CN203193500U - 一种开关电源及其充电回路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的充电回路，第一开关管的第一端连接至第一电阻的第一端，第一开关管的第二端连接至第一电阻的第二端，第一开关管的控制端连接于RCD吸收回路中第二电阻和第三电阻的公共端，在上电时，第一电阻抑制上电瞬间的浪涌电流，当开关电源芯片工作后，第二电阻两端的电压差控制第一开关管导通，从而将第一电阻短路。本实用新型公开的开关电源的供电回路，在开关电源芯片工作后利用第一开关管将第一电阻短路，由于半导体器件的功耗远小于电阻的功耗，因此提高了开关电源的效率，同时由于第一电阻被短路不再产生热量，因此降低了开关电源的环境温度，保证了开关电源的稳定运行。本实用新型还公开了一种开关电源。

Description

一种开关电源及其充电回路

技术领域

本实用新型属于供电技术领域，尤其涉及一种开关电源及其充电回路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管导通和关断的时间比率，以维持稳定输出电压的一种电源。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于电子设备。

开关电源在上电瞬间会产生浪涌电流。为了保证开关电源的稳定运行，目前通常在开关电源的供电回路中设置限流电阻，利用限流电阻抑制上电瞬间的浪涌电流，如图1中的电阻NTC1。

但是，该限流电阻在开关电源运行过程中会消耗大量电能，从而降低开关电源的效率，同时该限流电阻会产生大量热量，升高了开关电源的环境温度，不利于开关电源的稳定运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种开关电源的充电回路，可以抑制上电瞬间的浪涌电流，同时提高开关电源的效率，并降低开关电源的环境温度，保证开关电源的稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种开关电源的充电回路，所述开关电源包括高频变压器，所述充电回路包括整流桥、第一开关管、第一电阻、第一电容和RCD吸收回路；

所述整流桥的正输入端连接至电源的火线、负输入端连接至所述电源的零线、正输出端连接至所述第一电阻的第一端、负输出端接参考地，所述第一电阻的第二端连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端；

所述RCD吸收回路包括第二电阻、第三电阻、第二电容和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第一二极管的阴极依次通过所述第三电阻和第二电阻连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端，所述第二电容并联于所述第二电阻和第三电阻的两端；

所述第一开关管的第一端连接至所述第一电阻的第一端，所述第一开关管的第二端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一开关管的控制端连接至所述第二电阻和第三电阻的公共端；

所述第一电容的第一端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接至所述整流桥的负输出端。

优选的，在上述开关电源的充电回路中，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

优选的，在上述开关电源的充电回路中，所述第二电阻和第三电阻的阻值之比在1：20至1：10之间。

优选的，上述开关电源的充电回路还包括稳压二极管，所述稳压二极管阳极连接至所述第一开关管的第二端、阴极连接至所述第一开关管的控制端。

优选的，在上述开关电源的充电回路中，所述RCD吸收回路还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阳极连接至所述第二电容和所述第二电阻的公共端、阴极连接至所述第一二极管的阴极。

优选的，在上述开关电源的充电回路中，所述第一开关管为三极管、场效应管或者单向可控硅。

本实用新型还公开了一种开关电源的充电回路，所述开关电源包括高频变压器，所述充电回路包括半波整流电路、第一开关管、第一电阻、第一电容和RCD吸收回路；

所述半波整流电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至电源的火线，所述第二二极管的阴极连接至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端；

所述RCD吸收回路包括第二电阻、第三电阻、第二电容和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第一二极管的阴极依次通过所述第三电阻和第二电阻连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端，所述第二电容并联于所述第二电阻和第三电阻的两端；

所述第一开关管的第一端连接至所述第一电阻的第一端，所述第一开关管的第二端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一开关管的控制端连接至所述第二电阻和第三电阻的公共端；

所述第一电容的第一端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接至所述电源的零线。

优选的，在上述开关电源的充电回路中，所述RCD吸收回路还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阳极连接至所述第二电容和所述第二电阻的公共端、阴极连接至所述第一二极管的阴极。

另一方面，本实用新型公开了一种开关电源，包括开关电源芯片、第二开关管、高频变压器，以及上述任一种充电回路；所述第二开关管的第一端连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第二开关管的第二端接参考地，所述第二开关管的控制端连接至所述开关电源芯片的控制信号输出端，所述充电回路中的第一电容的第一端连接至所述开关电源芯片的供电端。

优选地，在上述开关电源还包括电流检测电阻，所述电流检测电阻连接在所述第二开关管的第二端与所述参考地之间；所述电流检测电阻和所述第二开关管的公共端连接至所述开关电源芯片的信号采集端。

由此可见，本实用新型的有益效果为：本实用新型公开的开关电源的供电回路，在第一电阻的两端并联第一开关管，在上电时，第一电阻可以抑制上电瞬间的浪涌电流，当开关电源芯片工作后，第一开关管导通将第一电阻短路，之后第一电阻不再消耗电能，而半导体器件的功耗远小于电阻的功耗，因此本实用新型公开的开关电源的供电回路，提高了开关电源的效率，同时由于第一电阻被短路不再产生热量，因此相对现有技术降低了开关电源的环境温度，保证了开关电源的稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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1为现有的开关电源的充电回路的结构示意图；

图2为本实用新型公开的一种开关电源的充电回路的结构示意图；

图3为本实用新型公开的另一种开关电源的充电回路的结构示意图；

图4为本实用新型公开的一种开关电源的结构示意图；

图5为本实用信息公开的另一种开关电源的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种开关电源的充电回路，可以抑制上电瞬间的浪涌电流，同时提高开关电源的效率，并降低开关电源的环境温度，保证开关电源的稳定运行。

参见图2，图2为本实用新型公开的一种开关电源的充电回路的结构示意图。该充电回路包括整流桥、第一开关管Q1、第一电阻R1、第一电容C1和RCD吸收回路。

其中：

整流桥包括第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5，用于将电源提供的交流电转换为直流电。整流桥的正输入端连接至电源的火线L，整流桥的负输入端连接至电源的零线N，整流桥的正输出端连接至第一电阻R1的第一端，整流桥的负输出端接参考地，第一电阻R1的第二端连接至开关电源中高频变压器T1的初级绕组的第一端。

RCD吸收回路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2和第一二极管D1。第一二极管D1的阳极连接至高频变压器T1的初级绕组的第二端，第一二极管D1的阴极依次通过第三电阻R3和第二电阻R2连接至高频变压器T1的初级绕组的第一端，第二电容C2并联于第二电阻R2和第三电阻R3的两端。第一开关管Q1的第一端连接至第一电阻R1的第一端，第一开关管Q1的第二端连接至第一电阻R1的第二端，第一开关管Q1的控制端连接至第二电阻R2和第三电阻R3的公共端。

开关电源中的第二开关管Q2的第一端与高频变压器T1的初级绕组的第二端连接，在第二开关管Q2关断瞬间，高频变压器T1的初级绕组产生反射电压，该反射电压使得第一二极管D1的阳极处产生较高的电能。RCD电路可以降低开关电源中第二开关管Q2的第一端的电压，保护第二开关管Q2不被击穿。具体的，在第二开关管Q2关断瞬间，第一二极管D1的阳极处生成的电能使得第一二极管D1导通，从而对第二电容C2进行充电，之后第二电容C2经过第二电阻R2和第三电阻R3进行放电，以便吸收下次开关动作时的能量，保护第二开关管Q2不被击穿。

另外，在第二开关管Q2关断后，RCD电路中的第二电阻R2和第三电阻R3对高频变压器T1产生的反射电压进行分压，第二电阻R2两端的电压差形成第一开关管Q1导通所需的偏置电压。实施中，可设置第二电阻R2的阻值小于第三电阻R3的阻值，以使得第二电阻R2两端的电压差较小，避免损坏第一开关管Q1。优选的，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值之比处于1：20至1：10之间。

第一电容C1的第一端连接至第一电阻R1的第二端，第一电容C1的第二端连接至整流桥的负输出端，第一电容C1用于为开关电源中的开关电源芯片2供电。

下面对图2所示开关电源的充电回路的运行过程进行说明：

上电时，电源经过第一电阻R1给第一电容C1充电，此时第一开关管Q1不导通，该第一电阻R1作为限流电阻。

当第一电容C1第一端的电压达到特定幅值时，开关电源中的开关电源芯片2开始工作，第二开关管Q2导通，高频变压器T1的初级绕组有电流流过，该变化的电流感应出变化的磁场能量，并将能量储存于高频变压器T1中。第二开关管Q2关断后，此能量传递至高频变压器T1的次级绕组，使次级绕组有电流流过，该电流感应出磁场能量，在初级绕组的两端产生反射电压。该反射电压使得第一二极管D1的阴极处的电压高于第一电阻R1的第二端处的电压，也就是第一开关管Q1的控制端的电压高于第二端的电压，此时第一开关管Q1导通，将第一电阻R1短接，使得第一电阻R1不再消耗电能。

本实用新型上述公开的开关电源的供电回路，在第一电阻R1的两端并联第一开关管Q1，在上电时，第一电阻R1可以抑制上电瞬间的浪涌电流，当开关电源芯片2工作后，第一开关管Q1导通将第一电阻R1短路，第一电阻R1不再消耗电能，而半导体器件的功耗远小于电阻的功耗，因此本实用新型公开的开关电源的供电回路，提高了开关电源的效率，同时由于第一电阻R1被短路后不再产生热量，因此相对现有技术降低了开关电源的环境温度，保证了开关电源的稳定运行。

实施中，在图2所示的开关电源的供电回路中，可以进一步设置稳压二极管ZD1。该稳压二极管ZD1的阳极连接至第一开关管Q1的第二端、阴极连接至第一开关管Q1的控制端。稳压二极管ZD1用于防止出现异常情况使第一开关管Q1的第二端和控制端之间的电压过高，从而防止第一开关管Q1被损坏。

本实用新型还公开了一种开关电源的充电回路，请参见图3，图3为本实用新型公开的另一种开关电源的充电回路的结构示意图。该充电回路包括半波整流电路、第一开关管Q1、第一电阻R1、第一电容C1和RCD吸收回路。

其中：

半波整流电路包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极连接至电源的火线L、阴极连接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至开关电源中高频变压器T1的初级绕组的第一端。

RCD吸收回路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2和第一二极管D1。第一二极管D1的阳极连接至高频变压器T1的初级绕组的第二端，第一二极管D1的阴极依次通过第三电阻R3和第二电阻R2连接至高频变压器T1的初级绕组的第一端，第二电容C2并联于第二电阻R2和第三电阻R3的两端。第一开关管Q1的第一端连接至第一电阻R1的第一端，第一开关管Q1的第二端连接至第一电阻R1的第二端，第一开关管Q1的控制端连接至第二电阻R2和第三电阻R3的公共端。

开关电源中的第二开关管Q2的第一端与高频变压器T1的初级绕组的第二端连接，在第二开关管Q2关断瞬间，高频变压器T1的初级绕组产生反射电压，该反射电压使得第一二极管D1的阳极处产生较高的电能。RCD电路可以降低开关电源中第二开关管Q2的第一端的电压，保护第二开关管Q2不被击穿。具体的，在第二开关管Q2关断瞬间，第一二极管D1的阳极处生成的电能使得第一二极管D1导通，从而对第二电容C2进行充电，之后第二电容C2经过第二电阻R2和第三电阻R3进行放电，以便吸收下次开关动作时的能量，保护第二开关管Q2不被击穿。

另外，在第二开关管Q2关断后，RCD电路中的第二电阻R2和第三电阻R3对高频变压器T1产生的反射电压进行分压，第二电阻R2两端的电压差形成第一开关管Q1导通所需的偏置电压。实施中，可设置第二电阻R2的阻值小于第三电阻R3的阻值，以使得第二电阻R2两端的电压差较小，避免损坏第一开关管Q1。优选的，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值之比处于1：20至1：10之间。

第一电容C1的第一端连接至第一电阻R1的第二端，第一电容C1的第二端连接至电源的零线N，第一电容C1用于为开关电源中的开关电源芯片2供电。

图3所示开关电源的充电回路与图2所示开关电源的充电回路相比，区别在于采用半波整流电路，图3所示开关电源的充电回路仅在交流电的正半周工作。图3所示开关电源的充电回路的运行过程与图2所示开关电源的充电回路的运行过程类似，请参见前文描述，在此不再赘述。

本实用新型图3所示的开关电源的供电回路，在第一电阻R1的两端并联第一开关管Q1，在上电时，第一电阻R1可以抑制上电瞬间的浪涌电流，当开关电源芯片2工作后，第一开关管Q1导通将第一电阻R1短路，第一电阻R1不再消耗电能，而半导体器件的功耗远小于电阻的功耗，因此本实用新型图3公开的开关电源的供电回路，提高了开关电源的效率，同时由于第一电阻R1被短路后不再产生热量，因此相对现有技术降低了开关电源的环境温度，保证了开关电源的稳定运行。

实施中，在图3所示的开关电源的供电回路中，可以进一步设置稳压二极管ZD1。该稳压二极管ZD1的阳极连接至第一开关管Q1的第二端、阴极连接至第一开关管Q1的控制端。稳压二极管ZD1用于防止出现异常情况使第一开关管Q1的第二端和控制端之间的电压过高，从而防止第一开关管Q1被损坏。

另外，本实用新型上述公开的各个实施例中的RCD吸收电路的结构也不限于图2和图3所示的结构。在图2和图3所示RCD吸收回路的基础上，可以进一步设置瞬态抑制二极管，也称为TVS二极管，该瞬态抑制二极管的阳极连接至第二电容C2和第二电阻R2的公共端、阴极连接至第一二极管D1的阴极。

在开关电源中的第二开关管Q2关断瞬间，第一二极管D1的阳极产生较高的电能，此时该TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于安全值，保护第二开关管Q2不被损坏。

在本实用新型上述公开的各个开关电源的充电回路中，第一开关管Q1可以为三极管、场效应管或单向可控硅。当第一开关管Q1为三极管时，第一端为集电极，第二端为发射极，控制端为基极；当第一开关管Q1为场效应管时，第一端为漏极，第二端为源极，控制端为栅极；当第一开关管Q1为单向可控硅时，第一端为阳极，第二端为阴极，控制端为门极。

由于三极管的成本较低，因此第一开关管Q1优选采用三极管，以降低充电回路的成本。

本实用新型还公开一种开关电源，该开关电源包括开关电源芯片、第二开关管、高频变压器，以及充电回路。其中，充电回路可以为本实用新型上述公开的任意一种充电回路，第二开关管的第一端连接至高频变压器的初级绕组的第二端，第二开关管的第二端接参考地，第二开关管的控制端连接至开关电源芯片的控制信号输出端，充电回路中的第一电容的第一端连接至开关电源芯片的供电端。下面结合图4进行说明。

参见图4，图4为本实用新型公开的一种开关电源的结构示意图，

该开关电源包括开关电源芯片2、第二开关管Q2、高频变压器T1，以及充电回路。该充电回路的结构与附图2示出的充电回路的结构一致，请参见前文相关描述，在此不再赘述。

第二开关管Q2的第一端连接至高频变压器T1的初级绕组的第二端，第二开关管Q2的第二端接参考地，第二开关管Q2的控制端连接至开关电源芯片2的控制信号输出端，第一电容C1的第一端连接至开关电源芯片2的供电端。

其中，第二开关管Q2可以为功率场效应管MOSFET，也可以为绝缘栅双极性晶体管IGBT。当第二开关管Q2为MOSFET时，第一端为漏极，第二端为源极，控制端为栅极；当第二开关管Q2为IGBT时，第一端为集电极，第二端为发射极，控制端为门极。

本实用新型公开的开关电源，在第一电阻的两端并联第一开关管，在上电时，第一电阻可以抑制上电瞬间的浪涌电流，当开关电源芯片工作后，第一开关管导通将第一电阻短路，第一电阻不再消耗电能，而半导体器件的功耗远小于电阻的功耗，因此本实用新型公开的开关电源具有较高的效率，同时由于第一电阻被短路不再产生热量，因此相对现有技术降低了开关电源的环境温度，保证了开关电源的稳定运行。

参见图5，图5为本实用新型公开的另一种开关电源的结构示意图。

该开关电源包括开关电源芯片2、第二开关管Q2、高频变压器T1、电流检测电阻R4，以及充电回路。该充电回路的结构与附图2示出的充电回路的结构一致，请参见前文相关描述，在此不再赘述。与图4所示开关电源相比，进一步增加电流检测电阻R4，同时开关电源芯片2设置信号采集端。

第二开关管Q2的第一端连接至高频变压器T1的初级绕组的第二端，第二开关管Q2的第二端通过电流检测电阻R4接参考地，第二开关管Q2的控制端连接至开关电源芯片2的控制信号输出端，电流检测电阻R4和第二开关管Q2的公共端连接至开关电源芯片2的信号采集端，第一电容C1的第一端连接至开关电源芯片2的供电端。

本说明书中各个实例采用递进的方式描述，每个实例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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)

1.一种开关电源的充电回路，所述开关电源包括高频变压器，其特征在于，所述充电回路包括整流桥、第一开关管、第一电阻、第一电容和RCD吸收回路；

所述整流桥的正输入端连接至电源的火线、负输入端连接至所述电源的零线、正输出端连接至所述第一电阻的第一端、负输出端接参考地，所述第一电阻的第二端连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端；

所述RCD吸收回路包括第二电阻、第三电阻、第二电容和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第一二极管的阴极依次通过所述第三电阻和第二电阻连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端，所述第二电容并联于所述第二电阻和第三电阻的两端；

所述第一开关管的第一端连接至所述第一电阻的第一端，所述第一开关管的第二端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一开关管的控制端连接至所述第二电阻和第三电阻的公共端；

所述第一电容的第一端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接至所述整流桥的负输出端。

2.根据权利要求1所述的开关电源的充电回路，其特征在于，所述第二电阻的阻值小于所述第三电阻的阻值。

3.根据权利要求2所述的开关电源的充电回路，其特征在于，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值之比在1：20至1：10之间。

4.根据权利要求1所述的开关电源的充电回路，其特征在于，还包括稳压二极管，所述稳压二极管阳极连接至所述第一开关管的第二端、阴极连接至所述第一开关管的控制端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关电源的充电回路，其特征在于，所述RCD吸收回路还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阳极连接至所述第二电容和所述第二电阻的公共端、阴极连接至所述第一二极管的阴极。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的开关电源的充电回路，其特征在于，所述第一开关管为三极管、场效应管或者单向可控硅。

7.一种开关电源的充电回路，所述开关电源包括高频变压器，其特征在于，所述充电回路包括半波整流电路、第一开关管、第一电阻、第一电容和RCD吸收回路；

所述半波整流电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至电源的火线，所述第二二极管的阴极连接至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端；

所述RCD吸收回路包括第二电阻、第三电阻、第二电容和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第一二极管的阴极依次通过所述第三电阻和第二电阻连接至所述高频变压器的初级绕组的第一端，所述第二电容并联于所述第二电阻和第三电阻的两端；

所述第一开关管的第一端连接至所述第一电阻的第一端，所述第一开关管的第二端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一开关管的控制端连接至所述第二电阻和第三电阻的公共端；

所述第一电容的第一端连接至所述第一电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接至所述电源的零线。

8.根据权利要求7所述的开关电源的充电回路，其特征在于，所述RCD吸收回路还包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阳极连接至所述第二电容和所述第二电阻的公共端、阴极连接至所述第一二极管的阴极。

9.一种开关电源，其特征在于，包括开关电源芯片、第二开关管、高频变压器，以及如权利要求1至8中任一项所述的充电回路；

所述第二开关管的第一端连接至所述高频变压器的初级绕组的第二端，所述第二开关管的第二端接参考地，所述第二开关管的控制端连接至所述开关电源芯片的控制信号输出端，所述充电回路中的第一电容的第一端连接至所述开关电源芯片的供电端。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，还包括电流检测电阻，所述电流检测电阻连接在所述第二开关管的第二端与所述参考地之间；所述电流检测电阻和所述第二开关管的公共端连接至所述开关电源芯片的信号采集端。

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