反激式转换器的供电电路的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源领域，具体涉及一种反激式转换器的供电电路和供电方法。


背景技术：

2.图1是现有技术的电路结构示意图。反激式拓朴已广泛应用于电源适配器。如图1所示，在反激式拓朴架构中，变压器1的输出绕组w2与辅助绕组w3存在匝比的关系，而辅助绕组w3利用第一二极管d1和第一电容c1，产生辅助电源v1，辅助电源v1用于提供稳定的直流电源给控制器2。
3.当电源适配器的输出电压vo变化时，辅助电源v1也会随着输出电压vo的变化而变化，且辅助电源v1和输出电压vo之间也存在着比例关系，这样的比例关系是通过输出绕组w2与辅助绕组w3之间的匝比关系调整的。由于power delivery(pd)充电协议的应用，电源适配器的输出电压范围宽广(3.3v～20v)，但是，为了保证控制器2中开关控制单元202的正常工作，电源引脚vdd是有一定工作阈值范围的，不能过高，也不能过低。所以即使通过变压器对辅助电源v1和输出电压vo之间的比例关系进行了调整，电源引脚vdd可能依旧会超出工作范围。在现有技术中，辅助电源v1需要通过线性稳压电路(ldo)调节之后，再提供给控制器2的电源引脚vdd，作为控制器2的供电电压，其实也就是控制器2中开关控制单元202的供电电压。
4.在辅助电源v1和电源引脚vdd之间的电压差过大时，由于ldo中存在晶体管bjt、稳压二极管zener、限流电阻r等元件，线性稳压电路将会有较大的损耗，特别的，当电源适配器在高输出电压(例如20v)且较低负载的情况下工作，整体损耗会尤其显现在线性稳压电路上。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种反激式转换器的供电电路。
6.本实用新型所采用的技术方案如下：
7.一种反激式转换器的供电电路，所述反激式转换器包括变压器和第一功率管；所述变压器包括输入绕组；输入绕组的第一端连接输入电压；输入绕组的第二端连接第一功率管的第一极；第一功率管的第二极接地；
8.所述供电电路包括辅助电源产生电路、开关电源电路和开关控制单元；所述辅助电源产生电路包括第一二极管和第一电容；第一二极管的阳极接收所述反激式转换器的输出电压信息；第一二极管的阴极连接第一电容的第一端；第一电容的第二端接地；第一二极管和第一电容的公共端输出辅助电压；所述开关电源电路的输入端用于接收所述辅助电压；所述开关电源电路的输出端用于给所述开关控制单元提供工作电压；所述开关控制单元用于控制所述第一功率管的栅极。
9.其进一步的技术方案为，所述开关电源电路为boost电路。
10.其进一步的技术方案为，供电电路包括电感和控制器；所述控制器包括电源供应控制单元和所述开关控制单元；所述电源供应控制单元包括第二功率管和第二二极管；第二功率管的第一极作为控制器的第一引脚；第二功率管的第二极接地；第二功率管的第一极连接第二二极管的阳极；第二二极管的阴极输出所述工作电压至所述开关控制单元；所述电感的第一端连接所述第一二极管和所述第一电容的公共端；所述电感的第二端连接控制器的第一引脚。
11.其进一步的技术方案为，所述开关控制单元的输出端作为所述控制器的第四引脚；所述第一功率管的栅极连接所述控制器的第四引脚。
12.其进一步的技术方案为，所述供电电路还包括输出电压检测电路；所述输出电压检测电路接收所述反激式转换器的输出电压信息，并输出与所述输出电压相关的第一电压；所述开关电源电路包括第二功率管；所述第一电压用于控制所述第二功率管的栅极。
13.其进一步的技术方案为，所述输出电压检测电路包括与所述输入绕组相耦合的辅助绕组；所述输出电压检测电路通过所述辅助绕组接收所述反激式转换器的输出电压信息，并输出与所述输出电压相关的第一电压。
14.其进一步的技术方案为，所述输出电压检测电路还包括分压电路；所述辅助绕组的第一端接地；所述分压电路的第一端连接所述辅助绕组的第二端，所述分压电路的第二端接地；所述分压电路的输出端输出第一电压。
15.其进一步的技术方案为，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的第一端连接所述辅助绕组的第二端；所述第一电阻的第二端连接第二电阻的第一端；所述第二电阻的第二端接地；所述第一电阻和所述第二电阻的公共端作为所述分压电路的输出端。
16.其进一步的技术方案为，所述辅助电源产生电路包括与所述输入绕组相耦合的辅助绕组；所述辅助绕组的第一端接地；所述第一二极管的阳极连接辅助绕组的第二端。
17.其进一步的技术方案为，所述反激式转换器还包括第三二极管和第三电容；所述变压器包括输出绕组；所述输出绕组的第一端连接所述第三电容的第一端；所述第三电容的第二端连接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接所述输出绕组的第二端；所述第三二极管和第三电容的公共端输出所述反激式转换器的输出电压。
18.本实用新型的有益效果如下：
19.本实用新型利用外部储能组件电感，与电源供应控制单元内部的第二功率管与第二二极管组件组成开关电源电路，用以取代传统的线性稳压电路，也即包括晶体管bjt、稳压二极管zener、限流电阻r组成的线性稳压电路，可以为开关控制单元提供稳定的电压，同时可以减少外部组件数量，同时将其转换效率提高约一半。
20.在pd(power delivery)应用中，随着所需输出功率不同，输出电压会改变，但是控制器中的开关控制单元的工作电压vdd有一定的阈值范围，所以，当输出电压过大或者过小时，工作电压vdd也会随之过大或者过小，如果超过工作电压vdd的阈值范围，会导致开关控制单元无法工作，本实用新型在由于增加了boost电路，配合辅助绕组，先调整辅助电源和输出电压的比例维持在一定范围之内，之后再将辅助电源过低的电压部分通过boost电路升高，使得在较宽的输出电压的范围内，开关控制单元的工作电压vdd都可以保持在正常工作的范围内，保证整个控制器可以正常工作。
21.本实用新型可以提供低成本，高效率的开关控制单元的工作电压，在成本上所需组件相较现有技术中的线性稳压线路少；在效率方面，由于使用开关电源，而开关电源一直都是效率极高的电源转换器架构，所以整体上提高了整个电路的工作效率。
附图说明
22.图1为现有技术中反激式转换器的供电电路的示意图。
23.图2为本实用新型实施例中反激式转换器的供电电路的示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
25.图2为本实用新型实施例中反激式转换器的供电电路的示意图。如图2 所示，反激式转换器包括变压器1和第一功率管t1。变压器1包括输入绕组 w1和输出绕组w2。输入绕组w1的第一端连接输入电压vin。输入绕组 w1的第二端连接第一功率管t1的第一极。第一功率管t1的第二极接地。输出绕组w2的第一端连接第三电容c3的第一端，输出绕组w2的第二端连接第三二极管d3的阴极，第三二极管d3的阳极连接第三电容c3的第二端。第三二极管d3和第三电容c3的公共端作为反激式转换器的输出端，用于输出反激式转换器的输出电压vo。当第一功率管t1导通时，第三二极管d3 处于截止状态，在输入绕组w1中储存能量。当第一功率管t1截止时，变压器1的输入绕组w1中储存的能量，通过输出绕组w2和第三二极管d3整流和第三电容c3滤波后向负载输出。
26.反激式转换器的供电电路包括辅助电源产生电路、开关电源电路和开关控制单元。
27.辅助电源产生电路包括第一二极管d1和第一电容c1。第一二极管d1 的阳极接收反激式转换器的输出电压vo的信息，第一二极管d1的阴极连接第一电容c1的第一端，第一电容c1的第二端接地。第一二极管d1和第一电容c1的公共端输出辅助电压v1。具体的，辅助电源产生电路包括与输入绕组w1相耦合的辅助绕组w3。辅助绕组w3的第一端接地；第一二极管 d1的阳极连接辅助绕组w3的第二端，第一二极管d1的阳极是通过辅助绕组w3接收反激式转换器的输出电压信息的。由于辅助绕组w3和输出绕组 w2具有匝比关系，所以辅助电压v1和输出电压vo具有比例关系。
28.开关电源电路的输入端用于接收辅助电压v1。开关电源电路的输出端用于给开关控制单元202提供工作电压vdd。开关控制单元202用于控制第一功率管t1的栅极。具体的，开关电源电路优选使用boost电路。通过开关电源电路将开关控制单元202的工作电压vdd控制在阈值范围之内。
29.进一步的，供电电路还包括输出电压检测电路。输出电压检测电路接收反激式转换器的输出电压vo的信息，并输出与输出电压vo相关的第一电压 vs，用于给开关电源电路的工作提供控制电压。此处的相关，定义为第一电压vs会随着反激式转换器的输出电压vo的变化而变化。例如可以是正相关或者负相关。具体的，输出电压检测电路包括与输入绕组w1相耦合的辅助绕组w3。输出电压检测电路还包括分压电路。分压电路包括第一电阻r1和第二电阻r2。输出电压检测电路通过辅助绕组w3接收反激式转换器的输出电压vo信息。辅助绕组w3的第一端接地。辅助绕组w3的第二端连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第
二端连接第二电阻r2的第一端。第二电阻r2的第二端接地。第一电阻r1和第二电阻r2的公共端输出第一电压vs。
30.如图2所示，在本实施例中，供电电路包括电感l1和控制器2。其中，控制器2包括电源供应控制单元201和开关控制单元202。还可以包括高压供电单元203。电源供应控制单元201中包括第二功率管t2和第二二极管 d2。电感l1、第二功率管t2和第二二极管d2共同组成了开关电源电路。其中电感l1是单独的元件，而第二功率管t2和第二二极管d2集成于电源供应控制单元201中。
31.第二功率管t2的第一极作为控制器2的第一引脚sw，第二功率管t2 的第二极接地。第二功率管t2的第一极在电源供应控制单元201内部连接第二二极管d2的阳极，第二二极管d2的阴极输出工作电压vdd，在控制器 2的内部连接开关控制单元202的工作电压端，输出工作电压vdd供开关控制单元202工作使用。同时，第二二极管d2的阴极还作为控制器2的第二引脚。控制器2还包括第三引脚，通过第三引脚所输入至控制器2的电信号是传递给第二功率管t2的栅极的。开关控制单元202的输出端作为控制器2 的第四引脚。开关控制单元202的工作电压端所输入的工作电压vdd是有一定的阈值范围的，工作电压vdd过高或者过低，都会造成开关控制单元202 不工作。电感l1的第一端连接第一二极管d1和第一电容c1的公共端，电感l1的第二端连接控制器2的第一引脚sw。第二电容c2的第一端连接控制器2的第二引脚，第二电容c2的第二端接地。第一电阻r1和第二电阻 r2的公共端连接至控制器2的第三引脚。控制器2的第四引脚连接至第一功率管t1的栅极，控制第一功率管t1的工作状态。
32.本实施例中，电感l1和控制器2中的第二功率管t2、第二二极管d2 组成了一个boost电路。输出绕组w2与辅助绕组w3存在匝比的关系，而辅助绕组w3利用第一二极管d1和第一电容c1，产生辅助电压v1作为辅助电源，辅助电压v1也和输出电压vo有比例关系。当输出电压vo变化时，辅助电压v1也会随着输出电压vo变化。通过控制输出绕组w2与辅助绕组 w3的匝比数，控制辅助电压v1的输出范围，并再通过boost电路稳定电压，同时，将过低的电压数值升高，使得最终提供给开关控制单元202的工作电压vdd在正常工作的阈值范围之内，即使输出电压vo的变化范围较宽，也不影响开关控制单元202的工作状态。
33.与此同时，当输出电压vo变化时，第一电阻r1和第二电阻r2通过辅助绕组w3检测输出电压vo的变化信息，得到与输出电压vo相关的第一电压vs，并传递至控制器2的第三引脚，进而传递至电源供应控制单元201中的第二功率管t2的栅极，保证boost电路正常工作。第一电压vs为高低电平信号(high-low signal)，所以利用取样技术(sample and hold)取出高电位即可得知相对应的输出电压vo的信息。
34.常见的，输出电压vo的变化范围在3.3v～20v之间，控制器2中开关控制单元202的正常工作的工作电压vdd阈值为6.5v～40v。可通过调整输出绕组w2与辅助绕组w3的匝比关系，控制输出电压vo和辅助电压v1的比例在比例1:1.9或是1:1.5，如果输出电压vo和辅助电压v1的比例在 1:1.9，则辅助电压v1的输出范围是6.27v～38v，其中电压的下限6.27v低于工作电压vdd的阈值6.5v，则通过电感l1和电源供应控制单元201将其升高至开关控制单元202的正常工作的工作电压vdd阈值下限6.5v或以上，且同时有余量保证工作电压vdd的最高值没有超过开关控制单元202的阈值上限。可以理解，如果输出电压vo和工作电压vdd取其他数值，也可以使用类似的调整方法进行调整。保证开关控制单元202的工作电压vdd
稳定且在正常的工作电压阈值范围内，进而使得控制器2的第四引脚产出稳定且低功耗的电压控制第一功率管t1，使得第一功率管t1有稳定的控制电压且功耗较低。
35.在本实施例中，电感l1属于被动组件，在一定的感量下，所占的体积较大，所以将其设计在电源供应控制单元201之外，而第二二极管d2和第二功率管t2则是主动式组件，可以按照所需功率级别设计并且轻松的整合进入集成电路之中，替用户省下boost电路设计的空间，同时也减少了整个电路的体积。
36.在本实施例中，在变压器中，绕组的第一端指同名端，第二端指异名端，同理，也可以第一端为异名端，第二端为同名端，不影响变压器的功能。在本实施例中，功率管的第一极为漏极，第二极为源极，同理，也可以第一极为源极，第二极为漏极，这与功率管的具体类型有关系，不影响功率管作为开关管，在栅极电压变化时，其导通和关闭的功能。
37.在控制器2中的开关控制单元202和高压供电单元203均为现有技术。不是本实用新型保护的重点。
38.以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在不违背本实用新型的基本结构的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。