一种辅助绕组供电的快速开启开关电源的制作方法
【专利摘要】一种辅助绕组供电的快速开启开关电源，PWM控制电路采用5810芯片并增设补偿电路，补偿电路包括电阻R9与电容C6串联，开关采样电路包NPMOS管Q1、电阻R2、R4和R8，NMOS管Q1的漏极作为开关采样电路的输入端连接变压器主级，Q1的栅极分别连接电阻R2及R4的一端，电阻R2的另一端连接5810芯片的驱动端口，电阻R4的另一端分别连接Q1的源极、电阻R8的一端以及5810芯片的电流采样端口，电阻R8的另一端连接5810芯片的地端口；辅助充电电路包括电阻R6、R7、R10，二极管D3、D4、D5、电容C5及两个与变压器主级同侧的辅助绕组NA1、NA2。
【专利说明】一种辅助绕组供电的快速开启开关电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源，尤其涉及一种辅助绕组供电的快速开启开关电源，适用于 LED负载。
【背景技术】
[0002]目前，LED照明技术得到快速发展，市场上的LED灯具越来越多，对于不同的应用领域，LED照明系统的性能各有侧重。例如，无频闪的台灯要求输出电流纹波极小，这是以牺牲系统PF值得到的。一般的室内照明要求具有PFC功能，但所有LED照明系统都关注电源的开启时间，这与使用者的满意度息息相关。因此，如何让LED照明系统快速开启是每个 LED设计者必须考虑的问题。一般来说，减少LED照明系统的开启时间不应该影响系统的其他性能。现在市面上一些高端产品通过一些复杂的外围电路得到很短的开启时间，但这是以增加成本为代价的。
【发明内容】
[0003]本发明目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种辅助绕组供电的快速开启开关电源，可以在不增加成本的情况下实现LED系统的快速开启，结构非常简单，没有增加成本，同时提高了系统的可靠性和稳定性。
[0004]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:一种辅助绕组供电的快速开启开关电源，含反激式开关电源的基本结构，包括输入保护电路、整流滤波电路、母线充电电路、 RCD钳位电路、变压器、输出滤波电路、开关采样电路、P丽控制电路和辅助充电电路，输入保护电路依次串接整流滤波电路、母线充电电路、RCD钳位电路、变压器和输出滤波电路，变压器输出采样信号至开关采样电路，开关采样电路与PWM控制电路双向连接，辅助充电电路与变压器电磁耦合，母线充电电路和辅助充电电路的输出均连接PWM控制电路；
其特征在于:PWM控制电路采用5810芯片并增设用于5810芯片的补偿电路，补偿电路包括电阻R9与电容C6串联，电阻R9的另一端连接5810芯片的补偿端口 C0MP，电容C6的另一端连接输入端地，5810芯片的GND端口连接输入端地；
开关采样电路包括NMOS管Q1、电阻R2、R4和R8，NM0S管Ql的漏极作为开关采样电路的输入端连接变压器主级的同名端，NMOS管Ql的栅极分别连接电阻R2及R4的一端，电阻 R2的另一端连接5810芯片的驱动端口 DRV，电阻R4的另一端分别连接NMOS管Ql的源极、 电阻R8的一端以及5810芯片的电流采样端口 ISEN，电阻R8的另一端连接5810芯片的GND 端口 ；
辅助充电电路包括电阻R6、R7、R10，二极管D3、D4、D5、电容C5及两个与变压器主级同侧的辅助绕组NA1、NA2，辅助绕组NA2的匝数辅助绕组NAl的匝数，辅助绕组NA1、NA2的同名端分别连接二极管D4、D5的阳极，二极管D4、D5的阴极互连并连接电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端连接二极管D3的阳极和电容C5的一端，电容C5的另一端连接输入端地， 二极管D3的阴极连接5810芯片的供电端VIN，电阻R6与R7串联，其串联端连接5810芯片的过零检测端ZCS，电阻R7的另一端连接二极管D4的阳极，电阻R6的另一端与辅助绕组 NA1、NA2的另一端连接并连接输入端地。
[0005]本发明具有如下优点及显着效果:
I)在输出负载电压一定、输入电压范围大的情况下，保证了系统的一次性开启。
[0006]2)电路简单，无需专用电路的复杂控制，成本低，可靠性好。
[0007]3)将传统系统的充电电容分成C4与C5两部分，可以大大减少母线电压对控制芯 片的充电时间，从而明显减少了开关电源的开启时间。
[0008]4)双辅助绕组结构可以在开关电源开启阶段给充电电容快速充电，避免了开关电 源的二次开启，从而大大降低了开关电源的开启时间。
[0009]5)两个通过二极管相连的充电电容C4与C5实质上保证了控制芯片的供电端电 压的稳定，进而保证了整个开关电源系统工作的高稳定性和高可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明电路方框图；
图2是本发明电路原理图；
图3是本发明电源样机的开启时间实测波形图；
图4是未采用本发明的LED电源的开启时间实测波形图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明:
如图1所示，一种以反激式开关电源结构为基础的辅助绕组供电的快速开启开关电源 包括输入保护电路1、整流滤波电路2、母线充电电路3、RCD钳位电路4、变压器5、输出滤波 电路6、开关采样电路7、PWM控制电路8、辅助充电电路10。输入保护电路I依次串接整流 滤波电路2、母线充电电路3、RCD钳位电路4、变压器5和输出滤波电路6，变压器6初级输 出采样信号至开关采样电路7，开关采样电路7与PWM控制电路8双向连接，辅助充电电路 10与变压器电磁耦合，母线充电电路3和辅助充电电路10的输出均连接PWM控制电路8， 其中辅助充电电路10采用了一个辅助绕组。上述各电路的结构及其连接关系是已公开的 现有技术。本发明在上述现有技术的基础上将开关采样电路7、PWM控制电路8、辅助充电 电路10予以了改进如图2。
[0012]图2中，PWM控制电路8采用5810芯片并增设用于5810芯片的补偿电路9，补偿 电路9包括电阻R9与电容C6串联，电阻R9的另一端连接5810芯片的补偿端口 COMP，电容 C6的另一端连接输入端地，5810芯片的GND端口连接输入端地。
[0013]开关采样电路7包括NMOS管Q1、电阻R2、R4和R8，NM0S管Ql的漏极作为开关采 样电路的输入端连接变压器主级的同名端，NMOS管Ql的栅极分别连接电阻R2及R4的一 端，电阻R2的另一端连接5810芯片的驱动端口 DRV，电阻R4的另一端分别连接NMOS管Ql 的源极、电阻R8的一端以及5810芯片的电流采样端口 ISEN，电阻R8的另一端连接5810芯 片的GND端口。
[0014]辅助充电电路10包括电阻R6、R7、R10, 二极管D3、D4、D5、电容C5及两个与变压 器主级同侧的辅助绕组NA1、NA2，辅助绕组NA2位于变压器初级近侧，辅助绕组NA2的匝数≤辅助绕组NAl的匝数，辅助绕组NA1、NA2的同名端分别连接二极管D4、D5的阳极，二极管 D4、D5的阴极互连并连接电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端连接二极管D3的阳极和电容 C5的一端，电容C5的另一端连接输入端地，二极管D3的阴极连接5810芯片的供电端VIN， 电阻R6与R7串联，其串联端连接5810芯片的过零检测端ZCS，电阻R7的另一端连接二极管D4的阳极，电阻R6的另一端与辅助绕组NA1、NA2的另一端连接并连接输入端地。
[0015]母线充电电路3包括电阻R3、R5和电容C4，电阻R3、R5与电容C4串联，电阻R3 的另一端分别连接整流滤波电路2的输出端和RCD钳位电路的输入端，电阻R5与电容C4 的串联端连接5810芯片的供电端VIN，电容C4的另一端接输入端地。
[0016]本发明的工作原理如下:
I)在整流滤波电路2中，整流桥BDl把输入的正弦电压变成含有谐波的直流电压，经过滤波电容Cl得到谐波含量较少的直流电压，该电压就是母线电压VBUS。
[0017]2)系统加电后，母线电压VBUS通过母线充电电路3的电阻R3、R5和电容C4给 5810芯片充电，电容C4上的电压斜坡上升直到芯片的阈值正电压，芯片开始工作，充电时间为 tl=l/ (R3+R5) *C4。
[0018]3)变压器5为隔离变压器，起到隔离变压及主次级传递能量作用。
[0019]4)开关采样电路7中，Ql为开关管，电阻R4、R8串联分压得到的反馈信号送到 5810芯片的电流采样端ISEN，通过5810芯片内部的控制从5810芯片的驱动端(DRV)输出至Ql栅极，驱动并调整Ql栅极驱动端方波的占空比。
[0020]5)5810芯片是系统的控制核心，控制开关管Ql栅极驱动信号的占空比、电流采样及过电压保护。
[0021]6)辅助充电电路10中，辅助绕组NA1、NA2的匝数关系为:辅助绕组NA2的匝数≤辅助绕组NAl的匝数。5810芯片开始工作后要消耗能量，电容C4上的电压降低，同时变压器5主级存储在磁芯中的能量传递到次级和辅助绕组，辅助绕组NA1、NA2给电容C4、C5快速充电，电容C4上的电压不至于降低于阈值负压(电容C4上的电压低于阈值负压时5810 芯片就要重新启动)，从而保证了系统的一次性启动，大大降低了系统的启动时间。
[0022]本发明工作过程如下:
系统上电后，经过整流滤波2后得到母线电压，母线电压经过R3、R5给电容C4充电，C4 上的电压斜坡上升直到达到5810芯片中供电端(VIN)的阈值正电压，5810芯片开始工作。 C4上的电压从零上升到阈值正电压的时间为tl=l/ (R3+R5)*C4，要减少tl的值，有两种方法:①减小(R3+R5)的值，②减小C4的值。减小(R3+R5)的值使得5810芯片抗瞬间高电压的能力大大降低，一般会导致芯片烧毁。减小C4的值会使得C4维持芯片中供电端(VIN) 电压的能力降低，但是可以通过辅助绕组快速充电来避免。
[0023]5810芯片工作后，驱动端(DRV)输出驱动开关采样电路7中开关管Ql的栅极方波，开关管Ql的开启和关断使得变压器5中主级电压快速变化，通过主次级能量转换，能量被传递到次级和辅助绕组级NA1、NA2。辅助绕组级NA1、NA2端的电压大于芯片5810中供电端(VIN)。辅助充电电路10中二极管D3、D4、D5导通，辅助绕组NA1、NAl两个支路的电流通过RlO给电容C4、C5快速充电，维持了 5810芯片中供电端(VIN)的电压的稳定。
[0024]采用本发明，大大减少了 tl，同时又通过辅助绕组NA1、NA2快速的给C4、C5快速充电，维持了 5810芯片中供电端(VIN)的电压的稳定。系统正常工作后，由于C4、C5并联(D3会适时导通)相当于一个大电容，维持了系统正常工作后5810芯片中供电端(VIN)的 电压稳定，提高了系统工作的稳定性。
[0025]为了证明本发明的电路性能，设计并测试了一块基于本发明结构的LED电源样 机，将测试结果与没有采用本发明结构的LED电源测试结果对比。图3所示是采用了本发 明结构的系统的启动时间，从图中可以看出启动时间为336ms。图4所示是未采用本发明结 构的系统的启动时间，从图中可以看出启动时间为1.057s。从以上结果可以看出，采用本发 明后启动时间大大缩短，效果明显。
[0026]本发明电路采用了以反激式开关电源的基本结构，也可采用如BUCK电路的开关 电源结构。
【权利要求】
1.一种辅助绕组供电的快速开启开关电源，含反激式开关电源的基本结构，包括输入保护电路、整流滤波电路、母线充电电路、RCD钳位电路、变压器、输出滤波电路、开关采样电路、PWM控制电路和辅助充电电路，输入保护电路依次串接整流滤波电路、母线充电电路、 RCD钳位电路、变压器和输出滤波电路，变压器输出采样信号至开关采样电路，开关采样电路与PWM控制电路双向连接，辅助充电电路与变压器电磁耦合，母线充电电路和辅助充电电路的输出均连接PWM控制电路；其特征在于:PWM控制电路采用5810芯片并增设用于5810芯片的补偿电路，补偿电路包括电阻R9与电容C6串联，电阻R9的另一端连接5810芯片的补偿端口 COMP，电容C6的另一端连接输入端地，5810芯片的GND端口连接输入端地；开关采样电路包括NMOS管Q1、电阻R2、R4和R8，NM0S管Ql的漏极作为开关采样电路的输入端连接变压器主级的同名端，NMOS管Ql的栅极分别连接电阻R2及R4的一端，电阻 R2的另一端连接5810芯片的驱动端口 DRV，电阻R4的另一端分别连接NMOS管Ql的源极、 电阻R8的一端以及5810芯片的电流采样端口 ISEN，电阻R8的另一端连接5810芯片的GND 端口 ；辅助充电电路包括电阻R6、R7、R10，二极管D3、D4、D5、电容C5及两个与变压器主级同侧的辅助绕组NA1、NA2，辅助绕组NA2的匝数≤辅助绕组NAl的匝数，辅助绕组NA1、NA2的同名端分别连接二极管D4、D5的阳极，二极管D4、D5的阴极互连并连接电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端连接二极管D3的阳极和电容C5的一端，电容C5的另一端连接输入端地， 二极管D3的阴极连接5810芯片的供电端VIN，电阻R6与R7串联，其串联端连接5810芯片的过零检测端ZCS，电阻R7的另一端连接二极管D4的阳极，电阻R6的另一端与辅助绕组 NA1、NA2的另一端连接并连接输入端地。
【文档编号】H02M1/36GK103607110SQ201310535825
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】钱钦松, 许满超, 张太之, 刁龙, 孙伟锋, 陆生礼, 时龙兴 申请人:东南大学