CN101478233B - 一种高能效自激式双驱动半桥开关电源 - Google Patents

一种高能效自激式双驱动半桥开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高能效自激式双驱动半桥开关电源电路,属于开关电源技术领域,用于“电源适配器”中。输入工频交流220V或110V电源,输出低压直流电。工频变压器由于原材料铜线、硅钢片价格大幅度上涨,厂家转而采用开关电源技术生产“电源适配器”,但常规开关电源拓扑存在轻负载时、特别是空载时能源利用效率低,难于达到“能源之星”的认证标准的问题,造成销售障碍。本发明对常规自激式半桥开关电源加以改进,对功率元件增加了第二驱动源,形成“双驱动”,能保证功率元件在空载、轻载的条件下也能进入开关工作状态;确保达到“能源之星”空载功耗≤0.1W的认证标准。

Description

一种高能效自激式双驱动半桥开关电源
技术领域
本发明为一种开关电源电路,属于开关电源技术领域。它作为一种小功率电源变换装置,用于“电源适配器”中。
很多家电产品需要低压直流电源供电,这个低压直流电源常通过一种俗称为“电源适配器”的电源变换装置来得到。这种“电源适配器”输入工频交流220V或110V电源,输出低压直流电为家电产品供电;“电源适配器”内或采用工频变压器加整流滤波技术,或采用AC/DC开关电源技术,将交流电源变换为低压直流电。
采用工频变压器加整流滤波技术的“电源适配器”,由于工频变压器原材料铜线、硅钢片价格大幅度上涨,生产厂家已无利可图甚至亏损。转向采用AC/DC开关电源技术成了众多厂家的选择。但常规AC/DC开关电源拓扑多存在轻负载时、特别是空载时能源利用效率(以下简称能效)低,难于达到“能源之星”的认证标准的问题,造成销售障碍,必须对用常规AC/DC开关电源拓扑加以改进。
背景技术
本发明针对节能灯电路加以改进,节能灯的成本低廉,用于照明已经普及。节能灯电路为自激式半桥开关电源,如附图的图1所示,它已为公众熟知。为输出低压直流电,图1中已将灯管负载改为开关变压器T2的原边,T2的副边经过全波整流、滤波输出低压直流电Uout。
这个电路的缺点是:该电路带固定负载例如带个灯管,能效还比较高。但轻载、特别是空载时能效低,达不到“能源之星”的认证标准。
发明内容
本发明在自激式半桥开关电源的基础上加以改进,其技术方案是:在输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b作为功率元件的第二驱动源,与原有的脉冲变压器T1的绕组T1a和T1b这个驱动源迭加,共同驱动功率元件,形成所谓“双驱动”,能保证功率元件在空载、轻载的条件下进入开关工作状态。实测功率元件温升很低,功率损耗小,空载、轻载能效均能达到“能源之星”的认证标准,从轻载到满载整个功率段效率都高。
附图说明
图1为节能灯电路,它是一个自激式半桥开关电源,已为公众熟知。其中二极管VD1-VD4为输入工频交流220V或110V电源作桥式整流,输出高压直流脉动电压,(A)点是这个高压直流脉动电压的正端,(B)点是这个高压直流脉动电压的负端,电解电容C1、C2串联于(1)点,为该直流脉动电压滤波;输出高压直流电。图1已将灯管负载改为开关变压器T2的原边,T2的副边带中心抽头,副边另外两个端子,分别接二极管VD7、VD8作全波整流,经过电解电容C5滤波输出低压直流电。功率元件V1和V2均为NPN三极管;电阻R3-R6、电解电容C3、二极管VD5和脉冲变压器T1的绕组T1a组成的电路驱动上部的功率元件V1(以下简称为上管V1);电阻R7-R10、电解电容C4、二极管VD6和脉冲变压器T1的绕组T1b组成的电路驱动下部的功率元件V2(以下简称为下管V2);具体的连接方式是:上管V1的集电极接高压直流正端(A),V1的发射极与V2的集电极相连接于(2)点,电阻R3的一端连接VI的基极,R3的另一端分别与电阻R4、R5、R6的一端和电解电容C3的负极相连于(3)点,R4的另一端连接V1的集电极,R5的另一端连接隔离二极管VD5的负极,R6的另一端连接(2)点即V1的发射极与V2的集电极的连接点,二极管VD5的正极连接电解电容C3的正极于(5)点,脉冲变压器T1的绕组T1a的一端连接(5)点,T1a的另一端连接脉冲变压器T1的绕组T1c的一端(6),T1c的另一端连接开关变压器T2的原边一端,T2的原边另一端连接滤波电解电容C1、C2的串联点(1),将(6)点与(2)点直接相连;下管V2的发射极接高压直流负端(B),V2的基极连接电阻R10的一端,R10的另一端分别与电阻R7、R8、R9的一端和电解电容C4的负极相连于(4)点,R7的另一端连接(2)点即V1的发射极与V2的集电极连接点,R8的另一端连接隔离二极管VD6的负极,R9的另一端连接高压直流负端(B)点,二极管VD6的正极连接电解电容C4的正极于(7)点,脉冲变压器T1的绕组T1b的一端连接(7)点,T1b的另一端连于(8)点,将(8)点与(B)点直接相连。要注意绕组T1a连接(5)点的一端、绕组T1b连接(8)点的一端和绕组T1c连接(6)点的一端应是同名端。
脉冲变压器T1实质是个电流互感器,它在一个铁淦氧磁环上绕了T1a、T1b和T1c三个绕组,其中T1c为原边,T1a、T1b为副边。功率元件V1、V2仅靠脉冲变压器T1的副边T1a、T1b上感应的电压来驱动,这就是所谓“单驱动”,但在空载或轻载时,该脉冲变压器T1的原边T1c流过的电流很小,其副边T1a、T1b上感应的电压很小不足以驱动功率元件V1、V2进入开关状态,功率元件V1、V2发热严重,功耗增大,造成能效低下,这就是“单驱动”的缺点。
图2是本发明的一个实施例,功率元件V1、V2采用NPN型三极管。在其输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b作为第二驱动源,将T2a和T2b上感应的电压也分别用来驱动三极管V1、V2,加上原来的驱动源,即脉冲变压器T1的绕组T1a、T1b,共同驱动功率元件V1、V2,形成所谓“双驱动”,即能保证功率元件V1、V2在空载或轻载时进入开关状态工作。由于三极管为电流型驱动元件,两个驱动源T1a、T2a和T1b、T2b要按电流迭加增强的方式连接。
其余电路与图1相同。
图3是本发明的另一个实施例,功率元件V1、V2采用N沟道场效应管。也在其输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b,分别用来驱动场效应管V1、V2。由于是驱动场效应管,两个驱动源T1a、T1b和T2a、T2b要按电压迭加增强的方式连接。去掉了图2中的电容C7、C8,增加了两个稳压管VD12和VD13,分别保护场效应管V1、V2的栅极不被反向击穿。
其余电路与图2相同。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步解释附图和说明本发明的发明所在。
图2是本发明采用三极管作为功率元件的一个实施例,若用其它电流型驱动元件也照此办理。在其输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b,注意T2a和T2b和脉冲变压器T1上绕组T1a、T1b的极性,其中绕组T2a和绕组T1a产生的电流迭加后要求是增强的,共同驱动上管V1;其中绕组T2b和绕组T1b产生的电流迭加后要求是增强的,共同驱动下管V2。具体的连接方式是:绕组T2a的一端连于(6)点,T2a的另一端(9)连接电容C7的一端,C7的另一端连于(3)点,绕组T1a、T2a产生的电流迭加增强,共同驱动上管VI;绕组T2b的一端连于(8)点,T2b的另一端(10)连接电容C8的一端,C8的另一端连于(4)点,绕组T1b、T2b产生的电流迭加增强,共同驱动下管V2。
图3是本发明的另一个实施例,其功率元件V1、V2采用场效应管电压型驱动元件,若用其它电压型驱动元件也照此办理。同样也在其输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b,分别用来驱动场效应管V1、V2。由于是驱动场效应管,两个驱动源T1a、T2a和T1b、T2b要按电压迭加增强的方式连接。增加了两个稳压管VD12和VD13,分别保护场效应管V1、V2的栅极不被反向击穿。
驱动场效应管具体的连接方式是:脉冲变压器T1的副边绕组T1a原接(6)点的一端,改接到开关变压器T2的绕组T2a的(9)端,这样绕组T1a和绕组T2a成为串联连接,注意T1a和T2a要异名端相连,才能使迭加后的电压增强。T1的副边绕组T1b原接(8)的一端,改接到开关变压器T2的绕组T2b的(10)端,同样注意T1b和T2b要异名端相连。去掉图2中的电容C7和C8,其余电路同图2。
综上所述,改进前的自激式半桥开关电源电路,其功率元件V1、V2仅有一个驱动源,即利用脉冲变压器T1的绕组T1a、T1b感应的电压分别驱动功率元件V1、V2,是个“单驱动”方式。本发明的特点是:在其输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b作为第二驱动源,将T2a和T2b上感应的电压也分别用来驱动功率元件V1、V2,加上原来的驱动源形成“双驱动”,能保证功率元件V1、V2在空载或轻载时进入开关状态工作。具体作法是:将绕组T1a和绕组T2a、绕组T1b和绕组T2b产生的电压或电流分别作正向迭加,使迭加后的电压或电流增大,分别驱动功率元件V1、V2;这样就把原来“单驱动”方式改进成为“自激式双驱动半桥开关电源”电路。当功率元件V1、V2采用三极管或其它电流型驱动元件时,以脉冲变压器T1的绕组T1a和开关变压器T2的绕组T2a产生的迭加电流驱动功率元件V1,以脉冲变压器T1的绕组T1b和开关变压器T2的绕组T2b产生的迭加电流驱动功率元件V2;注意各个绕组的极性,使绕组T1a和绕组T2a及绕组T1b和绕组T2b连接后产生的迭加电流是增强的;具体的连接方式是:绕组T1a的一端和绕组T2a的一端共同连于(6)点即和V1的发射极与V2的集电极的连接点(2)相连,T1a的另一端与二极管VD5的正极及电解电容C3的正极共同连于(5)点,T2a的另一端(9)连接电容C7的一端,C7的另一端与电阻R3、R4、R5、R6的一端及电解电容C3的负极共同连于(3)点;绕组T1b的一端和绕组T2b的一端共同连于(8)点即高压直流负端(B),T1b的另一端与二极管VD6的正极及电解电容C4的正极共同连于(7)点,T2b的另一端(10)连接电容C8的一端,C8的另一端与电阻R7、R8、R9、R10的一端及电解电容C4的负极共同连于(4)点。当功率元件V1、V2采用场效应管或其它电压型驱动元件时,以脉冲变压器T1的绕组T1a和开关变压器T2的绕组T2a产生的迭加电压驱动功率元件V1,以脉冲变压器T1的绕组T1b和开关变压器T2的绕组T2b产生的迭加电压驱动功率元件V2;注意各个绕组的极性,使绕组T1a和绕组T2a及绕组T1b和绕组T2b连接后产生的迭加电压是增强的;具体的连接方式是:绕组T1a的一端与二极管VD5的正极及电解电容C3的正极共同连于(5)点,T1a的另一端与绕组T2a的一端(9)相连接,T2a的另一端与绕组T1c的一端连于(6)点;绕组T1b的一端与二极管VD6的正极及电解电容C4的正极共同连于(7)点,T1b的另一端与绕组T2b的一端(10)相连接,T2b的另一端连于(8)点即高压直流负端(B)。

Claims (2)

1.一种高能效自激式双驱动半桥开关电源,它在自激式半桥开关电源的基础上加以改进,其特征在于:在输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b作为第二驱动源,与脉冲变压器T1的绕组T1a和T1b这个驱动源迭加,共同驱动形成双驱动,当功率元件V1、V2采用三极管或其它电流型驱动元件时,以脉冲变压器T1的绕组T1a和开关变压器T2的绕组T2a产生的迭加电流驱动功率元件V1,以脉冲变压器T1的绕组T1b和开关变压器T2的绕组T2b产生的迭加电流驱动功率元件V2,两个驱动源T1a、T2a和T1b、T2b要按电流迭加增强的方式连接;具体的方式是:绕组T1a的一端和绕组T2a的一端共同连于连接点6即和V1的发射极与V2的集电极的连接点2相连,绕组T1a的另一端与二极管VD5的正极及电解电容C3的正极共同连于连接点5,绕组T2a的另一端9连接电容C7的一端,电容C7的另一端与电阻R3、R4、R5、R6的一端及电解电容C3的负极共同连于连接点3;电阻R3的另一端连接V1的基极,电阻R4的另一端连接V1的集电极,电阻R5的另一端连接二极管VD5的负极,电阻R6的另一端连接V1的发射极与V2的集电极的连接点2;绕组T1b的一端和绕组T2b的一端共同连于连接点8即高压直流负端B,T1b的另一端与二极管VD6的正极及电解电容C4的正极共同连于连接点7,T2b的另一端10连接电容C8的一端,C8的另一端与电阻R7、R8、R9、R10的一端及电解电容C4的负极共同连于连接点4;电阻R7的另一端连接V1的发射极与V2的集电极连接点2,电阻R8的另一端连接二极管VD6的负极,电阻R9的另一端连接高压直流负端B,电阻R10的另一端连接V2的基极,V2的发射极接高压直流负端B,高压直流正端A接V1的集电极。
2.一种高能效自激式双驱动半桥开关电源,它在自激式半桥开关电源的基础上加以改进,其特征在于:在输出的开关变压器T2上增加了两个绕组T2a和T2b作为第二驱动源,与脉冲变压器T1的绕组T1a和T1b这个驱动源迭加,共同驱动形成双驱动,当功率元件V1、V2采用场效应管或其它电压型驱动元件时,以脉冲变压器T1的绕组T1a和开关变压器T2的绕组T2a产生的迭加电压驱动功率元件V1,以脉冲变压器T1的绕组T1b和开关变压器T2的绕组T2b产生的迭加电压驱动功率元件V2,两个驱动源T1a、T1b和T2a、T2b要按电压迭加增强的方式连接;具体的连接方式是:绕组T1a的一端与二极管VD5的正极及电解电容C3的正极共同连于连接点5,T1a的另一端与绕组T2a的一端9相连接,绕组T2a的另一端连于连接点6即和V1的源极与V2的漏极的连接点2相连;电解电容C3的负极与电阻R3、R4、R5、R6的一端共同连于连接点3,电阻R3的另一端连接V1的栅极,电阻R4的另一端连接V1的漏极,电阻R5的另一端连接二极管VD5的负极,电阻R6的另一端连接V1的源极与V2的漏极的连接点2;绕组T1b的一端与二极管VD6的正极及电解电容C4的正极共同连于连接点7,电解电容C4的负极与电阻R7、R8、R9、R10的一端共同连于连接点4,电阻R7另一端连接V1的源极与V2的漏极的连接点2,电阻R8的另一端连接二极管VD6的负极,电阻R9的另一端连接高压直流负端B,电阻R10的另一端连接V2的栅极;绕组T1b的另一端与绕组T2b的一端10相连接,绕组T2b的另一端连于连接点8即高压直流负端B,V2的源极接高压直流负端B,高压直流正端A接V1的漏极。
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