专利名称：在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明公开一种开关电源的辅助电源，特别是一种在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法及对应的正激开关电源恒定伏秒积辅助电源电路。
背景技术：
开关电源以其节能、环保、高效等优点，早已被广泛应用于各种电器产品中，其中输出功率在100W-500W之间的正激开关电源应用最为广泛。目前，一般的开关电源中通常都包括一个辅助电源，用于给开关电源内部的元器件供电，目前的正激开关电源中的辅助供电电路普遍存在结构过于复杂、体积较大、成本高等缺点。目前的正激开关电源中通常都包括有一个输出滤波电路，请参看附图1，附图1中所示的为现有技术中，正激开关电源中经常采用的输出滤波电路。输出滤波电路中都包含有一个滤波电感，但是，由于开关电源中的控制电路的电流一般只有十几毫安，如果为了满足宽电压输入都能工作，则需要将电感的电感值做得非常大，这样的话，一方面大电感实现起来比较困难，另一方面，大的滤波电感会导致开关电源在启机时，启动电容充电较慢，开关电源容易打嗝，因此宽母线电压输入的正激开关电源中的辅助供电电源通常不适用电感滤波的方案来给开关电源内部的控制电路供电。因此，现有技术中的正激开关电源通常是单独设计辅助供电电源。目前的正激开关电源中的辅助电源一般都是采用小功率反激电源拓扑结构，请参看附图2，辅助电源组成包括单独的控制芯片和反馈环路、变压器、开关管及整流部分，相当于一套完整的电源，其结构复杂，不仅成本较高，而且体积大。目前还有一种常用的辅助电源就是使用线性稳压电路来做辅助电源，请参看附图3，线性稳压电路中利用正激变压器的辅助绕组电压从IN节点接入，经过三极管Q2降压后输出+15V稳定电压。但是这类电路通常只能在输入电压比较窄的正激开关电源中使用，当其应用于宽输入电压的正激开关电源中时，其效率非常低， 发热量大。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的开关电源稳压效果不好等缺点，本发明提供一种新的正激开关电源恒定伏秒积辅助电源，其通过具有恒定伏秒积功能的斩波电路恒定加在电感上的伏秒积，来实现输出电压可以得到一定程度的稳定，电路简单、实现容易、成本低、体积小、效率高。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法，方法在辅助电源电路中设有输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感Ll和输出接口，输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，用于电源输入，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感Ll，经滤波电感Ll滤波后， 由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电，斩波电路能够减小加在滤波电感Ll上的伏秒积，从而减小滤波电感Ll的感量。一种正激开关电源恒定伏秒积辅助电源电路，该电路包括输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感Ll和输出接口，所述输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，用于电源输入，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感Li，经滤波电感Ll滤波后，由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括所述的具有恒定伏秒积功能的斩波电路包括电源通道和控制电源通道通断的控制通道，电源通道连接在输入接口和滤波电感Ll之间，控制通道控制电源通道的通断。所述的电源通道包括依次串联连接的二极管D1、三极管Q4和二极管D3，二极管Dl 正极与输入接口连接，二极管Dl负极通过三极管Q4的ce极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与滤波电感Ll连接，所述控制通道控制三极管Q4的通断。所述的控制通道包括串联连接的电容C5和电阻R15以及二极管D2、三极管Q3，电容C5 —端与输入接口连接，另一端与电阻R15连接，电阻R15 —端与电容C5连接，另一端与输出接口连接，二极管D2与电容C5并联连接，二极管D2的负极与输入接口连接，二极管 D2的正极连接在电容C5和电阻R15的公共端上，三极管Q3的be极并联在电容C5的两端， 三极管Q3的集电极控制电源通道的通断。所述的三极管Q3的集电极通过电阻Rll连接在输出接口上，电源通道的控制端连接在三极管Q3和电阻Rll的公共端上。所述的控制通道中还包括有三极管Q2，三极管Q3的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q3控制三极管Q2的通断，三极管Q2的集电极与三极管Q4和二极管D3的公共端连接，三极管Q2的发射极与三极管Q4的基极连接，三极管Q2控制三极管Q4的通断。所述的电路中还包括稳压电容C31，稳压电容C31串接在输出接口与地之间。所述的电路中还包括续流二极管D7，续流二极管D7连接在二极管D3和电感Ll的公共端与地之间。所述的输出接口与地之间串接有稳压二极管Z5。本发明的有益效果是本发明中的辅助电源所需能量来自正激变压器的辅助绕组，不需要额外的变压器，大大减小体积和辅助电源成本。本发明通过RC充电来恒定加在电感上的伏秒积，而且控制过程不需要反馈，电路简单可靠。伏秒积恒定，电压可以得到一定程度的稳定。本发明能满足宽电压输出正激开关电源的辅助供电要求，而且电路简单、实现容易、成本低、体积小、效率高。下面将结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1为现有技术中正激开关电源滤波输出电路原理图。图2为现有技术中正激开关电源内的小功率反激电源拓扑结构电路原理图。图3为现有技术中正激开关电源内的线性稳压电路原理图。图4为本发明电路原理图。图5为采用本发明的简化双管正激开关电源电路原理图。图6为图5的局部电路原理图。
具体实施例方式
4
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。本发明主要为一种在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法，在辅助电源电路中设有输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感Ll和输出接口，输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，用于电源输入，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感Li，经滤波电感Ll滤波后，由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电，斩波电路能够减小加在滤波电感Ll上的伏秒积，从而减小滤波电感Ll的感量。本实施例中，输入接口连接在正激开关电源内的开关正激变压器的辅助绕组上，从正激变压器辅助绕组处取电，不需要额外的变压器，大大减小体积和辅助电源成本。本发明与正激变压器一起形成二次斩波，对第二次斩波采用具有恒定伏秒积功能的斩波电路，其配合滤波电感Li，实现输出电压的稳定，满足宽电压输出正激开关电源的辅助供电要求。本发明中还提供一种实现上述方法的电路，即一种正激开关电源恒定伏秒积辅助电源电路，请参看附图4，本发明主要包括输入接口 UIN、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、 滤波电感Ll和输出接口 VCC15V，输入接口 UIN的输入电源输出给具有恒定伏秒积功能的斩波电路，本实施例中，具有恒定伏秒积功能的斩波电路包括电源通道和控制通道，本实施例中，输入接口 UIN的输入电源分成两路，一路与电源通道连接，另一路与控制通道连接，电源通道输出与滤波电感Ll连接，通过滤波电感Ll输出电源，经输出接口 VCC15V输出+15V 电源，给正激电源控制芯片供电，本实施例中，电源通道采用三极管Q4，三极管Q4采用PNP 型三极管，三极管Q4的发射极通过二极管Dl连接在输入接口 UIN上，三极管Q4的集电极通过二极管D3与滤波电感Ll连接，滤波电感Ll另一端连接在输出接口 VCC15V上，本实施例中，输出接口 VCCl5V与地之间连接有稳压电容C31，通过稳压电压电容C31可实现输出电源更加稳定，二极管D3与滤波电感Ll的公共端与地之间连接有续流二极管D7，可通过续流二极管D7泄放滤波电感Ll内的电量。电容C5—端与输入接口 UIN连接，另一端与电阻R15 连接，电阻R15 —端与电容C5连接，另一端与输出接口 VCC15V连接。本实施例中，与电容 C5并联连接有二极管D2，电容C5和电阻R15的公共端与三极管Q3的基极连接，本实施例中，三极管Q3采用PNP型三极管，三极管Q3的发射极连接在输入接口 UIN上，三极管Q3的集电极与电阻Rll连接，电阻Rll另一端连接在输出接口 VCC15V上，三极管Q3与电阻Rll 的公共端上连接有三极管Q2的基极，本实施例中，三极管Q2采用PNP型三极管，三极管Q2 的发射极连接在三极管Q4的基极上，三极管Q2的集电极连接在三极管Q4与二极管D3的公共端处。三极管Q2和三极管Q4形成典型的达林顿管结构，通过三极管Q2对三极管Q3的输出信号进行放大，从而控制三极管Q4的通断。本实施例中，输出接口 VCC15V与地之间连接有稳压管Z5，本实施例中，稳压管Z5采用16V稳压管，以防止输出接口 VCC15V输出电压过高而对正激电源控制芯片造成损坏。本发明中，输出接口 VCC15V处还连接有启动电源， 即输出接口 VCC15V处通过串联连接的启动电阻R31和电阻R39连接在直流电源VDC上，通过直流电源VDC启动本发明。请参看附图5和附图6，将本发明应用于现有技术的典型的简化双管正激开关电源电路中，本发明中的输入接口 UIN连接在正激变压器的辅助绕组上，从正激变压器的辅助绕组中取电给本发明供电。本发明的工作原理如下，当开关管Ql-A和开关管Ql-B打开时，主变压器TR2的初级线圈的第1、3脚加正电压，此时则主变压器TR2的4脚，即UIN网络输出正电压，即本发明输入接口 UIN输入正电压；当开关管Ql-A和开关管Ql-B断开时，由于主变压器TR2的初级线圈的励磁电流作用，在主变压器TR2的初级线圈的第1、3脚产生负电压，即UIN网络输出负电压，即本发明输入接口 UIN输入负电压。请参看附图5和附图6，本发明为虚线框内电路，由于UIN网络输出电压为方波电压，本实施例中，特将UIN网络输出电压的正峰值定义为Uin，电容C31电压定义为Uout，电容 C5电压定义为Uc5三极管Q4_2脚(即集电极)电压定义为UQ4 2 ；电阻R15的阻值为R15，电容C5的电容容量为C5, 二极管D2导通电压为Uf = 0. 6V，三极管Q3的be极导通电压U03be
=0. 6vo本发明的工作过程如下1、当主开关管Ql-A和开关管Ql-B刚打开时，此时电容C5两端电压近似为_0. 6v, 三极管Q3处于关断状态，三极管Q2、三极管Q4处于导通状态，此时三极管Q4_2脚电压Uq4 2 电压为高，电感Ll内的电流变大，电感Ll存储能量；2、随着电阻R15对电容C5充电，电容C5两端电压逐渐升高，由于二极管D2的箝位作用，电容C5的电压在-0. 6v到0. 6v之间变化，由于加在电阻R15上的电压远大于电容 C5的电压，所以，充电电流可以认为是Ic5 = (Uin-Uout)/R15 ；3、当电容C5的电压达到三极管Q3的be结导通电压时，三极管Q3导通，三极管Q3 导通会导致三极管Q2、三极管Q4关断，此时，电感Ll开始通过二极管D7续流来释放能量。本发明中，通过电感Ll的不断地充电放电，来输出一个相对稳定的电压。恒定伏秒积原理实现推导为了简化推导公式，本实施例中，将二极管D1、三极管Q4、二极管D3和二极管D7 看做是理想器件，即没有压降损耗。由上面推导可知电容C5的充电电流为Ic5 = (Uin-Uout)/R15 ；则三极管Q3 关闭的时间长度为=T1 = Udet C5*C5/ICS = UDET C5*C5*R15/(Uin-Uout)；其中，UDET_C5为电容C5电压变化量，即二极管D2导通的结压降加上三极管Q3的be 极导通压降，Udet c5约为1. 2V。在Tl时间段内三极管Q4为打开状态，则加在电感Ll上的伏秒积为UT = (Uin-Uout)^T1 = (Uin-Uout) *uDETC5*c5*r15/ (Uin-Uout) = uDET—C5*c5*r15分析上式可得UT = UDETC5*C5*R15，与输入输出的电压无关，所以实现了恒定伏秒积控制。恒定伏秒积稳压原理令K = Udet C5*C5*R15，分析可得其值为常数；则UT = K ；电感Ll最大电流值IP = !(/L1 为电感Ll的电感值；电感Ll每次输出的能量& = 0. 5礼一1/ = 0. 5 2/!^所以，辅助电源输出功率P。ut = Fsw^El = 0. S^F^KVLi而对于指定的正激电源，其控制电路功率Prtri基本不变，所以只要设计好K、L值， 便可以稳压。计算方法上式中K值选取可根据开关电源最小占空比(Dmin)来选择，使得Tl小于Dmin*Tsw。其中Tsw为开关周期。设定好K值后，Petel = Fsw^El = 0. S^FsZK2Zl1解方程可以求出L1值。这样设计的电路便可以稳定辅助电源电压。本发明中的辅助电源所需能量来自正激变压器的辅助绕组，不需要额外的变压器，大大减小体积和辅助电源成本。本发明通过RC充放电来实现恒定伏秒积斩波电路，以实现恒定加在电感上的伏秒积，能在无反馈情况下自动稳压，电路简单可靠。伏秒积恒定， 电压可以得到一定程度的稳定。本发明能满足宽电压输出正激开关电源的辅助供电要求， 而且电路简单、实现容易、成本低、体积小、效率高。
权利要求
1.一种在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法，其特征是所述的方法在辅助电源电路中设有输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感Ll和输出接口，输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，用于电源输入，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感Li，经滤波电感Ll滤波后，由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电，斩波电路能够减小加在滤波电感Ll上的伏秒积，从而减小滤波电感Ll 的感量。
2.一种正激开关电源恒定伏秒积辅助电源电路，其特征是所述的电路包括输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感Ll和输出接口，所述输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，用于电源输入，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感Li，经滤波电感Ll滤波后，由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征是所述的具有恒定伏秒积功能的斩波电路包括电源通道和控制电源通道通断的控制通道，电源通道连接在输入接口和滤波电感Ll之间，控制通道控制电源通道的通断。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征是所述的电源通道包括依次串联连接的二极管D1、三极管Q4和二极管D3，二极管Dl正极与输入接口连接，二极管Dl负极通过三极管 Q4的ce极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与滤波电感Ll连接，所述控制通道控制三极管Q4的通断。
5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征是所述的控制通道包括串联连接的电容 C5和电阻R15以及二极管D2、三极管Q3，电容C5 —端与输入接口连接，另一端与电阻R15 连接，电阻R15 —端与电容C5连接，另一端与输出接口连接，二极管D2与电容C5并联连接，二极管D2的负极与输入接口连接，二极管D2的正极连接在电容C5和电阻R15的公共端上，三极管Q3的be极并联在电容C5的两端，三极管Q3的集电极控制电源通道的通断。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征是所述的三极管Q3的集电极通过电阻Rll连接在输出接口上，电源通道的控制端连接在三极管Q3和电阻Rll的公共端上。
7.根据权利要求5所述的电路，其特征是所述的控制通道中还包括有三极管Q2，三极管Q3的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q3控制三极管Q2的通断，三极管Q2的集电极与三极管Q4和二极管D3的公共端连接，三极管Q2的发射极与三极管Q4的基极连接， 三极管Q2控制三极管Q4的通断。
8.根据权利要求2或3或4或6或7所述的电路，其特征是所述的电路中还包括稳压电容C31，稳压电容C31串接在输出接口与地之间。
9.根据权利要求2或3或4或6或7所述的电路，其特征是所述的电路中还包括续流二极管D7，续流二极管D7连接在二极管D3和电感Ll的公共端与地之间。
10.根据权利要求2或3或4或6或7所述的电路，其特征是所述的输出接口与地之间串接有稳压二极管Z5。
全文摘要
本发明公开了一种在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法，在辅助电源电路中设置有输入接口、具有恒定伏秒积功能的斩波电路、滤波电感L1和输出接口，输入接口连接在正激开关电源内的正激变压器的辅助绕组上，输入电源经斩波电路斩波后输出给滤波电感L1，经滤波电感L1滤波后，由输出接口输出给正激开关电源控制芯片供电，相应的，本发明还公开了一种正激开关电源恒定伏秒积辅助电源电路，由于辅助电源的输入电源来自正激变压器的辅助绕组，不需要额外变压器，大大减小了辅助电源的体积和成本，且本发明通过RC充放电来实现恒定伏秒积斩波电路，能在无反馈情况下自动稳压，电路简单可靠。
文档编号H02M3/06GK102570798SQ20101061630
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者唐传明 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司