CN108320892B - 一种变压器和开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变压器和开关电源，该变压器包括初级骨架、次级骨架和磁芯，初级骨架上设置有多个初级引脚，通过初级引脚在初级骨架的绕线槽上绕制初级绕组，初级绕组用于接收电源电压并提供输入电压信号给变压器的次级绕组；次级骨架上设置有多个次级引脚，通过次级引脚在所述次级骨架的绕线槽上绕制次级绕组，次级绕组用于根据所述输入电压信号输出供电电压，给终端设备供电述次级骨架还包括辅助引脚，与次级引脚异侧设置，通过辅助引脚将辅助绕组绕制于变压器的次级侧，辅助绕组用于将所述供电电压转化为辅助电压，作为开关电源中芯片的供电电压，为芯片供电。通过采用上述方案，提高了辅助绕组与次级绕组之间的耦合性，降低了成本。

Description

一种变压器和开关电源

技术领域

本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种变压器和开关电源。

背景技术

变压器作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。几乎在所有的电子产品中都要用到电源变压器，它原理简单，具有功率传送、电压变换和绝缘隔离等功能。

在开关电源中，变压器作为电压变化器件，将初级侧的高压转换为次级侧电压为负载供电。其中，变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组。初级绕组与高压端相连，用于提供输入电压信号；次级绕组与负载相连，根据所述输入电压信号输出供电电压，给负载供电；辅助绕组与初级绕组同槽绕制，用于为开关电源中的芯片供电。这样的绕制方式导致辅助绕组与次级绕组间隔太远从而导致耦合性较差。当轻载和重载切换时，例如当外接负载开机的瞬间，芯片的供电电压浮动较大，芯片很容易提前进入过压保护而影响电路的正常工作。

现有技术为了解决芯片供电电压大范围浮动的问题，一般都会为芯片设置单独的供电电路或线性稳压电路。其中，为芯片设计单独供电电路，虽然可解决芯片供电电压的浮动，但是将会造成开关电源成本的增加。而使用线性稳压电路虽然可以将芯片的供电电压固定上限，但这样设置将使得过压保护功能无法实现。

发明内容

本发明实施例提供一种变压器和开关电源，提高了变压器辅助绕组与次级绕组之间的耦合性，降低了成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种变压器，应用于开关电源，该变压器包括初级骨架、次级骨架和磁芯，所述初级骨架和所述次级骨架均设置有用于相互连接的对接部；所述初级骨架与所述次级骨架连接后形成容置腔，所述磁芯穿过所述初级骨架，置于所述容置腔内并装嵌在所述次级骨架上，其中，所述初级骨架上设置有多个初级引脚，通过所述初级引脚在所述初级骨架的绕线槽上绕制初级绕组，所述初级绕组用于接收电源电压并提供输入电压信号给变压器的次级绕组；

所述次级骨架上设置有多个次级引脚，通过所述次级引脚在所述次级骨架的绕线槽上绕制次级绕组，所述次级绕组用于根据所述输入电压信号输出供电电压，给终端设备供电；

所述次级骨架还包括辅助引脚，与所述次级引脚异侧设置，通过所述辅助引脚将辅助绕组绕制于所述变压器的次级侧，所述辅助绕组用于将所述供电电压转化为辅助电压，作为所述开关电源中芯片的供电电压，为所述芯片供电。

第二方面，本发明实施例提供了一种开关电源，整流电路和滤波电路，其中，所述开关电源还包括本发明任意实施例所提供的变压器；其中，

所述整流电路的输入端与电源相连，用于将电源输出的交流电信号整流为直流电信号；

所述滤波电路的输入端与所述整流电路的输出端相连，用于对所述直流电信号进行滤波处理；

所述变压器的输入端与所述滤波电路的输出端相连，用于获取滤波处理后的高压电信号，并转化为低压电信号给终端设备供电。

本发明实施例提供了一种变压器和开关电源，该变压器包括初级骨架、次级骨架和磁芯。通过改变变压器骨架的绕线方式，将辅助绕组设置于次级骨架，与次级绕组保持在同一侧，解决了辅助绕组绕制在初级骨架上时，由于与次级绕组间隔太远而导致的耦合性较差的问题，保证了当变压器轻载和重载切换时，开关电源中IC芯片供电电压的稳定性，避免了IC芯片提前进入过压保护状态，保证了电路的正常工作。

附图说明

图1a为本发明实施例一所提供的一种变压器的组合结构示意图；

图1b为本发明实施例一所提供的一种变压器的分解结构示意图；

图1c为本发明实施例一提供的一种变压器的电气电路示意图；

图1d为辅助绕组绕制在变压器的初级侧时的仿真示意图；

图1e为辅助绕组绕制在变压器的次级侧时的仿真示意图；

图2为本发明实施例二提供开关电源的结构框图；

图3为本发明实施例三提供的一种开关电源的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种开关电源的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a为本发明实施例一所提供的一种变压器的组合结构示意图，图1b为本发明实施例一所提供的一种变压器的分解结构示意图。该变压器可应用到电视、电脑适配器、数字机顶盒、液晶显示器、安防产品、空气净化器、电冰箱和空调等领域中。如图1a和1b所示，该变压器包括初级骨架110、次级骨架120和磁芯130。初级骨架110和次级骨架120均设置有用于相互连接的对接部111和121；初级骨架与次级骨架连接后形成容置腔，磁芯130穿过初级骨架110，置于容置腔内并装嵌在次级骨架120上。其中，

初级骨架上110设置有多个初级引脚112，通过初级引脚112在初级骨架110的绕线槽上绕制初级绕组(图1a和1b中未示出)，所述初级绕组用于接收电源电压并提供输入电压信号给变压器的次级绕组；

次级骨架上120设置有多个次级引脚122，通过次级引脚122在次级骨架120的绕线槽上绕制次级绕组(图1a和1b中未示出)，所述次级绕组用于根据输入电压信号输出供电电压，给终端设备供电；

所述次级骨架120还包括辅助引脚123，与所述次级引脚122异侧设置，通过辅助引脚123将辅助绕组(图1a和1b中未示出)绕制于变压器的次级侧，所述辅助绕组用于将供电电压转化为辅助电压，作为开关电源中芯片的供电电压，为芯片供电。

示例性的，本实施例中的变压器优选为型号为EE49变压器，该变压器初级骨架上和次级骨架上均布设有6个引脚。图1c为本发明实施例一提供的一种变压器的电气电路示意图。如图1c所示，该变压器初级侧有6个引脚，由于引脚1、2和3空缺，因此可移动至次级骨架对应的引脚位置。而在初级骨架上只留下用于绕制初级绕组的引脚4、5和6。如图1b所示，次级骨架120上的辅助引脚123可以为从初级骨架110的初级引脚移动至次级骨架的引脚。将初级骨架110和次级骨架120组合后，辅助绕组与次级绕组同侧绕制，从而可增大辅助绕组与次级绕组之间的耦合性，避免了开关电源工作时，其内部IC芯片的供电电压出现大范围的浮动，保证了电路的正常工作。此外，本实施例中采用EE型骨架也可解决采用EFD骨架所带来的噪声困扰。

具体的，在采用型号为EE型骨架变压器时，可按照下表1所示的变压器的绕线规格对初级绕组、次级绕组和辅助绕组进行绕制。

表1变压器的绕线规格

序号	绕组	起末端	圈数
				1	N1	5--6	53TS
2	N2	1--2	5TS
				3	N3	2-3	5TS
4	N4	9--8	3TS
				5	N5	7--11	3TS
6	N6	12--13	2TS
				7	N7	14--10	2TS

其中，初级侧第4引脚空缺，初级绕组起线于第5引脚，收线于第6引脚，接高压输入端。对于次级侧，N2、N4-N7均为次级绕组，接低压输出端为终端设备供电。如表1所示，次级绕组N2起线于第1引脚，收线于第2引脚，其他次级绕组的绕制方式可从表中读出。N3为次级侧的双辅助绕组，起线于第2引脚，收线于第3引脚。

具体的，图1d为辅助绕组绕制在变压器的初级侧时的仿真示意图，由于辅助绕组与次级绕组间距过大，导致辅助绕组与次级绕组耦合性较差。如图1d所示，当终端设备在开机瞬间，开关电源内部IC芯片的供电电压(VCC)持续升高，VCC的峰值(图1d中的A点)非常容易达到过压保护点(29V)，从而很容易导致过压保护电路提前进行过压保护(例如电源重启或断电)，影响电路的正常工作。

图1e为辅助绕组绕制在变压器的次级侧时的仿真示意图，由于辅助绕组与次级绕组绕制在变压器的同一侧，相对于二者绕制在变压器不同侧的情况，可使得二者之间的距离减小，从而提高了辅助绕组与次级绕组耦合性。如图1e所示，当终端设备在开机瞬间，开关电源内部IC芯片的供电电压(VCC)并不存在大范围的浮动，VCC电压最高(如图1e中的B点)19.3V，远远达不到过压保护电路的保护电压点，因此可以保证电路的正常工作。

本发明实施例提供了一种变压器，通过改变变压器骨架的绕线方式，将辅助绕组的引脚设置于次级骨架，使得辅助绕组与次级绕组在同一侧绕制，解决了辅助绕组绕制在初级骨架上时，由于与次级绕组间隔太远而导致的耦合性较差的问题，保证了变压器在轻载和重载切换时，开关电源中IC芯片供电电压的稳定性，避免了IC芯片提前进入过压保护状态，保证了电路的正常工作。本实施例的技术方案也无需增加额外的详细稳压电路，降低了成本，提高了变压器在同功率输出电源上的通用性。

实施例二

图2为本发明实施例二提供开关电源的结构框图，该开关电源可用在电视、适配器、液晶显示器、投影仪、医疗器械或者军工业设备中。如图2所示，该开关电源200包括整流电路210、滤波电路220和变压器230。其中，

整流电路210的输入端与电源相连，用于将电源输出的交流电信号整流为直流电信号；滤波电路220的输入端与整流电路210的输出端相连，用于对直流电信号进行滤波处理；变压器230的输入端与滤波电路220的输出端相连，用于获取滤波处理后的高压电信号，并转化为低压电信号给终端设备供电。

示例性的，该开关电源也可包括功率因数校正电路，连接在整流电路与滤波电路之间，用于对整流后的直流电压信号进行功率因数校正和调整，以提高电源的功率因数，同时使得变压器输出恒定电压。

示例性的，本实施例中的整流电路可以为桥式整流电路。在整流电路中还可包括保险丝、压敏电阻和热敏电阻等器件，用于保护开关电源，提高开关电源的可靠性。

本实施例提供了一种开关电源，通过将电网输出的交流电压通过整流电路整流后可得到直流电压，然后将直流电压进行滤波电路后可滤除电路中的EMI干扰。变压器可作为能量转换器件将初级高压电信号转换为次级低压电信号给终端设备进行供电。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种开关电源的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，如图3所示，该开关电源300包括整流电路310、功率因数校正电路320、滤波电路330、方波产生电路340、谐振电路350、变压器360、反馈电路370、IC芯片380和次级整流滤波电路390。下面分别对各个电路进行具体说明，其中，与上述实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。

(1)方波产生电路340，连接在滤波电路330和变压器360的初级绕组之间，用于将滤波处理后的直流电压信号进行斩波得到方波信号，以对输入到变压器初级绕组的输入电压信号进行调整并通过变压器，对次级绕组输出的电压进行调整。

示例性的，图4为本发明实施例三提供的一种开关电源的电路示意图。如图4所示，方波产生电路340包括：第一MOS管Q1、第二MOS管Q2以及分别反向并联在第一MOS管Q1和第二MOS管Q2两端的第一二极管D1和第二二极管D2；其中，第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极相连；第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极与IC芯片380相连；第二MOS管Q2的源极接地。通过采用本实施例提供的方波产生电路，可使得第一MOS管和第二MOS管交替导通(优选为第一MOS管和第二MOS管每次切换以50％的占空比交替驱动)，从而可将滤波处理后的直流电压信号转化为方波电压信号。当检测到变压器次级绕组的输出电压大于或小于标准的输出电压时，可通过调节方波信号的占空比，对输入到变压器初级绕组的输入电压进行调节，从而可调整变压器的输出电压。通过采用上述技术方案，可通过变压器输出稳定的电压给终端设备供电。

(2)谐振电路350，连接在方波产生电路340和变压器360之间，用于降低开关电源的损耗。

具体的，如图4所示，谐振电路350包括第一电感L1(谐振电感)、第二电感Lm(激磁电感)和第一电容C1(谐振电容)。其中，第一电感L1、第二电感Lm与第一电容C1串联后的电路连接在第一MOS管Q1的源极和地之间。

示例性的，本实施例中，第二电感采用了变压器的初级绕组(励磁电感)来实现。当然也可以单独设置激磁电感。当方波电压作用在谐振电路时，只允许正弦电流通过谐振电路。因此，谐振电流相对方波电压延迟作用于谐振电路，这为第一MOS管和第二MOS管的零电压开通创造了条件。谐振电路可以滤掉高次谐波电流，当电流流经反向并联二极管时，MOS管的开启电压为零。从而可降低MOS管的开关损耗。

此外，对于第一MOS管和第二MOS管，为了防止二者同时导通，本实施例中的谐振电路可在第一MOS管和第二MOS管的驱动信号之间插入固定或可调的死区时间，两个MOS管每次切换时以50％的占空比交替驱动，从而产生了方波信号。

(3)反馈电路370，与变压器360的次级绕组相连，用于对低压电信号进行检测，并产生采反馈电压信号。IC芯片380，与反馈电路370相连，用于获取反馈电压信号，并根据反馈电压信号调整初级绕组的输入电压。

具体的，如图4所示，该反馈电路包括与输出端相连的第一电阻R1、第五二极管D5和第二电阻R2。其中，第一电阻R1与第五二极管D5串联后的电路与第二电阻R2并联。在反馈电路中，第三电容C3和可控稳压源D6并联在第五二极管D5的阴极和第二电阻R2的两端。将第一电阻与第五二极管之间的连接点作为反馈端与IC芯片的反馈引脚(SNSFB)相连后，可将变压器的输出电压反馈到IC芯片，从而调整变压器的输出电压稳定。

具体的，IC芯片可以为NXP LLC控制驱动芯片TEA88181T，其是一种用于高效共振的数字LLC谐振型控制器，连同实现功率因数校正的PFC控制器(型号可以为TEA88182T)，可实现完整的谐振电源供应，通过初级电容电压调节能够准确监测关于输出功率的信息。

需要说明的是，如图4所示，变压器的辅助绕组L3与IC芯片的供电引脚(SUPIC)相连，即IC芯片的供电电压由变压器的辅助绕组L3提供。一般的，供电电压在13V以上，IC芯片即可启动工作。当IC芯片检测到变压器的辅助绕组产生稳定电压20V时，此时与辅助绕组相连的二极管两端的电压相同，二极管不导通，通过电容(Csupic)为IC芯片供电。

(4)次级整流滤波电路390，与变压器360的次级绕组相连，用于对低压电信号进行整流滤波处理后输出给终端设备。

具体的，如图4所示，次级整流滤波390电路包括第三二极管D3、第四二极管D4和第二电容C2；其中，第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极分别连接在次级绕组的两端，第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阴极通过第二电容C2接地。本实施例提供的次级整流滤波电路可将变压器次级线圈感应到的电压通过第三二极管D3和第四二极管D4整流后，再经滤波电容(C2)的滤波处理后得到平滑稳定的直流电压，从而可为终端产品的使用提供高精度稳定的电能供应。

本实施例提供了一种开关电源，在上述实施例的基础上，通过方波产生电路可将直流电压信号转换为方波信号，通过调节方波信号的占空比，可调节输入到变压器初级绕组的电压，从而对变压器次级绕组的输出电压进行调节。通过采用谐振电路，可使得开关电源中的MOS管实现零电压导通，降低了开关电源的损耗。通过采用反馈电路和IC芯片，可将变压器次级绕组输出的电压反馈到IC芯片，以对输出电压进行调整，从而使得变压器输出稳定的供电电压。通过采用次级整流电路中的二极管整流和电容器滤波储能，实现输出直流电压为终端设备供电。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种变压器，应用于开关电源，且变压器型号为EE49型骨架变压器，包括：初级骨架、次级骨架和磁芯，所述初级骨架和所述次级骨架均设置有用于相互连接的对接部；所述初级骨架与所述次级骨架连接后形成容置腔，所述磁芯穿过所述初级骨架，置于所述容置腔内并装嵌在所述次级骨架上，其特征在于，

所述初级骨架上设置有多个初级引脚，通过所述初级引脚在所述初级骨架的绕线槽上绕制初级绕组，所述初级绕组用于接收电源电压并提供输入电压信号给变压器的次级绕组；

所述次级骨架上设置有多个次级引脚，通过所述次级引脚在所述次级骨架的绕线槽上绕制次级绕组，所述次级绕组用于根据所述输入电压信号输出供电电压，给终端设备供电；

所述次级骨架还包括辅助引脚，与所述次级引脚异侧设置，通过所述辅助引脚将辅助绕组绕制于所述变压器的次级侧，所述辅助绕组用于将所述供电电压转化为辅助电压，作为所述开关电源中芯片的供电电压，为所述芯片供电；

其中，所述辅助引脚为：将所述初级骨架的初级引脚移动至所述次级骨架上作为所述变压器的辅助引脚。

2.一种开关电源，包括整流电路、滤波电路、反馈电路和IC芯片，其特征在于，所述开关电源还包括权利要求1所述的变压器；其中，

所述整流电路的输入端与电源相连，用于将电源输出的交流电信号整流为直流电信号；

所述滤波电路的输入端与所述整流电路的输出端相连，用于对所述直流电信号进行滤波处理；

所述变压器的输入端与所述滤波电路的输出端相连，用于获取滤波处理后的高压电信号，并转化为低压电信号给终端设备供电；

反馈电路，与所述变压器的次级绕组相连，用于对所述低压电信号进行检测，并产生反馈电压信号；

IC芯片，与所述反馈电路相连，用于获取所述反馈电压信号，并根据所述反馈电压信号调整所述初级绕组的输入电压；

所述反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第五二极管、第三电容和可控稳压电源；其中，第一电阻与所述变压器的输出端相连，第一电阻与第五二极管串联后的电路与第二电阻并联，第三电容和可控稳压源并联在第五二极管的阴极和第二电阻的两端，将第一电阻与第五二极管之间的连接点作为反馈端与IC芯片的反馈引脚相连。

3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，还包括：

方波产生电路，连接在所述滤波电路和所述变压器的初级绕组之间，用于将滤波处理后的直流电压信号进行斩波得到方波信号，以对所述输入电压信号进行调整并通过所述变压器，对所述次级绕组输出的电压进行调整。

4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，还包括：

谐振电路，连接在所述方波产生电路和所述变压器的之间，用于降低所述开关电源的损耗。

5.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，还包括：

次级整流滤波电路，与所述变压器的次级绕组相连，用于对所述低压电信号进行整流滤波处理后输出给终端设备。

6.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述方波产生电路包括：第一MOS管、第二MOS管以及分别反向并联在第一MOS管和第二MOS管两端的第一二极管和第二二极管；其中，

所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连；

所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与所述IC芯片相连；

所述第二MOS管的源极接地。

7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述谐振电路包括第一电感、第二电感和第一电容；其中，

第一电感、第二电感与第一电容串联后的电路连接在第一MOS管的源极和地之间。

8.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述次级整流滤波电路包括第三二极管、第四二极管和第二电容；其中，

所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阳极分别连接在所述次级绕组的两端，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极通过第二电容接地。

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