CN205029559U

CN205029559U - 一种电源转换电路

Info

Publication number: CN205029559U
Application number: CN201520544262.4U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Dong Guan Xun Di Electronics Co ltd
Current assignee: Dong Guan Xun Di Electronics Co ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2025-07-27

Abstract

一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，主要涉及采用交流或直流供电而要求输出稳定的低压直流电的电源***中的电源转换电路，目的在于提供一种宽电压输入、稳定直流电压输出、具有微功耗特性的电源转换电路。包括：输入、输出电路，电子开关管，储能元件,振荡反馈电路，启动电路,驱动电路，加速电路，过压保护器件，电流、电压采样及反馈控制电路，LDO线性稳压器等部分组成，最后形成一个稳压并具有短路保护功能的输出直流电压Vout+。本实用新型在待机状态下能耗极低(5mW)，同时输入电压的范围极宽(几伏至至几百伏)，使电源使用场合扩大。

Description

一种电源转换电路

技术领域

本实用新型涉及一种具直流输出的电源转换电路，尤其是涉及一种宽电压输入、微功耗、降压型的电源转换电路，属于电学领域。

背景技术

目前，市场上的电源转换电路一般不能够实现宽电压输入(要么为安全低电压36V以下范围，要么为市电范围85-265V，不能实现从几伏到几百伏的输入电压范围)，待机功耗大(待机功耗达几十甚至几百毫瓦，不能满足节能环保要求），波纹干扰大(负载电压波纹系数比较大)，负载适应性差(负载变化导致输出电压不稳定)，产品体积大、不能实现电源的SMD生产。

目前，降压型电源转换电路主要有五种方式：工频变压器降压方式、电子变压器降压方式、电阻电容降压方式、RCC开关电源降压方式、PWM开关电源降压方式。

1、工频变压器降压方式：采用工频变压器降压后经整流滤波再稳压后得到所需要的直流低电压，主要缺点:电源体积大、重量偏重、电源效率很低（一般只有45%～50%）、电压范围不宽(当输入电压变化时，输出电压即呈等比例变化，因此很难适应输入出现宽电压范围的场合)。

2、电子变压器降压方式：一般采用自激振荡方式产生高频信号驱动电子开关管实现电源变换，主要缺点:电源效率较低，电压范围也不宽(一般180～240V)，而且波纹干扰大。

3、电阻电容降压方式：通过电阻、电容降压后经整流滤波后再经稳压二极管稳压而得到所需要的直流低电压。其优点是电路简单，成本低廉，但也存在明显的缺点:输出电流小，输出稳定性差(易受电网电压波动的影响，不具备适应宽输入电压的能力)、电源效率低、静态功耗大(后级稳压二极管击穿稳压电流达数mA)。

4、RCC开关电源降压方式：稳压范围比较宽、电源效率比较高(一般可以做到70%～80%)，应用也较广。但由于这种控制方式的振荡频率是不固定的(随着输出电压或电流的变化，频率周期变化很大)，开关频率不容易控制造成生产调试困难不利于批量生产，波纹干扰大(负载电压波纹系数比较大)，异常负载适应性差(负载变化导致输出电压不稳定)。

5、PWM开关电源降压方式：主要包括整流滤波电路、PWM控制芯片(控制单元)、电子开关管、启动电路及电压反馈电路等部分组成。PWM开关电源是由控制单元通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节电子开关管导通的脉冲宽度(开通和关断的时间比率)，维持稳定输出电压的一种电源。PWM开关电源具有效率高、输出电流大(功率大)、输入电压范围的适应能力较好的等优点，但也存在电路复杂、待机功耗大等不足，仍然不适用于一些要求体积小、功耗低的场合，也不适用于SMT全贴片工艺大批量生产.

实用新型内容

本实用新型的目的在于:提供一种超宽电压输入(适用范围从安全特低电压(小于36V)到市电(220V)，甚至到工业电压(380V))的具有微功耗特性的降压型电源转换电路，本实用新型具有宽电压输入，大电流输出，待机功耗，抗干扰能力强，输出电压稳定等特点，并且具有过流、短路保护功能。

本实用新型具有以下优点：

1.输入电压范围宽。在选择合适FET的前提下可以实现从几伏到几百伏的输入电压范围，而输出电压基本保持恒定，这样大大增加了电源使用场合。

2.输出电流大。在选择合适FET及储能元件(电感器或变压器)前提下可以输出数百mA甚至更大电流，适应负载能力强(给后端电路供给稳定电压和电流，故可以接入大负载)。

3.微功耗。在静态条件下，电路自身功耗极低(空载电流接近5uA)，可以实现"零"功耗待机电源。

4.体积小巧。适用于SMT全贴片工艺大批量生产。

为实现上述目的，如图1所示，本实用新型通过以下的技术措施来实现：包括输入、输出电路、电子开关管Q1，储能元件6，振荡反馈电路5，启动电路3（保证电路正常启动），驱动电路4，加速电路2，过压保护器件1，电流、电压采样及反馈控制电路7，LDO线性稳压器，续流二极管D2，滤波电容C1、C3、C4、C5等部分组成。所述LDO稳压器(低压差稳压器)为低功耗LDO稳压器，由于低功耗LDO稳压器的性能稳定，稳压特性好，同时还具有电路自身保护能力，大幅度提高电源变换器输出电压的稳定性，降低输出纹波。

[附图说明

附图1是本实用新型实施方式的电路方框图。

附图2是本实用新型实施方式的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，输入滤波电容C1连接于电压输入端正极Vin+与负极Vin-之间，电压输入端(Vin+、Vin-)连接到外部直流电源。

整个电路将由以下几个部分组成：

1.输入、输出电路：输入端(正极端为Vin+、负极端为Vin-)与外部直流电源相连，输入滤波电容C1一端与输入正极端Vin+相连、电容C1另一端与输入负极端Vin-相连。输出端(正极端为Vout+、负极端为Vout-)与外部负载相连。输入端负极Vin-、输出端负极Vout-与电源公共地GND相连。

2.启动电路3:启动电路3由电阻R3组成，电阻R3一端与输入正极端Vin+、电子开关管Q1的源极、输入电容C1的一端相连。其工作过程：上电后电压通过启动电阻R3限流后送入到电子开关管Q1栅极(或基极)，此时驱动电路4中的三极管Q4和Q3相继导通从而驱动电子开关管Q1导通。电子开关管Q1导通后其输出经续流二极管D2、储能元件6、输出限流电阻R8，再经过电容C3和C4滤波成直流输出电压(Vo+)，此为整个电源转换电路的启动过程。

3.振荡反馈电路5：振荡反馈电路5由电容C2和电阻R5组成，基本连接关系：电容C2的一端与电子开关管Q1的漏极、储能元件6(电感器L1)的一端、续流二极管D2的阴极相连，电容C2另一端与电阻R5相连，电阻R5的另一端与电流电压信号处理控制电路9的输出端、驱动电路4的输入端相连，储电元件L1的另一端与电容C3的一端相连，电容C3的另一端、续流二极管D2的阳极与电源地GND相连。振荡电路工作过程:电子开关管Q1导通后其输出电压经振荡反馈电路5(由电容C2、电阻R5串联组成)反馈到驱动电路4中的输入端经三极管Q4和Q3去加速电子开关管Q1的导通，当电容C2充满电时，三极管Q4和Q3截止，电子开关管Q1随即截止。

4.电流、电压采样及反馈控制电路7:由一级稳压电路和过流保护电路两个部分组成，下面分别加以描述。

1)一级稳压电路:由稳压二极管Z2和电流电压信号处理控制电路9组成，基本连接关系：稳压二极管Z2的阳极与电流电压信号处理控制电路9的电压输入端相连，Z2的阴极与电流采样电阻R8的一端、LDO线性稳压器的输入端VIN、一级输出电压VO+相连，电流电压信号处理控制电路9的地端接GND。其工作过程：当直流输出电压（Vo+）高于稳压二极管Z2的击穿稳压值时，其输出电压（Vo+）经电流电压信号处理控制电路9后输出低电平送入驱动电路中的三极管Q4基极，使三极管Q4和Q3截止，电子开关管Q1开关管也随即截止，电子开关管Q1截止后，电容C4两端的输出电压（Vo+）紧接着下降；当一级输出电压（Vo+）电压低于稳压二极管Z2稳压值时Z2截止，此时电流电压信号处理控制电路9输出高电平，送至驱动电路中的三极管Q4基极，使三极管Q4和Q3导通，从而驱动电子开关管Q1导通，使电容C4两端的输出电压（Vo+）上升，此为一级电压稳定过程。

2)过流保护电路：由电流采样电阻R8和电流电压信号处理控制电路9组成，基本连接关系：电阻R8的一端与储能元件6(电感器L1)的一端、电流电压信号处理控制电路9的电流输入的一端、电容C3的一端相连，电阻R8的另一端与电流电压信号处理控制电路9的电流输入的另一端、Z2的阴极、LDO线性稳压器的输入端VIN相连，电容C3的另一端和电流电压信号处理控制电路9的地端一起连接电源地GND。其工作过程：当输出电流大于一定值时，此时电流采样电阻R8上的电压差促使电流电压信号处理控制电路9输出高低电平，送入驱动电路中的三极管Q4基极，使三极管Q4和Q3截止，电子开关管Q1也随即截止，输出电容C5两端上的输出电压（Vout+）紧接着下降，引起输出电流也相应变小。

5.LDO线性稳压器(二级稳压电路):由LDO线性稳压器8和电输出电容C5组成，基本连接关系：LDO线性稳压器8的输入端VIN与稳压二极管Z2的阴极、电容C4的一端、电流采样电阻的一端相连，LDO线性稳压器8的输出端Vout+与输出电容C5的一端、直流电压输出端Vout+、输出负载正极端相连，LDO线性稳压器8的接地端VSS与电容C4的另一端、电容C5的另一端一起连接电源地GND。其工作过程：当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，通过加入二次稳压电路(包括滤波电容C4、C5)和LDO(低压差稳压器/LowDropoutRegulator简称LDO)线性稳压器8来获得更好的供电效果(得到更稳定的输出直流电压)。

6.驱动电路4：由三极管Q3、Q4、Q5和电阻R2组成，基本连接关系：三极管Q3的基极与三极管Q4的发射极相连，三极管Q3的发射极与三极管Q5的基极、电阻R2的一端相连，三极管Q5的发射极与电阻R2的另一端连接到电源地端GND，三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极、启动电阻R3的一端、振荡反馈电阻R5的一端、电流电压信号处理控制电路9的输出端相连，三极管Q3的极电极与三极管Q4的集电极、加速电路中R1的一端、加速电路中Q1的基极、加速电路中D1的阴极相连。其工作过程：三极管Q3、Q4组成复合管用于推动电子开关管Q1，电阻R2和三极管Q5用于限制电子开关管Q1的最大驱动电流。

7.加速电路2:由三极管Q2、电阻R1、二极管D1，其主要连接关系：三极管Q2的基极与电阻R1的一端、二极管D1的阴极、驱动电路中Q3和Q4的集电极相连，电阻R1的另一端与三极管Q2的集电极、输入电容C1的一端、过压保护器件的一端、外部电源输入正极端Vin+相连，二极管D1的阳极与三极管Q2的发射极、过压保护器件的另一端、电子开关管Q1的栅极相连。其工作过程：用于加速电子开关管Q1驱动波形的截止速度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳的具体实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质(技术方案及其实用新型构思)对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征是：所述转换电路主要包括：输入、输出电路，电子开关管（Q1），储能元件（6），振荡反馈电路（5），启动电路（3），驱动电路（4），加速电路（2），过压保护器件（1），电流、电压采样及反馈控制电路（7），LDO线性稳压器（8）组成，输入端的正极（Vin+）和负极（Vin-)与外部直流电源相连，输出端的正极（Vout+）和负极（Vout-)与负载电路相连，输入端的负极（Vin-）、输出端的负极（Vout-）与电源公共地（GND）相连,输入滤波电容（C1）连接于输入端的正极（Vin+）与负极（Vin-）之间，所述电子开关管（Q1）包括三极管或场效应管(MOSFET)，所述振荡反馈电路（5）由电阻和电容串联组成,所述储能元件（6）为电感器或变压器，所述启动电路（3）由一只或者多只电阻组成，所述驱动电路（4）由一只或者一只以上三极管、一只或者一只以上电阻组成，所述加速电路（2）由一只或者一只以上三极管、一只或者一只以上电阻、一只或者一只以上二极管组成，所述电流、电压采样及反馈控制电路（7）包括采样电阻、稳压二极管、电流电压信号处理控制电路（9）组成；其中电流电压信号处理控制电路（9）包括三极管电路、或运算放大器电路、或比较器电路，启动电路（3）由一只或一只以上启动电阻（R3）组成，启动电阻（R3）一端与输入端的正极（Vin+）、电子开关管（Q1）的源极、输入滤波电容（C1）的一端相连，所述LDO线性稳压器（8）为低功耗LDO稳压器，当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，通过加入由第四、第五号滤波电容（C4、C5）和低压差稳压器LDO线性稳压器（8）所组成的二次稳压电路来获得更稳定的输出直流电压及降低输出纹波。

2.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：在其输入端的正极（Vin+）和负极（Vin-)之间加入用于将交流转换为直流的全桥整流电路及滤波电容器，可以构成AC/DC的电源转换电路。

3.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述过压保护器件（1）包括齐纳稳压二极管，或者压敏电阻，或者ESD抑制器，或者瞬态电压抑制器TVS，或者陶瓷气体放电管。

4.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述振荡反馈电路（5）由第二号电容（C2）和第五号电阻（R5）组成，基本连接关系：第二号电容（C2）的一端与电子开关管（Q1）的漏极、储能元件（6(L1)）的一端、续流二极管（D2）的阴极相连，第二号电容（C2）另一端与第五号电阻（R5）相连，第五号电阻（R5）的另一端与电流电压信号处理控制电路（9）的输出端、驱动电路（4）的输入端相连，储电元件（6(L1)）的另一端与第三号电容（C3）的一端相连，第三号电容（C3）的另一端、第二号续流二极管（D2）的阳极与电源公共地（GND）相连。

5.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述电流、电压采样及反馈控制电路（7）由一级稳压电路和过流保护电路两个部分组成，所述一级稳压电路由第二号稳压二极管（Z2）和电流电压信号处理控制电路（9）组成，基本连接关系：第二号稳压二极管（Z2）的阳极与电流电压信号处理控制电路（9）的电压输入端相连，第二号稳压二极管（Z2）的阴极与电流采样电阻（R8）的一端、LDO线性稳压器（8）的输入端（VIN）、一级输出电压端（VO+）相连，电流电压信号处理控制电路（9）的地端接电源公共地（GND），所述过流保护电路由电流采样电阻（R8）和电流电压信号处理控制电路（9）组成，基本连接关系：电流采样电阻（R8）的一端与储能元件（6(L1)的一端、电流电压信号处理控制电路（9）的电流输入的一端、第三号电容（C3）的一端相连，电流采样电阻（R8）的另一端与电流电压信号处理控制电路（9）的电流输入的另一端、第二号稳压二极管（Z2）的阴极、LDO线性稳压器（8）的输入端（VIN）相连，第三号电容（C3）的另一端和电流电压信号处理控制电路（9）的地端一起连接到电源公共地（GND）。

6.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述LDO线性稳压器（8）和输出电容（C5）组成二级稳压电路，基本连接关系：LDO线性稳压器（8）的输入端（VIN）与第二号稳压二极管（Z2）的阴极、第四号电容（C4）的一端、电流采样电阻（R8）的一端相连，LDO线性稳压器（8）的输出端（Vout+）与输出电容（C5）的一端、直流电压输出端（Vout+）、输出负载正极端相连，LDO线性稳压器（8）的接地端（VSS）与第四号电容（C4）的另一端、输出电容（C5）的另一端一起连接到电源公共地（GND）。

7.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述驱动电路（4）由一只或一只以上三极管（Q3、Q4、Q5）和一只或一只以上电阻（R2）组成，基本连接关系：第三号三极管（Q3）的基极与第四号三极管（Q4）的发射极相连，第三号三极管（Q3）的发射极与第五号三极管（Q5）的基极、第二号电阻（R2）的一端相连，第五号三极管（Q5）的发射极与第二号电阻（R2）的另一端连接到电源公共地（GND），第四号三极管（Q4）的基极与第五号三极管（Q5）的集电极、启动电阻（R3）的一端、振荡反馈电阻（R5）的一端、电流电压信号处理控制电路（9）的输出端相连，第三号三极管（Q3）的集电极与第四号三极管（Q4）的集电极、加速电路中第一号电阻（R1）的一端、加速电路中第二号三极管（Q2）的基极、加速电路中第一号二极管（D1）的阴极相连。

8.根据权利要求1所述一种宽电压微功耗降压型电源转换电路，其特征在于：所述加速电路（2）由一只或一只以上三极管（Q2）、一只或一只以上电阻（R1）、一只或一只以上二极管（D1）组成，其基本连接关系：第二号三极管（Q2）的基极与第一号电阻（R1）的一端第一号二极管（D1）的阴极、驱动电路中的第三号三极管（Q3）和第四号三极管（Q4）的集电极相连，第一号电阻（R1）的另一端与第二号三极管（Q2）的集电极、输入滤波电容（C1）的一端、过压保护器件（1）的一端、外部电源输入正极端（Vin+）相连，第一号二极管（D1）的阳极与第二号三极管（Q2）的发射极、过压保护器件（1）的另一端、电子开关管（Q1）的栅极相连。