TWM463003U

TWM463003U - 反激開關電源電路

Info

Publication number: TWM463003U
Application number: TW102207002U
Authority: TW
Inventors: hua-wei Lv; jian-peng He
Original assignee: On Bright Electronics Shanghai
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-10-01
Also published as: CN203289341U

Description

反激開關電源電路

本創作技術涉及一種反激結構的開關電源電路，具備待機功耗低、效率高、啟動時間短、EMI輻射低等特點，並能符合各種安規標準。

當今時代，人類社會面臨能源消耗過大、環境破壞嚴重的壓力，節能減排迫在眉睫。電器設備及電子產品為了降低能源消耗，必須對其電源轉換器進行優化，從而實現更高的轉換效率和更低的靜態待機功耗。在中小功率領域，反激結構因為成本低廉、設計簡單而被普遍採用。目前市面上在使用的反激式開關電源，其轉換效率、待機功耗等技術指標還存在進一步改進的空間。隨著各種新的能源標準、安全規範的頒布，將對現有的電源轉換器提出更高的技術要求。

為瞭解決上述問題而做出了本創作。本創作的目的在於克服目前的技術瓶頸，提供一種轉換效率高、待機功耗低、啟動時間短且成本較低的反激式開關電源轉換電路。

根據本創作的一個實施例，提供了一種反激開關電源電路，包括：整流和電磁干擾濾波電路，在輸入端處接收交流輸入信號，對該交流輸入信號進行整流和電磁干擾濾波，並在輸出端處輸出通過整流和電磁干擾濾波得到的信號；反激開關電路，該反激開關電路接收所述整流和電磁干擾濾波電路的輸出信號，並且根據控制信號對該輸出信號進行變壓以輸出變壓後的信號；輸出濾波電路，接收所述變壓後的信號並對其執行整流和濾波以輸出用於驅動負載的直流輸出信號；回饋取樣電路，對所述直流輸出信號的電壓進行採樣以生成輸出回饋信號；以及控制電路，根據所述輸出回饋信號生成用於控制所述反激開關電路的所述控制信號。

根據本創作的反激開關電源電路解決了前述技術問題，並且具有轉換效率高、待機功耗低、啟動時間短且成本較低等優點。

1‧‧‧整流和EMI(電磁干擾)濾波電路

2‧‧‧反激開關電路

3‧‧‧輸出濾波電路

4‧‧‧回饋取樣電路

5‧‧‧控制電路

6‧‧‧供電電路

7‧‧‧過沖吸收電路

8‧‧‧驅動電路

9‧‧‧輸出過壓檢測電路

L‧‧‧火線

N‧‧‧零線

FUSE‧‧‧保險絲

CX‧‧‧X電容

MOV‧‧‧壓敏電阻

BD‧‧‧整流橋

C1‧‧‧輸出濾波電容(第一電容)

C4‧‧‧濾波電容(第四電容)

C5‧‧‧電容(第五電容)

C2,C3,C6‧‧‧電容

D1‧‧‧整流二極體(第一二極體)

D2‧‧‧穩壓二極體

L1‧‧‧第一電感

L2‧‧‧第二電感

L3‧‧‧第三電感

L4‧‧‧第四電感

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R10‧‧‧第十電阻

T‧‧‧反激變壓器

Q1‧‧‧功率開關

Q2‧‧‧三極管

R7‧‧‧原邊電流取樣電阻

R1,R2,R3,R4,R5,R6,R8,R9,R11,R12,R13,R14,R15‧‧‧電阻

Np‧‧‧初級繞組(輸入繞組)

Ns‧‧‧次級繞組(輸出繞組)

Na‧‧‧輔助繞組

OC‧‧‧光耦

U1‧‧‧原邊控制晶片

D‧‧‧發光管

Q‧‧‧光敏管

PWM‧‧‧脈寬調製

GATE‧‧‧柵極驅動腳

FB‧‧‧輸出回饋腳

RT‧‧‧系統保護腳

VDD‧‧‧供電輸入腳

CS‧‧‧電流採樣腳

Demag‧‧‧輸出過壓保護腳

GND‧‧‧晶片地腳

BO‧‧‧輸入欠壓保護腳

RT‧‧‧系統保護腳

OTP‧‧‧過溫保護

TVS‧‧‧瞬態抑制二極體

第1圖示出了根據一個實施例的反激開關電源電路的結構。

第2圖示出了根據另一實施例的反激開關電源電路的結構。

第3圖示出了過溫保護電路的接法示例。

第4圖示出了根據另一實施例的反激開關電源電路的結構。

第5圖示出了根據另一實施例的反激開關電源電路的結構。

第6圖示出了過沖吸收電路的接法示例。

第7圖示出了驅動電路的接法示例。

第8圖示出了供電電路的接法示例。

下面將詳細描述本創作各個方面的特徵和示例性實施例。下面的描述給出了許多具體細節，以便提供對本創作的全面理解。然而，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本創作的示例來提供對本創作更清楚的理解。本創作絕不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本創作的精神的前提下涵蓋了相關元素或部件的任何修改、替換和改進。

本創作的電路是基於反激式開關電源電路開發的。如第1圖所示，本創作的反激開關電源電路包括AC(交流)輸入整流和電磁干擾(ElectroMagnetic Interference,EMI)濾波電路1、反激開關電路2、輸出濾波電路3、回饋取樣電路4、控制電路5、供電電路6、過沖吸收電路7、驅動電路8和輸出過壓檢測電路9。

整流和EMI濾波電路1在其輸入端處接收交流輸入信號，對該交流輸入信號進行整流和EMI濾波，並在其輸出端處輸出通過整流和電磁干擾濾波得到的信號。該交流輸入信號例如是常見的220V交流信號，當然也可以是其它交流信號。在該交流輸入信號通過火線(L)和零線(N，又稱中性線)傳輸時，整流和EMI濾波電路1的兩個輸入端分別連接到L和N。

如第1圖所示，整流和EMI濾波電路1包括保險絲FUSE、兩級共模濾波電感、X電容CX、壓敏電阻MOV、整流橋BD和輸出濾波電容C1(第一電容)。例如在IEC 60384-14中所定義的，X電容CX是接在輸入線兩端用來消除差模干擾的電容。兩級共模濾波電感例如是包括第一電感L1和第二電感L2的第一級共模濾波電感以及包括第三電感L3和第四電感L4的第二級共模濾波電感。在本實施例中，整流橋BD由四個二極體構成。

具體而言，保險絲FUSE的第一端連接到整流和EMI濾波電路1的第一輸入端，保險絲FUSE的第二端連接到第一電感L1的第一端；第一電感L1的第二端連接到壓敏電阻MOV、X電容CX和第三電感L3的第一端(E點)；第二電感L2的第一端連接到整流和EMI濾波電路1的第二輸入端，第二電感L2的第二端連接到壓敏電阻MOV、X電容CX和第四電感L4的第一端(F點)；整流橋BD中的第一二極體的負極和第二二極體的正極連接到第三電感L3的第二端，第二二極體和第三二極體的負極連接到輸出濾波電容C1的第一端，第三二極體的正極和第四二極體的負極連接到第四電感L4的第二端，第一二極體和第四二極體的正極連接到輸出濾波電容C1的第二端；並且輸出濾波電容C1的第一端連接到整流和EMI濾波電路1的輸出端，輸出濾波電容C1的第二端連接到地。

此外，整流和EMI濾波電路1還可以包括串聯連接在E點和F點之間的第一電阻R1和第二電阻R2。具體而言，第一電阻R1的第一端連接到E點，第一電阻R1的第二端連接到第二電阻R2的第一端，並且第二電阻R2的第二端連接到F點。

反激開關電路2接收整流和EMI濾波電路1的輸出信號，並且根據來自控制電路5的控制信號對該輸出信號進行變壓以輸出變壓後的信號。如第1圖所示，反激開關電路2包括反激變壓器T、功率開關Q1和原邊電流取樣電阻R7。反激變壓器T包括初級繞組(也稱為輸入繞組)Np、次級繞組(也稱為輸出繞組)Ns和輔助繞組Na，其中初級繞組Np與次級繞組Ns、輔助繞組Na的極性相反。

具體而言，初級繞組Np的第一端(B)連接到功率開關Q1的第一端，初級繞組Np的第二端(A點)連接到整流和EMI濾波電路1的輸出端；次級繞組Ns的第一端連接到輸出濾波電路的第一輸入端，即第一二極體D1的正極，次級繞組Ns的第二端連接到濾波輸出電路3的第二輸入端(在本實施例中連接到地)；輔助繞組Na的第一端連接到供電電路的輸入端(H點)，輔助繞組Na的第二端連接到地；功率開關Q1的第二端連接到原邊電流取樣電阻R7的第一端，功率開關Q1的控制端連接到驅動電路8的輸出端(D點)；原邊電流取樣電阻R7的第二端連接到地。

功率開關Q1例如是金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，在此情況下，功率開關Q1的第一端、第二端和控制端分別是MOSFET的漏極、源極和柵極。當然也可以採用其它的功率開關，例如二極體或者其它能夠根據控制信號而接通或關斷的開關。功率開關Q1根據來自驅動電路的驅動信號而接通或關斷，使得在功率開關中存在或者不存在原邊電流，由此調節反激變壓器T的輸出。

輸出濾波電路3接收由反激開關電路2輸出的變壓後的信號並對該信號執行整流和濾波以輸出用於驅動負載的直流輸出信號(DC Out)。如第1圖所示，輸出濾波電路3包括輸出整流二極體D1(第一二極體)和濾波電容C4(第四電容)兩個主要部分。整流二極體D1上可以並有RC吸收電路(包括電阻R10(第十電阻)和電容C5(第五電容))，RC吸收電路根據需要可以調整或者不用。針對不同的輸出紋波要求，輸出濾波電路3可以增加p型濾波電路或者共模濾波電路。

具體而言，整流二極體D1的正極連接到次級繞組Ns的第一端和電阻R10的第一端，電阻R10的第二端連接到電容C5的第一端，整流二極體D1的負極和電容C5的第二端連接到濾波電容C4的第一端作為輸出濾波電路3的第一輸出端，濾波電容C4的第二端和次級繞組Ns的第二端連接在一起作為輸出濾波電路3的第二輸出端。輸出濾波電路3的第二輸出端例如連接到電源地。在第1圖的電路中示出了兩種接地端，用倒三角符號表示的例如是參考地，而用三條短線表示的是電源地。這兩種接地端可以處於不同的電位，如回饋取樣電路4下方所示，這兩者之間可以連接電容。在本文中，除非明確聲明，否則術語「地」用於指代「參考地」。

回饋取樣電路4對輸出濾波電路3輸出的直流輸出信號的電壓進行採樣以生成輸出回饋信號，並將生成的輸出回饋信號提供給控制電路5。回饋電路4由三端穩壓基準源(例如TL431)和光耦(即光耦合器)OC加上回饋電阻電容構成，其對輸出電壓進行採樣，通過TL431環路調節，回饋到原邊控制晶片U1中，從而調節開關MOSFET的占空比。

如第1圖所示，回饋取樣電路4包括三端穩壓基準源、光耦OC、電阻R11-R14和電容C6。光耦OC包括發光管D和光敏管Q，發光管D例如是發光二極體或者任何其它的發光管，光敏管Q例如是光敏三極管或者任何其它的光敏管。在第1圖所示的電路中，電阻R11和R14的第一端連接到輸出濾波電路3的第一輸出端，電阻R11的第二端連接到電阻R12和R13的第一端以及三端穩壓基準源的基準極，電阻R12的第二端連接到電源地，電阻R14的第二端連接到光耦OC的第一輸入端(例如發光管的正極)，電阻R13的第二端連接到電容C6的第一端，電容C6的第二端連接到三端穩壓基準源的負極和光耦OC的第二輸入端(例如發光管的負極)，三端穩壓基準源的正極連接到電源地，光耦OC的第一輸出端(例如光敏管的收集極)連接到控制電路5中的控制晶片的輸出回饋腳FB，光耦OC的第二輸出端(例如光敏管的發射極)連接到地。回饋取樣電路4生成的輸出回饋信號通過第一輸出端輸出到控制電路5，即輸出回饋腳FB。

控制電路5根據回饋取樣電路4生成的輸出回饋信號來生成用於控制反激開關電路2的控制信號。控制電路5的主要器件是一顆脈寬調製(Pulse Width Modulation,PWM)控制晶片及必要的週邊輔助元件。該PWM控制晶片比如是OB2276或類似功能的控制晶片，該IC總共包含8只功能腳，分別是(不按腳位元順序)：A：柵極驅動腳GATE，輸出用於控制功率開關的接通和關斷的控制信號，其連接到驅動電路8的輸入端(C點)；B：輸出回饋腳FB，用於接收輸出回饋信號，與光耦OC 的第一輸出端相連；C：系統保護腳RT，用於系統過溫保護或者外部保護，其連接到過溫保護(OTP)電路的第一端，OTP電路的第二端連接到地；D：供電輸入腳VDD，用於晶片供電，其連接到供電電路6的輸出端(G點)和電阻R3第二端，電阻R3的第一端連接到電阻R1的第二端和電阻R2的第一端；E：電流採樣腳CS，用於採樣變壓器原邊電流在取樣電阻上的電壓信號，其連接到電阻R6的第一端和電容C3的第一端，電阻R6的第二端連接到功率開關Q1的第二端，電容C3的第二端連接到地；F：輸出過壓保護腳Demag，接收過壓保護信號，用於通過採樣供電繞組(次級繞組Ns)上的退磁平臺(輔助繞組Na)獲得輸出電壓資訊，並且當發生輸出過壓時，進行保護，其連接到電阻R8的第二端和電阻R9的第一端；G：晶片地腳GND，晶片的參考地，其連接到地；和H：輸入欠壓保護腳BO，用於進行輸入電壓欠壓保護，其連接到電阻R4的第二端、電阻R5的第一端和電容C2的第一端，電阻R4的第一端連接到L4的第二端，電阻R5和電容C2的第二端連接到地。

BO是輸入欠壓保護腳，通過電阻R4、R5分壓偵測交流輸入電壓，在較低電壓時，晶片會發生輸入欠壓保護，停止驅動輸出。同樣BO也可以檢測經過整流橋整流後的輸入電解電容(C1)上的電壓，如第2圖所示，BO經由電阻R4連接到輸出濾波電容C1的第一端，這種連接方法同樣可以偵測輸入電壓，當發生欠壓保護時，停止驅動輸出。請注意，為了清楚，第2圖中省略了與第1圖中相同的標號，這些標號可以參考第1圖來獲得，後面的第4圖和第5圖亦是如此。

FB是輸出回饋腳，光耦的回饋信號通過該腳輸入晶片中。CS是電流採樣腳，電流採樣信號通過RC濾波後流入CS。由FB和CS接收的信號通過晶片內部運算產生PWM輸出，用於對反激開關電路2進行PWM。Demag是輸出電壓檢測腳，通過檢測輸出過壓檢測電路9的信號，如果輸出發生過壓情況，則通知系統關閉。RT是系統保護腳，通過過溫保護(OTP)電路偵測系統溫度，在系統溫度過高時，通知晶片發生輸入過溫保護，停止驅動輸出。

OTP電路可以包括負溫度係數電阻NTC和普通電阻(即，正溫度係數電阻)R的串聯，R和NTC可以交換位置，R也可以省掉。第3圖示出了OTP電路的接法示例，當然也可以採用其它的接法。

系統保護腳RT可以複用為進行過溫保護(OTP)和供電過壓保護(VDD,OVP)這兩種保護，如第4圖和第5圖所示。在第4圖或第5圖中，控制電路5還包括電容C6、三極管Q2、穩壓二極體D2和電阻R15，在此情況下，系統保護腳RT還連接到三極管Q2的收集極，三極管Q2的基極連接到電容C6的第一端和穩壓二極體D2的正極，三極管Q2的發射極和電容C6的第二端連接到地，穩壓二極體D2的負極連接到電阻R15的第一端，電阻R15的第二端連接到供電輸入腳VDD(G點)。

過沖吸收電路7在電路中連接在A、B兩點之間，驅動電路8在電路中連接在C(柵極驅動腳GATE)、D兩點之間，供電電路6在電路中連接在G(供電輸入腳VDD)、H兩點之間，分別可以如第1圖、第2圖、第4圖或第5圖所示的方式來連接，並且根據不同的系統要求，可以變化。

過沖吸收電路7的第一端與初級繞組Np的第二端(A點)相連，並且過沖吸收電路7的第二端與初級繞組Np的第一端(B點)相連。過沖吸收電路7在A、B兩點之間(即，其第一端與第二端之間)可以有多種接法，第6圖示出了七種接法示例，當然也可以採用其它接法。第6圖最左側示出了瞬態抑制二極體(TVS)的符號表示，這樣第6圖所示的接法包括以下幾種(從A點到B點的順序，即從過沖吸收電路7的第一端到第二端的順序)：(1)將電容和電阻並聯，然後串聯反向二極體；(2)正向TVS和反向二極體的串聯；(3)將正向TVS、電阻和電容並聯，然後串聯反向二極體；(4)將正向TVS和電阻並聯，然後串聯反向二極體；(5)將正向TVS和電容並聯，然後串聯反向二極體；(6)將電阻和電容並聯，然後串聯電阻和反向二極體；以及(7)將電阻和電容並聯，然後串聯反向二極體和電阻。

驅動電路8接收來自控制電路5(GATE)的控制信號，並且根據該信號來生成用於驅動功率開關Q1的驅動信號，從而實現功率開關Q1的接通和關斷。如第1圖所示，驅動電路8的輸入端(C點)連接到柵極驅動腳GATE，並且其輸出端(D點)連接到功率開關Q1的控制端。

驅動電路8在C、D兩點之間可以有多種接法，第7圖示出了四種接法示例，當然也可以採用其它接法。第7圖所示的驅動電路8的接法如下(按照從C點到D點的順序)：(1)單獨的電阻；(2)將反向二極體和電阻串聯，然後在二者上並聯一電阻；(3)將電阻和反向二極體串聯，然後在二者上並聯一電阻；以及(4)將反向二極體和電阻並聯。

供電電路6的輸入端(H點)連接到輔助繞組Na的第一端，並且供電電路6的輸出端(G點)連接到供電輸入腳VDD。供電電路6在電路中的G、H兩點之間可以有多種接法，例如第8圖所示包括以下幾種：(1)二極體的正極連接到H點，二極體的負極連接到電阻和濾波電容(例如電解電容)的第一端，電阻的第二端和另一電容的第一端連接到G點，濾波電容和另一電容的第二端連接到地；(2)電阻的第一端連接到H點，二極體的正極連接到電阻的第二端，二極體的負極和濾波電容的第一端連接到G點，濾波電容的第二端連接到地；(3)二極體的正極連接到H點，二極體的負極和濾波電容的第一端連接到G點，濾波電容的負極連接到地；以及(4)二極體的正極連接到H點，二極體的負極連接到電阻的第一端，電阻的第二端和濾波電容的第一端連接到G點，濾波電容的第二端連接到地。

輸出過壓檢測電路9包括兩個分壓電阻R8和R9，對晶片進行分壓後信號進入Demag。具體而言，電阻R8的第一端連接到供電電路6的輸入端，電阻R8的第二端和電阻R9的第一端連接到輸出過壓保護腳Demag，並且電阻R9的第二端連接到地。

以上已經參考本創作的具體實施例描述了本創作，但是本領域技術人員將會瞭解到，可以對這些具體實施例進行各種修改、組合和變更，而不會脫離由所附申請專利範圍或其等同物限定的本創作的精神和範圍。此外，附圖中的任何符號應當被認為僅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具體指示。例如，各個基準地可以處於相同電位，或者根據具體情況而採用不同電位。在閱讀了本創作之後，本領域技術人員所認識到的對電路結構的替換和修改均包括在本創作的範圍內。