CN102739077A

CN102739077A - 一种开关电源的辅助电源

Info

Publication number: CN102739077A
Application number: CN2012102544665A
Authority: CN
Inventors: 王贤江; 石玉; 钟慧; 张光辉; 李功复
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，公开了一种开关电源的辅助电源，其共有两种工作模式即启动模式和正常工作模式。上电的瞬间工作于启动模式，即由输入的高压直流电源经过一定的限流后供给控制及驱动部分工作；当控制及驱动部分正常工作后，功率变压器的便产生交变的磁场，通过辅助电源的线圈整流滤波、线性稳压后再供给控制及驱动部分使用，此时，工作于正常工作模式，同时高压直流电源电子开关将自动断开，不再向控制及驱动部分提供电能。本发明与一般的辅助电源相比，具有更高的工作效率、更加稳定的输出电压，也会使得开关电源具有更高的转换效率且更加稳定可靠地工作。

Description

一种开关电源的辅助电源

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说涉及一种开关电源的辅助电源。

背景技术

开关电源控制部分以及驱动部分的电源称为辅助电源，而目前开关的辅助电源大致采用以下两种结构。一种是电网交流电通过隔离变压器降压、隔离，再对其进行整流、滤波后送往控制部分及驱动部分，如图1所示。另一种是直接在功率变压器上绕相应匝数的辅助线圈，当功率变压器工作时，便产生相应电压，将此电压整流、滤波后供给控制部分及驱动部分。为了进行自启动，便从输入的高压直流正极接一限流电阻到辅助电源的正极（即VCC），如图2所示。

对于以上两种辅助电源的解决方案，第一种方案要一个隔离的变压器，对于小体积、高功率密度来讲都是很难以实现的，而且也会影响整个开关电源的转换效率；第二种方案，由于要从高压直流正极接一限流电阻到辅助电源的正极，而且此限流电阻将一直工作，这将一定程度的降低开关电源的转换效率。更严重的是，当负载的突然闭合或断开将造成的开关尖峰将会使辅助电源上产生很高的电压尖峰，此电压尖峰随时可能烧坏控制部分及驱动部分。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：现有的两种辅助电源一种需要隔离的变压器，对于小体积、高功率密度的开关电源来讲难以实现；另一种需要一个限流电阻，限流电阻一直工作；都使开关电源的转换交效率降低。并且这两种辅助电源的负载突然闭合或断开造成的开关尖峰将会使辅助电源上产生很高的电压尖峰，此电压尖峰随时可能烧坏控制部分及驱动部分。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种开关电源的辅助电源，其特征在于，包括启动模式部分和正常工作模式部分；

所述启动模式部分主要由充电电阻、充电电容、2个保护稳压管、限流电阻、N沟道增强型MOS管构成；N沟道增强型MOS管的栅极和源极分别与充电电容、第一保护稳压管并联，N沟道增强型MOS管的源极接第二保护稳压管后接地，高压直流电源经限流电阻连接到所述N沟道增强型MOS管的漏极上；

所述工作模式部分主要由辅助绕组、半波快恢复整流二极管、滤波电容、尖峰保护稳压管、线性稳压器、输出滤波电容、隔离二极管、以及由分压电阻、限流电阻、三极管构成的关断部分构成。

所述辅助绕组产生的感应电压经其串联的一整流二极管进行半波整流得到直流电压，该直流电压依次经滤波电容、线性稳压器、隔离二极管得到稳定的直流电压。

在所述的N沟道增强型MOS管的源极与线性稳压器的输出端间串联一隔离二极管。

所述尖峰保护稳压管与辅助绕组并联后接入线性稳压器的输入端。

在所述隔离二极管的正极和负极分别连接一个滤波电容。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明使用方便、安全可靠、适用于一些需要高效率、高可靠性的开关电源电路中；具有较高的转换效率和具有较高的抗浪浪涌能力，模式转换时功耗损耗最低，并且始终提供一个安全电压给控制及驱动部分，保证控制及驱动部分的安全。

附图说明

图1是隔离型辅助电源电路原理图；

图2是限流型辅助电源电路原理图；

图3是本发明电路结构图；

图4是本发明电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

一种开关电源的辅助电源，包括启动模式部分和正常工作模式部分；所述启动模式部分主要由充电电阻、充电电容、2个保护稳压管、限流电阻、N沟道增强型MOS管构成；N沟道增强型MOS管的栅极和源极分别与充电电容、第一保护稳压管并联，N沟道增强型MOS管的源极接第二保护稳压管后接地，高压直流电源经限流电阻连接到所述N沟道增强型MOS管的漏极上；所述工作模式部分主要由辅助绕组、半波快恢复整流二极管、滤波电容、尖峰保护稳压管、线性稳压器、输出滤波电容、隔离二极管、以及由分压电阻、限流电阻、三极管构成的关断部分构成。

结合图3所示，本发明共有两种工作模式，启动模式以及正常工作模式。上电的瞬间工作于启动模式，即由输入的高压直流电源VIN经过一定的限流后供给控制及驱动部分工作；当控制及驱动部分正常工作后，功率变压器的便产生交变的磁场，通过辅助电源的线圈整流滤波、线性稳压后再供给控制及驱动部分使用，此时，工作于正常工作模式，同时高压直流电源电子开关将自动断开，不再向控制及驱动部分提供电能。

实施例

结合图4所示，启动模式部分:

启动模式部分主要由充电电阻R4、充电电容C1、保护稳压管D1、限流电阻R5、N沟道增强型MOS管Q2、保护稳压管D2构成。

工作原理如下：上电瞬间，由高压直流电源VIN通过充电阻R4对充电电容C1进行充电，为了不让电容C1上的电压过高从而击穿N沟道增强型MOS管Q2的栅极氧化层，在C1上并联一个稳压管D1，且稳压管D1的取值就小于Q2最高栅压值。当电容C1上的电压高于Q2阈值电压VT时Q2始工作（VT是MOS管的开启电压，具体值会在相应MOS管的数据手册中给出），即Q2漏极与源极导通，高压直流电源VIN便通过限流电阻R5将电压加到控制及驱动部分上，这样驱动部分便开始工作。为了防止加入电压过高从而烧坏控制及驱动部分，便在Q2源极到地之间接入一个保护稳压管D2，稳压管D2的取值应小于控制及驱动部分的最大耐压值。

工作模式部分:

工作模式部分主要由辅助绕组N、半波快恢复整流二极管D5、滤波电容C4、尖峰保护稳压管D4、线性稳压器U1、输出滤波电容C3和C2、隔离二极管D3、以及由分压电阻R1和R2、限流电阻R3、NPN三极管Q1构成的关断部分构成。

工作过程如下，当启动模式正常工作时，功率变压器中将有磁通量的变化，从而在辅助电源绕组N上产生一定的感应电压，此电压经过D5进行半波整波，再经过C4滤波，再经过线性稳压器U1和隔离二极管D3后，得到一个稳定的直流电压VCC，便将此电压VCC提供给控制及驱动部分。当稳压器U1有电压输出时，通过分压电阻R1、R2和限流电阻R3使得NPN三极管Q1开始工作，即三极管的C、E极导通。三极管Q1的C、E极导通使得Q2的栅极对地的电压仅为VCES 即0.3V，VCES为三极管的饱和电压降，一般为0.3V左右，Q2便关闭，即Q2的漏极与源极断开，高压直流电源VIN不再通过限流电阻R5向控制及驱动部分供电。此时，启动模式结束，辅助电源进入工作模式。

辅助绕组N：主要是从功率变压器中吸取一定的能量来供给辅助电源，N的取值由输出次级的每匝电压数来确定。当次级的每匝电压数越高，N取值越小；反之，当次级的每匝电压数越低，N取值越大；

半波整流二极管D5：采用快恢复的原因是开关电源都工作在高频的开关状态（大于20KHZ），必须保证二极管D5反向及时地关闭。

尖峰保护稳压管D4：主要用于吸收开关过程中产生尖峰电压，该尖峰电压很容易损坏线性稳压器U1、控制及驱动部分的电路。稳压管D4的取值应小于线性稳压器U1最大输入电压值。

线性稳压器U1：随着开关电源输出功率的变化，辅助绕组N上的电压也不一样，这将造成一定程度的电压波动，为了降低此波动带来的影响，用线性稳压器U1将一个不稳定的电压转换为一稳定电压值的电压VCC+0.3V，隔离二极管D3存在0.3V的电压降。

隔离二极管D3：此二极管一方面主要为了防止高压直流电源VIN对线性稳压器U1造成损坏；另一方面主要是为了防止由高压直流电源VIN在对控制及驱动部分供电的过程中对由R1、R2、R3、Q1构成的关断部分造成误动作。

由R1、R2、R3、Q1构成的关断部分：通过R1、R2对线性稳压器U1的输出电压进行分压、再将此电压通过限流电阻R3接到三极管NPN的基极，从而控制三极管的开启与断开。当线性稳压器U1的输出电压通过电阻R1和R2分压后达到0.7V，则三极管开启，启动模式结束；反之，则三极管仍然保持断开，启动模式继续进行。

上面已结合附图对发明的具体实施方式进行了示例性的描述，显然本发明不限于此，在本发明范围内进行的各种改型均没有超出本发明的保护范围。

Claims

1.一种开关电源的辅助电源，其特征在于，包括功率变压器、启动模式部分和正常工作模式部分；

所述启动模式部分主要由充电电阻、充电电容、2个保护稳压管、限流电阻和N沟道增强型MOS管构成；N沟道增强型MOS管的栅极和源极分别与充电电容、第一保护稳压管并联，N沟道增强型MOS管的源极连接第二保护稳压管后接地，高压直流电源经限流电阻连接到所述N沟道增强型MOS管的漏极上；

所述工作模式部分主要由辅助绕组、半波整流二极管、滤波电容、尖峰保护稳压管、线性稳压器、输出滤波电容、隔离二极管、以及由分压电阻、限流电阻、三极管构成的关断部分构成。

2.根据权利要求1所述的开关电源的辅助电源，其特征在于，所述辅助绕组产生的感应电压经其串联的一整流二极管进行半波整流得到直流电压，该直流电压依次经滤波电容、线性稳压器、隔离二极管得到稳定的直流电压。

3.根据权利要求1所述的开关电源的辅助电源，其特征在于，在所述的N沟道增强型MOS管的源极与线性稳压器的输出端间串联一隔离二极管。

4.根据权利要求1所述的开关电源的辅助电源，其特征在于，所述尖峰保护稳压管与辅助绕组并联后接入线性稳压器的输入端。

5.根据权利要求3所述的开关电源的辅助电源，其特征在于，在所述隔离二极管的正极和负极分别连接一个滤波电容。

6.根据权利要求1所述的开关电源的辅助电源，其特征在于，由分压电阻、限流电阻、三极管构成的关断部分可进行模式切换。