CN104022652A

CN104022652A - 一种宽负载范围的电源偏置电路

Info

Publication number: CN104022652A
Application number: CN201410213534.2A
Authority: CN
Inventors: 王斌
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明公开了一种宽负载范围的电源偏置电路，其特点是，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路；辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路，偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路，连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压。本发明提出的电源偏置电路适应负载范围宽，可以提供轻载或空载条件下的稳定供电电压，保证了开关电源的可靠工作。

Description

一种宽负载范围的电源偏置电路

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种适用于宽负载范围的电源偏置电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，开关电源普遍应用于计算机、通讯、电子设备等领域。开关电源与线性电源相比，具有功率转换效率高、稳压范围宽、体积小等优点。开关电源的输出电压检测后输入给PWM控制器，与基准电压比较，产生的误差信号经控制器内部的补偿电路作用后输出PWM驱动信号，控制开关管工作在导通和截止的开关状态，开关频率可以达到几百或上兆赫兹。当输入电压或负载电流发生变化时，PWM控制器调整开关管的导通占空比以稳定输出电压。可见，PWM控制器是开关电源的核心器件，开关电源的稳定工作离不开可靠的PWM控制器。

为了保证PWM控制器的可靠工作，必须配备正确的电源偏置电路。传统的偏置电源由功率变压器的辅助绕组产生，如图1所示。二极管D1和电容C2构成反激式电路，对辅助绕组的端电压进行整流，整流后的直流电压作为PWM控制器的供电电压。启动时，开关管未导通，辅助绕组端没有电压，输入电压经电阻R1对C2充电，实现PWM控制器的供电。图1所示的辅助绕组供电方式可以降低供电损耗，提高电源整体转换效率。但在轻载或空载的情况下，开关管的导通占空比很小，辅助绕组的输出电压不足以支持PWM控制器的供电，需依靠电容C2所储存的能量。C2的容量必须足够大，在多个开关周期内维持供电电压。在轻载条件下，PWM可能进入电压过低锁死状态，而导致输出电压不稳定。通常的想法是减小电阻R1或增大电容C2，但是减少R1的值会增大电路的损耗，增大C2的值会减少PWM启动时间。本专利技术就是基于这样的背景展开研究的。

发明内容

本发明的目的是设计一种宽负载范围的电源偏置电路。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电源偏置电路，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，其中：

所述辅助绕组偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；

所述输入电压偏置电路连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压；

进一步，所述辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路；

进一步，所述输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路；所述晶体管Q2的发射极与PWM控制器供电端相连；所述晶体管Q2的集电极通过电阻R2与电源输入端连接；所述晶体管Q2的基极驱动电路连接在电源输入端和基极之间；

进一步，所述整流二极管D3的正极与辅助绕组的一端连接，所述整流二极管D3的负极与电容C3的正极连接；所述电容C3的负极接地；

进一步，所述晶体管基极驱动电路包括电阻R1、电容C2、稳压管D1和二极管D2；

进一步，所述滤波电容C3采用电解电容实现；

进一步，所述电阻R1的一端与电源输入端连接，所述电阻R1的一端还通过电容C2接地；所述电阻R1的另一端与稳压管D1的负极连接，所述电阻R1的另一端还与二极管D2的正极连接；所述稳压管D1的正极接地；所述二极管D2的负极与晶体管Q2的基极连接。

本发明实施例提供了一种宽负载范围的电源偏置电路，在开关电源稳态工作时通过辅助绕组偏置电路提供PWM控制器的供电电压；在轻载或空载工作状态由输入电压偏置电路提供供电电压。和现有技术相比，本发明提出的电源偏置电路适应负载范围宽，可以提供轻载条件下的稳定供电电压，保证了开关电源的可靠工作。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为现有技术中基于辅助绕组的电源偏置电路；

图2为本发明电源偏置电路的原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明所述的方法做进一步的详细说明。

图2为本发明实施例提供的电源偏置电路的原理图，如图所示，本发明实施例提供了一种宽负载范围的电源偏置电路，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，其中：

进一步，所述晶体管基极驱动电路包括电阻R1、电容C2、稳压管D1和个二极管D2；

进一步，所述滤波电容C3采用电解电容实现；

本发明实施例中的变压器辅助绕组、二极管D3和电容C3构成了辅助绕组偏置电路。开关电源稳态工作时，辅助绕组两端产生固定频率的方波电压，经反激式整流电路输出直流偏置电压。变压器辅助绕组的绕制方式基于反激式拓扑结构，其同名端与初级绕组的同名端方向相反。

电阻R1、电容C2、稳压管D1、二极管D2和晶体管Q2一起构成输入电压偏置电路。在轻载或空载条件下，输入电压偏置电路提供PWM控制器的供电电压。稳压管D1对晶体管的基极电压进行限幅，防止输入电压过高时基极电压超出最大工作电压；二极管D2单向导通，保证晶体管基极的正向偏置；电阻R2可以限制晶体管的发射极工作电流，以保护晶体管。当开关电源工作在启动状态，晶体管基极与发射极处于正向偏置状态，晶体管导通，输入电压经晶体管的集电极和发射极向PWM控制器供电；当电源工作于稳态时，辅助绕组偏置电路开始工作，其输出电压使晶体管基极与发射极之间处于反偏置状态，晶体管关断，从而关闭输入电压偏置电路；电源工作于轻载或空载时，开关管的导通占空比很小，导致辅助绕组的输出电压小，此时晶体管导通，输入电压偏置电路参与供电。因此，本发明实施例的电源偏置电路既可以利用辅助绕组为PWM控制器供电的低功耗优势，同时还能在轻载或空载条件下为PWM控制器提供足够的供电电压。

下面详细分析输入电压偏置电路的器件参数设置：

首先计算晶体管基极电压V_b：

V_b＝V_aux-1 (1)

其中V_aux为辅助绕组输出电压；

根据基极电压V_b的值可以确定稳压管D1的额定电压，电阻R1的取值由基极电流I_b决定：

R_{1} = \frac{V_{in} - V_{b}}{I_{b}} - - - (2)

电阻R2起限流作用，根据集电极最大工作电流I_max和集电极电压V_c计算电阻R2的值：

R_{2} = \frac{V_{in} - V_{c}}{I_{\max}} - - - (3)

电容C2为常规的滤波电容，一般采用1uF的陶瓷电容器。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种宽负载范围的电源偏置电路，其特征在于，包括一辅助绕组偏置电路和一输入电压偏置电路，所述辅助绕组偏置电路连接在开关电源变压器和PWM控制器供电端之间，用于在稳态工作时提供PWM控制器的供电电压；所述输入电压偏置电路连接在电源输入端和PWM控制器供电端之间，用于在启动或轻载时提供PWM控制器的供电电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述辅助绕组偏置电路包括一辅助绕组、整流二极管D3和滤波电容C3，构成反激式整流电路。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入电压偏置电路包括晶体管Q2和晶体管基极驱动电路；所述晶体管Q2的发射极与PWM控制器供电端相连；所述晶体管Q2的集电极通过电阻R2与电源输入端连接；所述晶体管Q2的基极驱动电路连接在电源输入端和基极之间。

4.根据权利要求1至2任一权利要求所述的电路，其特征在于，所述整流二极管D3的正极与辅助绕组的一端连接，所述整流二极管D3的负极与电容C3的正极连接；所述电容C3的负极接地。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述晶体管基极驱动电路包括电阻R1、电容C2、稳压管D1和二极管D2。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的电路，其特征在于，所述滤波电容C3采用电解电容实现。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电阻R1的一端与电源输入端连接，所述电阻R1的一端还通过电容C2接地；所述电阻R1的另一端与稳压管D1的负极连接，所述电阻R1的另一端还与二极管D2的正极连接；所述稳压管D1的正极接地；所述二极管D2的负极与晶体管Q2的基极连接。