CN204425174U - 开关电源及其辅助电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关电源及其辅助电源，该辅助电源本体包括启动电阻、第一二极管、第一电容和辅助绕组；其中，所述启动电阻连接所述开关电源的电能输入端和所述辅助电源的电能输出端；所述辅助绕组增加在所述开关电源的主变压器中，其第一端经所述第一二极管接所述辅助电源的电能输出端，其第二端经所述第一电容接所述辅助电源的电能输出端；此外，所述辅助电源还包括常闭开关和开关控制电路；其中，所述常闭开关与所述启动电阻串联；所述开关控制电路与所述常闭开关的控制端相连，用于在所述开关电源正常工作后控制所述常闭开关断开，以避免开关电源正常工作后启动电阻上的功率损耗。

Description

开关电源及其辅助电源

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及开关电源及其辅助电源。

背景技术

图1示出了一种开关电源，它包括主电路(包括主变压器T1、隔离反馈电路10、整流滤波电路11等)、控制电路20，以及用于为控制电路20提供稳定的低压直流电的辅助电源30。

其中，辅助电源30包括启动电阻R1、第一二极管D1、第一电容C1和增加在主变压器T1中的辅助绕组S1。其工作原理为：开关电源的输入电压Vin建立后，Vin通过启动电阻R1为控制电路20供电，当辅助电源电压VCC达到控制电路20的启动电压后，开关电源开始建立输出，与此同时辅助绕组S1通过电磁感应建立感应电压；由于控制电路20的工作电流是大于启动电流的，因此在开关电源正常工作后控制电路10主要由辅助绕组S1来提供电源，但此时启动电阻R1上仍存在功率损耗，且在高电压输入应用条件下启动电阻R1上的损耗尤为明显。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供开关电源及其辅助电源，以避免开关电源正常工作后启动电阻上的功率损耗。

一种开关电源的辅助电源，其本体包括启动电阻、第一二极管、第一电容和辅助绕组；其中，所述启动电阻连接所述开关电源的电能输入端和所述辅助电源的电能输出端；所述辅助绕组增加在所述开关电源的主变压器中，其第一端经所述第一二极管接所述辅助电源的电能输出端，其第二端经所述第一电容接所述辅助电源的电能输出端；此外：

所述辅助电源还包括常闭开关和开关控制电路；

其中，所述常闭开关与所述启动电阻串联；所述开关控制电路与所述常闭开关的控制端相连，用于在所述开关电源正常工作后控制所述常闭开关断开。

可选地，所述辅助电源的本体还包括：与所述第一二极管相串联的限流电阻。

可选地，所述辅助电源的本体还包括第二电容和第二二极管；

所述第二二极管与所述辅助绕组串联；所述第二电容一端经所述第二二极管接所述辅助绕组的第一端，其另一端接所述辅助绕组的第二端。

其中，所述常闭开关为电磁继电器；所述开关控制电路包括第三二极管、增强型NMOS管、第三电容和第三电阻；

所述增强型NMOS管的栅极经所述第三电阻接所述第二二极管的阴极，其源极接地，其漏极经所述电磁继电器的线圈接所述辅助电源的电能输出端；

所述第三电容连接在所述增强型NMOS管的栅极和源极之间；

所述电磁继电器的常闭触点与所述启动电阻串联；

所述第三二极管并联在所述电磁继电器的线圈两端，起续流保护作用。

其中，所述常闭开关为耗尽型NMOS管；所述开关控制电路包括：第四二极管、隔离变压器、第四电容、第四电阻和第五电容；

所述隔离变压器的原边绕组的同名端接所述辅助绕组的第一端，其原边绕组的异名端接地；所述隔离变压器的副边绕组的同名端接所述耗尽型NMOS管的源极，其副边绕组的异名端经所述第四电阻接所述耗尽型NMOS管的栅极；

所述耗尽型NMOS管的漏极接所述开关电源的电能输入端；

所述第四电容连接在所述耗尽型NMOS管的栅极和源极之间；

所述第五电容经所述第四二极管连接在所述隔离变压器的副边绕组两端。

可选地，所述开关控制电路还包括第五电阻；所述第五电阻与所述第四电阻构成分压电路。

其中，所述常闭开关为耗尽型NMOS管；所述开关电路包括第五二极管、附加绕组、第六电容、第六电阻和第七电容；

所述附加绕组增加在所述开关电源的主变压器中，其同名端接所述耗尽型NMOS管的源极，其异名端经所述第六电阻接所述耗尽型NMOS管的栅极；

所述耗尽型NMOS管的漏极接所述开关电源的电能输入端；

所述第六电容连接在所述耗尽型NMOS管的栅极和源极之间；

所述第七电容经所述第五二极管连接在所述附加绕组S2两端。

可选地，所述开关控制电路还包括可包括第七电阻；所述第七电阻与所述第六电阻构成分压电路。

其中，所述耗尽型NMOS管为BSP135。

一种开关电源，包括上述任一种辅助电源。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型通过为现有的辅助电源引入常闭开关和开关控制电路，所述开关控制电路在开关电源正常工作后控制串联在启动电阻上的所述常闭开关断开，使得启动电阻开路，从而避免了开关电源正常工作后启动电阻产生功率损耗，实现了更低待机功耗的开关电源设计。

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，下面描述中的附图仅仅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为现有技术公开的一种开关电源拓扑结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种辅助电源拓扑结构示意图；

图3a为本实用新型实施例公开的又一种辅助电源拓扑结构示意图；

图3b为本实用新型实施例公开的又一种辅助电源拓扑结构示意图；

图3c为本实用新型实施例公开的又一种辅助电源拓扑结构示意图；

图4为图3c的一种具体实现形式；

图5为图3c的又一种具体实现形式；

图6为图3c的又一种具体实现形式。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

参见图2，本实用新型实施例公开了一种开关电源的辅助电源，以避免开关电源正常工作后启动电阻上的功率损耗，包括：辅助电源本体100、常闭开关300和开关控制电路200；

辅助电源本体100可采用图1所示现有的辅助电源拓扑，它包括启动电阻R1、第一二极管D1、第一电容C1和辅助绕组S1，其中：启动电阻R1连接所述开关电源的电能输入端Vin和所述辅助电源的电能输出端VCC；辅助绕组S1增加在所述开关电源的主变压器T1中，其第一端经第一二极管D1接VCC，其第二端经第一电容C1接VCC；

常闭开关300与启动电阻R1相串联；

开关控制电路200与常闭开关300的控制端相连，用于采用硬件方式实现在所述开关电源正常工作后控制常闭开关300断开。

本实施例通过为现有的辅助电源引入常闭开关和开关控制电路，所述开关控制电路在开关电源正常工作后控制串联在启动电阻上的所述常闭开关断开，使得启动电阻开路，从而避免了开关电源正常工作后启动电阻产生功率损耗，实现了更低待机功耗的开关电源设计。

作为优选，辅助电源本体100还可增加与第一二极管D1相串联的限流电阻R2，以通过调整限流电阻R2的阻值来满足不同的工作电流要求。对应的辅助电源拓扑如图3a所示。

作为优选，基于图2和图3a所示拓扑，辅助电源本体100还可增加第二电容C2和第二二极管D2；其中，第二二极管D2与辅助绕组S1串联；第二电容C2一端经第二二极管D2接辅助绕组S1的第一端，其另一端接辅助绕组S1的第二端。对应的辅助电源拓扑分别如图3b和图3c所示。

在图2中，辅助绕组S1输出电压经过第一二极管D1整流后供给VCC；在图3b中，辅助绕组S1输出电能先经过第二二极管D2整流稳压，再经过第一二极管D1整流后供给VCC，第二电容C2负责第二二极管D2整流后的滤波；相较而言，后者有利于减小启动电阻R1供电和辅助绕组S1供电切换过程中VCC的波动。

在图3c所示辅助电源中，常闭开关300和开关控制电路200具体可采用如图4所示拓扑：

1)常闭开关300采用电磁继电器KA(电磁继电器KA的线圈和常闭触点在图4中均用同一字母符号KA标注)；

2)开关控制电路200包括第三二极管D3、增强型NMOS管Q1、第三电容C3和第三电阻R3；

其中，增强型NMOS管Q1的栅极经第三电阻R3接第二二极管D2的阴极，其源极接地，其漏极经电磁继电器KA的线圈接VCC；

第三电容C3连接在增强型NMOS管Q1的栅极和源极之间；

电磁继电器KA的常闭触点与启动电阻R1串联；

第三二极管D3并联在电磁继电器KA的线圈两端，起续流保护作用。

图4所示拓扑的工作原理为：开关电源的输入电压Vin建立后，Vin通过电磁继电器KA的常闭触点、启动电阻R1给VCC提供电源；当开关电源建立输出，同时辅助绕组S1的输出电压也建立完成后，第二电容C2上的电压通过第三电阻R3为第三电容C3充电；当增强型NMOS管Q1的栅源电压(即第三电容C3两端电压)达到阈值后Q1开通，这时VCC给电磁继电器KA的线圈提供电源，电磁继电器KA的常闭触点断开，避免了开关电源正常工作后启动电阻R1上的功率损耗。该方案同样适用于图3b所示辅助电源，原理相同，此处不再赘述。

其中，在Q1开通前可通过调整第三电阻R3的阻值和第三电容C3的容值实现一定时间的开通延时，该延时时间至少保证从启动电阻R1供电切换至辅助绕组S1供电的过程中电磁继电器KA的常闭触点不断开。

此外，在图3c所示辅助电源中，常闭开关300和开关控制电路200也可采用如图5所示拓扑：

1)常闭开关300采用耗尽型NMOS管Q2；

2)开关控制电路200包括第四二极管D4、隔离变压器T2、第四电容C4、第四电阻R4和第五电容C5，其中：

隔离变压器T2的原边绕组的同名端接辅助绕组S1的第一端，其原边绕组的异名端接地；隔离变压器T2的副边绕组的同名端接耗尽型NMOS管Q2的源极，其副边绕组的异名端经第四电阻R4接耗尽型NMOS管Q2的栅极；耗尽型NMOS管Q2的漏极直接接Vin(此处，当启动电阻R1紧靠Vin设置时，则耗尽型NMOS管Q2的漏极也可经过启动电阻R1间接接Vin)；第四电容C4连接在耗尽型NMOS管Q2的栅极和源极之间；第五电容C5经第四二极管D4连接在隔离变压器T2的副边绕组两端。

耗尽型NMOS管Q2以BSP135为例，其工作特性为：BSP135的典型阈值电压为-1.4V，当BSP135的栅源电压不小于-1.4V时BSP135开通，当BSP135的栅源电压小于-1.4V时BSP135关断。

图5所示拓扑的工作原理为：开关电源的输入电压Vin建立后，Vin通过处于开通状态的耗尽型NMOS管Q2、启动电阻R1给VCC提供电源；当开关电源建立输出，同时辅助绕组S1的输出电压也建立完成后，隔离变压器T2的副边绕组获得感应电压；之后，经第四二极管D4整流后第五电容C5获得上负下正的电压，再经过第四电阻R4给第四电容C4充电；当增强型NMOS管Q1的栅源电压(即第四电容C4两端电压)小于阈值电压后Q1关断，避免了开关电源正常工作后启动电阻R1上出现功率损耗。该方案同样适用于图2、图3a和图3b所示辅助电源，原理相同，此处不再赘述。

其中，在Q2关断前可通过调整第四电阻R4的阻值和第四电容C4的容值实现一定时间的关断延时，该延时时间至少保证从启动电阻R1供电切换至辅助绕组S1供电的过程中Q1不断开。

可选地，开关控制电路200还可包括第五电阻R5，第五电阻R5与第四电阻R4构成分压电路，可通过调整其分压大小满足不同的工作电流要求。

此外，在图3c所示辅助电源中，常闭开关300和开关控制电路200也可采用如图6所示拓扑：

1)常闭开关300为耗尽型NMOS管Q3；

5)开关控制电路200包括第五二极管D5、附加绕组S2、第六电容C6、第六电阻R6和第七电容C7，其中：

附加绕组S2增加在所述开关电源的主变压器T中，其同名端接耗尽型NMOS管Q3的源极，其异名端经第六电阻R6接耗尽型NMOS管Q3的栅极；耗尽型NMOS管Q3的漏极接Vin；第六电容C6连接在耗尽型NMOS管Q3的栅极和源极之间；第七电容C7经第五二极管D5连接在附加绕组S2两端。

需要说明的是，图6所示方案与图5所示方案的区别之处仅在于用附加绕组S2代替隔离变压器T2来获取电压(附加绕组S2通过电磁感应直接从主变压器T1上获取电压)，其工作原理参见图5部分相关说明即可，此处不再赘述。再者，图6所示方案同样适用于图2、图3a和图3b所示辅助电源，原理相同，此处不再赘述。

可选地，开关控制电路200还可包括第七电阻R7，第七电阻R7与第六电阻R6构成分压电路，可通过调整其分压大小满足不同的工作电流要求。

此外，本实用新型实施例还公开了一种开关电源，它包括上述实施例公开的任一种辅助电源，尤其能够在高电压输入应用条件下较大幅度降低开关电源功耗，实现了电源产品的绿色节能设计。

综上所述，本实用新型通过为现有的辅助电源引入常闭开关和开关控制电路，所述开关控制电路在开关电源正常工作后控制串联在启动电阻上的所述常闭开关断开，使得启动电阻开路，从而避免了开关电源正常工作后启动电阻产生功率损耗，实现了更低待机功耗的开关电源设计。

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 (14)

1.一种开关电源的辅助电源，其本体包括启动电阻、第一二极管、第一电容和辅助绕组；其中，所述启动电阻连接所述开关电源的电能输入端和所述辅助电源的电能输出端；所述辅助绕组增加在所述开关电源的主变压器中，其第一端经所述第一二极管接所述辅助电源的电能输出端，其第二端经所述第一电容接所述辅助电源的电能输出端；其特征在于：

所述辅助电源还包括常闭开关和开关控制电路；

其中，所述常闭开关与所述启动电阻串联；所述开关控制电路与所述常闭开关的控制端相连，用于在所述开关电源正常工作后控制所述常闭开关断开。

2.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源的本体还包括：与所述第一二极管相串联的限流电阻。

3.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源的本体还包括第二电容和第二二极管；

其中，所述第二二极管与所述辅助绕组串联；

所述第二电容一端经所述第二二极管接所述辅助绕组的第一端，其另一端接所述辅助绕组的第二端。

4.根据权利要求2所述的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源的本体还包括第二电容和第二二极管；

其中，所述第二二极管与所述辅助绕组串联；

所述第二电容一端经所述第二二极管接所述辅助绕组的第一端，其另一端接所述辅助绕组的第二端。

5.根据权利要求3或4所述的辅助电源，其特征在于，所述常闭开关为电磁继电器；所述开关控制电路包括第三二极管、增强型NMOS管、第三电容和第三电阻；

其中，所述增强型NMOS管的栅极经所述第三电阻接所述第二二极管的阴极，其源极接地，其漏极经所述电磁继电器的线圈接所述辅助电源的电能输出端；

所述第三电容连接在所述增强型NMOS管的栅极和源极之间；

所述电磁继电器的常闭触点与所述启动电阻串联；

所述第三二极管并联在所述电磁继电器的线圈两端，起续流保护作用。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的辅助电源，其特征在于，所述常闭开关为耗尽型NMOS管；所述开关控制电路包括：第四二极管、隔离变压器、第四电容、第四电阻和第五电容；

其中，所述隔离变压器的原边绕组的同名端接所述辅助绕组的第一端，其原边绕组的异名端接地；所述隔离变压器的副边绕组的同名端接所述耗尽型NMOS管的源极，其副边绕组的异名端经所述第四电阻接所述耗尽型NMOS管的栅极；

所述耗尽型NMOS管的漏极接所述开关电源的电能输入端；

所述第四电容连接在所述耗尽型NMOS管的栅极和源极之间；

所述第五电容经所述第四二极管连接在所述隔离变压器的副边绕组两端。

7.根据权利要求6所述的辅助电源，其特征在于，所述开关控制电路还包括第五电阻；所述第五电阻与所述第四电阻构成分压电路。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的辅助电源，其特征在于，所述常闭开关为耗尽型NMOS管；所述开关电路包括第五二极管、附加绕组、第六电容、第六电阻和第七电容；

其中，所述附加绕组增加在所述开关电源的主变压器中，其同名端接所述耗尽型NMOS管的源极，其异名端经所述第六电阻接所述耗尽型NMOS管的栅极；

所述耗尽型NMOS管的漏极接所述开关电源的电能输入端；

所述第六电容连接在所述耗尽型NMOS管的栅极和源极之间；

所述第七电容经所述第五二极管连接在所述附加绕组S2两端。

9.根据权利要求8所述的辅助电源，其特征在于，所述开关控制电路还包括可包括第七电阻；所述第七电阻与所述第六电阻构成分压电路。

10.根据权利要求6所述的辅助电源，其特征在于，所述耗尽型NMOS管为BSP135。

11.根据权利要求7所述的辅助电源，其特征在于，所述耗尽型NMOS管为BSP135。

12.根据权利要求8所述的辅助电源，其特征在于，所述耗尽型NMOS管为BSP135。

13.根据权利要求9所述的辅助电源，其特征在于，所述耗尽型NMOS管为BSP135。

14.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的辅助电源。