一种宽负载范围的电源偏置电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽负载范围的电源偏置电路，其特点是，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路；辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路，偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路，连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压。本发明提出的电源偏置电路适应负载范围宽，可以提供轻载或空载条件下的稳定供电电压，保证了开关电源的可靠工作。
【专利说明】—种宽负载范围的电源偏置电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种适用于宽负载范围的电源偏置电路。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，开关电源普遍应用于计算机、通讯、电子设备等领域。开关电源与线性电源相比，具有功率转换效率高、稳压范围宽、体积小等优点。开关电源的输出电压检测后输入给PWM控制器，与基准电压比较，产生的误差信号经控制器内部的补偿电路作用后输出PWM驱动信号，控制开关管工作在导通和截止的开关状态，开关频率可以达到几百或上兆赫兹。当输入电压或负载电流发生变化时，PWM控制器调整开关管的导通占空比以稳定输出电压。可见，PWM控制器是开关电源的核心器件，开关电源的稳定工作离不开可靠的PWM控制器。
[0003]为了保证PWM控制器的可靠工作，必须配备正确的电源偏置电路。传统的偏置电源由功率变压器的辅助绕组产生，如图1所示。二极管Dl和电容C2构成反激式电路，对辅助绕组的端电压进行整流，整流后的直流电压作为PWM控制器的供电电压。启动时，开关管未导通，辅助绕组端没有电压，输入电压经电阻Rl对C2充电，实现PWM控制器的供电。图1所示的辅助绕组供电方式可以降低供电损耗，提高电源整体转换效率。但在轻载或空载的情况下，开关管的导通占空比很小，辅助绕组的输出电压不足以支持PWM控制器的供电，需依靠电容C2所储存的能量。C2的容量必须足够大，在多个开关周期内维持供电电压。在轻载条件下，PWM可能进入电压过低锁死状态，而导致输出电压不稳定。通常的想法是减小电阻Rl或增大电容C2，但是减少Rl的值会增大电路的损耗，增大C2的值会减少PWM启动时间。本专利技术就是基于这样的背景展开研究的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是设计一种宽负载范围的电源偏置电路。
[0005]为了实现上述目的，本发明实施例提供了 一种电源偏置电路，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，其中:
[0006]所述辅助绕组偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；
[0007]所述输入电压偏置电路连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压；
[0008]进一步，所述辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路；
[0009]进一步，所述输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路；所述晶体管Q2的发射极与PWM控制器供电端相连；所述晶体管Q2的集电极通过电阻R2与电源输入端连接；所述晶体管Q2的基极驱动电路连接在电源输入端和基极之间；
[0010]进一步，所述整流二极管D3的正极与辅助绕组的一端连接，所述整流二极管D3的负极与电容C3的正极连接；所述电容C3的负极接地；
[0011]进一步，所述晶体管基极驱动电路包括电阻R1、电容C2、稳压管Dl和二极管D2 ；
[0012]进一步，所述滤波电容C3采用电解电容实现；
[0013]进一步，所述电阻Rl的一端与电源输入端连接，所述电阻Rl的一端还通过电容C2接地；所述电阻Rl的另一端与稳压管Dl的负极连接，所述电阻Rl的另一端还与二极管D2的正极连接；所述稳压管Dl的正极接地；所述二极管D2的负极与晶体管Q2的基极连接。
[0014]本发明实施例提供了一种宽负载范围的电源偏置电路，在开关电源稳态工作时通过辅助绕组偏置电路提供PWM控制器的供电电压；在轻载或空载工作状态由输入电压偏置电路提供供电电压。和现有技术相比，本发明提出的电源偏置电路适应负载范围宽，可以提供轻载条件下的稳定供电电压，保证了开关电源的可靠工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0016]图1为现有技术中基于辅助绕组的电源偏置电路；
[0017]图2为本发明电源偏置电路的原理图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图，对本发明所述的方法做进一步的详细说明。
[0019]图2为本发明实施例提供的电源偏置电路的原理图，如图所示，本发明实施例提供了一种宽负载范围的电源偏置电路，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，其中:
[0020]所述辅助绕组偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；
[0021 ] 所述输入电压偏置电路连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压；
[0022]进一步，所述辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路；
[0023]进一步，所述输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路；所述晶体管Q2的发射极与PWM控制器供电端相连；所述晶体管Q2的集电极通过电阻R2与电源输入端连接；所述晶体管Q2的基极驱动电路连接在电源输入端和基极之间；
[0024]进一步，所述整流二极管D3的正极与辅助绕组的一端连接，所述整流二极管D3的负极与电容C3的正极连接；所述电容C3的负极接地；
[0025]进一步，所述晶体管基极驱动电路包括电阻R1、电容C2、稳压管Dl和个二极管D2 ；
[0026]进一步，所述滤波电容C3采用电解电容实现；
[0027]进一步，所述电阻Rl的一端与电源输入端连接，所述电阻Rl的一端还通过电容C2接地；所述电阻Rl的另一端与稳压管Dl的负极连接，所述电阻Rl的另一端还与二极管D2的正极连接；所述稳压管Dl的正极接地；所述二极管D2的负极与晶体管Q2的基极连接。[0028]本发明实施例中的变压器辅助绕组、二极管D3和电容C3构成了辅助绕组偏置电路。开关电源稳态工作时，辅助绕组两端产生固定频率的方波电压，经反激式整流电路输出直流偏置电压。变压器辅助绕组的绕制方式基于反激式拓扑结构，其同名端与初级绕组的同名端方向相反。
[0029]电阻R1、电容C2、稳压管Dl、二极管D2和晶体管Q2 —起构成输入电压偏置电路。在轻载或空载条件下，输入电压偏置电路提供PWM控制器的供电电压。稳压管Dl对晶体管的基极电压进行限幅，防止输入电压过高时基极电压超出最大工作电压；二极管D2单向导通，保证晶体管基极的正向偏置；电阻R2可以限制晶体管的发射极工作电流，以保护晶体管。当开关电源工作在启动状态，晶体管基极与发射极处于正向偏置状态，晶体管导通，输入电压经晶体管的集电极和发射极向PWM控制器供电；当电源工作于稳态时，辅助绕组偏置电路开始工作，其输出电压使 晶体管基极与发射极之间处于反偏置状态，晶体管关断，从而关闭输入电压偏置电路；电源工作于轻载或空载时，开关管的导通占空比很小，导致辅助绕组的输出电压小，此时晶体管导通，输入电压偏置电路参与供电。因此，本发明实施例的电源偏置电路既可以利用辅助绕组为PWM控制器供电的低功耗优势，同时还能在轻载或空载条件下为PWM控制器提供足够的供电电压。
[0030]下面详细分析输入电压偏置电路的器件参数设置:
[0031]首先计算晶体管基极电压Vb:
[0032]Vb = Vaux-1 (I)
[0033]其中Vaux为辅助绕组输出电压；
[0034]根据基极电压Vb的值可以确定稳压管Dl的额定电压，电阻Rl的取值由基极电流Ib决定:
【权利要求】
1.一种宽负载范围的电源偏置电路，其特征在于，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，所述辅助绕组偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；所述输入电压偏置电路连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路；所述晶体管Q2的发射极与PWM控制器供电端相连；所述晶体管Q2的集电极通过电阻R2与电源输入端连接；所述晶体管Q2的基极驱动电路连接在电源输入端和基极之间。
4.根据权利要求1至2任一权利要求所述的电路，其特征在于，所述整流二极管D3的正极与辅助绕组的一端连接，所述整流二极管D3的负极与电容C3的正极连接；所述电容C3的负极接地。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述晶体管基极驱动电路包括电阻Rl、电容C2、稳压管Dl和二极管D2。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的电路，其特征在于，所述滤波电容C3采用电解电容实现。
7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电阻Rl的一端与电源输入端连接，所述电阻Rl的一端还通过电容C2接地；所述电阻Rl的另一端与稳压管Dl的负极连接，所述电阻Rl的另一端还与二极管D2的正极连接；所述稳压管Dl的正极接地；所述二极管D2的负极与晶体管Q2的基极连接。
【文档编号】H02M3/335GK104022652SQ201410213534
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】王斌 申请人:重庆大学