CN106208748B - 开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关电源电路，包括前置电路，连接至交流电源，用于将交流电源信号转换成直流电源信号；变压器，与所述前置电路连接，用于对所述直流电源信号进行降压，所述变压器包括骨架，所述骨架的高压侧设有初级绕组和辅助绕组，所述骨架的低压侧设有次级绕组，所述初级绕组主要由一股导线绕所述骨架三层组成，所述辅助绕组主要由两股导线绕所述骨架一层组成，所述次级绕组主要由一股导线绕所述骨架一层组成；后置电路，与所述变压器连接，用于对降压后的直流电源信号进行滤波并产生滤波信号。本发明变压器中三组绕组的绕线方式使得所述变压器的体积减小，从而减小整个开关的体积，此外，后置电路能够降低整个电路的电源纹波与噪声。

Description

开关电源电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源电路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关开通和关断的时间比率，维持输出稳定电压的一种电源。由于具有轻、薄耗电量小和高效率等特点而被广泛应用于智能终端、自动化产品及仪器仪表等电子产品中。

现有技术中，开关电源一般包括控制芯片、MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)及开关电源电路。其中，整个开关电源的体积主要受到开关电源电路中的变压器的影响。而现有技术中，开关电源电路中所用的变压器主要为EE16型变压器，此种变压器中骨架的尺寸较大，且绕组中导线缠绕方式及采用现有规格的导线，使得整个变压器的尺寸较大，然而开关中的底盒的型号一般都有固定的规格(如86型)，这样就导致整个开关安装不方便。此外，由于空间受限，导致整个开关电源电路的设计受限，使得电源输出的纹波和噪声较大。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种开关电源电路，能够减小整个开关的体积。

一种开关电源电路，包括：

前置电路，连接至交流电源，用于将交流电源信号转换成直流电源信号；

变压器，与所述前置电路连接，用于对所述直流电源信号进行降压，所述变压器包括骨架，所述骨架的高压侧设有初级绕组和辅助绕组，所述骨架的低压侧设有次级绕组，所述初级绕组主要由一股导线绕所述骨架三层组成，所述辅助绕组主要由两股导线绕所述骨架一层组成，所述次级绕组主要由一股导线绕所述骨架一层组成；

后置电路，与所述变压器连接，用于对降压后的直流电源信号进行滤波并产生滤波信号；

光电耦合电路，分别与所述前置电路和所述后置电路连接，用于接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行采样，同时将采样后的采样信号传送给所述前置电路。

相较现有技术，本发明所述开关电源电路中，所述变压器中三组绕组的绕线方式使得所述变压器的体积减小，从而减小整个开关的体积，此外，所述后置电路能够降低整个电路的电源纹波与噪声。

进一步地，所述后置电路包括：

缓冲电路，与所述变压器的所述次级绕组连接，用于对所述降压后的直流电源信号进行整流并产生整流信号；

滤波电路，与所述缓冲电路连接，用于对所述整流信号进行滤波并产生滤波信号；

采样反馈回路，分别与所述缓冲电路、所述滤波电路及所述光电耦合电路连接，用于接收所述整流信号和所述滤波信号并同时反馈给所述电耦合电路；

谐振电路，分别与所述缓冲电路和所述光电耦合电路连接，用于对所述采样反馈回路进行相位补偿。

进一步地，所述采样反馈回路包括：

零点补偿电路，分别与所述滤波电路和所述光电耦合电路连接，用于对所述滤波信号进行补偿；

反馈电阻，一端与所述缓冲电路连接，另一端与所述光电耦合电路的阳极连接；

三极管，所述三极管的阳极接地，所述三极管的阴极与所述光电耦合电路的阴极连接，所述三极管的参考极与所述零点补偿电路连接。

进一步地，所述零点补偿电路包括：

第一补偿电阻，一端与所述滤波电路连接，另一端通过一补偿电容与所述光电耦合电路的阴极连接；

第二补偿电阻，一端接地，另一端通过所述补偿电容与所述光电耦合电路的阴极连接；

所述三极管的参考极连接在所述第一补偿电阻和所述第二补偿电阻之间。

进一步地，所述滤波电路包括：

滤波电感，一端与所述缓冲电路连接，另一端在与所述第一补偿电阻连接的同时与输出端连接；

至少两个滤波电容，所述滤波电容并联后，一端连接在所述滤波电感与所述第一补偿电阻之间，另一端在接地的同时与输出端连接。

进一步地，所述谐振电路包括谐振电阻和谐振电容，所述谐振电阻与所述谐振电容串联之后与所述反馈电阻并联。

进一步地，所述初级绕组、所述辅助绕组、所述次级绕组都采用顺时针方式进行绕线，所述初级绕组每层绕127圈，所述辅助绕组每层绕17圈，所述次级绕组每层绕7圈。

进一步地，所述变压器中采用的导线为复合铜导线，所述导线包含96.5％的铜，及3.5％的银。

进一步地，所述初级绕组和所述辅助绕组上的导线的直径为0.14mm，所述次级绕组上的导线设有三层绝缘层且直径为0.5mm。

进一步地，所述前置电路包括：

输入整流滤波电路，连接至交流电源，用于对交流电源进行整流和滤波并产生滤波后的交流电源信号；

钳位电路，分别与所述输入整流滤波电路和所述变压器连接，将所述滤波后的交流电源信号传送给所述变压器，同时对整个电路产生的漏感能量进行储存；

电源管理芯片，分别与所述变压器和所述光电耦合电路连接，用于接收所述光电耦合电路发出的所述采样信号；

滤波限流电路，分别与所述变压器和所述电源管理芯片连接，用于给所述电源管理芯片供电。

附图说明

图1为本发明一实施例中开关电源电路的结构框图；

图2为图1中变压器的电特性原理图；

图3为图1中变压器的绕组的绕制结构示意图；

图4本发明第一实施例中后置电路与变压器和光电耦合电路连接的结构框图；

图5为本发明第二实施例中后置电路与变压器和光电耦合电路连接的具体结构图；

图6为本发明第三实施例中前置电路与变压器和光电耦合电路连接的结构框图。

图7为本发明第四实施例中后置电路与变压器和光电耦合电路连接的具体结构图。

主要元件符号说明：

前置电路	10	输入整流滤波电路	101
				钳位电路	102	滤波限流电路	103
电源管理芯片	104	变压器	11
				后置电路	12	缓冲电路	121
滤波电路	122	采样反馈回路	123
				谐振电路	124	零点补偿电路	125
光电耦合电路	13

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明一实施例种提供的一种开关电源电路，包括：

前置电路10，连接至交流电源，用于将交流电源信号转换成直流电源信号；

变压器11，与所述前置电路10连接，用于对所述直流电源信号进行降压，所述变压器11包括骨架，所述骨架的高压侧设有初级绕组和辅助绕组，所述骨架的低压侧设有次级绕组，所述初级绕组主要由一股导线绕所述骨架三层组成，所述辅助绕组主要由两股导线绕所述骨架一层组成，所述次级绕组主要由一股导线绕所述骨架一层组成；

后置电路12，与所述变压器11连接，用于对降压后的直流电源信号进行滤波并产生滤波信号；

光电耦合电路13，分别与所述前置电路10和所述后置电路12连接，用于接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行采样，同时将采样后的采样信号传送给所述前置电路10。

所述骨架为EE10型，采用高磁导率材料制成。在制作过程中，利用掺杂特殊半导体元素，可以较大幅度减少所述变压器11的涡流效应。在所述变压器11的输出功率为5V/1A时，依然保持很高的效率。在开关频率为130KHz时，满足输出功率达到5W的要求。所述初级绕组的收线端靠近所述骨架的边缘，所述初级绕组的起线端靠近所述辅助绕组的收线端，所述次级绕组的起线端对应所述初级绕组的收线端，所述次级绕组的收线端对应所述初级绕组的起线端。

所述初级绕组、所述辅助绕组、所述次级绕组都采用顺时针方式进行绕线，所述初级绕组每层绕127圈，所述辅助绕组每层绕17圈，所述次级绕组每层绕7圈。这样绕制出来的所述变压器11，与同类产品相比漏感较小，提高所述变压器11的转换效率。密绕在所述初级绕组和所述辅助绕组上的导线的直径为0.14mm，密绕在所述次级绕组上的导线设有三层绝缘层且直径为0.5mm。

所述变压器中采用的导线为复合铜导线，所述导线包含96.5％的铜，及3.5％的银。这样整个导线比普通的铜线要柔软，且导线的强度能都得到保证，阻抗也会变小(在同样直径、同样长度条件下进行对比)。由于所述导线比传统的线材要柔软与传统的变压器相比，所述变压器11的寄生电容也比较小。

请参阅图4，所述后置电路12包括：

缓冲电路121，与所述变压器11的所述次级绕组的起线端连接，用于对所述降压后的直流电源信号进行整流并产生整流信号，同时降低所述降压后的直流电源信号的电源纹波；

滤波电路122，与所述缓冲电路121连接，用于对所述整流信号进行滤波并产生滤波信号，保证采样反馈回路中取样的穿越频率稳定，同时降低输出端的电压纹波与噪声；

采样反馈回路123，分别与所述缓冲电路121、所述滤波电路122及所述光电耦合电路13连接，用于接收所述整流信号和所述滤波信号并同时反馈给所述电耦合电路13；

谐振电路124，分别与所述缓冲电路121和所述光电耦合电路13连接，用于对所述采样反馈回路123进行相位补偿，保证整个采样反馈回路中的穿越频率，及足够稳定的裕量，这样整个电路的纹波与噪声都会得到极大的改善。

请参阅图5，所述采样反馈回路123包括：

零点补偿电路125，分别与所述滤波电路122和所述光电耦合电路13(U2，PS2801-1)连接，用于对所述滤波信号进行补偿，以保证所述采样反馈回路123得到足够稳定的裕量；

反馈电阻R3(33K)，一端与所述缓冲电路121连接，另一端与所述光电耦合电路的阳极连接；

三极管D6(TLV431AIDBZR)，所述三极管D6的阳极接地，所述三极管D6的阴极与所述光电耦合电路13的阴极连接，所述三极管D6的参考极与所述零点补偿电路125连接。

所述采样反馈回路123中还是包括注入电阻R5(1K)，所述注入电阻R5连接在所述反馈电阻R3和所述三极管D6的阴极之间，用于对所述三极管D6注入电流，保证所述三极管D6的正常工作。

请再参阅图5，所述零点补偿电路125包括：

第一补偿电阻R6(30K)，一端与所述滤波电路122连接，另一端通过一补偿电容C12(560pF)与所述光电耦合电路13的阴极连接；

第二补偿电阻R7(10K)，一端接地，另一端通过所述补偿电容C12与所述光电耦合电路13的阴极连接；

所述三极管D6的参考极连接在所述第一补偿电阻R6和所述第二补偿电阻R7之间。

请再参阅图5，所述滤波电路122包括：

滤波电感L3(10uH)，一端与所述缓冲电路121连接，另一端在与所述第一补偿电阻R6连接的同时与输出端连接；

至少两个滤波电容，所述滤波电容并联后，一端连接在所述滤波电感L3与所述第一补偿电阻R6之间，另一端在接地的同时与输出端连接。

本实施例中，具体为，滤波电容C10(0.1uF)和滤波电容C11(470uF/16V)并联之后，一端连接在所述滤波电感L3与所述第一补偿电阻R6之间，另一端在接地的同时与输出端连接。

请再参阅图5，所述谐振电路124包括谐振电阻R4(3.4K)和谐振电容C13(68nF/100V)，所述谐振电阻R4与所述谐振电容C13串联之后与所述反馈电阻R3并联。

请再参阅图5，所述缓冲电路121包括：

缓冲电容C3(560pF/50V)，一端与所述次级绕组的起线端连接，另一端通过一缓冲电阻R2(33K)与所述滤波电感L3连接；

肖特二极管D5(B340LB-13-F)，所述肖特二极管D5的阳极与所述次级绕组的起线端连接，所述肖特二极管D5的阴极连接在所述缓冲电阻R2与所述滤波电感L3之间，同时所述肖特二极管D5的阴极连接在所述反馈电阻R3和所述谐振电阻R4之间；

多个缓冲电容，多个所述缓冲电容并联之后，一端接地，另一端与所述肖特二极管D5的阴极连接。

本实施例中，具体为，所述缓冲电容(C4/C5/C6-10uF/16V，C7/C8/C9-0.1uF)并联之后，一端连接在所述滤波电感L3与所述第一补偿电阻R6之间，另一端在接地的同时与输出端连接。

请参阅图6，所述前置电路10包括：

输入整流滤波电路101，连接至交流电源，用于对交流电源进行整流和滤波并产生滤波后的交流电源信号；

钳位电路102，分别与所述输入整流滤波电路101和所述变压器11连接，将所述滤波后的交流电源信号传送给所述变压器11，同时对整个电路产生的漏感能量进行储存；

电源管理芯片104，分别与所述变压器11和所述光电耦合电路13连接，用于接收所述光电耦合电路13发出的所述采样信号；

滤波限流电路103，分别与所述变压器11和所述电源管理芯片104连接，用于给所述电源管理芯片104供电。

本实施例中，一旦内置的MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)的电压达到阈值时，整个电路额外的漏感能量都会转移到所述钳位电路102进行储存，再慢慢耗散或者重新送回主电路中。

请参阅图7，所述输入整流滤波电路101包括：

共模电感L1(UTB02052-700uH)，连接至交流电源，用于抑制输入端的共模噪声；

整流二极管D1(HD06)，所述整流二极管D1的节点2和节点4，分别与所述共模电感L1连接；

所述整流二极管D1的节点3与第一电感L2(10uH)、第一电容C1(0.68uF/400V)串联之后与所述等电势位连接；

所述整流二极管D1的节点1与所述等电势位连接。

请参阅图7，所述钳位电路102包括：

齐纳二极管D2(SMBJ12A-13-F)，所述齐纳二极管D2的阳极与所述初级绕组的收线端连接，同时所述齐纳二极管D2的阳极连接在所述第一电感L2与所述第一电容C1之间；

钳位二极管D3(US1M-E3/61T)，所述钳位二极管D3的阳极与所述初级绕组的起线端连接，所述钳位二极管D3的阴极与所述齐纳钳位二极管D2的阴极连接。

本实施例中，所述齐纳二极管D2可防止电容放电至所述齐纳二极管D2阻断电压以下，这样可限制功率耗散并提升效率，特别是在轻载时非常有用。

请再参阅图7，所述滤波限流电路103包括：

限流电阻R1(20K)，一端同时与所述电源管理芯片104(U1，LNK364)的旁路引脚BP和所述光电耦合电路13的集电极连接，另一端通过一限流电容C2(4.7uF/25V)与所述等电势位连接；

限流二极管D4(RS1B-13-F)，所述限流二极管D4的阳极与所述辅助绕组的起线端连接，所述限流二极管D4的阴极连接在所述限流电阻R1与所述限流电容C2之间，所述限流二极管D4与所述辅助绕组组成消磁电路。

所述电源管理芯片104的漏极引脚D与所述初级绕组的起线端连接，所述电源管理芯片104的反馈引脚FB与所述光电耦合器13的发射极连接，所述电源管理芯片104的源极S与所述等电势位连接。

所述辅助绕组的收线端与所述等电势位连接，所述等电势位通过一接地电容C14(1200pF/2KV)接地。

所述次级绕组的输出功率为5V/1A，且所述次级绕组的收线端接地。

综上，本发明所述开关电源电路中，所述变压器11中三组绕组的绕线方式使得所述变压器11的体积减小，从而减小整个开关的体积，此外，所述后置电路12能够降低整个电路的电源纹波与噪声。例如，在输出功率为5V/1A时，所述开关电源电路的电源纹波小于10mV，噪声小于50mV，能够适用于智能家居的射频开关中，给射频开关中的射频模块供电，提高射频性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：

前置电路，连接至交流电源，用于将交流电源信号转换成直流电源信号；

变压器，与所述前置电路连接，用于对所述直流电源信号进行降压，所述变压器包括骨架，所述骨架的高压侧设有初级绕组和辅助绕组，所述骨架的低压侧设有次级绕组，所述初级绕组由一股导线绕所述骨架三层组成，所述辅助绕组由两股导线绕所述骨架一层组成，所述次级绕组由一股导线绕所述骨架一层组成，所述初级绕组、所述辅助绕组、所述次级绕组都采用顺时针方式进行绕线，所述初级绕组每层绕127圈，所述辅助绕组每层绕17圈，所述次级绕组每层绕7圈，所述初级绕组和所述辅助绕组上的导线的直径为0.14mm，所述次级绕组上的导线的直径为0.5mm，且所述变压器中采用的导线为复合铜导线，所述导线包含96.5％的铜，及3.5％的银，所述初级绕组的收线端靠近所述骨架的边缘，所述初级绕组的起线端靠近所述辅助绕组的收线端，所述次级绕组的起线端对应所述初级绕组的收线端，所述次级绕组的收线端对应所述初级绕组的起线端；

后置电路，与所述变压器连接，用于对降压后的直流电源信号进行滤波并产生滤波信号；

光电耦合电路，分别与所述前置电路和所述后置电路连接，用于接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行采样，同时将采样后的采样信号传送给所述前置电路。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述后置电路包括：

缓冲电路，与所述变压器的所述次级绕组连接，用于对所述降压后的直流电源信号进行整流并产生整流信号；

滤波电路，与所述缓冲电路连接，用于对所述整流信号进行滤波并产生滤波信号；

采样反馈回路，分别与所述缓冲电路、所述滤波电路及所述光电耦合电路连接，用于接收所述整流信号和所述滤波信号并同时反馈给所述电耦合电路；

谐振电路，分别与所述缓冲电路和所述光电耦合电路连接，用于对所述采样反馈回路进行相位补偿。

3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述采样反馈回路包括：

零点补偿电路，分别与所述滤波电路和所述光电耦合电路连接，用于对所述滤波信号进行补偿；

反馈电阻，一端与所述缓冲电路连接，另一端与所述光电耦合电路的阳极连接；

三极管，所述三极管的阳极接地，所述三极管的阴极与所述光电耦合电路的阴极连接，所述三极管的参考极与所述零点补偿电路连接。

4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述零点补偿电路包括：

第一补偿电阻，一端与所述滤波电路连接，另一端通过一补偿电容与所述光电耦合电路的阴极连接；

第二补偿电阻，一端接地，另一端通过所述补偿电容与所述光电耦合电路的阴极连接；

所述三极管的参考极连接在所述第一补偿电阻和所述第二补偿电阻之间。

5.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述滤波电路包括：

滤波电感，一端与所述缓冲电路连接，另一端在与所述第一补偿电阻连接的同时与输出端连接；

至少两个滤波电容，所述滤波电容并联后，一端连接在所述滤波电感与所述第一补偿电阻之间，另一端在接地的同时与输出端连接。

6.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述谐振电路包括谐振电阻和谐振电容，所述谐振电阻与所述谐振电容串联之后与所述反馈电阻并联。

7.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述次级绕组上的导线设有三层绝缘层且直径为0.5mm。

8.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述前置电路包括：

输入整流滤波电路，连接至交流电源，用于对交流电源进行整流和滤波并产生滤波后的交流电源信号；

钳位电路，分别与所述输入整流滤波电路和所述变压器连接，将所述滤波后的交流电源信号传送给所述变压器，同时对整个电路产生的漏感能量进行储存；

电源管理芯片，分别与所述变压器和所述光电耦合电路连接，用于接收所述光电耦合电路发出的所述采样信号；

滤波限流电路，分别与所述变压器和所述电源管理芯片连接，用于给所述电源管理芯片供电。