CN1216450C - 提供正负电压的电源供应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可同时提供正负电压的电源，它解决了公知的切换式电源必须两组控制线路产生正电压及负电压的问题，降低了成本与功率消耗，减少了布线空间。与公知技术相比，该切换式电源包含一电源变压器至少包括一第一绕组、一第二绕组，其中第一绕组的第一端耦接于开关晶体管的输出端，并由开关晶体管的切换动作使得第一绕组及第二绕组分别产生正电压源，及负电压源；该电路可广泛应用于需要同时提供正负电压的电路***。

Description

提供正负电压的电源供应器

技术领域

本发明是有关于一种电源供应器，特别是有关于利用一组电源控制线路以及一变压器同时产生正负电压的电源供应器。

背景技术

目前，绝大部份的计算机产品及其周边装置均采用切换式电源(switching power)，而切换式电源中的核心都是使用脉宽调制(pulsewidth modulation)集成电路(IC)来做为电源控制线路。一般此类脉宽调制IC都必须有足够的电压及电流才能激活，例如MC34063A、及MC33063A系列的IC控制器，这一系列IC控制器都可以随外加电感、二极管变化产生升压电路、降压电路、升/降压电路、负压电路。

图1A表示公知降压交换式电源供应器的线路方框图，输出正电压的反馈稳压控制线路是R48、R42。本实施例使用IC编号MC34063的脉宽调制器作为电源控制线路10。如图1A所示，一晶体管(例如是PNP晶体管)T3作为开关线路，集极连接到一二极管D3的阴极，晶体管T3的基极经一第一偏压电阻R13而连接至直流电压端点VDD，并且基极经一第二偏压电阻R15而连接至电源控制线路10的开关集极端点P1。

晶体管T3的集极耦接到一电感L1的第一端，电感L1的第二端就是输出电压端Vout，输出电压端Vout耦接到一电容C72，电容C72另一端耦接到接地。反馈电阻R48耦接到反馈电阻R42并且耦接到电源控制线路10的比较反相端P5。

电源控制线路10包括一第一晶体管(例如是NPN晶体管)T1、第二晶体管T2、偏压电阻器R1、一SR锁存器12、一与门、一震荡器11、一参考电压调节器17、以及一比较器15。第一晶体管T1、第二晶体管T2、以及偏压电阻R1构成开关电路。参考电压调节器17提供一切换第一晶体管T1、第二晶体管T2的参考电压。

上述电源供应器的工作原理如下所述，开始第一输出电压端A的电压为0V，B点电压也为0V，反馈到比较器15，和参考电压调节器17的参考电压比较，产生一高电压，输入与门13，震荡器11产生一脉冲信号，输入与门13，因此脉冲信号经由与门13输出，脉冲信号的上升缘设定SR锁存器12，使得第二晶体管T2使其导通，并且使得第一晶体管T1导通一电流，由第一偏压电阻R13、第二偏压电阻R15，产生一偏压使得晶体管T3导通一电流，此电流顺向流入电感L1，使得电感L1的电流呈线性增加，输出电压端Vout的电容C72被充电，二极管D3是在逆向偏压，所以不导通。

当输出电压端Vout的电压升高到使其反馈端电压，也就是P5电压大于参考电压调节器17的参考电压，比较器15产生一低电压，输入与门13，因此震荡器11的脉冲信号无法输入第二晶体管T2、第一晶体管T1，因此不导通，P1电压为直流电压源VDD，因此晶体管T3不导通，电感L1电压极性反转，使得二极管D3的阴极电位变成负电压，二极管D3是在顺向偏压状态，原先储存在电容C72的能量就经由二极管D3与电感L1释放到负载上。电感L1的磁场则呈线性衰退，此电路中若没有二极管D3，晶体管T3截止，储存于电感L1的磁能便没有回路可以释放，此瞬间电流切换产生很大电压浪涌，使得晶体管T2、T3、T1等功率元件损毁。

输出电压端Vout的电压达到稳定状态，反馈端P5电压使得比较器15以一固定工作周期输出高电压和低电压，第一晶体管T1、第二晶体管T2以一固定工作周期导通，进而使得开关晶体管T3以固定工作周期导通电流，反馈端B的平均电压接近参考电压。

图1B表示公知负压交换式电源供应器的线路方框图。本实施例使用IC编号MC34063的脉宽调制器作为电源控制线路10。如图1B所示，一晶体管(例如是NPN晶体管)T3作为开关线路，其集极连接到电源控制线路10的开关集极端P1，晶体管T3的基极耦接电源控制线路10的开关射极端P2，并且经一偏压电阻R16连接到接地，晶体管T3的射极耦接到一电感L2的第一端，并且耦接到二极管D3的阴极，二极管D3的阳极耦接到电容C72，电感L2的第二端耦接到接地，电容C72由电感L5、电容C88组成的滤波器耦接到输出端Vout。反馈电阻R48耦接到反馈电阻R42并且耦接到电源控制线路10的比较反相端P5。

电源控制线路10的组成元件已经在图1A说明，在此不重复说明。

上述电源供应器的工作原理如下所述，晶体管T3导通，电感L2的电流线性增加，储存磁能，电感L2端点A2的电压为正极性，因此二极管D3是逆向偏压，不导通。当晶体管T3截止，电感L2的磁能释放出来，所以电感L2的电压极性反转，节点A2的电压是负电位，使得二极管D3为顺向偏压。

输出电压端Vout的电压达到稳定状态，输出电压端Vout的电压是一负电压，反馈端P5电压使得比较器15以一固定工作周期输出高电压和低电压，第一晶体管T1、第二晶体管T2以一固定工作周期导通，进而使得开关晶体管T3以固定工作周期导通电流，反馈端P5的平均电压接近参考电压。

因此，上述公知的电源供应器的缺点是：一、需要两组控制线路产生正电压与负电压，成本与功率消耗都比较高，以及，二、需要两组开关晶体管、电感，布线需要比较大的空间，同时成本亦比较高。

发明内容

本发明主要目的为提供一种双电压电源供应器，其利用一组电源控制线路，以及一变压器输出正负电压，可以减少IC数量、零件布局的空间，并可以简化电路的复杂度、降低制造成本。

为达到上述目的，本发明提出一种提供正负电压的电源供应器，其包含：一开关晶体管，用以接收一切换信号，执行导通及关闭的切换动作；上述控制晶体管的输入端耦接于一直流电源；一电源变压器至少包括一第一绕组、一第二绕组，其中第一绕组的第一端耦接于开关晶体管的输出端，并由开关晶体管依据其控制端接受的切换信号产生导通及关闭的切换动作，使得第一绕组及第二绕组分别产生正电压源，以及负电压源；一第一二极管，其阴极耦接于开关晶体管的输出端，其阳极耦接于接地；一反馈电路，其第一端耦接于第一绕组的第二端，第二端耦接于接地，该反馈电路产生一反馈电压；一电源控制线路，其根据反馈电压产生加于开关晶体管控制端的切换信号，所述电源控制线路为脉宽调制集成电路；一第二二极管，其阴极耦接到第二绕组；以及，一电容，其耦接于第二二极管的阳极和接地之间。

附图说明

图1A表示公知降压交换式电源供应器的线路方框图。

图1B表示公知负压交换式电源供应器的线路方框图。

图2表示本发明实施例交换式电源供应器的方框图。

附图标记说明：

10：电源控制线路            11：震荡器

12：SR锁存器                13：与门

15：比较器                  17：参考电压调节器

20：负电压调节器            100：外接负载

C69、C72、C78、C79、C88、C128、C129：电容

D3：二极管                  D4：二极管

L1：电感                    L2：电感

L5：电感                    R1：第一偏压电阻

R2：第二偏压电阻

R37、R42、R48、R95、R96：电阻

T1：第一晶体管              T2：第二晶体管。

具体实施方式

图2表示本发明实施例交换式电源供应器的方框图，输出正电压的反馈稳压控制线路是R48、R42，其中与公知传统技术相同的零件均以相同的符号标示。本实施例使用IC编号MC34063的脉宽调制器作为电源控制线路10。如图2所示，一晶体管(例如是NPN晶体管)T3作为开关线路，其集极连接到一二极管D3的阴极，并且由电阻R95、R96分压耦接于开关射极端点P2，又其基极经一第一偏压电阻R13而连接至直流电压端点VDD，并且基极经一第二偏压电阻R15而连接至电源控制线路10的开关集极端点P1。

晶体管T3的集极耦接到一变压器TF1的一次侧的一端，一次侧另一端，也就是第一输出电压端，耦接到电阻R48的第一端，电阻R48的第二端耦接到电阻R42的第一端并且耦接到电源控制线路10的比较反相端P5。电感L5、以及电容C88构成一滤波器，用以过滤第一输出电压端的纹波。

变压器TF1的二次侧的一端耦接到一二极管D4的阴极，二极管D4的阳极耦接到一负电压调节器20的输入端P9，负电压调节器20的输出端P10产生负电压-VCC。

电源控制线路10包括一第一晶体管(例如是NPN晶体管)T1、第二晶体管T2、偏压电阻器R1、一SR锁存器12、一与门、一震荡器11、一参考电压调节器17、以及一比较器15。第一晶体管T1、第二晶体管T2、以及偏压电阻R1构成开关电路。参考电压调节器17提供一切换第一晶体管T1、第二晶体管T2的参考电压。

上述电源供应器的工作原理如下所述，开始第一输出电压端A的电压为0V，B点电压也为0V反馈到比较器15，和参考电压调节器17的参考电压比较，产生一高电压，输入与门13，震荡器11产生一脉冲信号，输入与门13，因此脉冲信号经由SR锁存器12，输入第二晶体管T2使其导通，并且使得第一晶体管T1导通一电流，由第一偏压电阻R13、第二偏压电阻R15，产生一偏压使得晶体管T3导通一电流，此电流顺向流入变压器TF1的一次侧，使得变压器TF1一次侧的电压呈线性增加，第一输出电压端A的电容被充电，二极管D3是在逆向偏压，所以不导通。

当第一输出电压端A的电压升高到使其反馈端电压，也就是B点电压大于参考电压调节器17的参考电压，比较器15产生一低电压，输入与门13，因此震荡器11的脉冲信号无法输入第二晶体管T2、第一晶体管T1，因此不导通，P1电压为直流电压源VDD，因此晶体管T3不导通，变压器TF1一次侧电压极性反转，使得二极管D3的阴极电位变成负电压，二极管D3是在顺向偏压状态，原先储存在电容C72的能量就经由二极管D3与变压器TF1一次侧，释放到负载上。变压器TF1一次侧的电磁场则呈线性衰退，此电路中若没有二极管D3，晶体管T3截止，储存于变压器TF1一次侧的磁能变没有回路可以释放，此瞬间电流切换产生很大电压浪涌，使得晶体管T2、T3、T1等功率元件损毁。

第一输出电压端A的电压达到稳定状态，反馈端B电压使得比较器15以一固定工作周期输出高电压和低电压，第一晶体管T1、第二晶体管T2以一固定工作周期导通，进而使得开关晶体管T3以固定工作周期导通电流，反馈端B的平均电压接近参考电压。

当晶体管T3导通，变压器TF1的一次侧顺向导通，变压器TF1的二次侧在二极管D4的阴极感应一正极性电压，二极管D4不导通，晶体管T3截止，变压器TF1的一次侧的电压极性反转，变压器TF1的二次侧极性反转，使得二极管D4导通，也就是二极管D4对变压器TF1的二次侧整流，只导通负电压，电容C79储存电能，经过整流的负电压仍然不是一固定负电压，必须由负电压调节器20产生需要的固定负电压，在本实施例中负电压-VCC的绝对值是等于第一输出端电压VCC的绝对值。

综上所述，本发明有以下优点有别于图1A、图1B所示的公知技术，本发明应用单一电源控制线路和一变压器产生正电压和负电压，取代公知两组电源控制线路和两组电感，节省IC元件以及电感等被动元件，使得成本低廉、电路简单，减少布线空间。

虽然本发明已以两个的实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动和润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求为准。

Claims (5)

1.一种提供正负电压的电源供应器，其特征为：其包含：

一开关晶体管，其控制端用以接收一切换信号，执行导通及关闭的切换动作；上述控制晶体管的输入端耦接于一直流电源；

一电源变压器至少包括一第一绕组、一第二绕组，其中上述第一绕组的第一端耦接于上述开关晶体管的输出端，并由上述开关晶体管依据其控制端接受的切换信号产生导通及关闭的切换动作，使得上述第一绕组及第二绕组分别产生一正电压源，以及一负电压源；

一第一二极管，其阴极耦接于上述开关晶体管的输出端，其阳极耦接于接地；

一反馈电路，其第一端耦接于上述第一绕组的第二端，第二端耦接于接地，该反馈电路产生一反馈电压；

一电源控制线路，其根据上述反馈电压产生加于开关晶体管控制端上的切换信号，所述电源控制线路为脉宽调制集成电路；

一第二二极管，其阴极耦接到上述第二绕组；以及

一电容，其耦接于上述二极管的阳极和接地之间。

2.如权利要求1所述的提供正负电压的电源供应器，其特征为：还包含：

一负电压调节器，其输入端耦接于上述第二二极管的阳极，其接地端耦接于接地，输出端产生上述负电压源。

3.如权利要求1所述的提供正负电压的电源供应器，其特征为：上述电源控制线路为集成电路型号MC34063A、及MC33063A系列中的一集成电路。

4.如权利要求2所述的提供正负电压的电源供应器，其特征为：上述电源控制线路为集成电路型号MC34063A、及MC33063A系列中的一集成电路。

5.如权利要求1所述的提供正负电压的电源供应器，其特征为：上述反馈电路包含：

第一电阻，其第一端耦接于上述第一绕组的第二端；以及，

第二电阻，其第一端耦接于上述第一电阻的第二端，并且产生一反馈电压，上述第二电阻的第二端耦接于接地。

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