一种开关电源电路的制作方法
【专利摘要】公开了一种开关电源电路，包括：整流电路(1)、电磁干扰滤波电路(2)、变压器(3)、功率开关(4)、启动电路(5)、供电电路(6)、输出滤波电路(7)、以及反馈电路(8)，其中，功率开关(4)中集成有原边功率开关管、原副边隔离光耦、副边同步整流开关管、PWM控制芯片，并包括：原边功率开关管脚(A)、反馈取样脚(B)、供电输入脚(C)、补偿脚(D)、电流采样脚(E)、芯片原边地脚(F)、同步整流控制脚(G)、同步整流开关漏极脚(H)、同步整流开关源极脚(I)、内部低压差线性稳压器输入脚(J)、芯片二次侧地脚(K)、芯片二次侧电路供电脚(L)。根据本实用新型，整个电源电路元器件少，集成度高，便于实现系统高效率、小型化、高可靠性。
【专利说明】
—种开关电源电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开关电源电路，尤其涉及由控制芯片、整流桥、变压器以及简单外围电路组成新型高度集成开关电源电路。
【背景技术】
[0002]近年来，智能手机和平板电脑的屏幕快速变大、处理器变快，通过增大产品的电池容量来满足用户延长手机和平板电脑使用时间的要求。然而，市场和用户无法接受充电时间变长，因此，必须增大充电器和适配器的输出功率来维持充电时间不变或减短。输出功率增大后，如何实现充电器和适配器的低待机、高效率、小型化成为电源产品的发展趋势。目前充电器和适配器基本上都采用原边控制方案(如图1所示)，以5V输出电压为主，输出功率增大之后，势必导致输出电流增大，如果采用Low Vf的肖特基二极管，则存在过热失效问题；同时负载瞬间加载时，原边控制存在输出电压瞬间跌落的问题，如果再考虑效率和动态，则又增加了电源设计难度。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供至少解决了以上技术难点之一的开关电源电路。
[0004]根据本实用新型的开关电源电路，包括:整流电路、电磁干扰滤波电路、变压器、功率开关、启动电路、供电电路、输出滤波电路、以及反馈电路，所述整流电路的输出端与电磁干扰滤波电路的输入端连接，所述电磁干扰滤波电路的输出端与变压器的原边绕组连接，所述变压器的副边绕组与输出滤波电路的输入端连接，所述变压器的辅助绕组与所述反馈电路的输入端、所述供电电路的输入端连接，所述启动电路连接在所述电磁干扰滤波电路的输出端与所述功率开关之间，所述功率开关中集成有原边功率开关管、原副边隔离光耦、副边同步整流开关管、PWM控制芯片，并包括:原边功率开关管脚，与所述变压器的原边绕组相连；反馈取样脚，与所述反馈电路的输出端相连；供电输入脚，与所述供电电路的输出端相连；补偿脚，与环路补偿电路相连；电流采样脚，经由电流检测电阻与地相连，用于检测变压器原边电流；
[0005]芯片原边地脚，接地；同步整流控制脚，经由电阻与所述变压器的副边绕组相连；同步整流开关漏极脚，与所述变压器的副边绕组相连；同步整流开关源极脚(I)，与所述开关电源的输出地相连；内部低压差线性稳压器输入脚，与所述开关电源电路的输出端相连；芯片二次侧地脚)，接至二次侧控制参考地；芯片二次侧电路供电脚，经由电容与地连接。
[0006]在本实用新型的开关电源电路中，优选的是，原边功率开关管为功率三极管，原边功率开关管脚是功率三极管的集电极脚，启动电路连接在电磁干扰滤波电路的输出端与功率开关的供电输入脚之间。
[0007]在本实用新型的的开关电源电路中，优选的是，原边功率开关管为M0SFET，原边功率开关管脚是MOSFET的漏极脚,启动电路连接在电磁干扰滤波电路的输出端与功率开关的供电输入脚之间。
[0008]在本实用新型的的开关电源电路中，优选的是，启动电路包括多个启动电阻，供电电路包括整流二极管和电容，多个启动电阻串联连接在电磁干扰滤波电路的输出端和功率开关的供电输入脚之间，整流二极管的的正极为供电电路的输入端，整流二极管的负极为供电电路的输出端，电容的一端与供电电路的输出端相连而另一端接地，供电电路的输出端连接到功率开关的供电输入脚。
[0009]在本实用新型的的开关电源电路中，优选的是，原边功率开关管为M0SFET，原边功率开关管脚是MOSFET的漏极脚，
[0010]功率开关还包括MOSFET的栅极脚，启动电路连接在电磁干扰滤波电路的输出端与功率开关的栅极脚之间。
[0011 ] 在上述的开关电源电路中,优选的是,启动电路包括多个启动电阻，供电电路包括整流二极管和电容，多个启动电阻串联连接在电磁干扰滤波电路的输出端和功率开关的栅极脚之间，整流二极管的正极为供电电路的输入端，整流二极管的负极为供电电路的输出端，电容的一端与供电电路的输出端相连而另一端接地，供电电路的输出端连接到功率开关的供电输入脚。
[0012]在本实用新型的的开关电源电路中，优选的是，开关电源电路还包括过冲吸收电路，过冲吸收电路横跨在变压器的原边绕组的两端。
[0013]在本实用新型的的开关电源电路中，优选的是，副边同步整流开关管为功率MOSFET。
[0014]根据本实用新型，整个电源电路元器件少，集成度高，便于实现系统高效率、小型化、高可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]从下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】的描述中可以更好地理解本实用新型，其中:
[0016]图1是示出原边控制方案的框图；
[0017]图2是示出本实用新型控制方案的框图；
[0018]图3是示出实用新型的实施例1的电路图；
[0019]图4是如图3所示的实施例1的电路图的分解图；
[0020]图5是示出EMI滤波器的不同接法的图；
[0021]图6是示出实施例1所涉及的启动电路、供电电路普通接法的图；
[0022]图7是示出本实用新型的实施例2的电路图；
[0023]图8是示出实施例2所涉及的启动电路、供电电路快速启动接法的图；
[0024]图9是示出输出滤波电路不同接法的图；
[0025]图10是示出过冲吸收电路的接法的图。
【具体实施方式】
[0026]下面将详细描述本实用新型各个方面的特征和示例性实施例。下面的描述涵盖了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更清楚的理解。本实用新型绝不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了相关元素或部件的任何修改、替换和改进。
[0027]图2是示出本实用新型控制方案的框图。
[0028]如图2所示，本实用新型的开关电源电路包括:桥式整流(I)、电磁干扰(EMI)滤波电路(2)、启动电路(5)、变压器(3)、反馈电路(8)、供电电路(6)、功率开关(4)、吸收电路(9)、以及输出滤波电路(7)。
[0029]整流电路(I)的输出端与电磁干扰滤波电路(2)的输入端连接，电磁干扰滤波电路(2)的输出端与变压器(3)的原边绕组连接，变压器(3)的副边绕组与输出滤波电路(7)的输入端连接，变压器(3)的辅助绕组与反馈电路(8)的输入端、供电电路(6)的输入端连接，启动电路(5)连接在电磁干扰滤波电路⑵的输出端与功率开关⑷之间。
[0030]功率开关(4)采用原边控制方案，内部集成原边功率开关管、光耦隔离、输出同步整流开关管及必要的辅助控制元器件。
[0031]本实用新型提供这样的一种反激式电源应用电路:通过变压器实现原边、副边能量传递；通过反馈电路实现恒压、恒流控制；通过光耦隔离实现动态控制；通过输出同步整流，提闻系统效率；通过控制开关的闻度集成，节省系统兀器件，有利于系统闻效率和小型化。
[0032]实施例1
[0033]图3是示出实用新型的实施例1的电路图。
[0034]在本实施例1中，为便于阐述本实用新型的内容，以如图3所示的用于手机外置充电器的反激式开关电源为例进行说明，但本实用新型覆盖范围绝不仅限于以下实例应用。
[0035]如图3所示，该反激式开关电源的电路结构为隔离型反激式开关电源电路，该反激式开关电源电路采用原边控制实现充电器和适配器恒压、恒流及输出同步整流控制。
[0036]图4是如图3所示的实施例1的电路图的分解图。
[0037]该反激式开关电路主要包括:AC输入整流1、电磁干扰(EMI)滤波电路2、反激开关变压器3、功率开关4、启动电路5、供电电路6、输出滤波电路7、反馈取样电路8、过冲吸收电路9。
[0038]AC输入整流I包括:保险丝FUSE，整流二极管，主要作用是对交流电压进行整流。整流二极管的数量可以是最少一个，最多八个。保险丝也可以用保险丝电阻、绕线电阻或电感代替。AC输入整流I的输出端与EMI滤波电路2连接。
[0039]EMI滤波电路2包括:电感、高压电解电容以及ESD放电电阻，主要作用是抑制电磁干扰(EMI)及整流后滤波。依不同应用，电感可以用两个，也可能用一个共模电感；高压电解电容可以只用一个；ESD放电电阻Rl在有些场合也可以不用。EMI滤波电路2的输出端与反激开关变压器3的原边绕组连接。
[0040]图5为EMI滤波器的各种接法，Rl为ESD放电电阻，可以串联或并联以达到所需的阻值，也可以取消。
[0041]反激开关变压器3包括:原边绕组、副边绕组和辅助绕组。反激开关变压器3的原边绕组的两端连接有过冲吸收电路9。反激开关变压器3的副边绕组与输出滤波电路7的输入端连接。反激开关变压器3的辅助绕组与反馈取样电路8的输入端、供电电路6的输入端连接。
[0042]功率开关4包括:内置原边功率开关管、PWM控制芯片、原副边隔离光耦、副边同步整流开关管、以及必要的外围辅助元器件。原边功率开关管为MOSFET或功率三极管，副边同步整流开关管为功率M0SFET。
[0043]如图4所示，在本实施例1中，功率开关4是一颗具有如下12个功能脚的控制芯片(不按脚位顺序):
[0044]A:原边功率开关管MOSFET的Drain (或功率三极管的集电极C)脚，与反激开关变压器3的原边绕组相连；
[0045]B:反馈取样脚，用于检测输出电压，与反馈取样电路8的输出端相连；
[0046]C:供电输入脚,用于芯片供电启动,与启动电路5和供电电路6的输出端相连；
[0047]D:环路补偿脚，外接环路补偿电路，用于改善负反馈系统环路响应及稳定性，该环路补偿电路可以是电容；
[0048]E:电流采样脚，用于检测变压器原边电流，与电流检测电阻R41相连；
[0049]F:芯片原边地脚，接至芯片原边控制电路的参考地；
[0050]G:同步整流控制脚，用于同步整流检测输入，经由电阻R42与变压器3的副边绕组相连；
[0051]H:同步整流开关管的Drain脚，与变压器3的副边绕组相连；
[0052]1:同步整流开关源极脚，与输出地相连；
[0053]J:内部LDO (低压差线性稳压器)输入脚，与开关电源电路的输出端相连；
[0054]K:芯片二次侧地脚，接至芯片二次侧控制参考地；
[0055]L:芯片二次侧电路供电脚，经由外置电容Cvcc与地连接。
[0056]启动电路5和供电电路6:包括启动电阻、整流二极管、电容,更加具体来说,启动电路5包括启动电阻R2，R3，供电电路6包括整流二极管D6和电容C4。
[0057]根据不同供电方式，启动电路和供电电路可能有不同的连接方式，在实施例1中，采用如图6所示的普通启动方式。
[0058]在普通启动方式中，启动电路和供电电路的输出端连接到功率开关4的供电输入脚(VDD PIN)。
[0059]具体来说，整流二极管D6的负极为供电电路6的输出端，电容C4的一端与供电电路6的输出端相连而另一端接地，供电电路6的输出端连接到功率开关4的供电输入脚C。启动电阻R2，R3串联连接在电磁干扰滤波电路2的输出端和功率开关4的供电输入脚C之间。
[0060]输出整流滤波电路7包括:滤波电容和输出假负载两个部分。针对不同的输出纹波要求，输出滤波电路可以增加π型滤波电路或者共模滤波电路。输出整流滤波电路7ΑΒ两点之间还可以包括但不限于如图8所示的几种常见接法。
[0061]反馈取样电路8接收来自变压器辅助绕组的输入，并包括分压电阻，用于检测输出电压信息，其输出端与功率开关4的反馈取样脚连接。
[0062]过冲吸收电路9包括吸收电阻、吸收电容、以及单向二极管三部分，其输出端与功率开关4的原边功率开关管MOSFET的DRAIN脚(或功率三极管的集电极C)连接。过冲吸收电路9AB两点之间还可以包括但不限于如图9所示的几种常见接法。
[0063]实施例2
[0064]反激式开关电源电路还可以采用其他形式的电路接法。
[0065]在实施例2中，如图7所示，启动电路5、供电电路6、反馈取样电路8的电路接法与实施例1不同。另外，功率开关4的原边功率开关管为M0SFET,功率开关4还具有栅极(GATE)脚。如图7所示，启动电路5连接在电磁干扰滤波电路2的输出端与功率开关4的栅极脚之间。其他构成与实施例1相同，从而省略重复说明。
[0066]在实施例2中，启动电路5和供电电路6包括启动电阻、整流二极管D6和启动电容C4，更具体来说，启动电路5包括启动电阻R2，R3，供电电路6包括整流二极管D6和电容C4。
[0067]在本实施例2中，采用如图8所示的快速启动方式的连接方式。
[0068]在快速启动方式中，启动电阻R2，R3连接到功率开关的栅极(GATE)脚，经功率开关内部给VDD充电，来自辅助绕组的输入经整流二极管D6、电容C4滤波后给功率开关的VDD供电。
[0069]具体来说，启动电阻R2，R3串联连接在电磁干扰滤波电路2的输出端和功率开关4的栅极脚之间。
[0070]整流二极管D6的正极为供电电路6的输入端，整流二极管D6的负极为供电电路6的输出端，电容C4的一端与供电电路6的输出端相连而另一端接地,供电电路6的输出端连接到功率开关4的供电输入脚C。
[0071]如图7所示，在本实施例2中，功率开关4是一颗具有如下13个功能脚的控制芯片(不按脚位顺序):
[0072]原边功率开关管MOSFET的Drain脚，与反激开关变压器3的原边绕组相连；
[0073]反馈取样脚，用于检测输出电压，与反馈取样电路8的输出端相连；
[0074]供电输入脚，用于芯片供电启动，与供电电路6的输出端相连；
[0075]原边功率开关管MOSFET的GATE脚，与启动电路5的输出端相连；
[0076]环路补偿脚，外接环路补偿电路，用于改善负反馈系统环路响应及稳定性，该环路补偿电路可以是电容；
[0077]电流采样脚，用于检测变压器原边电流，与电流检测电阻R41相连；
[0078]芯片原边地脚，接至芯片原边控制电路的参考地；
[0079]同步整流控制脚，用于同步整流检测输入，经由电阻R42与变压器3的副边绕组相连；
[0080]同步整流开关管的Drain脚，与变压器3的副边绕组相连；
[0081]同步整流开关源极脚，与输出地相连；
[0082]内部LDO(低压差线性稳压器)输入脚，与开关电源电路的输出端相连；
[0083]芯片二次侧地脚，接至芯片二次侧控制参考地；
[0084]芯片二次侧电路供电脚，经由外置电容Cvcc与地连接。
[0085]以上已经参考本实用新型的具体实施例来描述了本实用新型，但是本领域技术人员均了解，可以对这些具体实施例进行各种修改、组合和变更，而不会脱离由所附权利要求或其等同物限定的本实用新型的精神和范围。此外，附图中的任何信号箭头应当被认为仅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具体指示。当术语被预见为使分离或组合的能力不清楚时，组件或者步骤的组合也将被认为是已经记载了。
【权利要求】
1.一种开关电源电路，其特征在于，包括: 整流电路(I)、电磁干扰滤波电路⑵、变压器⑶、功率开关⑷、启动电路(5)、供电电路(6)、输出滤波电路(7)、以及反馈电路(8)， 所述整流电路(I)的输出端与电磁干扰滤波电路(2)的输入端连接， 所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端与变压器(3)的原边绕组连接， 所述变压器(3)的副边绕组与输出滤波电路(7)的输入端连接， 所述变压器(3)的辅助绕组与所述反馈电路(8)的输入端、所述供电电路￠)的输入端连接， 所述启动电路(5)连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端与所述功率开关(4)之间， 所述功率开关(4)中集成有原边功率开关管、原副边隔离光耦、副边同步整流开关管、PWM控制芯片，并包括: 原边功率开关管脚(A)，与所述变压器(3)的原边绕组相连； 反馈取样脚(B)，与所述反馈电路⑶的输出端相连； 供电输入脚(C),与所述供电电路(6)的输出端相连； 补偿脚(D)，与环路补偿电路相连； 电流采样脚(E)，经由电流检测电阻(R41)与地相连，用于检测变压器原边电流； 芯片原边地脚(F)，接地； 同步整流控制脚(G)，经由不同于所述电流检测电阻(R41)的另一电阻(R42)与所述变压器的副边绕组相连； 同步整流开关漏极脚(H)，与所述变压器的副边绕组相连； 同步整流开关源极脚(I)，与所述开关电源电路的输出地相连； 内部低压差线性稳压器输入脚(J)，与所述开关电源电路的输出端相连； 芯片二次侧地脚(K)，接至二次侧控制参考地； 芯片二次侧电路供电脚(L)，经由电容(Cvcc)与地连接。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于， 所述原边功率开关管为功率三极管，所述原边功率开关管脚(A)是所述功率三极管的集电极脚， 所述启动电路(5)连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端与所述功率开关(4)的供电输入脚(C)之间。
3.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于， 所述原边功率开关管为MOSFET，所述原边功率开关管脚(A)是所述MOSFET的漏极脚，所述启动电路(5)连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端与所述功率开关(4)的供电输入脚(C)之间。
4.如权利要求2或3所述的开关电源电路，其特征在于， 所述启动电路(5)包括多个启动电阻(R2，R3)， 所述供电电路(6)包括整流二极管(D6)和电容(C4)， 所述多个启动电阻(R2，R3)串联连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端和所述功率开关⑷的所述供电输入脚(C)之间， 所述整流二极管(D6)的的正极为供电电路￠)的输入端，所述整流二极管(D6)的负极为所述供电电路(6)的输出端，所述电容(C4)的一端与所述供电电路(6)的输出端相连而另一端接地，所述供电电路出)的输出端连接到所述功率开关(4)的所述供电输入脚(C)。
5.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于， 所述原边功率开关管为MOSFET，所述原边功率开关管脚(A)是所述MOSFET的漏极脚， 所述功率开关(4)还包括所述MOSFET的栅极脚， 所述启动电路(5)连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端与所述功率开关(4)的栅极脚之间。
6.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于， 所述启动电路(5)包括多个启动电阻(R2，R3)， 所述供电电路(6)包括整流二极管(D6)和电容(C4)， 所述多个启动电阻(R2，R3)串联连接在所述电磁干扰滤波电路(2)的输出端和所述功率开关(4)的所述栅极脚之间， 所述整流二极管(D6)的正极为供电电路￠)的输入端，所述整流二极管(D6)的负极为所述供电电路(6)的输出端，所述电容(C4)的一端与所述供电电路(6)的输出端相连而另一端接地，所述供电电路￠)的输出端连接到所述功率开关(4)的所述供电输入脚(C)。
7.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，还包括过冲吸收电路(9)，所述过冲吸收电路(9)横跨在所述变压器(3)的原边绕组的两端。
8.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于， 所述副边同步整流开关管为功率MOSFET。
【文档编号】H02M3/335GK204190621SQ201420377996
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】张秀红, 方烈义 申请人:昂宝电子（上海）有限公司