图。
图2是根据本发明一实施例利用PWM和PFM反馈配置实现的具有恒流效果的简化的开关模式电源系统示图。
图3是图2所示系统工作时，初级侧线圈的电压波形。
图4是根据本发明一实施例利用PWM和PFM反馈配置实现的具有恒流、恒压效果的简化的开关模式电源系统示图。
图5是根据本发明另一实施例利用PWM和PFM反馈配置实现的具有恒流、恒压效果的简化的开关模式电源系统示图。
具体实施方式
本发明的实施例描述开关模式电源系统。本发明的实施例提供了不同于传统模式的电源控制器的供电电路。仅仅作为示例，本发明的实施例应用于开关模式的电源系统，该电源系统包括离线式和在线式的逆向及正向变换器。然而需要认识到，本发明具有更广泛的应用性。
如上所述，传统模式的开关电源系统设计复杂，对变压器的生产制造工艺要求较高。除此之外，由于需要辅助线圈及外围整流电路对电源控制器供电，制造成本上升，系统转换效率降低。
图2是根据本发明一实施例利用PWM和PFM反馈配置实现的具有恒流效果的简化的开关模式电源系统示图。该图仅仅是示例，其不应当不必要的限制本发明的范围，该领域内普通技术人员将会认识到更多变更，修改和替代形式。图2是利用脉宽调制（PWM）及脉冲频率调制（PFM）反馈配置实现的优化的开关模式变换器，电源控制器采用漏感能量供电。开关模式电源系统200包括AC整流电路201，高压储能电容202，电源控制器207，变压器211，电阻器203、204、205、210和214，整流管209和212，电容器208和213。例如，电源控制器207至少包含有供电脚VCC、电流检测脚CS、内部开关管漏极或集电极引脚DRA、及地电位参考脚GND。供电脚VCC用于电源控制器207的供电。电流检测脚CS用于对流过变压器211电流的检测。
本实施例的一个特点是，改变了电源控制器207的连接方式。供电脚VCC仍然连接电阻器204。不同之处在于，地电位参考脚GND连接到变压器初级侧绕组的端口A处，而不再连接电源系统的VSS端。相应地，电流检测脚CS通过电阻器210连接到变压器端口A。内部开关管漏极或集电极引脚DRA连接到电阻器203。由此，电源控制器207成为“浮地”连接。经实际测试证明，这一连接方式并未影响电源控制器207的供电，反而带来了额外的好处，即变压器211的初级侧绕组现在位于电源控制器207的供电脚VCC和地电位参考脚GND之间，从而可以利用变压器漏感产生的能量来给电源控制器207供电。
承上述，电阻器205、电容器206和整流管209构成了开关模式电源系统200的缓冲吸收及供电回路，用来吸收变压器211在开关过程中由于漏感产生的能量，从而压制电源控制器207开关管DRA（漏极或集电极）尖峰电压。并且，利用电阻器205、电容器206和整流管209为电源控制器207正常工作提供电能输送回路，将变压器漏感产生的无用能量再次利用。
需要指出的是，电阻器205和电容器206都为电能传输提供了通路，其他变形电路，如用齐纳二级管或者瞬态吸收管代替电阻器205及电容器206都是本发明的延伸。
在工作期间，电源控制器207以PWM及PFM的工作方式对电源系统进行控制，电源控制器207的导通和关断及频率的变化可以控制输送到次级侧的负载功率。当电流检测脚CS上电压达到一定值时，电源控制器进行关断。在整个工作期间，电源控制器的供电部分由电阻器205、电容器206和整流管209组成的缓冲吸收及供电回路兼顾，参考变压器211的相位变化，在电源控制器关断时，漏感能量对位于供电脚VCC和地电位参考脚GND之间的储能电容器208进行充电，为电源控制器207提供工作能量。
图3示例了本发明的开关电源在工作时，变压器初级侧绕组的电压波形。图3中，Vgnd表示变压器初级侧绕组第一端口A相对于系统地的电压，该端口A和GND引脚连接；该变压器211的初级侧绕组第二端口B和系统地相连。
如图3所示，当电源控制器207中的功率开关关断后，Vgnd的电压低于VSS的电压，这时候整流管209导通，电流通过由电阻器205、电容器206和整流管209构成了开关模式电源系统的缓冲吸收回路为储能电容器208充电，以实现为电源控制器207的供电；当电源控制器207中的功率开关导通后，Vgnd的电压高于VSS的电压时，二极管209截至，储能电容器208为芯片提供电源。
图4是根据本发明一实施例的具有恒流、恒压特性的开关电源系统简化示意图。参照图4所示，本实施例的开关模式电源系统300是在图2所示实施例的基础上由电源控制器207加入了电压反馈控制脚FB形成电源控制器307，电源控制器307通过电压反馈回路316检测变压器311的初级侧绕组电压，利用变压器的匝比关系，来实现控制输出电压的目的。
图5的开关模式电源系统400是图4的延伸使用，即把次级整流二级管412放到输出地线上，依然符合本发明实施例的使用。
根据实施例，本发明提供了一种新型的对电源控制器的供电电路，在简化电路设计，降低生产制造成本的同时，对漏感能量再利用，实现了电源控制器的供电，提升了电源系统的转化效率。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (6)
1.一种开关模式电源系统的供电电路，用于为一电源控制器供电，包括：
一变压器，该变压器包含初级侧绕组，该初级侧绕组具有第一端口和第二端口，该第一端口连接该电源控制器的地电位参考脚，该第二端口连接该电源系统的电源负端；
一储能电容器，连接于该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间；以及
一缓冲吸收及供电回路，其一端连接该初级侧绕组的第二端口，另一端连接该电源控制器的供电脚，从而将该初级侧绕组串联在该电源控制器的供电脚和地电位参考脚之间，该缓冲吸收及供电回路用来吸收变压器在开关过程中由于漏感产生的能量，并且利用漏感能量对该储能电容器充电。
2.如权利要求1所述的开关模式电源系统的供电电路，其特征在于，该缓冲吸收及供电回路包括电阻器、电容器及整流管，该电阻器与该电容器并联后与该整流管串联。
3.如权利要求1所述的开关模式电源系统的供电电路，其特征在于，该缓冲吸收及供电回路包括瞬态吸收管及整流管，该瞬态吸收管与该整流管串联。
4.如权利要求1所述的开关模式电源系统的供电电路，其特征在于，该缓冲吸收及供电回路包括齐纳二级管及整流管，该齐纳二级管与该整流管串联。
5.如权利要求1所述的开关模式电源系统的供电电路，其特征在于，该电源控制器为一芯片。
6.一种开关模式电源系统，包括如权利要求1-5任一项所述的供电电路。
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