CN106208747A - 隔离型自生电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔离型自生电源电路，包括开关控制电路，包括开关管，所述开关管在控制信号的作用下导通或关断；转换变压器，耦接外电源和所述开关管，在开关管导通到截止或截止到导通的转换过程当中，在转换变压器的副边产生感应电动势；整流滤波电路，耦接所述转换变压器，用于对转换变压器产生的感应电动势进行整理滤波并输出直流电压。本发明的隔离型自生电源电路，具有较高转换效率、体积更小、电路设计简易、相对成本更低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，特别涉及一种隔离型自生电源电路。
背景技术
目前，在给嵌入式系统设计电路时，在电源选用方案中有一项重点考虑的要点就是和其他外部设备有导线连接的电路，其电源的设计是否为隔离电源。隔离电源与非隔离电源最主要的区别就是隔离电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接，没有电流回路，即输入与输出之间是电气绝缘的，而非隔离电源的输入回路与输出回路是共地，则有直接的电流回路，所以当输出电路有非正常连接时，或外部连线碰到高压时，隔离电源因为输入与输出之间是电气绝缘的，最坏的结果只是损坏了隔离部分电路，却能保护输入回路及整个内部电路不至于损坏，电路的主体还可以正常工作，仅失去了和其它相连部分的电路功能。而非隔离电源就会整个电路都有受到损坏，使整个嵌入式系统瘫痪。
隔离电源相比非隔离在抗干扰能力，安全性等方面有着突出的优势，但隔离电源设计的转换效率低、体积大、相关电路间的隔离工艺制造难度高、以及隔离电源设计的成本等方面相比非隔离电源来说均处于劣势。
发明内容
本发明提供一种隔离型自生电源电路，具有较高转换效率、体积更小、电路设计的工艺简易、相对成本更低的优点。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种隔离型自生电源电路，包括，
开关控制电路，包括开关管，所述开关管在控制信号的作用下导通或关断；
转换变压器，耦接外电源和所述开关管，在开关管导通到截止或截止到导通的转换过程当中，在转换变压器的副边产生感应电动势；
整流滤波电路，耦接所述转换变压器，用于对转换变压器产生的感应电动势进行整理滤波并输出直流电压。
作为一种实施方式，还包括PWM脉冲发送电路，用于产生开关管的控制信号。
作为一种实施方式，所述PWM脉冲发送电路为脉冲发送器或MCU。
作为一种实施方式，所述开关管为开关控制管、晶体管或场效应管中的任意一种。
作为一种实施方式，还包括钳位电路，所述钳位电路耦接转换变压器，用于使转换变压器原边产生的感应电动势不高于开关管的耐受电压。
作为一种实施方式，所述钳位电路包括第一电容、第一二极管和第二电阻，所述第二电阻与所述第一电容并联，所述第一二极管的正极耦接开关管，负极耦接第一电容与第二电阻的连接节点。
作为一种实施方式，所述整流滤波电路为倍压整流电路。
作为一种实施方式，所述倍压整流电路包括第二二极管、第三二极管、第二电容和第三电容，所述第二电容和第三电容串联，转换变压器副边的一端耦接第二电容和第三电容的连接节点，另一端分别耦接由第二电容和第三电容组成的串联电路的两端，串联电路靠近第二电容一侧与转换变压器之间耦接第二二极管，第二二极管的正极靠近转换变压器一侧，串联电路靠近第三电容一侧与转换变压器之间耦接第三二极管，第三二极管的正极靠近第三电容。
作为一种实施方式，转换变压器与外电源之间设有限流电阻。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：具有较高转换效率、体积更小、电路设计的工艺制造简易、相对成本更低的优点。
附图说明
图1为本发明的隔离型自生电源电路的实施例一的电路图；
图2为本发明的隔离型自生电源电路的实施例二的电路图。
附图标注：1、PWM脉冲发生电路；2、开关控制电路；3、钳位电路；4、整流滤波电路。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，一种隔离型自生电源电路，包括PWM脉冲发生电路、开关控制电路、转换变压器、钳位电路、整流滤波电路，开关控制电路包括开关管，开关管的控制极耦接PWM脉冲发生电路的输出端，输入端耦接转换变压器的原边，输出端接地；钳位电路耦接开关控制电路和转换变压器；转换变压器的原边耦接外电源；整流滤波电路耦接转换变压器的副边。
PWM脉冲发送电路可以是独立的脉冲发送器，也可以利用嵌入式系统的MCU直接产生PWM信号。
开关管Q1可以为开关控制管、双极型晶体管或场效应管中的任意一种。开关管的控制极与PWM脉冲发送电路的输出端之间设有限流电阻R1，限流电阻R1起到开关管的触发控制的限流作用。如果开关控制管是场效应管的情况下，场效应管的控制极直接耦接PWM脉冲发送电路的输出端，限流电阻R1可省略。
钳位电路包括第一电容C1、第一二极管D1和第二电阻R2，第二电阻R2与第一电容C1并联，第一二极管D1的正极耦接开关管Q1，负极耦接第一电容C1与第二电阻R2的连接节点。在开关管Q1从导通到截止的转换时，转换变压器T1的原边会产生较高的感应电动势，若这个感应电动势超过开关管Q1耐受电压，会损坏开关管Q1，因此钳位电路的作用就是在开关管Q1从导通到截止的转换时使转换变压器T1原边的感应电动势不高于开关管Q1耐受电压，从而保护开关管Q1，并且可在开关管Q1关断时，消除续流振荡。其中，第一电容C1和第二电阻R2组成RC电路，可减小阻尼震荡。
第二电阻R2、第一电容C1、第一二极管D1和转换变压器T1原边组成脉冲储能电路，输入电源V_INPUT流经限流电阻R3、脉冲储能电路，最后通过开关管Q1接地。其中限流电阻R3的作用是限制最大脉冲电流。
转换变压器T1为脉冲转换变压器，其将输入的脉冲电流转换为输出的脉冲电流，根据隔离输出电源的电压和功率的不同，变压器原边和副边的匝数比可以是1：1，1：2或者是其它参数，其匝数比的选取可根据PWM的脉冲频率，还需要考虑该变压器的原边电感量。在本实施例中，采用的PWM脉冲频率为720kHz，转换变压器T1的原边和副边匝数比为1：1，其原边的电感量为60uH，因此，本隔离型自生电源电路的输出电流可以大于5mA。
实施例一
转换变压器T1的副边和整流滤波电路连接，在转换变压器T1的原边有脉冲电流流过时，转换变压器T1的副边感应出脉冲信号，通过整流滤波后输出直流电压V-out。由于本实施例采用的转换变压器的匝数比为1：1的脉冲变压器，为了提高输出电压，因此采用了如图1所示的倍压整流滤波电路。倍压整流电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第二电容C2和第三电容C3，第二电容C2和第三电容C3串联，转换变压器T1副边的一端耦接第二电容C2和第三电容C3的连接节点，另一端分别耦接由第二电容C2和第三电容C3组成的串联电路的两端，串联电路靠近第二电容C2一侧与转换变压器T1之间耦接第二二极管D2，第二二极管D2的正极靠近转换变压器T1一侧，串联电路靠近第三电容C3一侧与转换变压器T1之间耦接第三二极管D3，第三二极管D3的正极靠近第三电容C3。
实施例二
如图2所示，如果转换变压器T1采用的是升压型脉冲变压器，在输出电流满足应用的情况下，可以采用普通的整流滤波电路，这样电路更简化经济。
本隔离型自生电源电路的工作过程如下：在输入回路开始上电工作时，工作电源V_INPUT通过限流电阻R3，再经过转换变压器T1、开关管Q1，最后到地形成回路，第二电阻R2、第一二极管D1、第一电容C1起到电压钳位作用。PWM脉冲发送电路发出PWM的高低电平信号，控制开关管Q1的漏极对地的通断，从而使转换变压器T1原边产生脉冲电流，这样转换变压器T1副边产生感应电动势，转换变压器T1副边的感应电动势在第二二极管D2与第三二极管D3的整流作用下给第二电容C2与第三电容C3充电，使得两个电容的电压叠加在一起，即第三电容C3两端的电压，从而达到倍压整流的作用。由于电源的输入回路和输出回路采用转换变压器隔离，转换变压器原边和副边之间有多高的电气隔离度，该隔离型自生电源电路的输入和输出间也就有多高的隔离度，也就是说实现了隔离电源的功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种隔离型自生电源电路，其特征在于，包括，
开关控制电路，包括开关管，所述开关管在控制信号的作用下导通或关断；
转换变压器，耦接外电源和所述开关管，在开关管导通到截止或截止到导通的转换过程当中，在转换变压器的副边产生感应电动势；
整流滤波电路，耦接所述转换变压器，用于对转换变压器产生的感应电动势进行整理滤波并输出直流电压。
2.根据权利要求1所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，还包括PWM脉冲发送电路，用于产生开关管的控制信号。
3.根据权利要求2所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，所述PWM脉冲发送电路为脉冲发送器或MCU。
4.根据权利要求1所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，所述开关管为开关控制管、晶体管或场效应管中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，还包括钳位电路，所述钳位电路耦接转换变压器，用于使转换变压器原边产生的感应电动势不高于开关管的耐受电压。
6.根据权利要求5所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，所述钳位电路包括第一电容、第一二极管和第二电阻，所述第二电阻与所述第一电容并联，所述第一二极管的正极耦接开关管，负极耦接第一电容与第二电阻的连接节点。
7.根据权利要求1所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，所述整流滤波电路为倍压整流电路。
8.根据权利要求7所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，所述倍压整流电路包括第二二极管、第三二极管、第二电容和第三电容，所述第二电容和第三电容串联，转换变压器副边的一端耦接第二电容和第三电容的连接节点，另一端分别耦接由第二电容和第三电容组成的串联电路的两端，串联电路靠近第二电容一侧与转换变压器之间耦接第二二极管，第二二极管的正极靠近转换变压器一侧，串联电路靠近第三电容一侧与转换变压器之间耦接第三二极管，第三二极管的正极靠近第三电容。
9.根据权利要求1所述的隔离型自生电源电路，其特征在于，转换变压器与外电源之间设有限流电阻。
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