CN101860220A - 单片Cuk开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单片Cuk开关电源电路，由输入低通滤波器、整流滤波电路、开关尖峰吸收电路、Cuk高频变换器、单片开关电源集成电路IC2以及稳压反馈控制电路组成，其中输入低通滤波器、整流滤波电路与Cuk高频变换器连接，开关尖峰吸收电路一端与整流滤波电路的输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2的漏极，稳压反馈控制电路一端与Cuk高频变换器输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2；Cuk高频变换器的输入一端连接单片开关电源集成电路IC2。该电路能实现电源能量连续传递，具有输出纹波尖峰小，负载能力强、且成本较低廉等优点。

Description

单片Cuk开关电源电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，是一种单片开关电源芯片构成的Cuk型开关电源电路。
背景技术
直流开关电源在电子电路中作为单片机、集成电路(IC)的工作电源(Vcc)之外，还可直接成为产品，例如LED电源、手机充电器、电动车充电器等等。现有的单片开关电源多见于单端反激式，其隔离变压器中铁芯单向磁化，必须加足够的空气隙，漏感大，同时输出纹波和尖峰大，由于隔离变压器有直流分量，单片开关电源集成电路受尖峰电压影响，带来可靠性不足，效率不够高，负载能力不够强；并且从输入到输出的能量传输不连续。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的单片开关电源的不足，提供一种输出纹波尖峰小，负载能力强，效率高并且成本相对低廉的单片Cuk开关电源电路。
本发明的技术方案如下：
这种单片Cuk开关电源电路由输入低通滤波器、整流滤波电路、开关尖峰吸收电路、Cuk高频变换器、单片开关电源集成电路IC2以及稳压反馈控制电路组成，其中输入低通滤波器、整流滤波电路与Cuk高频变换器连接，开关尖峰吸收电路一端与整流滤波电路的输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2的漏极，稳压反馈控制电路一端与Cuk高频变换器输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2；Cuk高频变换器的输入一端连接单片开关电源集成电路IC2。
所述开关尖峰吸收电路由瞬变抑制二极管D2与特快速二极管D3串联构成，用于吸收开关尖峰，保护IC2在开关时不被尖峰击穿。
所述Cuk高频变换器由耦合电感T3、隔离变压器T2、电容C4、C5、C6以及二极管D4、D5构成，其中耦合电感T3原边Lp的非同名端有两条支路，一条与单片开关电源集成电路IC2漏极连接，另一条通过隔离变压器T2的初级绕组L1、电容C4与单片开关电源集成电路IC2的源极连接，耦合电感T3负边Ls与隔离变压器T2的次级绕组L3，电容C5串联，二极管D4、D5并联在次级绕组L3和电容C5两端，电容C6与负载并联。
所述稳压反馈控制电路由稳压电路、光电耦合器IC4、二极管D7以及电容C10组成，其中稳压电路与光电耦合器IC4的发光二极管D1以及电容C9串联，光电耦合器IC4的光敏晶体管Q1的集电极通过二极管D7、隔离变压器T2的取样绕组L2连接在单片开关电源集成电路IC2的源极，光敏晶体管Q1的发射极一条支z路连接单片开关电源集成电路IC2的控制极，另一条支路通过电容C10连接单片开关电源集成电路IC2的源极。
所述稳压电路包括有连接在三端可编程并联稳压二极管IC3输入端与R5之间的二极管D8，在关机时，C9上的电压通过D8经负载瞬时释放，保证了关机后立即开机时，避免对电路造成冲击；由于C9的充电过程实现了电源的缓起动。
由于瞬变抑制二极管D2与特快速二极管D3的保护作用，使IC2在开关时，不被尖峰脉冲损坏，保证了线路的可靠性；由于耦合电感T3的作用，使输出纹波尖峰降低；由于电容C4、C5的充放电作用使单片开关电源集成电路无论是在截止还是在导通过程中，负载都能得到能量，使能量连续传递，提高了负载能力，同时又由于电容C4、C5的隔直作用，使隔离变压器T2完全在高频交流下运行，不存在直流磁化，铁芯不必加气隙，漏感小；从而使电源体积小，成本较低廉。
附图说明
下面结合附图1对本发明作具体说明。
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，该单片Cuk开关电源电路由输入低通滤波器1、整流滤波电路2、开关尖峰吸收电路3、Cuk高频变换器4、单片开关电源集成电路IC2以及稳压反馈控制电路5组成，其中输入低通滤波器1、整流滤波电路2与Cuk高频变换器4连接，开关尖峰吸收电路3一端与整流滤波电路2的输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2的漏极，稳压反馈控制电路5一端与Cuk高频变换器4输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2；Cuk高频变换器4的输入一端连接单片开关电源集成电路IC2。
开关尖峰吸收电路3由瞬变抑制二极管D2与特快速二极管D3串联构成，瞬变抑制二极管D2的正极接整流滤波电路2的输出端，负极连接特快速二极管D3的负极，特快速二极管D3的正极连接单片开关电源集成电路IC2的漏极。
Cuk高频变换器4由耦合电感T3、隔离变压器T2、电容C4、C5、C6以及二极管D4、D5、D6构成，其中耦合电感T3原边Lp的非同名端有两条支路，一条与单片开关电源集成电路IC2漏极连接，另一条通过隔离变压器T2的初级绕组L1、电容C4与单片开关电源集成电路IC2的源极连接，耦合电感T3负边Ls与隔离变压器T2的次级绕组L3，电容C5串联，二极管D4、D5并联在次级绕组L3和电容C5两端，电容C6和二极管D6与负载并联。
稳压反馈控制电路5由稳压电路6、光电耦合器IC4、二极管D7电容C10以及电阻R3、R2、R9组成，其中稳压电路6通过电阻R3与光电耦合器IC4的发光二极管D1以及电容C9串联，光电耦合器IC4的光敏晶体管Q1的集电极通过二极管D7、电阻R2以及隔离变压器T2的取样绕组L2连接在单片开关电源集成电路IC2的源极，光敏晶体管Q1的发射极一条支路连接单片开关电源集成电路IC2的控制极，另一条支路通过电容C10、电阻R9连接单片开关电源集成电路IC2的源极。
稳压电路6包括有连接在三端可编程并联稳压二极管IC3输入端与R5之间的二极管D8。
其工作原理如下：220V的交流电通过保险管F，压敏电阻Rv形成保护电路；交流电通过输入低通滤波器1消除传导干扰，并经过整流滤波电路2将工频交流电变成高压直流电，进入Cuk高频变换器4中，当单片开关电源集成电路IC2 中的高反压场效应管截止时，输入电压与电感Lp上的电压经隔离变压器T2初级绕组L1使电容C4充电，该充电电流在隔离变压器次级绕组L3上产生感应电压使C5充电，该代表输入特性的充电电流经C5、D4、D5、L3构成回路，同时电感L3存储的能量向输出滤波电容C6及输出负载释放，输出电流经Ls、负载和D4、D5构成回路。在单片开关电源集成电路IC2中的高反压场效应管截止期间，二极管D4、D5流过了输入和输出电流之和，在此期间电容C4、C5储能，耦合电感T3原边Lp、负边Ls释能。当单片开关电源集成电路IC2中的高反压场效应管导通时，输入电流经Lp、IC2构成回路，Lp重新储能，由于IC2中的高反压场效应管导通，引起隔离变压器T2中的各绕组电压极性反转，而电容电压不能突变，因此使D4、D5反偏而截止，电容C5储存的能量经T2次级绕组L3、耦合电感T3的负边Ls向输出电容C6及负载放电，Ls重新储能。C5代表输出状态的放电电流(输出电流)反射到T2的原边L1，即是电容C4的放电电流，该电流经T2的初级绕组L1流过IC2中导通的高反压场效应管，也就是说该期间IC2中的高反压场效应管流过输入及输出电流之和。电容C4、C5释能，耦合电感原边Lp、负边Ls储能。输出电容C6用于输出滤波，D6用于消除电源开机时可能产生的瞬时输出负电压。
综上所述，无论在IC2中的高反压场效应管是导通还是截止，电源在整个开关周期中都不断地向负载提供能量。
当单片开关电源集成电路IC2开关的瞬间会产生尖峰脉冲，其尖峰脉冲将D2、D3击穿，并通过它们释放能量，而不至于击穿单片开关电源集成电路IC2中的高反压场效应管；同时D8和C9的缓起动作用提高了电路的可靠性。
当输出电压不等于额定的输出电压Vcc时，稳压反馈控制电路5通过电阻R5、R6取样，电流经过光电耦合器IC4的发光二极管D1，将信号传给光敏晶体管Q1，Q1将从L1中获得的电压传到单片开关电源集成电路IC2的控制极，单片开关电源集成电路通过相应的控制，使输出电压Vcc保持稳定。

Claims (1)

1.一种单片Cuk开关电源电路，其特征在于：由输入低通滤波器(1)、整流滤波电路(2)、开关尖峰吸收电路(3)、Cuk高频变换器(4)、单片开关电源集成电路IC2以及稳压反馈控制电路(5)组成，其中输入低通滤波器(1)、整流滤波电路(2)与Cuk高频变换器(4)连接，开关尖峰吸收电路(3)一端与整流滤波电路(2)的输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2的漏极，稳压反馈控制电路(5)一端与Cuk高频变换器(4)输出端连接，另一端连接单片开关电源集成电路IC2；Cuk高频变换器(4)的输入一端连接单片开关电源集成电路IC2；
所述开关尖峰吸收电路(3)由瞬变抑制二极管D2与特快速二极管D3串联构成；
所述Cuk高频变换器(4)由耦合电感T3、隔离变压器T2、电容C4、C5、C6以及二极管D4、D5构成，其中耦合电感T3原边Lp的非同名端有两条支路，一条与单片开关电源集成电路IC2漏极连接，另一条通过隔离变压器T2的初级绕组L1、电容C4与单片开关电源集成电路IC2的源极连接，耦合电感T3负边Ls与隔离变压器T2的次级绕组L3，电容C5串联，二极管D4、D5并联在次级绕组L3和电容C5两端，电容C6与负载并联；
所述稳压反馈控制电路(5)由稳压电路(6)、光电耦合器IC4、二极管D7以及电容C10组成，其中稳压电路(6)与光电耦合器IC4的发光二极管D1以及电容C9串联，光电耦合器IC4的光敏晶体管Q1的集电极通过二极管D7、隔离变压器T2的取样绕组L2连接在单片开关电源集成电路IC2的源极，光敏晶体管Q1的发射极一条支路连接单片开关电源集成电路IC2的控制极，另一条支路通过电容C10连接单片开关电源集成电路IC2的源极。
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