CN104038031B - 一种供电电压产生电路和开关电源 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种供电电压产生电路及应用该电路的开关电源，所述供电电压产生电路，为开关电源中的控制电路的供电端提供供电电压，包括：开关电路、充电电路和供电电容；在所述主开关管关断期间，当所述供电电压小于第一电压时，所述开关电路关断，所述整流管输出的电流通过所述充电电路给所述供电容充电，当所述供电电压大于或等于所述第一电压时，所述开关电路导通，所述整流管输出的电流停止给所述供电容充电。本发明提供的供电电压产生电路应用于开关电源时，为控制电路供电具有可控性，且可提高开关电源电路的集成度、简化电路结构以及可使电路不受谐振影响。

Description

一种供电电压产生电路和开关电源
技术领域
本申请涉及***供电技术领域，更具体地说，涉及一种供电电压产生电路和开关电源。
背景技术
随着电子信息产业的飞速发展，开关电源被广泛的应用在计算机、电力设备、仪器仪表、LED照明、医疗器械、军工设备等领域。目前比较常用的开关电源的电路结构中除了功率级电路和控制电路外，一般还要设置为控制电路供电的供电电压产生电路。
图1A和图1B为现有技术中公开的开关电源的结构图，其中虚线部分为供电电压产生电路。
参见图1A中的开关电源，包括：由L1和L2组成的电压器，第一二极管D1，负载电容COUT，第一开关管Q1、第一电阻RS、控制电路、供电电容CVCC、辅助绕组L3以及第二二极管D2，该开关电源为向LED装置供电的开关电源，主电路采用反激式的隔离型拓扑结构，其为控制电路供电的供电电压产生电路包括一与变压器耦合的辅助绕组L3、第二二极管D2、一端与所述辅助绕组异名端相连另一端通过第二二极管D2与所述辅助绕组同名端相连的供电电容CVCC，该供电电压产生电路通过辅助绕组L3来接收功率级电路中的电能，并对供电电容CVCC进行充电，然后再通过所述供电电容CVCC向所述控制电路提供供电电压VCC。
但由于该电路中设置有辅助绕组L3，因此使变压器的结构更加复杂且增加成本。
参见图1B，该开关电源为一种应用可自供电的源极驱动电路的开关电源，该开关电源包括：第一电感L、第一二极管D1、输出电容COUT、第二开关管Q2、第一开关管Q1、第二二极管D2、控制电路、以及供电电容CVCC。该开关电源的电压供电电路包括：供电电容VCC、第二开关管Q2、第二二极管D2。当所述供电电压产生电路为所述控制电路供电时，无须用到辅助绕组，而是利用第二开关管Q2的源极电压变化来控制自身的关断与导通。当第二开关管Q2导通时，利用第二开关管Q2的漏源间寄生电容和第二二极管D2对所述供电电容CVCC充电，再通过所述供电电容CVCC向所述控制电路供电。
但是图1B中技术方案的不足之处在于当输入电压VIN较低时，第一控制电路Q2的漏源极间的寄生电容很小，往往很难保证供电电容CVCC能够充电到足够大的电压值，以至于不能提供所述控制电路所需要的供电电压。此外所述第二开关管Q2的源极通过第一开关管Q1连接到地，从而使第二开关管Q2难以彻底关断，且使电路在实际工作中易产生振荡的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种电压供电电路以解决现有技术中的开关电源在实际工作中容易产生震荡现象的问题，本申请公开了一种电压供电电路以及应用所述电压供电电路的开关电源。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种供电电压产生电路，用于向开关电源中的控制电路的供电端提供供电电压，所述开关电源中的功率级电路中设置有主开关管和整流管，所述供电电压产生电路包括：开关电路、充电电路和供电电容；
其中，所述开关电路的第一端和所述充电电路的第一端相连，且相连的节点与所述整流管的电流输出端相连，所述开关电路的第二端接地；
所述充电电路的第二端通过所述供电电容连接到地；
在所述主开关管关断期间，当所述供电电容的电压小于第一电压时，所述开关电路关断，以控制由所述整流管输出的电流通过所述充电电路给所述供电容充电，当所述供电电容的电压大于或等于所述第一电压时，所述开关电路导通，以控制由所述整流管输出的电流停止对所述供电电容充电；
所述供电电容上的电压作为所述供电电压。
优选的，上述的供电电压产生电路中，所述开关电路可以包括第一开关，所述第一开关的第一端为所述开关电路的第一端、第二端为所述开关电路的第二端。
优选的，上述的供电电压产生电路中，所述第一开关可以为一晶体管，所述晶体管的第一电极端为所述第一开关的第一端、第二电极端为所述第一开关的第二端。
优选的，上述的供电电压产生电路中，所述充电电路可以包括一第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述充电电路的第一端、阴极为所述充电电路的第二端。
优选的，上述的供电电压产生电路中，所述开关电路、所述供电电容和所述控制电路接同一个地。
一种开关电源，包括功率级电路和控制电路，所述功率级电路中设置有主开关管和整流管，所述开关电源还包括上述任意一所述供电电压产生电路；
所述供电电压产生电路，用于向所述控制电路的供电端提供供电电压；
所述控制电路，用于控制所述功率级电路的主开关管的开关动作，以在所述开关电源的输出端得到一输出电信号。
优选的，上述开关电源中，所述主开关管与所述控制电路接同一个地。
优选的，上述开关电源中，所述功率级电路的拓扑结构可以为升压型或降压型。
优选的，上述开关电源中，所述输出电信号可以为一恒压信号或一恒流信号。
优选的，上述开关电源中，所述整流管为一第二二极管，所述第二二极管的阴极为所述电流输出端。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开的供电电压产生电路，应用于开关电源时，在所述主开关管关断期间，当所述供电电压小于第一电压时，所述开关电路关断，所述整流管输出的电流通过所述充电电路给所述供电容充电，当所述供电电压大于或等于所述第一电压时，所述开关电路导通，所述整流管输出的电流停止给所述供电容充电。利用在功率级电路的主开关管关断后，若控制电路需要供电时，使经过整流管的续流电流通过所述充电电路给供电电容充电，在不需要供电时，将所述开关电路导通，使续流电流停止为所述供电电容充电。本发明提供的供电电压产生电路应用于开关电源时，为控制电路供电具有可控性，且可提高开关电源电路的集成度、简化电路结构以及可使电路不受谐振影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1A现有技术中公开的开关电源的结构图；
图1B现有技术中公开的另一开关电源的结构图；
图2为本申请实施例公开的一种电压供电电路的结构图；
图3为本申请另一实施例公开的供电电压产生电路的结构图。
图4为本申请另一实施例公开的开关电源的结构图；
图5为图4中实施例公开的开关电源的工作波形图；
图6为本申请又一实施例公开的开关电源的结构图；
图7为本申请再一实施例公开的开关电源的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图2为本申请实施例公开的一种电压供电电路的结构图。
一种供电电压产生电路，用于向开关电源中的控制电路2的供电端提供供电电压，所述开关电源中的功率级电路1中设置有主开关管101和整流管102，所述供电电压产生电路3包括：开关电路301、充电电路302和供电电容CVCC；
其中，所述开关电路301的第一端和所述充电电路302的第一端相连，且相连的节点与所述功率级电路1中整流管102的电流输出端相连，所述开关电路301的第二端接地；
所述充电电路302的第二端通过所述供电电容CVCC连接到地；
在所述功率级电路1中主开关管101关断期间，所述开关电路301的导通和关断由一表征所述供电电压的控制信号进行控制，具体控制过程为：当所述供电电压小于预先设置的第一电压时，所述控制信号控制所述开关电路301关断，以控制由所述整流管102输出的电流通过所述充电电路302给所述供电容CVCC充电，当所述供电电压大于或等于所述第一电压时，所述控制信号控制所述开关电路301导通，以控制由所述整流管102输出的电流停止对所述供电电容CVCC充电；
所述供电电容CVCC上的电压作为所述供电电压。
由上述实施例中公开的技术方案可见，当将本申请实施例公开的所述供电电压产生电路应用于开关电源中时，在所述主开关管101关断期间，当所述供电电压小于第一电压时，控制所述开关电路301关断，使由所述整流管102输出的电流通过所述充电电路302给所述供电电容CVCC充电，当所述供电电压大于或等于所述第一电压时，控制所述开关电路301导通，由所述整流管102输出的电流停止对所述供电电容CVCC充电。利用在功率级电路1的主开关管101关断后，在需要对所述控制电路2进行供电时，即所述供电端的电压小于第一电压时，使整流管102流出的续流电流通过所述充电电路302给供电电容CVCC充电，在不需要供电时，即所述供电端的电压大于或者等于第一电压时，所述续流电流由导通的开关电路301直接流经到地，而不经过所述充电电路302，从而停止为所述供电电容CVCC充电。可见，本发明提供的供电电压产生电路3为控制电路2的供电具有可控性。在这里需要说明的是，在所述功率级电路1的主开关管101导通期间，所述开关电路301可以导通也可不导通，其并不对本申请的技术方案产生影响。
可以理解的是，用于不同类型的控制电路的工作电压不同，因此本申请所述第一电压应具有可调性，即其值可以依据所述控制电路的额定工作电压的大小进行调整，以保证所述第一电压与所述控制电路的额定工作电压相匹配。
进一步的，可以将本实施例中的所述开关电路301、所述充电电容Cvcc和所述控制电路接同一个地，而由于所述充电电路302通过所述充电电容Cvcc接地，因此在电路集成时，可使所述开关电路301和所述充电电路302集成到所述控制电路所在的芯片中，从而可提高开关电源的集成度，减小了开关电源的体积。
可以理解的是，所述开关电路301的类型多种多样，只要能够根据控制信号控制自身通断的电路均可以作为所述开关电路301来使用，例如所述开关电路301可以包括能够依据控制信号控制自身通断的第一开关，其中，所述第一开关的第一端作为所述开关电路的第一端、第二端作为所述开关电路的第二端。
图3为本申请另一实施例公开的供电电压产生电路的结构图。
参见图3，所述第一开关可以为一晶体管Q1，所述晶体管Q1的第一极性端作为所述第一开关的第一端、第二极性端作为所述第一开关的第二端。
其中所述晶体管Q1的类型可以根据用户需要进行任意选择，若其为场效应晶体管时，所述第一极性端为源极和漏极中的一个，所述第二极性端为源极和漏极中的另一个，所述晶体管可以为高电平有效的晶体管也可以为低电平有效的晶体管，在本申请中，优选所述晶体管Q1为高电平有效的场效应晶体管，其中所述晶体管Q1的漏极作为所述开关电路第一端、源极作为所述开关电路的第二端。
参见图3，本申请上述实施例中的所述充电电路302的类型同样可以包括多种，只要能够保证电流可以由所述整流管102单向流至所述供电电容CVCC即可，例如，所述供电电路可以包括一第一二极管D1，其中所述第一二极管D1的阳极作为所述充电电路302的第一端、阴极作为所述充电电路302的第二端。当然所述充电电路302也可以由串联的二极管和电阻组成。
此外为了提高应用本申请公开的所述供电电压产生电路的开关电源电路的集成度，以减小开关电源的体积以及简化开关电源电路的结构，如图3所示本申请上述实施例中的所述晶体管Q1的源极、和供电电容CVCC均连接到所述控制电路2的接地端，进而可将所述晶体管Q1和第一二极管D1均集成到所述控制电路2所在的芯片内。此外，由于晶体管Q1的源极直接接地，当其栅极所接收的控制信号控制其关断时，可以彻底关断，而不会出现谐振现象，从而使所述供电电压生产电路不受谐振的影响，提高了电路的稳定性。
对应于所述供电电压产生电路，如图2所示，本申请还公开了一种应用上述任意一实施例公开的供电电压产生电路的开关电源,所述开关电源可以包括功率级电路1和控制电路2，所述功率级电路1中设置有主开关管101和整流管102，所述开关电源还可以包括上述中任意一供电电压产生电路3；
所述供电电压产生电路3用于向所述控制电路2的供电端提供供电电压；
所述控制电路2，用于控制所述功率级电路1的主开关管的开关动作进行能量转换，以在所述开关电源的输出端得到一输出电信号。
由上述实施例中公开的技术方案可见，所述开关电源工作时，在所述主开关管101关断期间，当需要给所述控制电路2进行供电时，所述供电电压产生电路3向所述控制电路2的供电端提供供电电压，当不需要为所述控制电路2供电时，所述供电电压产生电路停止对所述控制电路2供电。因而为所述开关电源的控制电路2供电具有可控性，可避免供电不足或供电过高的现象。此外，所述开关电源还具有电路结构简化、集成度高和体积小的优点。进一步的，在本实施例中，可将主开关管101与所述控制电路2接同一个地，从而可使在所述控制电路2控制所述主开关管101关断时，所述主开关管可以彻底关断，而不会出现谐振现象，从而使所述开关电路不受谐振的影响，提高了电路的稳定性。
为了能够更好地对所述开关电路301进行控制，本申请上述实施例中还可以但不是必须包括一控制器，所述控制器的第一端与所述控制电路2的供电端相连，另一端与所述开关电路301的控制端相连，其内预设有所述第一电压，所述控制器用于在所述主开关管101关断期间，当所述供电电压小于第一电压时，控制所述开关电路301关断，当所述供电电压大于或等于所述第一电压时，控制所述开关电路301导通，并且为了提高集成化，所述控制器可以与所述控制电路集成在一起。
其中所述整流管102可以为一第二二极管，所述第二二极管的阴极为所述电流输出端。
图4为本申请另一实施例公开的开关电源的结构图。
图5为图4中实施例公开的开关电源的工作波形图。
可以理解的是，本申请实施例公开的所述开关电源的功率级电路1可以包括多种设计方案，例如：可以为升压型或降压型或其他类型的功率级电路。所述功率级电路中设置有主开关管101和整流管102，所述主开关101可以为一晶体管，在本实施例中，所述主开关管101为一场效应晶体管Q2(主开关管Q2)，所述整流管102为一第二二极管D2。为了方便对所述开关电源的整体结构进行说明，本实施例以降压型结构为例，对采用本申请提供的技术方案的开关电源进行介绍，附图4中只是为了便于理解，选取了多种降压型功率级电路中的一种作为附图4中的功率级电路，参见图4，所述开关电源的降压型功率级电路1具体可以包括：
阴极与所述电压供电电路3中的第一二极管D1的阳极相连的第二二极管D2；
第一极性端与所述输入电源VIN相连、控制端与所述控制电路2输出端相连、第二极性端接地的主开关管Q2；
第一端与所述主开关管Q2的第二极性端相连以及第二端通过负载(LED)与所述第二二极管D2的阳极相连的电感L；
一端与所述电感L的第二端相连、另一端与所述第二二极管D2阳极相连的负载电容COUT。
下面，结合图5所示的工作波形图来阐述应用本申请提供的电压供电电压产生电路03的开关电源的工作原理：
图5中IL表示电感电流、VG1表示所述控制电路输出的控制信号，VG2表示开关电路301控制端输入的控制信号。
当所述控制电路2产生的控制信号VG1为高电平信号(有效信号)时，如图5中的t0～t1时间段，所述主开关管Q2导通，此时输入电压源VIN输入的电压通过主开关管Q2给所述电感L提供能量，此时电感电流IL不断增大，且电感电流IL在此阶段不会通过第二二极管D2，因此，在主开关管Q2导通期间，所述电压供电中的开关电路301可以导通也可以关断，即所述开关电路301的通断状态不限定，此时，所述开关电路301的通断并不对所述功率级电路1的工作状况产生影响，如图5中的VG2的t1～t2时间段；
当所述控制电路2产生的控制信号VG1为低电平信号(无效信号)时，如图5中的t3～t4时间段，主开关管Q2关断，此时电感电流IL经过电感L及第二二极管D2续流，电感电流IL慢慢降低，在所述主开关管Q2关断的期间，也就是电感续流IL降低期间(t1～t4时间段)，若需要给控制电路2供电时，如t2～t3时间段，则开关电路301的控制信号为低电平信号(无效信号)，控制所述开关电路关断，因此，可以控制此时的电感电流IL在由第二二极管D2输出后经过所述充电电路302给供电电容CVCC充电，以为控制电路2提供工作电压，供电电容CVCC上的电压即为所述控制电路2的供电电压；
若在电感L续流期间(t1～t4时间段)，若不需要给所述控制电路2供电时，如t1～t2以及t3～t4时间段，则所述开关电路301的控制信号为高电平信号(有效信号)，控制所述开关电路301导通，以控制电感电流IL经过第二二极管D2输出后，再通过开关电路301流入至地，而不会流向所述充电电路302，从而不会或停止给所述供电电容CVCC充电，因此本发明提供的供电电压产生电路3给控制电路2供电具有可控性。
所述开关电路301获取的控制信号根据是否需要给控制电路供电来决定所述开关电路301的工作状态，如所述控制信号可以根据控制电路2的供电端的供电电压产生，当所述供电电压达到使控制电路2正常工作的最高电压时，所述控制信号为高电平信号(有效信号)，使供电电压产生电路3停止为控制电路2供电，当供电电压降低至使控制电路2正常工作需要的最低电压时，所述控制信号为低电平信号(无效信号)，使供电电压产生电路3开始为控制电路2供电，供电的时间段可处于电感续流期间的任意时间段，如图5中的t2～t3可位于t1～t4之间的任何时间段。所述供电电压生成电路3为所述控制电路2提供供电电压，使得所述控制电路2正常工作并输出控制所述主开关管Q2导通或断开的控制信号VG1，以控制所述主开关管Q2的开关动作进行能量转换，以在开关电源的输出端产生一恒定的输出电信号，该恒定的输出电信号可以为恒压信号，也可以为恒流信号。
由此可见应用本申请公开的电压供电电路的开关电源，利用在功率级电路关断后经过电感和整流管的续流电流，在控制电路需要供电时，经充电电路给供电电容充电，在不需要供电时续流电流由导通的开关电路流经到地，而不经过所述充电电路，从而停止为所述供电电容充电，因此，本申请提供的供电电压产生电路为控制电路供电的动作具有可控性。
图6为本申请又一实施例公开的开关电源的结构图。
参见图6，为本申请提供的另一种开关电源的结构图，其中所述功率级电路为升压-降压式功率级电路，该升压-降压式功率级电路包括：
阴极与所述电压供电电路3中的第一二极管D1的阳极相连的第二二极管D2；
第一极性端与所述输入电源VIN相连、控制端与所述控制电路2输出端相连、第二极性端接地的主开关管Q2；
第一端与所述主开关管Q2的第二极性端相连以及第二端通过负载(LED)与所述第二二极管D2的阳极相连的电感L；
一端与所述电感L的第二端相连、另一端与所述第二二极管D2阳极相连的负载电容COUT；
一端与输入电源VIN相连、另一端与所述第二二极管阳极相连的输入电容CIN。
图7为本申请再一实施例公开的开关电源的结构图。
参见图7，为本申请提供的另一种开关电源的结构图，其中所述功率级电路为升压式功率级电路，该升压式功率级电路包括：
阴极通过负载电容COUT与所述电压供电电路3中的第一二极管D1的阳极相连、阳极通过电感L与输入电源VIN相连的第二二极管D2；
第一极性端与所述第二二极管阳极相连、控制端与所述控制电路2输出端相连、第二极性端接地的主开关管Q2；
一端与输入电源VIN相连、另一端通过LED负载与所述第二二极管阴极相连的输入电容CIN。
进一步的，在本实施例中，主开关管Q2的第二极性端连接到所述控制电路2的接地端，从而可使在所述控制电路2控制所述主开关管Q2关断时，所述主开关管可以彻底关断，而不会出现谐振现象，从而使所述开关电路不受谐振的影响，提高了电路的稳定性。
需要说明的是，主开关管Q2在本实施例中可以为一场效应晶体管，主开关管Q2的第一极性端为源极和漏极中的一个，所述第二极性端为源极和漏极中的另一个。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种供电电压产生电路，用于向开关电源中的控制电路的供电端提供供电电压，所述开关电源中的功率级电路中设置有主开关管和整流管，其特征在于，所述供电电压产生电路包括：开关电路、充电电路和供电电容；
其中，所述开关电路的第一端和所述充电电路的第一端相连，且相连的节点与所述整流管的电流输出端相连，所述开关电路的第二端接地；
所述充电电路的第二端通过所述供电电容连接到地；
在所述主开关管关断期间，当所述供电电容的电压小于第一电压时，所述开关电路关断，以控制由所述整流管输出的电流通过所述充电电路给所述供电电容充电，当所述供电电容的电压大于或等于所述第一电压时，所述开关电路导通，以控制由所述整流管输出的电流停止对所述供电电容充电；
所述供电电容上的电压作为所述供电电压。
2.根据权利要求1所述的供电电压产生电路，其特征在于，所述开关电路包括第一开关，所述第一开关的第一端为所述开关电路的第一端、第二端为所述开关电路的第二端。
3.根据权利要求2所述的供电电压产生电路，其特征在于，所述第一开关为一晶体管，所述晶体管的第一电极端为所述第一开关的第一端、第二电极端为所述第一开关的第二端。
4.根据权利要求1所述的供电电压产生电路，其特征在于，所述充电电路包括一第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述充电电路的第一端、阴极为所述充电电路的第二端。
5.根据权利要求1所述的供电电压产生电路，其特征在于，所述开关电路、所述供电电容和所述控制电路接同一个地。
6.一种开关电源，包括功率级电路和控制电路，所述功率级电路中设置有主开关管和整流管，其特征在于，所述开关电源还包括如权利要求1-5中任意一所述供电电压产生电路；
所述供电电压产生电路，用于向所述控制电路的供电端提供供电电压；
所述控制电路，用于控制所述功率级电路的主开关管的开关动作，以在所述开关电源的输出端得到一输出电信号。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述主开关管与所述控制电路接同一个地。
8.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述功率级电路的拓扑结构为升压型或降压型。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述输出电信号为一恒压信号或一恒流信号。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的开关电源，其特征在于，所述整流管为一第二二极管，所述第二二极管的阴极为所述电流输出端。
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