CN101541122A - 高转换效率的开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关电源电路，本发明所述电路的控制芯片(IC)用漏感进行工作，加上控制芯片外围电路的改变，迫使控制芯片(IC)在漏感产生的时段打开，使LRC振荡电路处于谐振状态，为了使功率管从放大区到饱和区有过渡过程，在电路中设计了加速耦合电容(C3)，在反峰值没有完全达到高峰时，磁流已经改变方向，抑制了峰值的产生，又进入了另一个谐振，周而复始，形成了多谐振的格局，所以本发明不但对外来电网的干扰有特强的抑制作用，自身产生的振荡波形也没有大的尖峰，使输出电源的质量比较高。

Description

高转换效率的开关电源电路
技术领域
本发明涉及一种开关电源电路，进一步说是一种用于LED灯的开关电源电路。
背景技术
LED灯由于它的节能、环保、亮度高、寿命长等优点，被应用在越来越多的场合。在LED灯的实际生产和应用中存在着许多技术问题，其中从交流转为直流的效率问题，一直是电源行业内关心的主题，在节能当头的今天显得更为重要，转换效率从线性电源的35％到开关电源的60％我们用了几十年时间。
据不完全统计，全世界每年的电源产量是70亿只以上，平均功率为35瓦，如果效率提高1％，全世界全年节电20亿度电，所以从交流转为直流的效率问题，被越来越多的人所重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种高转换效率并且超常使用寿命的开关电源电路。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种高转换效率的开关电源电路，包括整流桥(D1-D4)、滤波电路、变压器(T1)、控制芯片(IC)，电流(AC)经过整流桥(D1-D4)和滤波电路滤波，使电压从(AC)220V升至(DC)320V，经电阻(R1、R2)和三极管(Q2)、电阻(R3、R4)组成的压控电路分压后给控制芯片(IC)的6脚，使控制芯片(IC)内置的软启动电压由控制芯片(IC)的电路控制达到启动电压，经控制芯片(IC)控制端1脚输出脉冲电压使连接在控制芯片(IC)控制端1脚的功率管(Q1)导通，连接在功率管(Q1)的集电极端的变压器(T1)初级得到电流，使变压器(T1)的次级得到感应电流，此时次级的电流的强度又反过来感应给变压器(T1)的辅助绕组，辅助绕组得到的感应电流经三极管(Q2)得到次级反馈的负载信号，同时经连接在功率管(Q1)的集电极与控制芯片(IC)的谐振压控端3脚之间的R5、加速耦合电容C3给控制芯片(IC)的谐振压控端3脚，控制芯片(IC)根据压控端3脚给出的信号，自动调整谐振的频度和幅度，然后再经控制芯片(IC)的控制端1脚输出给功率管(Q1)，此时，流经功率管(Q1)的电流在电阻(R6、R7)上产生压降后，经电阻(R8)电流信号经控制芯片(IC)的4脚进入控制芯片(IC)的压控电路，调整开通时间和打开幅度，控制初级电流的大小和维持时间，达到和次级负载相适应。
本发明的核心是，充分利用谐振的特点和高频变压器漏感控制技术，利用漏感的的特性，并把漏感作为换能和储能的途径，从而使变压器的能耗降到非常低的水平，始终使电路处在与负载正好匹配的工作状态，采用变压器耦合及感应电压信号控制方式，相当于自动平衡的天平一样工作，这个天平的最大量程就是我们的最大功率设定值。最大的优点在于，自动平衡的维持非常稳定，具有一定的动态维持宽度，尤其是对电流电压同时有要求的负载，本发明尤其适用，特别是大功率LED的驱动电源，彻底解决了LED三大瓶颈之一，即驱动电源本身功耗太大的的问题，对延长LED的使用寿命和LED装置的稳定性作用相当明显。
本发明的另一个特点是，由于转换效率的大幅提高，整个电路的能耗比较小，主要的能耗器件，功率管和变压器都处在极低能耗的水平，大大降低了功率器件的发热量，同时又大大提升功率器件的负载能力，并且随着功率器件发热量的大幅降低，储能源器件的使用寿命大幅提高，使得通常只用5000小时使用寿命一下子可以提高到20000小时。(在开关电源中使使用受到限制的主要是含电解液的电解电容，业内人士公认，电解电容的工作温度每下降10度，其使用寿命至少可以提高一倍，采用本发明可以使电解电容的温度比普通电源中的电解电容的工作温度下降近30度，所以我们的电源使用寿命至少可以提高3倍以上)。
效率的提高会为我们带来了另一个好处，本发明的体积可以大大缩小，本发明的体积仅为正常的一半，重量只有正常的1/3。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的电路结构图。
具体实施方式
如图1所示，控制芯片(IC)使用的是公知的控制芯片OB2476，市电经过热敏电阻(RT)和由(D1-D4)组成的整流桥加上再经C1、L1、C2组成的∏型滤波电路滤波，使电压从(AC)220V升至(DC)320V，经电阻(R1、R2)和三极管(Q2)、电阻(R3、R4)组成的压控电路分压后给控制芯片(IC)的6脚，使控制芯片(IC)内置的软启动电压由控制芯片(IC)的电路控制达到启动电压，经控制芯片(IC)控制端1脚输出脉冲电压使连接在控制芯片(IC)控制端1脚的功率管(Q1)导通，连接在功率管(Q1)的集电极端的变压器(T1)初级得到电流，使变压器(T1)的次级得到感应电流，此时次级的电流的强度又反过来感应给变压器(T1)的辅助绕组，辅助绕组得到的感应电流经三极管(Q2)得到次级反馈的负载信号，同时经连接在功率管(Q1)的集电极与控制芯片(IC)的谐振压控端3脚之间的R5、加速耦合电容C3给控制芯片(IC)的谐振压控端3脚，控制芯片(IC)根据压控端3脚给出的信号，自动调整谐振的频度和幅度，然后再经控制芯片(IC)的控制端1脚输出给功率管(Q1)，此时，流经功率管(Q1)的电流在电阻(R6、R7)上产生压降后，经电阻(R8)电流信号经控制芯片(IC)的4脚进入控制芯片(IC)的压控电路，调整开通时间和打开幅度，控制初级电流的大小和维持时间，达到和次级负载相适应。在该电路中利用R6、R7上形成的压降，自动控制芯片的开通时间，达到控制输出功率的目的；而在变压器原边跨接电容耦合到控制芯片，改变了芯片工作时的相位，在漏感的影响下打开；R1、R2与Q1组成的动态分压，自动调整谐振的幅度。在电源(AC)的输入端还串联有一个热敏电阻(RT)。在上述电路中，在控制芯片(IC)的2端与5端之间连接有二极管D5、D6，用于保护控制芯片(IC)不过压。
在这里要说明一点的是，利用变压器(T1)的漏感作为控制变压器工作的方式，正好是输入的零电压和零电流的时候，将漏感产生电流进行控制，所以谐振的峰值和漏感的峰值相匹配，做到了电能使用率的最大化，也使得变压器(T1)的功耗特别小，而产生的换能效果最好，并且谐振的衰减特别快，不会产生高次谐波，输出纹波也很小，原则上不需要使用Y电容，使用磁阻尼作为电信号的采样对象，也省去了传统的光耦传递方式，利用控制芯片(IC)电流采样电阻(R6、R7)的设定来设定最大负载，当接收到的负载电磁反馈分压信号反映到电流采样端口，控制芯片(IC)自动调整输出状态，跟随负载的变化做出调整，当采样电流超过设定值时，控制芯片(IC)内置比较电路翻转，限制信号输出，关断电源输出。一旦采样端的电流低于设定值时，控制芯片(IC)内置比较电路再次翻转，根据采样电流大小自动调整输出状态。
控制芯片(IC)的设计很特别，用漏感进行工作，加上外围的改变，迫使控制芯片(IC)在漏感产生的时段打开，使LRC振荡电路处于谐振状态，为了使功率管从放大区到饱和区有过渡过程，我们在电路中特意设计了加速耦合电容(C3)，在反峰值没有完全达到高峰时，磁流已经改变方向，抑制了峰值的产生，又进入了另一个谐振，周而复始，形成了多谐振的格局，所以本发明不但对外来电网的干扰有特强的抑制作用，自身产生的振荡波形也没有大的尖峰，使输出电源的质量比较高。利用漏感来进行换能的方法本身至少消除了漏感的尖峰，而在输入电压的峰值期，电路是关断的，零电压和零电流时才打开，所以整个电路的工作波形很少有尖峰出现。
控制芯片OB2476的本身并没有多谐振功能，是本发明在外围电路和变压器设计上采用的特殊方式和工艺实现了多谐振的漏感换能特性，达到了非常高效的AC/DC转换，并实现了极低功耗的电源，特别适合于大功率LED的驱动，也使开关电源的使用寿命在普通元器件的条件下比一般开关电源提高了至少3倍。具有极高的性价比。
本电路的设计，充分考虑到电网的质量问题，开关机的浪涌电流问题和空载待机状态的能耗问题，我们在前级加上了热敏电阻(RT)，使开机浪涌减少到20％以下，用∏型滤波使不干净的电网杂波得到有效抑制，极小的次级感应反馈能使空载时的能耗降到0.2W左右，使本发明达到绿色电源的水平。
本发明经过反复实验和试用下，在正常情况下可以达到以下的效果：功率因素＞90％，转换效率＞90％，软启动2~30ms待机功耗极小，输出纹波很小，抗干扰能力强，输出电流质量高，高可靠性，超长使用寿命，超小体积，环境温度40℃~60℃等。
本发明具备多种用途，经外围电路的配置的改变，可以设计成仪用电源、军用电源、音响电源。
1、改变加速耦合电容(C3)，可以使电路具有动态电源性能，达到音响电源的要求。
2、改变Vcc的分压，即控制芯片(IC)6脚的电压设定，可以做成纹波极低的小功率仪用电源，或对电源要求非常高的精致电源。
3、改变谐振配置，可以制成抗干扰能力特别强的军用电源或装备电源。
4、由于本发明电源的隔离性非常出色，经三防处理后，可以在环境非常恶劣的状况下使用。
5、由于本发明控制方式非常特殊，改变电阻(R6)或电阻(R7)可以作为负载的动态监控设备使用。
6、通过改变变压器(T1)的耦合量，可以作为自适应的高性能的锂电池充电器使用。

Claims (10)

1、一种高转换效率的开关电源电路，其特征在于：包括整流桥(D1-D4)、滤波电路、变压器(T1)、控制芯片(IC)，电流(AC)经过整流桥(D1-D4)和滤波电路滤波，使电压从(AC)220V升至(DC)320V，经电阻(R1、R2)和三极管(Q2)、电阻(R3、R4)组成的压控电路分压后给控制芯片(IC)的6脚，使控制芯片(IC)内置的软启动电压由控制芯片(IC)的电路控制达到启动电压，经控制芯片(IC)控制端1脚输出脉冲电压使连接在控制芯片(IC)控制端1脚的功率管(Q1)导通，连接在功率管(Q1)的集电极端的变压器(T1)初级得到电流，使变压器(T1)的次级得到感应电流，此时次级的电流的强度又反过来感应给变压器(T1)的辅助绕组，辅助绕组得到的感应电流经三极管(Q2)得到次级反馈的负载信号，同时经连接在功率管(Q1)的集电极与控制芯片(IC)的谐振压控端3脚之间的R5、加速耦合电容C3给控制芯片(IC)的谐振压控端3脚，控制芯片(IC)根据压控端3脚给出的信号，自动调整谐振的频度和幅度，然后再经控制芯片(IC)的控制端1脚输出给功率管(Q1)，此时，流经功率管(Q1)的电流在电阻(R6、R7)上产生压降后，经电阻(R8)电流信号经控制芯片(IC)的4脚进入控制芯片(IC)的压控电路，调整开通时间和打开幅度，控制初级电流的大小和维持时间，达到和次级负载相适应。
2、根据权利要求1所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：在电源(AC)的输入端串联一个热敏电阻(RT)。
3、根据权利要求1所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：R1、R2与Q1组成的动态分压，自动调整谐振的幅度。
4、根据权利要求1所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：利用R6、R7上形成的压降，自动控制芯片的开通时间，达到控制输出功率的目的。
5、根据权利要求1所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：在控制芯片(IC)的2端与5端之间连接有二极管D5、D6，用于保护控制芯片(IC)不过压。
6、根据权利要求1-5任一权利要求所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：改变加速耦合电容(C3)，可以使电路具有动态电源性能，所述开关电源电路可以作为音响电源。
7、根据权利要求1-5任一权利要求所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：改变Vcc的分压，即控制芯片(IC)6脚的电压设定，所述开关电源电路可以做成纹波极低的小功率仪用电源，或对电源要求非常高的精致电源。
8、根据权利要求1-5任一权利要求所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：改变谐振配置，所述开关电源电路可以制成抗干扰能力特别强的军用电源或装备电源。
9、根据权利要求1-5任一权利要求所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：改变电阻(R6)或电阻(R7)，所述开关电源电路可以作为负载的动态监控设备使用。
10、根据权利要求1-5任一权利要求所述的高转换效率的开关电源电路，其特征在于：通过改变变压器(T1)的耦合量，所述开关电源电路可以作为自适应的高性能的锂电池充电器使用。
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