CN202737771U - 一种开关电源电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于开关电源领域，提供了一种开关电源电路及开关电源，包括：整流滤波模块；控制模块与整流滤波模块连接；具有中心抽头的变压器，其初级线圈的同名端与整流滤波模块连接，初级线圈的异名端与控制模块的一输出端连接，次级线圈的同名端与控制模块的输入端连接；漏感保护模块，分别与变压器初级线圈的同名端和变压器初级线圈的异名端连接；负载模块，分别与变压器初级线圈的同名端和变压器初级线圈的中心抽头端连接。本实用新型采用具有中心抽头的变压器将初级电感分割为串联的负载绕组和回路绕组，通过减小负载绕组和回路绕组的绕制体积，降低损耗和温升，提升带载能力和动态响应，电磁电容性好，满足相关安规、能效标准的要求。

Description

一种开关电源电路及开关电源

技术领域

本实用新型属于开关电源领域，尤其涉及一种开关电源电路及开关电源。

背景技术

目前开关电源已在各行业中广泛的应用，随着社会低碳环保的提倡，对开关电源的能耗、电磁兼容性以及安规等要求越来越高，然而，传统的开关电源由于功率电感（含变压器）的直流阻抗和交流阻抗大，电路产生的交直流损耗大，在输出高电压大电流时，通过公式P=I²R可知其损耗大，效率低，温升很高，电磁兼容差，难达标能效标准，安规等相关法律法规，且投入的成本相当大，产生过大的环境污染，特别是在输出低电压大电流时效率特别低，动态响应慢，带载能力差，甚至电路不能正常工作或导致相关匹配系统及周边系统不能正常工作，很难达到符合能效标准，安规，电磁兼容，节能环保等相关法律法规要求。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种开关电源电路，旨在解决目前开关电源电路损耗大，效率低，温升很高，动态响应慢，带载能力差，电磁兼容差，难达标能效标准、安规等相关法律法规要求的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种开关电源电路，所述开关电源电路连接于交流电与负载之间，包括：

对交流电进行整流、滤波，输出含杂讯的直流电压的整流滤波模块，所述整流滤波模块的火线输入端与交流电的火线连接，所述整流滤波模块的零线输入端与交流电的零线连接；

根据所述含杂讯的直流电压进行驱动控制，输出脉宽控制信号的控制模块，所述控制模块的启动输入端与所述整流滤波模块的输出端连接；

根据所述脉宽控制信号进行能量传递，输出带有纹波的直流电压，并具有中心抽头的变压器，所述变压器初级线圈的同名端与所述整流滤波模块的输出端连接，所述变压器初级线圈的异名端与所述控制模块的脉宽信号输出端连接，所述变压器次级线圈的同名端与所述控制模块的供电输入端连接，所述变压器次级线圈的异名端接地；

对所述变压器进行漏感保护的漏感保护模块，所述漏感保护模块的输出端与所述变压器初级线圈的同名端连接，所述漏感保护模块的输入端与所述变压器初级线圈的异名端；

平滑所述带有纹波的直流电压，为负载输出稳定的直流电压的负载模块，所述负载模块的第一输入端与所述变压器初级线圈的同名端连接，所述负载模块的第二输入端与所述变压器初级线圈的中心抽头端连接，所述负载模块的正输出端和负输出端分别连接负载的两端。

进一步地，所述整流滤波模块包括：

保险管、整流电路、电阻R1、电容C1、电容C2以及电感L1；

所述保险管的一端为所述整流滤波模块的火线输入端，所述保险管的另一端与所述整流电路的第一输入端连接，所述整流电路的第二输入端为所述整流滤波模块的零线输入端，所述整流电路的正输出端同时与所述电阻R1的一端和电容C1的一端连接，所述整流电路的负输出端接地，所述电阻R1的另一端为所述整流滤波模块的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端和所述电容C2的另一端同时接地，所述电感L1与所述电阻R1并联。

更进一步地，所述控制模块包括：

电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第一开关管、电容C4、电容C5、二极管D2、以及主控芯片；

所述电阻R3的一端为所述控制模块的启动输入端，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述主控芯片的电源端连接，所述主控芯片的输出端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的输入端为所述控制模块的脉宽输出端，所述第一开关管的输出端与所述主控芯片的电流检测端连接，所述主控芯片的电流检测端还同时与所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端连接，所述电阻R7的另一端和所述电阻R8的另一端同时接地，所述主控芯片的接地端接地，所述主控芯片的反馈端同时与所述电容C4的一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R5的一端连接，所述电容C4的另一端和所述电阻R6的另一端同时接地，所述电阻R5的另一端为所述控制模块的供电输入端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述主控芯片的电源端连接，所述主控芯片的电源端通过所述电容C5接地。

更进一步地，所述第一开关管为NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极为所述第一开关管的控制端，所述NPN型三极管的集电极为所述第一开关管的输入端，所述NPN型三极管的发射极为所述第一开关管的输出端。

更进一步地，所述第一开关管为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述第一开关管的控制端，所述N型MOS管的漏极为所述第一开关管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第一开关管的输出端。

更进一步地，所述漏感保护模块包括：

电阻R2、电容C3以及二极管D1；

所述电阻R2的一端为所述漏感保护模块的输出端，所述电阻R2的另一端与所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极为所述漏感保护模块的输入端，所述电容C3与所述电阻R2并联。

更进一步地，所述负载模块包括：

二极管D3、电容C6以及电阻R10；

所述电容C6与所述电阻R10并联，其一公共端同时为所述负载模块的第一输入端和正输出端，另一公共端同时为所述负载模块的负输出端与所述二极管D3的阴极连接，所述二极管D3的阳极为所述负载模块的第二输入端。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述开关电源电路的开关电源。

本实用新型实施例采用具有中心抽头的变压器将初级电感分割为串联的负载绕组和回路绕组，通过减小负载绕组和回路绕组的绕制体积，实现了隔离电源转化为非隔离电源时，降低损耗，极大的提升了带载能力，提高了功率密度，温升极大的降低，电磁电容性好，动态响应得到极大的提高，以满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。本实用新型实施例无需增加外部元件，无需增加产品成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的开关电源电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的开关电源电路的示例电路图。

具体实施方式

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。

本实用新型实施例采用具有中心抽头的变压器将初级电感分割为串联的负载绕组和回路绕组，通过负载绕组和回路绕组的绕制体积，降低损耗，极大的提升了带载能力，提高了功率密度，温升极大的降低，电磁电容性好，动态响应得到极大的提高，以满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。本实用新型实施例无需增加外部元件，无需增加产品成本。

图1示出了本实用新型实施例提供的开关电源电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该开关电源电路可应用于各种开关电源中，连接于交流电与负载之间，包括：

整流滤波模块11，用于对交流电进行整流、滤波，输出含杂讯的直流电压，整流滤波模块11的火线输入端与交流电的火线连接，整流滤波模块11的零线输入端与交流电的零线连接；

控制模块12，用于根据所述含杂讯的直流电压进行驱动控制，输出脉宽控制信号；控制模块12的启动输入端与整流滤波模块11的输出端连接；

具有中心抽头的变压器13，用于根据所述脉宽控制信号进行能量传递，输出带有纹波的直流电压，变压器13初级线圈的同名端与整流滤波模块11的输出端连接，变压器13初级线圈的异名端与控制模块12的脉宽信号输出端连接，变压器13次级线圈的同名端与控制模块12的供电输入端连接，变压器13次级线圈的异名端接地；

漏感保护模块14，用于对变压器13进行漏感保护，漏感保护模块14的输出端与变压器13初级线圈的同名端连接，漏感保护模块14的输入端与变压器13初级线圈的异名端；

负载模块15，用于平滑所述带有纹波的直流电压，为负载输出稳定的直流电压，负载模块15的第一输入端与变压器13初级线圈的同名端连接，负载模块15的第二输入端与变压器13初级线圈的中心抽头端连接，负载模块15的正输出端和负输出端分别连接负载的两端。

在本实用新型实施例中，整流滤波模块11将交流电经整流、滤波后转化为含杂讯的直流电压，并以此启动控制模块12上电工作，控制模块12启动后，通过脉宽控制信号驱动并控制开关电源电路工作，变压器13在脉宽控制信号的控制下实现充放电，将能量传递给负载，并通过负载模块平滑纹波，漏感保护模块14用于对变压器进行漏感保护，值得注意的是，该变压器13具有中心抽头，该中心抽头将初级线圈分割为带匝数比的负载绕组N1和回路绕组N2，由于负载绕组N1和回路绕组N2串联于电路中，通过计算变压器初级线圈的匝比N{N=(N1+N2)÷N1}，将负载绕组按设计输出电流要求的线径绕制，回路绕组按设计输出要求的电流除以N的电流要求的线径绕制，绕制体积得到了极大的缩小或减小，从而极大的提高了功率密度，且由此产生的交直流损耗回路得到极大缩短，损耗极大的减小，负载模块15中的续流二极管反向耐压也可以大幅降低，即可采用低压二极管，例如肖特基二极管代替传统的高压二极管，其反向耐压公式为：Vmax=(1÷N)×Vinmax+（Vout+Vdiode），效率因此得到极大提升，温升极大的降低，高频和负载回路的改变缩短，产生的高频电磁干扰辐射和输出纹波极大的减小，电磁电容性好，动态响应极大的提高，利于设备系统匹配，极易满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。

本实用新型实施例采用具有中心抽头的变压器将初级电感分割为串联的负载绕组和回路绕组，通过减小负载绕组和回路绕组的绕制体积，实现了隔离电源转化为非隔离电源时，降低损耗，极大的提升了带载能力，提高了功率密度，温升极大的降低，电磁电容性好，动态响应得到极大的提高，以满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。本实用新型实施例无需增加外部元件，无需增加产品成本。

图2示出了本实用新型实施例提供的开关电源电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该整流滤波模块11包括：

保险管FR1、整流电路BR1、电阻R1、电容C1、电容C2以及电感L1；

所述保险管FR1的一端为整流滤波模块11的火线输入端，所述保险管FR1的另一端与所述整流电路BR1的第一输入端AC1连接，所述整流电路BR1的第二输入端AC2为整流滤波模块11的零线输入端，所述整流电路BR1的正输出端V+与所述电阻R1的一端和电容C1的一端连接，所述整流电路BR1的负输出端V-，所述电阻R1的另一端为整流滤波模块11的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端和所述电容C2的另一端同时接地，所述电感L1与所述电阻R1并联。

该控制模块12包括：

电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第一开关管121、电容C4、电容C5、二极管D2、以及主控芯片U1；

所述电阻R3的一端为控制模块12的启动输入端，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与主控芯片U1的电源端Vcc连接，主控芯片U1的输出端OUT与第一开关管121的控制端连接，第一开关管121的输入端为控制模块12的脉宽输出端，第一开关管121的输出端与主控芯片U1的电流检测端CS连接，主控芯片U1的电流检测端CS还同时与所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端连接，所述电阻R7的另一端和所述电阻R8的另一端同时接地，主控芯片U1的接地端GND接地，主控芯片U1的反馈端FB同时与所述电容C4的一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R5的一端连接，所述电容C4的另一端和所述电阻R6的另一端同时接地，所述电阻R5的另一端为控制模块12的供电输入端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与主控芯片U1的电源端Vcc连接，主控芯片U1的电源端Vcc通过所述电容C5接地。

作为本实用新型一实施例，第一开关管121可以采用NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极为第一开关管121的控制端，所述NPN型三极管的集电极为第一开关管121的输入端，所述NPN型三极管的发射极为第一开关管121的输出端。

第一开关管121还可以采用N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为第一开关管121的控制端，所述N型MOS管的漏极为第一开关管121的输入端，所述N型MOS管的源极为第一开关管121的输出端。

该漏感保护模块14包括：

电阻R2、电容C3以及二极管D1；

所述电阻R2的一端为漏感保护模块14的输出端，所述电阻R2的另一端与所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极为漏感保护模块14的输入端，所述电容C3与所述电阻R2并联。

该负载模块15包括：

二极管D3、电容C6以及电阻R10；

所述电容C6与所述电阻R10并联，其一公共端同时为负载模块15的第一输入端和正输出端V0+，另一公共端同时为负载模块15的负输出端V0-与所述二极管D3的阴极连接，所述二极管D3的阳极为负载模块15的第二输入端。

作为本实用新型一实施例，交流电源L端，通过保险管FR1接入整流电路BR1的第一输入端AC1，交流电源N接入整流电路BR1的第二输入端AC2端进行整流，整流电路BR1的负输出端V-由电容C1、电容C2、电感L1及电阻R1组成的滤波电路进行滤波得到一个直流电压，该电压经过启动电阻R3、启动电阻R4给主控芯片U1上电，主控芯片U1开始工作，当第一开关管121导通时，变压器13的负载绕组N1和回路绕组N2开始充电储能，充电电流由变压器13的负载绕组N1和回路绕组N2通过第一开关管121和电流检测电阻R7、R8到地，电流检测电阻R7和R8检测给变压器13充电电流的大小，以控制主控芯片U1的最大充电电流，当主控芯片U1充电电流达到最大充电电流时，关闭第一开关管121，第一开关管121关闭以后，变压器13中所存储的能量通过负载绕组N1释放能量，经二极管D3整流后向负载端输出直流电压。

变压器13次级线圈N3与二极管D2、电容C5、电阻R9构成主控芯片U1中内部电源VCC辅助供电模块，用于在主控芯片U1正常工作后给主控芯片U1供电，以得到主控芯片U1有一个稳定的内部电源Vcc。

变压器13次级线圈N3、电阻R5、电阻R6、电容C4构成主控芯片U1输出电压的反馈环路，用于检测输出电压的变化情况反馈给主控芯片U1，控制主控芯片U1的工作频率及脉冲控制信号的占空比，以稳定输出电压。

在本实用新型实施例中，变压器13的中心抽头将初级线圈分割为带匝数比的负载绕组N1和回路绕组N2，负载绕组N1为负载提供电流，负载绕组N1和回路绕组N2用于启动时给芯片充电，次级线圈N3用于在主控芯片U1正常工作后给主控芯片U1充电，由于负载绕组N1和回路绕组N2串联于电路中，通过计算变压器初级线圈的匝比N{N=(N1+N2)÷N1}，将负载绕组按设计输出电流要求的线径绕制，回路绕组按设计输出要求的电流除以N的电流要求的线径绕制，绕制体积得到了极大的缩小或减小，从而极大的提高了功率密度，且由此产生的交直流损耗回路得到极大缩短，损耗极大的减小，负载模块15中的续流二极管反向耐压也可以大幅降低，即可采用低压二极管，例如肖特基二极管代替传统的高压二极管，其反向耐压公式为：Vmax=(1÷N)×Vinmax+（Vout+Vdiode），效率因此得到极大提升，温升极大的降低，高频和负载回路的改变缩短，产生的高频电磁干扰辐射和输出纹波极大的减小，电磁电容性好，动态响应极大的提高，利于设备系统匹配，极易满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述开关电源电路的开关电源。

本实用新型实施例采用具有中心抽头的变压器将初级电感分割为串联的负载绕组和回路绕组，通过减小负载绕组和回路绕组的绕制体积，实现了隔离电源转化为非隔离电源时，降低损耗，极大的提升了带载能力，提高了功率密度，温升极大的降低，电磁电容性好，动态响应得到极大的提高，以满足相关安规、认证、能效标准、电磁兼容等相关法律法规的要求。本实用新型实施例无需增加外部元件，无需增加产品成本。

以上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。

Claims (8)

1.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路连接于交流电与负载之间，包括：

对交流电进行整流、滤波，输出含杂讯的直流电压的整流滤波模块，所述整流滤波模块的火线输入端与交流电的火线连接，所述整流滤波模块的零线输入端与交流电的零线连接；

根据所述含杂讯的直流电压进行驱动控制，输出脉宽控制信号的控制模块，所述控制模块的启动输入端与所述整流滤波模块的输出端连接；

根据所述脉宽控制信号进行能量传递，输出带有纹波的直流电压，并具有中心抽头的变压器，所述变压器初级线圈的同名端与所述整流滤波模块的输出端连接，所述变压器初级线圈的异名端与所述控制模块的脉宽信号输出端连接，所述变压器次级线圈的同名端与所述控制模块的供电输入端连接，所述变压器次级线圈的异名端接地；

对所述变压器进行漏感保护的漏感保护模块，所述漏感保护模块的输出端与所述变压器初级线圈的同名端连接，所述漏感保护模块的输入端与所述变压器初级线圈的异名端；

平滑所述带有纹波的直流电压，为负载输出稳定的直流电压的负载模块，所述负载模块的第一输入端与所述变压器初级线圈的同名端连接，所述负载模块的第二输入端与所述变压器初级线圈的中心抽头端连接，所述负载模块的正输出端和负输出端分别连接负载的两端。

2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括：

保险管、整流电路、电阻R1、电容C1、电容C2以及电感L1；

所述保险管的一端为所述整流滤波模块的火线输入端，所述保险管的另一端与所述整流电路的第一输入端连接，所述整流电路的第二输入端为所述整流滤波模块的零线输入端，所述整流电路的正输出端同时与所述电阻R1的一端和电容C1的一端连接，所述整流电路的负输出端接地，所述电阻R1的另一端为所述整流滤波模块的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端和所述电容C2的另一端同时接地，所述电感L1与所述电阻R1并联。

3.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述控制模块包括：

电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、第一开关管、电容C4、电容C5、二极管D2、以及主控芯片；

所述电阻R3的一端为所述控制模块的启动输入端，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述主控芯片的电源端连接，所述主控芯片的输出端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的输入端为所述控制模块的脉宽输出端，所述第一开关管的输出端与所述主控芯片的电流检测端连接，所述主控芯片的电流检测端还同时与所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端连接，所述电阻R7的另一端和所述电阻R8的另一端同时接地，所述主控芯片的接地端接地，所述主控芯片的反馈端同时与所述电容C4的一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R5的一端连接，所述电容C4的另一端和所述电阻R6的另一端同时接地，所述电阻R5的另一端为所述控制模块的供电输入端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述主控芯片的电源端连接，所述主控芯片的电源端通过所述电容C5接地。

4.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一开关管为NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极为所述第一开关管的控制端，所述NPN型三极管的集电极为所述第一开关管的输入端，所述NPN型三极管的发射极为所述第一开关管的输出端。

5.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一开关管为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述第一开关管的控制端，所述N型MOS管的漏极为所述第一开关管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第一开关管的输出端。

6.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述漏感保护模块包括：

电阻R2、电容C3以及二极管D1；

所述电阻R2的一端为所述漏感保护模块的输出端，所述电阻R2的另一端与所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极为所述漏感保护模块的输入端，所述电容C3与所述电阻R2并联。

7.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述负载模块包括：

二极管D3、电容C6以及电阻R10；

所述电容C6与所述电阻R10并联，其一公共端同时为所述负载模块的第一输入端和正输出端，另一公共端同时为所述负载模块的负输出端与所述二极管D3的阴极连接，所述二极管D3的阳极为所述负载模块的第二输入端。

8.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源中的开关电源电路为如权利要求1至7任一项所述的电路。

Images