CN109861547A - 一种四路输出的反激式开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四路输出的反激式开关电源，包括输入整流电路，启动电路，变压拓扑，开关管，PWM控制电路，输出整流电路，采样反馈电路；所述输入整流电路与启动电路和变压拓扑相连，所述开关管与变压拓扑相连，所述变压拓扑与PWM控制电路和输出整流电路相连，所述输出整流电路与采样反馈电路，所述采样反馈电路与PWM控制电路相连。所述本发明通过在变压拓扑每个次级线圈都连接一路输出电路，为不同设备提供不同的供电电压。同时，采用部分输出回路加权反馈与后级调节相结合的方式，增加输出电压的精度。还改进输出整流部分电路，以确保能够支撑大负载的正常工作。同时还具备在宽电压输入条件下工作的能力，适应能力强。

Description

一种四路输出的反激式开关电源

技术领域

本发明涉及一种四路输出的反激式开关电源，属于电源电路领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。其中反激式开关电源，是开关电源拓扑中最简单的一种。输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，可同时输出多路互相隔离的电压，所以得到广泛应用。

在通信和计算机系统中，电子负载往往需要多个等级的电压同时供电。如果对每一等级的电压都使用一个单路输出变换器,虽然能很好地满足负载的要求,但势必造成成本和供电装置体积的增加,使用多路输出电源是解决这一问题的有效途径。但是多路输出技术也有它的局限性：

1、多路输出技术的实质在于控制变量的选择,必须增加控制变量的个数,使得它不少于输出支路的个数，这样一来增加了电路的复杂程度。

2、多路输出中的加权反馈方式，由于反馈信号是每路输出的加权和,因此所有支路的输出均无法得到准确调节,它只是通过控制量的加权系数改变输出误差在各支路的分配比例,而不能消除误差。

3、多路输出的后级调整技术中仅仅采用在输出端加三端稳压芯片的方式，并不适用在输出电压变化比较大情况下。同时，三端稳压芯片输出电流比较小，不能满足大负载的正常工作条件。

发明内容

发明目的：本发明针对上述问题，提供一种四路输出的反激式开关电源。

技术方案：

一种四路输出的反激式开关电源，包括输入整流电路、启动电路、变压拓扑、开关管、PWM控制电路、输出整流电路以及采样反馈电路；

所述输入整流电路的输入端与AC输入电路连接，所述输入整流电路的输出端分两路：一路依次连接所述启动电路、所述PWM控制电路及所述开关管之后与所述变压拓扑的输入端电连接；另一路与所述变压拓扑的输入端电连接；所述变压拓扑的输出端与所述输出整流电路的输入端电连接，所述输出整流电路的输出端与所述采样反馈电路的输入端电连接，所述采样反馈电路的输出端与所述 PWM控制电路电连接。

所述输入整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4以及电容C1；所述二极管 D1阴极与所述二极管D2阳极相连，所述二极管D1阴极与所述二极管D3阳极相连，所述二极管D1与所述二极管D4阳极相连，所述二极管D2与所述二极管D3阴极相连；所述二极管D2与所述二极管D3的阴极连接处与所述电容C1 一端相连。

所述启动电路包括电容C2、电阻R16、R17、MOS管Q1及稳压二极管D5；所述电阻R16一端与电源相连，另一端与所述MOS管Q1的栅极和所述稳压二极管D5的阴极相连；所述电阻R17一端与电源相连，另一端与所述MOS管Q1 的漏极相连；所述MOS管Q1的漏极和所述电容C2的一端相连，所述电容C2 的另一端与所述PWM控制电路相连。

所述变压拓扑为高频多绕组变压器，包括相互隔离的一个原边绕组和四个副边绕组；所述原边绕组一端与C1一端相连，另一端与MOS管Q2的漏极相连；四个副边一端分别连接二极管D6、D7、D8、D9相连。

所述PWM控制电路包括PWM控制芯片UC2843以及其外围电路；所述外围电路包括电阻R2、R3、R4、R5及电容C2、C3、C4；所述PWM控制芯片的 COMP端与R2一端相连，VFB端接地，ISENSE端与所述MOS管Q2的源极相连，RT/CT端与C4一端相连，GND端接地，OUTPUT端与R5一端相连，VCC 端与C2一端和D11阴极相连，VREF端与R2、R3、R4一端相连。

所述采样反馈电路包括电压采样电路和反馈回路；其中所述电压采样回路包括R7、R8、R9和R10，第一路稳压输出接R7一端，第二路稳压输出接R8一端，第三路稳压输出接R9一端，所述R7、R8、R9的另一端并联接于R10一端，所述R10的另一端接地；所述反馈回路包括三端基准源U7、光耦U6、电阻R11、R12及电容C19；所述R11一端与R9相连，另一端与所述三端基准源U7和所述光耦U6的原边二极管阴极一端相连；所述R12一端与第三路稳压输出相连，另一端与所述光耦U6的原边二极管阳极一端相连；所述电容C19一端与所述 R10一端相连，另一端与所述光耦U6的原边二极管阴极一端相连；所述光耦 U6反馈端三极管集电极与所述PWM控制芯片的COMP端相连，另一端接地。

有益效果：本发明通过采用部分输出回路加权反馈与后级调节相结合的方式，同时改进输出整流电路，使其适应大负载条件下的正常工作，避免了单独使用一种技术的，造成输出电压不精确。实现了在同时为多种不同供电电压的设备供电，也兼顾了输出电压的精确性。

附图说明

图1是本发明提供的电路结构框架图。

图2是本发明提供的电路结构原理图；其中，图2(a)表示输入整流电路、启动电路、变压拓扑、开关管、PWM控制电路及输出整流电路连接原理图；图 2(b)表示采样反馈电路的结构原理图。

图3是本发明提供的改进后的大电流输出电路图。

图4是本发明提供在交流220V输入的情况下，在不同负载的条件下，各个回路的负载调整率。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1、图2所示，本发明的四路输出的反激式开关电源包括输入整流电路 10、启动电路20、变压拓扑30、开关管40、PWM控制电路50、输出整流电路 60以及采样反馈电路70；所述输入整流电路10的输入端与AC输入电路连接，所述输入整流电路10的输出端分两路：一路依次连接所述启动电路20、所述PWM控制电路50及所述开关管40之后与所述变压拓扑30的输入端电连接；另一路与所述变压拓扑30的输入端电连接；所述变压拓扑30的输出端与所述输出整流电路60的输入端电连接，所述输出整流电路60的输出端与所述采样反馈电路70的输入端电连接，所述采样反馈电路70的输出端与所述PWM控制电路 50电连接。

如图2所示，所述输入整流电路10包括二极管D1、D2、D3、D4以及电容 C1，二极管D1阴极与二极管D2阳极相连，二极管D1阴极与二极管D3阳极相连，二极管D1与二极管D4阳极相连，二极管D2与二极管D3阴极相连，二极管D2、二极管D3的阴极连接处与电容C1一端相连，主要作用是把高压交流电整流成高压直流电。

所述启动电路20包括电容C2,电阻R16、R17,MOS管Q1，稳压二极管D5； R16一端与电源相连，另一端与MOS管Q1的栅极和稳压二极管D5阴极相连， R17一端与电源相连另一端与MOS管Q1的漏极相连，所述MOS管Q1的漏极和电容C2的一端相连，电容C2的另一端与芯片U1的电源相连，在芯片正常工作后，MOS管Q1的源极电压会高于栅极电压，因此MOS管Q1会断开，电阻上将不会有电流流过，从而降低整个电路的功耗。

所述变压拓扑30包括高频多绕组变压器，通过一个绕组输出多个电压，把原边和副边隔离开来，减小原边对副边的干扰；所述原边绕组一端与C1一端相连，另一端与MOS管Q2的漏极相连；四个副边一端分别连接二极管D6、D7、 D8、D9，第一个绕组中，未打点一端与二极管D6阳极相连，打点一端接地；第二个绕组中，未打点一端与二极管D7阳极相连，打点一端接地；第三个绕组中，未打点一端与二极管D8阳极相连，打点一端接地；第四个绕组中，未打点一端与二极管D9阳极相连，打点一端接地。

所述开关管40包括高压MOS管Q2与采样电阻R1，所述MOS管Q2的源极与所述电阻R1相连，作用是通过开关管来调节副边输出电压。

所述PWM控制电路50包括PWM控制芯片UC2843以及其外围电路，作用是根据所述采样反馈电路70采集到电压电流数据，来控制所述开关管40的通断。所述外围电路包括电阻R2、R3、R4、R5及电容C2、C3、C4；所述PWM 控制芯片的COMP端与R2一端相连，VFB端接地，ISENSE端与所述MOS管 Q2的源极相连，RT/CT端与C4一端相连，GND端接地，OUTPUT端与R5一端相连，VCC端与C2一端和D11阴极相连，VREF端与R2、R3、R4一端相连。

在图2和图3所示的实施例中，所述输出整流电路60包括并联的四个负载回路，所述负载回路可分为两大类；一类处于小负载回路(0.5A)主要包括滤波电容和三端稳压芯片MC7805，在本发明中，处于小负载回路采用的稳压芯片为U2及U3，所述稳压芯片U2的IN端与D6阴极相连，GND端接地，OUT端接输出电容C9；所述稳压芯片U3的IN端与D7阴极相连，GND端接地，OUT 端接输出电容C12；另一类处于大负载回路(2A)包括滤波电容和三端稳压芯片MC7812/7815以及三极管，可以做到在较大负载时，电路也能正常工作；在本发明中，处于大负载回路采用的稳压芯片为U4及U5，所述稳压芯片U4的IN 端与D8阴极相连，GND端接地，OUT端接输出三极管Q3基极，三极管Q3集电极接D8阴极一端，发射极接输出电容C15；所述稳压芯片U5的IN端与D9 阴极相连，GND端接地，OUT端接输出三极管Q4基极，三极管Q4集电极接 D9阴极一端，发射极接输出电容C18。

在图2所示的实施例中，所述采样反馈电路70包括电压采样电路和反馈回路，其中电压采样回路主要包括R7(采样点为REF1端)、R8(采样点为REF2 端)、R9(采样点为REF3端)和R10，第一路稳压输出接R7一端，第二路稳压输出接R8一端，第三路稳压输出接R9一端，R7、R8、R9的另一端并联接于 R10一端，R10的另一端接地；R10高压端即为采样电压，接入反馈电路构成反馈回路。反馈回路包括三端基准源TL431U7、光耦U6、电阻R11、R12及电容C19，R11一端与R9相连，另一端与U7和U6原边二极管阴极一端相连；R12 一端与第三路稳压输出相连，另一端与U6原边二极管阳极一端相连；电容C19 一端与R10一端相连，另一端与U6原边二极管阴极一端相连。光耦U6反馈端三极管集电极与所述PWM控制芯片的COMP端相连，另一端接地。

本发明的反激开关电源开始工作时，输入的交流电源会先经过输入滤波整流电路10进行滤波整流处理后输出直流电压，直流电压一方面通过控制电路 50的控制芯片UC2843的电源输入脚(VCC第7脚)为该控制芯片提供工作电压，启动芯片开始工作；另一方面，该直流电压输入到变压拓扑30，开关管40导通时，反激变压器T1进行储能，当开关管断开时，变压器释放能量，变压器次级输出感应电流，感应电流流入输出整流电路60，提供电能给负载。最终，电流采样反馈电路70会采集变压器初级绕组(原边线圈)的电流信息。

如图4所示，在不同负载的情况下，各个副边输出回路都能把负载调整率控制在2.5％以下，且三路都在2％以下，证明我们设计的结构能够达到较为理想的效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (6)

1.一种四路输出的反激式开关电源，其特征在于：包括输入整流电路、启动电路、变压拓扑、开关管、PWM控制电路、输出整流电路以及采样反馈电路；

所述输入整流电路的输入端与AC输入电路连接，所述输入整流电路的输出端分两路：一路依次连接所述启动电路、所述PWM控制电路及所述开关管之后与所述变压拓扑的输入端电连接；另一路与所述变压拓扑的输入端电连接；所述变压拓扑的输出端与所述输出整流电路的输入端电连接，所述输出整流电路的输出端与所述采样反馈电路的输入端电连接，所述采样反馈电路的输出端与所述PWM控制电路电连接。

2.根据权利要求1所述的四路输出的反激式开关电源，其特征在于：所述输入整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4以及电容C1；所述二极管D1阴极与所述二极管D2阳极相连，所述二极管D1阴极与所述二极管D3阳极相连，所述二极管D1与所述二极管D4阳极相连，所述二极管D2与所述二极管D3阴极相连；所述二极管D2与所述二极管D3的阴极连接处与所述电容C1一端相连。

3.根据权利要求1所述的四路输出的反激式开关电源，其特征在于：所述启动电路包括电容C2、电阻R16、R17、MOS管Q1及稳压二极管D5；所述电阻R16一端与电源相连，另一端与所述MOS管Q1的栅极和所述稳压二极管D5的阴极相连；所述电阻R17一端与电源相连，另一端与所述MOS管Q1的漏极相连；所述MOS管Q1的漏极和所述电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端与所述PWM控制电路相连。

4.根据权利要求1所述的四路输出的反激式开关电源，其特征在于：所述变压拓扑为高频多绕组变压器，包括相互隔离的一个原边绕组和四个副边绕组；所述原边绕组一端与C1一端相连，另一端与MOS管Q2的漏极相连；四个副边一端分别连接二极管D6、D7、D8、D9相连。

5.根据权利要求1所述的四路输出的反激式开关电源，其特征在于：所述PWM控制电路包括PWM控制芯片UC2843以及其外围电路；所述外围电路包括电阻R2、R3、R4、R5及电容C2、C3、C4；所述PWM控制芯片的COMP端与R2一端相连，VFB端接地，ISENSE端与所述MOS管Q2的源极相连，RT/CT端与C4一端相连，GND端接地，OUTPUT端与R5一端相连，VCC端与C2一端和D11阴极相连，VREF端与R2、R3、R4一端相连。

6.根据权利要求1所述的四路输出的反激式开关电源，其特征在于：所述采样反馈电路包括电压采样电路和反馈回路；其中所述电压采样回路包括R7、R8、R9和R10，第一路稳压输出接R7一端，第二路稳压输出接R8一端，第三路稳压输出接R9一端，所述R7、R8、R9的另一端并联接于R10一端，所述R10的另一端接地；所述反馈回路包括三端基准源U7、光耦U6、电阻R11、R12及电容C19；所述R11一端与R9相连，另一端与所述三端基准源U7和所述光耦U6的原边二极管阴极一端相连；所述R12一端与第三路稳压输出相连，另一端与所述光耦U6的原边二极管阳极一端相连；所述电容C19一端与所述R10一端相连，另一端与所述光耦U6的原边二极管阴极一端相连；所述光耦U6反馈端三极管集电极与所述PWM控制芯片的COMP端相连，另一端接地。