一种反激式开关电源电路的制作方法

本实用新型属于开关电源技术领域，特别涉及一种反激式开关电源电路。

背景技术：

由于反激式开关电源电路具有控制线路简单、体积小、设计成本等优点，而被广泛应用于通信、医疗、工控、铁路、电梯、LED照明、家电等行业。其中，反激式开关电源电路中的反激式变压器用于转换能量。

目前，反激式开关电源电路的工作模式主要有以下三种：CCM电感电流连续模式、CRM电感电流连续临界模式、DCM电感电流断续模式。反激式开关电源电路因不同的工作模式，其电感反激式变压器的设计有所区别。

然而，现有技术中反激式开关电源电路，存在能量转换效率低、输出功率较小等问题，无法满足输出较大功率的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反激式开关电源电路，有效地解决了能量转换效率低、输出功率较小的问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供一种反激式开关电源电路，包括：电源子电路，用于提供电源；RCD尖峰吸收子电路，所述RCD尖峰吸收子电路与所述电源子电路电连接；PWM控制子电路，所述PWM控制子电路与所述电源子电路电连接；开关子电路，所述开关子电路与所述PWM控制子电路电连接；能量传输子电路，所述能量传输子电路分别与所述RCD尖峰吸收子电路、开关子电路电连接；第一次级整流子电路，所述第一次级整流子电路与所述能量传输子电路电连接；第二次级整流子电路，所述第二次级整流子电路与所述能量传输子电路电连接；电压反馈子电路，所述电压反馈子电路分别与所述第一次级整流子电路、第二次级整流子电路电连接；隔离子电路，所述隔离子电路分别与所述PWM控制子电路、电压反馈子电路电连接。

进一步，所述能量传输子电路包括：第一反激式变压器、第二反激式变压器，所述第一反激式变压器的一初级线圈与所述RCD尖峰吸收子电路的一输出端电连接，所述第一反激式变压器的另一初级线圈与所述第二反激式变压器的一初级线圈电连接；所述第一反激式变压器的次级线圈与所述第一次级整流子电路的输入端电连接；所述第二反激式变压器的另一初级线圈分别与所述RCD尖峰吸收子电路的另一输出端、所述开关子电路的输出端电连接；所述第二反激式变压器的次级线圈与所述第二次级整流子电路的输入端电连接。

进一步，所述PWM控制子电路包括：PWM控制芯片，所述PWM控制芯片的高压启动电源输入端依次通过第一启动电阻、第二启动电阻与所述电源子电路的输出端电连接，所述PWM控制芯片的高压启动电源输入端通过极性电容接地；所述PWM控制芯片的电流检测输入端通过第一控制分压电阻与所述开关子电路的一输出端电连接，所述PWM控制芯片的电流检测输入端还通过第二控制分压电阻接地，所述PWM控制芯片的电流检测输入端还通过电容接地；所述PWM控制芯片的控制输入端与所述隔离子电路的输出端电连接，所述PWM控制芯片的控制输入端还依次通过第三控制分压电阻、控制电容接地；所述PWM控制芯片的输出端与所述开关子电路的输入端电连接。

进一步，所述开关子电路包括：场效应晶体管，所述场效应晶体管的漏极与所述能量传输子电路的另一输入端电连接；所述场效应晶体管的源极与所述PWM控制子电路的电流检测输入端电连接，所述场效应晶体管的源极还通过第一电流采样电阻接地；所述场效应晶体管的源极还通过第二开关分压电阻与所述场效应晶体管的栅极电连接；所述场效应晶体管的栅极还通过第三开关限流电阻与所述PWM控制子电路的输出端电连接，所述场效应晶体管的栅极还通过第四开关分压电阻与开关二极管的阳极电连接，所述开关二极管的阴极与所述PWM控制子电路的输出端电连接。

进一步，所述第一次级整流子电路包括：第一整流二极管、第一吸收电阻、第一吸收电容，所述第一整流二极管的阳极与所述能量传输子电路的一输出端电连接；所述第一整流二极管的阳极还依次通过所述第一吸收电阻、第一吸收电容与所述第一整流二极管的阴极电连接；所述第一整流二极管的阴极还通过整流极性电容接地；所述第一整流二极管的阴极还与所述电压反馈子电路的输入端电连接。

进一步，所述第二次级整流子电路包括：第二整流二极管、第二吸收电阻、第二吸收电容，所述第二整流二极管的阳极与所述能量传输子电路的另一输出端电连接；所述第二整流二极管的阳极还依次通过所述第二吸收电阻、第二吸收电容与所述第二整流二极管的阴极电连接；所述第二整流二极管的阴极还与所述电压反馈子电路的输入端电连接。

进一步，所述电压反馈子电路包括：第一反馈电阻、第二反馈电阻、第三反馈电阻，所述第一反馈电阻的一端与所述次级整流子电路的输出端电连接，所述第一反馈电阻的一端还通过反馈电容与所述第一反馈电阻的另一端电连接；所述第一反馈电阻的一端还与所述隔离子电路的一输入端电连接；所述第一反馈电阻的另一端通过所述第二反馈电阻与所述隔离子电路的另一输入端电连接；所述第一反馈电阻的另一端还依次通过所述第二反馈电阻、第三反馈电阻接地。

进一步，所述隔离子电路包括：第一隔离电阻、光耦隔离器、第二隔离电阻、线性调节器，所述第一隔离电阻的一端与所述电压反馈子电路的一输出端电连接；所述第一隔离电阻的另一端与所述光耦隔离器的正极电连接，所述第二隔离电阻并接在所述光耦隔离器的正极、负极上；所述光耦隔离器的负极依次通过第三隔离电阻、第一隔离电容与所述电压反馈子电路的另一输出端电连接；所述光耦隔离器的负极还通过第二隔离电容与所述电压反馈子电路的另一输出端电连接；所述光耦隔离器的负极还与所述线性调节器的阴极电连接，所述线性调节器的阳极接地；所述光耦隔离器的集电极与所述PWM控制子电路的输入端，所述光耦隔离器的发射极接地。

进一步，所述RCD尖峰吸收子电路包括：吸收电阻、吸收电容、吸收二极管，所述吸收电阻与所述吸收电容并接后，一端与所述吸收二极管的阴极电连接；且另一端分别与所述PWM控制子电路的一输出端、所述能量传输子电路的一输入端电连接；所述吸收二极管的阳极与所述能量传输子电路的另一输入端电连接。

进一步，所述电源子电路包括：交流电源、整流过滤器，所述交流电源与所述整流过滤器电连接，所述整流过滤器还与所述PWM控制子电路电连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型使初级的能量更多的传输到次级，提高了输出功率，解决了以往反激式开关电源输出功率小的难题。

2、本实用新型能量传输子电路中第一反激式变压器和第二反激式变压器的原边绕组串联，第一反激式变压器和第二反激式变压器的次级绕组并联；提高了能量转化，增大输出功率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种反激式开关电源电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型中一种反激式开关电源电路的电路原理图；

图2是本实用新型中PWM控制子电路、部分隔离子电路的电路原理图；

图3是本实用新型中电压反馈子电路的能量变化示意图。

附图标号说明：

10—RCD尖峰吸收子电路 20—PWM控制子电路

30—开关子电路 40—能量传输子电路

50—第一次级整流子电路 51—第二次级整流子电路

60—电压反馈子电路 70—隔离子电路

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图1、图2所示，根据本实用新型的一个实施例，一种反激式开关电源电路，包括：电源子电路，用于提供电源；所述电源子电路包括：交流电源、整流过滤器，所述交流电源与所述整流过滤器电连接，所述整流过滤器还与所述PWM控制子电路20电连接。RCD尖峰吸收子电路10，所述RCD尖峰吸收子电路10与所述电源子电路电连接；PWM控制子电路20，所述PWM控制子电路20与所述电源子电路电连接；开关子电路30，所述开关子电路30与所述PWM控制子电路20电连接；能量传输子电路40，所述能量传输子电路40分别与所述RCD尖峰吸收子电路10、开关子电路30电连接；第一次级整流子电路50，所述第一次级整流子电路50与所述能量传输子电路40电连接；第二次级整流子电路51，所述第二次级整流子电路51与所述能量传输子电路40电连接；电压反馈子电路60，所述电压反馈子电路60分别与所述第一次级整流子电路50、第二次级整流子电路51电连接；隔离子电路70，所述隔离子电路70分别与所述PWM控制子电路20、电压反馈子电路60电连接。

具体的，电源子电路向RCD尖峰吸收子电路10、PWM控制子电路20提供电能，PWM控制子电路20输出PWM波，通过控制开关子电路30导通或关断，来控制能量传输子电路40是否处于电压传输状态。当能量传输子电路40处于电压传输状态，RCD尖峰吸收子电路10向能量传输子电路40输出电压，能量传输子电路40输出电压经过第一次级整流子电路50、第二次级整流子电路51进行整流后输出。电压反馈子电路60检测第一次级整流子电路50、第二次级整流子电路51输出的反馈电压后，经过隔离子电路70输出给PWM控制子电路20，PWM控制子电路20根据反馈电压向开关子电路30输出PWM波。当能量传输子电路40处于电压停止传输状态时，电源子电路向RCD尖峰吸收子电路10提供电压，RCD尖峰吸收子电路10进行电压存储。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述RCD尖峰吸收子电路10包括：吸收电阻R1、吸收电容C1、吸收二极管D1，所述吸收电阻R1与所述吸收电容C1并接后，一端与所述吸收二极管D1的阴极电连接；且另一端分别与所述PWM控制子电路20的一输入端(PWM控制芯片LM5021的电压输入端VIN)、所述能量传输子电路40的一输入端(所述能量传输子电路40中第一反激式变压器T1的一初级线圈)电连接；所述吸收二极管D1的阳极与所述能量传输子电路40的另一输入端(所述能量传输子电路40中第二反激式变压器T2的另一初级线圈)电连接。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述PWM控制子电路20包括：PWM控制芯片LM5021，所述PWM控制芯片LM5021的高压启动电源输入端VIN依次通过第一启动电阻R23、第二启动电阻R22与所述电源子电路的输出端电连接，所述PWM控制芯片LM5021的高压启动电源输入端VIN通过极性电容C14接地；所述PWM控制芯片LM5021的电流检测输入端CS通过第一控制分压电阻R19与所述开关子电路30的一输出端(所述开关子电路30中场效应晶体管Q1的源极)电连接，所述PWM控制芯片LM5021的电流检测输入端CS还通过第二控制分压电阻R20接地，所述PWM控制芯片LM5021的电流检测输入端CS还通过电容C12接地；所述PWM控制芯片LM5021的控制输入端COMP与所述隔离子电路70的输出端(隔离子电路70中光耦隔离器OP1的集电极)电连接，所述PWM控制芯片LM5021的控制输入端COMP还依次通过第三控制分压电阻R18、控制电容C10接地；所述PWM控制芯片LM5021的输出端OUT与所述开关子电路30的输入端(开关子电路30中场效应晶体管Q1的栅极)电连接；所述PWM控制芯片LM5021的电源输入端VCC通过控制电容C13接地；所述PWM控制芯片LM5021的端口SS通过软启动控制电容C11接地。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述开关子电路30包括：场效应晶体管Q1，所述场效应晶体管Q1的漏极与所述能量传输子电路40的另一输入端(能量传输子电路40中第二反激式变压器T2的另一初级线圈)电连接；所述场效应晶体管Q1的源极与所述PWM控制子电路20的电流检测输入端电连接，所述场效应晶体管Q1的源极还通过第一电流采样电阻RS1接地；所述场效应晶体管Q1的源极还通过第二开关分压电阻R4与所述场效应晶体管Q1的栅极电连接；所述场效应晶体管Q1的栅极还通过第三开关限流电阻R3与所述PWM控制子电路20的输出端电连接，所述场效应晶体管Q1的栅极还通过第四开关分压电阻R2与开关二极管D3的阳极电连接，所述开关二极管D3的阴极与所述PWM控制子电路20的输出端电连接。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述能量传输子电路40包括：第一反激式变压器T1、第二反激式变压器T2，所述第一反激式变压器T1的一初级线圈与所述RCD尖峰吸收子电路10的一输出端电连接，所述第一反激式变压器T1的另一初级线圈与所述第二反激式变压器T2的一初级线圈电连接；所述第一反激式变压器T1的次级线圈与所述第一次级整流子电路50的输入端(所述第一次级整流子电路50中第一整流二极管D4的阳极)电连接；所述第二反激式变压器T2的另一初级线圈分别与所述RCD尖峰吸收子电路10的另一输出端、所述开关子电路30的输出端电连接；所述第二反激式变压器T2的次级线圈与所述第二次级整流子电路51的输入端(第二次级整流子电路51中第二整流二极管D5的阳极)电连接。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述第一次级整流子电路50包括：第一整流二极管D4、第一吸收电阻R6、第一吸收电容C3，所述第一整流二极管D4的阳极与所述能量传输子电路40的一输出端电连接；所述第一整流二极管D4的阳极还依次通过所述第一吸收电阻R6、第一吸收电容C3与所述第一整流二极管D4的阴极电连接构成RC吸收电路；所述第一整流二极管D4的阴极还通过整流极性电容C5接地；所述第一整流二极管D4的阴极还与所述电压反馈子电路60的输入端(电压反馈子电路60中第一隔离电阻R8的一端)电连接。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述第二次级整流子电路51包括：第二整流二极管D5、第二吸收电阻R7、第二吸收电容C4，所述第二整流二极管D5的阳极与所述能量传输子电路40的另一输出端电连接；所述第二整流二极管D5的阳极还依次通过所述第二吸收电阻R7、第二吸收电容C4与所述第二整流二极管D5的阴极电连接；所述第二整流二极管D5的阴极还与所述电压反馈子电路60的输入端电连接。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述电压反馈子电路60包括：第一反馈电阻R11、第二反馈电阻R12、第三反馈电阻R13，所述第一反馈电阻R11的一端与所述次级整流子电路的输出端电连接，所述第一反馈电阻R11的一端还通过反馈电容C6与所述第一反馈电阻R11的另一端电连接；所述第一反馈电阻R11的一端还与所述隔离子电路70的一输入端电连接；所述第一反馈电阻R11的另一端通过所述第二反馈电阻R12与所述隔离子电路70的另一输入端电连接；所述第一反馈电阻R11的另一端还依次通过所述第二反馈电阻R12、第三反馈电阻R13接地。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述隔离子电路70包括：第一隔离电阻R8、光耦隔离器OP1、第二隔离电阻R9、线性调节器U1，所述第一隔离电阻R8的一端与所述电压反馈子电路60的一输出端电连接；所述第一隔离电阻R8的另一端与所述光耦隔离器OP1的正极电连接，所述第二隔离电阻R9并接在所述光耦隔离器OP1的正极(阳极)、负极(阴极)上；所述光耦隔离器OP1中二极管的阴极(负极)依次通过第三隔离电阻R10、第一隔离电容C7与所述电压反馈子电路60的另一输出端电连接；所述光耦隔离器OP1中二极管的阴极(负极)还通过第二隔离电容C8与所述电压反馈子电路60的另一输出端电连接；所述光耦隔离器OP1中二极管的阴极(负极)还与所述线性调节器U1的阴极电连接，所述线性调节器U1的阳极接地；所述光耦隔离器OP1中三极管的集电极与所述PWM控制子电路20的输入端，所述光耦隔离器OP1中三极管的发射极接地。

本实施例中反激式开关电源电路的工作原理如下：

a.当开关管Q1导通时，反激式变压器T1、T2原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管D4，D5截止，反激式变压器初级绕组储存能量，负载由输出电容提供能量。

b.当开关管1Q1截止时，反激式变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，反激式变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充上半周期损失的能量。PWM控制芯片1IC1，高频开关器件1Q1，能量及电压传输器件T1，T2，RCD吸收电路(R1，D1，C1)，输出电压反馈电路。

能量和伏秒积：如图3所示：

ε₂-ε₁＝Δ_ε＝1/2×L(I₂²-I₁²) 式1_1

Δε＝1/2×L(I₂+I₁)×(I₂-I₁)

Δε＝L×I_L×ΔI 式1_2

根据，感应电动势公式：

V＝LΔI/Δt，ΔI＝伏秒积/L 式1_3

因此，Δε＝伏秒积×L 式1_4

此外，根据反激式拓扑结构的原理：

得出，开关管在整个开关周期内平均。

即，I_IN＝I_SW×D＝I₀×D/(1-D)式1_5

其中，I_IN为输入的平均电流，I_SW为开关导通电流；由式1_4可知:

Δε＝伏秒积×L＝V_IN×D/f×I₀/(1-D)

根据，式1_5可知，Δε＝V_IN

I_IN/f＝P_IN/f 式1_6

峰值储能要求：

ε_peak＝ε₂＝1/2×L×I₂² 式1_7

其中，I₂＝I_Peak＝I_L×(1+r/2)

结合(式1_4)，故ε_peak＝Δε/8×[r×(2/r+1)²] 式1_8

其中(r＝0.4)，则：ε_peak＝1.8×Δε 式1_9

一般铁氧体的能量密度：180uJ/cm3

两个相同体积及感量的反激式变压器T1，T2串联的能量转换等于2倍的单个反激式变压器能量转换；

即，ε_peak＝ε_peak1+ε_peak2 式1_10

其中，ε_peak1＝ε_peak2。

结合以上公式可以计算出电感反激式变压器的单位体积所传输的能量，若输出功率过大，反激式电源单个反激式变压器容易出现磁饱和。在成本及空间有限的情况下，又能让开关电源传输更多的能量，输出功率做大。可以使用反激式变压器初级绕组串联，次级整流后并联的方式。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。