CN101378230B - 开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关电源电路，其包括一第一整流滤波电路、一开关控制电路、一第一变压器和一第二整流滤波电路。该第二整流滤波电路包括一第一晶体管和一控制电路。外部交流电压经由该第一整流滤波电路整流、滤波后，在该开关控制电路的控制下为该第一变压器提供直流电压，该控制电路控制该第一晶体管的导通与截止，从而对该第一变压器输出的交流电压进行整流。该开关电源电路的效率较高。

Description

开关电源电路
技术领域
本发明是关于一种开关电源电路，尤指一种效率较高的开关电源电路。 
背景技术
开关电源电路具有损耗小、变换效率高、线性变化小、工作稳定等特点，因此被广泛应用于液晶电视、阴极射线管电视等显示设备和其它消费性电子产品。 
请参阅图1，是一种现有技术开关电源电路的示意图。该开关电源电路10包括一第一整流滤波电路11、一第二整流滤波电路12、一保护电路13、一变压器14、一开关控制电路15以及一第一整流二极管16。 
该第一整流滤波电路11包括一全桥整流电路111、一第一滤波电容112、两个输入端113、114和一输出端115。该两个输入端113、114用来接收外部交流电压。该全桥整流电路111用来将该外部交流电压转换为直流电压。该第一滤波电容112一端接地，另一端连接到该输出端115。 
该变压器14包括一初级绕组141、一辅助绕组142和一次级绕组143。该初级绕组141与该保护电路13并联。该初级绕组141包括一a端和一b端，其a端连接到该第一整流滤波电路11的输出端115，b端经由该开关控制电路15接地。该次级绕组143包括一c端和一d端。 
该第二整流滤波电路12包括一电感121、一储能电容122、一第二滤波电容123、一第二整流二极管124和一直流电压输出端125。该第二整流二极管124的阳极(未标号)接地，阴极(未标号)连接到该次级绕组143的d端。该储能电容122一端接地，另一端连接到该次级绕组143的c端，也经由该电感121连接到该直流电压输出端125。该第 二滤波电容123一端接地，另一端连接到该直流电压输出端125。 
该开关控制电路15包括一脉宽调制芯片151和一晶体管152。该脉宽调制芯片151包括一电压输入端153和一控制端154。该辅助绕组142一端依序经由该第一整流二极管16的阳极(未标号)、阴极(未标号)连接到该脉宽调制芯片151的电压输入端153，另一端接地。 
该晶体管152是一N沟道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-Channel Enhancement Mode Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)，其栅极(未标号)连接到该脉宽调制芯片151的控制端154，源极(未标号)经由一电阻接地，漏极(未标号)连接到该初级绕组142的b端。 
该开关电源电路10的工作原理如下： 
外部交流电压输入到该第一整流滤波电路11的两个输入端113、114，通过该第一整流滤波电路11整流、滤波后输出直流电压，并提供给该变压器14的初级绕组141。该辅助绕组142产生感应电动势，并通过该第一整流二极管16为该脉宽调制芯片151提供其所需的直流工作电压。该脉宽调制芯片151的控制端154发出脉冲信号以控制该晶体管152的开关，从而控制该变压器14的工作。 
当该晶体管152初次导通时，该第一滤波电容112、该初级绕组141与该晶体管152构成一回路，该初级绕组141有电流I流过，产生一a端电压高于b端电压的电动势，该次级绕组143产生一d端电压高于c端电压的感应电动势，此时该第二整流二极管124截止。 
当该晶体管152截止时，该初级绕组141的电流I通过该保护电路13消耗，电流I逐渐变小，由于电感本身的特性，该初级绕组141的电动势反向，其b端电压高于a端电压，使该次级绕组143产生一c端电压高于d端电压的感应电动势，此时该第二整流二极管124导通，该次级绕组143经由该电感121输出直流电压，同时该储能电容122开始储能，以便在该晶体管152再次导通时为该直流电压输出端125提供直流电压。 
该开关电源电路10是采用该第二整流二极管124实现整流，然而，该第二整流二极管124的导通内阻较大，因而导通损耗较大，影响该开关电源电路10的效率，不能满足目前对该开关电源电路10的高效率的需求。 
发明内容
为了解决现有技术开关电源电路效率较低的问题，有必要提供一种效率较高的开关电源电路。 
一种开关电源电路，其包括一第一整流滤波电路、一开关控制电路、一第一变压器和一第二整流滤波电路。该第一变压器包括一第一初级绕组和一第一次级绕组，该第一初级绕组包括一a端和一b端，其a端接收该第一整流滤波电路输出的直流电压，b端经由该开关控制电路接地，该第一次级绕组包括一c端和一d端。该第二整流滤波电路包括一第一晶体管和一控制电路。该控制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第二变压器、一保护二极管、一第二晶体管、一第三晶体管和一第四晶体管，该第二变压器包括一第二初级绕组和一第二次级绕组，该第二初级绕组包括一g端和一h端，该第二次级绕组包括一e端和一f端，该第一晶体管的栅极连接到该第四晶体管的发射极，源极接地，漏极依序经由该第二初级绕组的h端、g端连接到该第一次级绕组的d端；该第二晶体管的基极经由该第一电阻连接到该e端，同时也经由该保护二极管的阴极、阳极连接到该f端，发射极连接到该e端，集电极连接到该第一次级绕组的c端；该第三晶体管的基极连接到该e端，发射极连接到该第一晶体管的栅极，集电极经由该第二电阻连接到该第三晶体管基极，同时该集电极也接地；该第四晶体管的基极连接到该e端，集电极连接到该第二晶体管的集电极。外部交流电压经由该第一整流滤波电路整流、滤波后，在该开关控制电路的控制下为该第一变压器提供直流电压，该控制电路控制该第一晶体管的导通与截止，从而对该第一变压器输出的交流电压进行整流。 
一种开关电源电路，其包括一第一变压器和一整流电路。该第一变压器包括一第一初级绕组和一第一次级绕组，该第一初级绕组包括一a端和一b端，其a端接收该第一整流滤波电路输出的直流电 压，b端经由该开关控制电路接地，该第一次级绕组包括一c端和一d端。该整流电路包括一第一晶体管和一控制电路。该控制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第二变压器、一保护二极管、一第二晶体管、一第三晶体管和一第四晶体管，该第二变压器包括一第二初级绕组和一第二次级绕组，该第二初级绕组包括一g端和一h端，该第二次级绕组包括一e端和一f端，该第一晶体管的栅极连接到该第四晶体管的发射极，源极接地，漏极依序经由该第二初级绕组的h端、g端连接到该第一次级绕组的d端；该第二晶体管的基极经由该第一电阻连接到该e端，同时也经由该保护二极管的阴极、阳极连接到该f端，发射极连接到该e端，集电极连接到该第一次级绕组的c端；该第三晶体管的基极连接到该e端，发射极连接到该第一晶体管的栅极，集电极经由该第二电阻连接到该第三晶体管基极，同时该集电极也接地；该第四晶体管的基极连接到该e端，集电极连接到该第二晶体管的集电极。该控制电路用来控制该第一晶体管的导通与截止，从而对该变压器输出的交流电压进行整流。 
相较于现有技术，该开关电源电路不再采用现有技术的第二整流二极管整流，而是通过控制该第一晶体管的导通与关闭实现整流。该第一晶体管的导通内阻较小，因而导通损耗较小，对该开关电源电路的效率的影响较小，因而该开关电源电路的效率较高。 
附图说明
图1是一种现有技术开关电源电路的示意图。 
图2是本发明开关电源电路第一实施方式的示意图。 
图3是本发明开关电源电路第二实施方式的示意图。 
具体实施方式
请参阅图2，是本发明开关电源电路第一实施方式的示意图。该开关电源电路20包括一第一整流滤波电路21、一第二整流滤波电路22、一保护电路23、一第一变压器24、一开关控制电路25和一整流二极管26。 
该第一整流滤波电路21包括一全桥整流电路211、一第一滤波电容212、两个输入端213、214和一输出端215。该两个输入端213、214用来接收外部交流电压。该全桥整流电路211用来将该外部交流电压转换为直流电压。该第一滤波电容212一端接地，另一端连接到该输出端215。 
该第一变压器24包括一第一初级绕组241、一辅助绕组242和一第一次级绕组243。该第一初级绕组241与该保护电路23并联。该第一初级绕组241包括一a端和一b端，其a端连接到该第一整流滤波电路21的输出端215，b端经由该开关控制电路25接地。该第一次级绕组243包括一c端和一d端。 
该第二整流滤波电路22包括一电感221、一储能电容222、一第二滤波电容223、一第一晶体管224、一控制电路225和一直流电压输出端226。该储能电容222一端接地，另一端连接到该第一次级绕组243的c端，也经由该电感221连接到该直流电压输出端226。该第二滤波电容223一端接地，另一端连接到该直流电压输出端226。该第一次级绕组243的d端依序经由该控制电路225、该第一晶体管224的漏极2243、源极2242接地。 
该控制电路225包括一第二变压器270、一第一电阻281、一第三滤波电容273、一保护二极管274、一第二电阻282、一第三电阻283、一第四电阻284、一第五电阻285、一第二晶体管292、一第三晶体管293和一第四晶体管294。该第二变压器270包括一第二初级绕组271和一第二次级绕组272。该第二次级绕组272包括一e端和一f端。该第五电阻285与该第三滤波电容273并联于该e端与该f端之间。该第二初级绕组271包括一g端和一h端。 
该第一晶体管224是一N沟道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极2241经由该第三电阻283连接到该第四晶体管294的发射极(未标号)，源极2242接地，漏极2243依序经由该第二初级绕组271的h端、g端连接到该第一次级绕组243的d端。该第五晶体管224的内部具有一寄生二极管(未标号)，该寄生二极管是在该第五晶体管224制程中形成。 
该第二晶体管292是一NPN型双极晶体管，其基极(未标号)依序经由该第四电阻284、该第一电阻281连接到该e端，同时也经由该第四电阻284、该保护二极管274的阴极(未标号)、阳极(未标号)连接到该f端；发射极(未标号)连接到该e端；集电极(未标号)连接到该第一次级绕组243的c端。 
该第三晶体管293是一PNP型双极晶体管，其基极(未标号)连接到该e端；发射极(未标号)经由该第三电阻283连接到该第一晶体管224的栅极2241；集电极(未标号)经由该第二电阻282连接到该第三晶体管293的基极，同时该集电极也接地。 
该第四晶体管294是一NPN型双极晶体管，其基极(未标号)连接到该e端；集电极(未标号)连接到该第二晶体管292的集电极。 
该开关控制电路25包括一脉宽调制芯片251和一第五晶体管255。该脉宽调制芯片251包括一电压输入端252和一控制端253。该辅助绕组242一端依序经由该整流二极管26的阳极(未标号)、阴极(未标号)连接到该脉宽调制芯片251的电压输入端252，另一端接地。 
该第五晶体管255是一N沟道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极(未标号)连接到该脉宽调制芯片251的控制端253，源极(未标号)经由一电阻(未标号)接地，漏极(未标号)连接到该第一变压器24的第一初级绕组241的b端。 
该第二变压器270的初次级绕组271、272的匝数比可为1∶100。该第一电阻281的阻值可为270Ω。该第二电阻282的阻值可为1KΩ。该第三电阻283的阻值可为100Ω。该第四电阻284的阻值可为5.1KΩ。该第五电阻285的阻值可为1KΩ。该第三滤波电容273的容值可为1纳法拉。 
该开关电源电路20的工作原理如下： 
外部交流电压输入到该第一整流滤波电路21的两个输入端213、214，通过该第一整流滤波电路21整流、滤波后输出直流电压，并提供给该第一变压器24的第一初级绕组241。该辅助绕组242产生感应电动势，并通过该整流二极管26为该脉宽调制芯片251提供其所需的直流工作电压。该脉宽调制芯片251的控制端253发出脉冲信号以控 制该第五晶体管255的开关，从而控制该第一变压器24的工作。 
当该第五晶体管255初次导通时，该第一滤波电容212、该第一变压器24的第一初级绕组241与该第五晶体管255构成一回路，该第一初级绕组241有电流I1流过，产生一a端电压高于b端电压的电动势，该第一次级绕组243产生一d端电压高于c端电压的感应电动势，该第一晶体管224内部的寄生二极管截止，且此时无高电平提供给该第一晶体管224的栅极2241，因此该第一晶体管224截止。 
当该第五晶体管255由初次导通变为截止时，该第一初级绕组241的电流I1通过该保护电路23消耗，由于电感本身的特性，该第一初级绕组241的电动势反向，转变为b端电压高于a端电压，使该第一次级绕组243产生一c端电压高于d端电压的感应电动势，从而使该第一晶体管224内部的寄生二极管导通。该第一次级绕组243、该储能电容222、该第一晶体管224与该第二初级绕组271构成一回路，该第二初级绕组271有电流I2流过。该储能电容222开始储能，该第二初级绕组271产生一h端电压高于g端电压的电动势，因此该第二次级绕组272产生一f端电压高于e端电压的感应电动势，使该第二晶体管292导通，该第一次级绕组243的c端的电压经由该第二晶体管292的集电极、发射极输出到该第三晶体管293和该第四晶体管294的基极，该第一次级绕组243的c端的电压是一高电压，使该第三晶体管293截止、该第四晶体管294导通，该第一次级绕组243的c端的电压依序经由该第四晶体管294的集电极、发射极和该第三电阻283输出到该第一晶体管224的栅极2241，使该第一晶体管224导通，该第一次级绕组243经由该电感221输出直流电压。 
当该第五晶体管255再次导通时，该第一滤波电容212、该第一初级绕组241与该第一晶体管224再次构成一回路，该第一初级绕组241有电流I1流过，产生一a端电压高于b端电压的电动势，该第一次级绕组243产生一d端电压高于c端电压的感应电动势。此时由于该第一晶体管224仍处于导通状态，该第一次级绕组243、该储能电容222、该第一晶体管224和该第二初级绕组271构成一回路，流过该第二初级绕组271的电流I3方向与电流I2方向相反。因此该第二初级绕组 271产生一g端电压高于h端电压的电动势，该第二次级绕组272产生一e端电压高于f端电压的感应电动势，使该第二晶体管292截止。另外，通过该第二变压器270的初次级绕组271、272的匝数比完全可以使该第二次级绕组272的e端的高电压低于该储能电容222两端的电压，从而使该第四晶体管294截止，该第三晶体管293导通，因此该第一晶体管224的栅极2241经由该第三电阻283接地，该第一晶体管224截止，该储能电容222为该直流电压输出端226提供电压。 
该开关电源电路20不再采用现有技术的第二整流二极管整流，而是采用该控制电路225控制该第一晶体管224的导通与关闭实现整流。该第一晶体管224的导通内阻较小，因而导通损耗较小，对该开关电源电路20的效率的影响较小，因而该开关电源电路20的效率较高。 
请参阅图3，是本发明开关电源电路第二实施方式的示意图。该开关电源电路30与第一实施方式的开关电源电路20的主要区别在于：该开关电源电路30进一步包括一反馈电路37。脉宽调制芯片351进一步包括一反馈接收端354。该反馈电路37用来反馈该直流电压输出端326的直流电压，该脉宽调制芯片351根据其反馈接收端354所接收的反馈电压调整输出到第五晶体管355的脉冲信号的占空比，从而稳定该直流电压输出端326的直流电压。 
本发明的开关电源电路并不限于以上实施方式所述，如：第一实施方式的第二晶体管292和第四晶体管294也可为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第三晶体管293也可为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。第一实施方式的脉宽调制芯片251也可由一可产生脉冲信号的脉冲产生电路代替，该脉冲产生电路连接到该第五晶体管255的栅极。 

Claims (14)

1.一种开关电源电路，其包括一第一整流滤波电路、一开关控制电路、一第一变压器和一第二整流滤波电路，外部交流电压经由该第一整流滤波电路整流、滤波后，在该开关控制电路的控制下为该第一变压器提供直流电压，该第一变压器包括一第一初级绕组和一第一次级绕组，该第一初级绕组包括一a端和一b端，其a端接收该第一整流滤波电路输出的直流电压，b端经由该开关控制电路接地，该第一次级绕组包括一c端和一d端，其特征在于：该第二整流滤波电路包括一第一晶体管和一控制电路，该控制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第二变压器、一保护二极管、一第二晶体管、一第三晶体管和一第四晶体管，该第二变压器包括一第二初级绕组和一第二次级绕组，该第二初级绕组包括一g端和一h端，该第二次级绕组包括一e端和一f端，该第一晶体管的栅极连接到该第四晶体管的发射极，源极接地，漏极依序经由该第二初级绕组的h端、g端连接到该第一次级绕组的d端；该第二晶体管的基极经由该第一电阻连接到该e端，同时也经由该保护二极管的阴极、阳极连接到该f端，发射极连接到该e端，集电极连接到该第一次级绕组的c端；该第三晶体管的基极连接到该e端，发射极连接到该第一晶体管的栅极，集电极经由该第二电阻连接到该第三晶体管基极，同时该集电极也接地；该第四晶体管的基极连接到该e端，集电极连接到该第二晶体管的集电极，该控制电路控制该第一晶体管的导通与截止，从而对该第一变压器输出的交流电压进行整流。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：该第二整流电路进一步包括一储能电容和一直流电压输出端，该第一变压器经由该第一晶体管整流后，经由该直流电压输出端输出直流电压，该储能电容一端接地，另一端连接到该直流电压输出端。
3.如权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于：该第一次级绕组的c端连接到该直流电压输出端，d端经由该第一晶体管的漏极、源极接地。
4.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：该控制电路进一步包括一第三电阻，其连接于该第一晶体管的栅极与该第四晶体管的发射极之间。
5.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于：该控制电路进一步包括一第四电阻，其连接于该保护二极管的阴极与该第二晶体管的基极之间。
6.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一脉宽调制芯片和一第五晶体管，该脉宽调制芯片包括一控制端，该控制端用来发出脉冲信号，其连接到该第五晶体管的栅极。
7.如权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于：该脉宽调制芯片进一步包括一电压输入端，该第一变压器进一步包括一辅助绕组，该辅助绕组用来感应该第一初级绕组的电动势，并经由该电压输入端为该脉宽调制芯片提供工作电压。
8.如权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一反馈电路，该脉宽调制芯片进一步包括一反馈接收端，该反馈电路用来反馈直流电压输出端的直流电压，该脉宽调制芯片根据其反馈接收端所接收的反馈电压调整输出到第五晶体管的脉冲信号的占空比，从而稳定该直流电压输出端的直流电压。
9.一种开关电源电路，其包括一第一变压器和一整流电路，该变压器用于输出交流电压，该整流电路用于对该变压器输出的交流电压进行整流，该第一变压器包括一第一初级绕组和一第一次级绕组，该第一初级绕组包括一a端和一b端，其a端接收该第一整流滤波电路输出的直流电压，b端经由该开关控制电路接地，该第一次级绕组包括一c端和一d端，其特征在于：该整流电路包括一第一晶体管和一控制电路，该控制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第二变压器、一保护二极管、一第二晶体管、一第三晶体管和一第四晶体管，该第二变压器包括一第二初级绕组和一第二次级绕组，该第二初级绕组包括一g端和一h端，该第二次级绕组包括一e端和一f端，该第一晶体管的栅极连接到该第四晶体管的发射极，源极接地，漏极依序经由该第二初级绕组的h端、g端连接到该第一次级绕组的d端；该第二晶体管的基极经由该第一电阻连接到该e端，同时也经由该保护二极管的阴极、阳极连接到该f端，发射极连接到该e端，集电极连接到该第一次级绕组的c端；该第三晶体管的基极连接到该e端，发射极连接到该第一晶体管的栅极，集电极经由该第二电阻连接到该第三晶体管基极，同时该集电极也接地；该第四晶体管的基极连接到该e端，集电极连接到该第二晶体管的集电极，该控制电路用来控制该第一晶体管的导通与截止，从而对该变压器输出的交流电压进行整流。
10.如权利要求9所述的开关电源电路，其特征在于：该控制电路进一步包括一第三电阻，其连接于该第一晶体管的栅极与该第四晶体管的发射极之间。
11.如权利要求10所述的开关电源电路，其特征在于：该控制电路进一步包括一第四电阻，其连接于该保护二极管的阴极与该第二晶体管的基极之间。
12.如权利要求11所述的开关电源电路，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一脉宽调制芯片和一第五晶体管，该脉宽调制芯片包括一控制端，该控制端用来发出脉冲信号，其连接到该第五晶体管的栅极。
13.如权利要求12所述的开关电源电路，其特征在于：该脉宽调制芯片进一步包括一电压输入端，该第一变压器进一步包括一辅助绕组，该辅助绕组用来感应该第一初级绕组的电动势，并经由该电压输入端为该脉宽调制芯片提供工作电压。
14.如权利要求13所述的开关电源电路，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一反馈电路，该脉宽调制芯片进一步包括一反馈接收端，该反馈电路用来反馈直流电压输出端的直流电压，该脉宽调制芯片根据其反馈接收端所接收的反馈电压调整输出到第五晶体管的脉冲信号的占空比，从而稳定该直流电压输出端的直流电压。
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