CN109980901A - 一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，包括原边辅助供电电路和副边辅助供电电路，原边辅助供电电路和副边辅助供电电路采用正反激供电方式，原边辅助供电包括辅助绕组T1D，辅助绕组T1D采用单一绕组绕制，副边辅助供电包括辅助绕组T1B和辅助绕组T1C，辅助绕组T1B和辅助绕组T1C采用一个正激绕组和一个反激绕组叠加的方式绕制，辅助绕组T1B采用半匝，辅助绕组T1C为整数匝；本发明具有全范围输入时满足对集成电路的供电需求以及高端电压输入时器件应力较小的优点。

Description

一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体涉及对宽输入范围的AC/DC开关电源或者DC/DC开关电源的辅助供电设计。

背景技术

随着系统向集成化和小型化的方向发展，对开关电源的要求也越来越高，例如要求有通讯功能、数模转换功能、并联功能以及显示功能等等，这些功能都需要专门的芯片才能实现，另外还有开关电源内部的芯片，这些芯片都需要供电才能发挥作用，有些专用的芯片对供电精度要求较高，如果波动太大可能还会出现故障，在设计整体方案时辅助供电电路既要满足小型化及成本上的要求也要考虑输出精度和稳定度对芯片的影响。因此开关电源中的辅助供电电路需要专门进行设计。

开关电源中变压器分为主绕组和辅助绕组，主绕组由控制系统控制，可以得到准确的输出电压，但辅助绕组一般不会采用反馈设计，主要通过与变压器主绕组之间的磁耦合产生电压，因此辅助供电电路的电压不受控制，会随着输入电压的波动而发生变化，再加上变压器及电路中寄生参数的影响，这一变化会加剧，尤其是输入电压范围较宽的开关电源，辅助电源的电压会变化的更加剧烈。辅助电源的电压品种一般分为±15V，±5V，3.3V等系列，开关电源内部控制芯片的供电一般也不能超过一定的范围，那么当输入电压变化范围较宽时，辅助电源的电压如果变化剧烈，控制芯片以及外围电路会承受较大的应力，对可靠性甚至产品寿命都有较大的影响。

现有技术的开关电源辅助供电设计，一般采用正激绕组或者反激绕组设计以满足电路中对集成电路的供电需求，绕组会取整数绕制，例如几匝或者十几匝的方式，但是当电源模块输入范围较宽而且输入电压较低时，如果采用传统的电路设计，存在全范围输入时无法满足对集成电路的供电需求以及高端电压输入时器件应力较大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术电源模块的辅助供电设计全范围输入时无法满足对集成电路的供电需求以及高端电压输入时器件应力较大的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，包括原边辅助供电电路和副边辅助供电电路，所述原边辅助供电电路和副边辅助供电电路采用正反激供电方式，所述原边辅助供电包括辅助绕组T1D，所述辅助绕组T1D采用单一绕组绕制，所述副边辅助供电包括辅助绕组T1B和辅助绕组T1C，所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C采用一个正激绕组和一个反激绕组叠加的方式绕制。采用正反激供电的复合供电方式，弥补单一供电方式存在的缺陷，在低压输入时反激绕组起作用，高压输入时正激绕组起作用，保证在宽范围输入时原边辅助供电电路和副边辅助供电电路的电压能稳定输出。

优选的，所述辅助绕组T1B采用半匝，所述辅助绕组T1C为整数匝。辅助绕组T1B采用半匝，这样磁通密度只有一匝的一半，有效地解决了高端电压输入时器件应力较大的问题。

优选的，所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C交替工作。

优选的，所述原边辅助供电电路还包括第一串联稳压模块和第一充电回路，所述第一串联稳压模块与所述第一充电回路连接。

优选的，所述第一串联稳压模块包括稳压二极管D4、电容C3、电阻R1、晶体管Q1A、二极管D1以及晶体管Q1B，所述电阻R1的一端与所述晶体管Q1A的漏极连接，所述电阻R1的另一端与所述稳压二极管D4的阴极连接，所述电容C3的一端与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述稳压二极管D4的阳极与所述电容C3的另一端连接，所述晶体管Q1A的源极与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述晶体管Q1B的漏极连接，所述晶体管Q1B的栅极与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述晶体管Q1B的源极作为原边辅助供电端口为原边集成电路供电，所述电阻R1的另一端与所述电容C3的一端连接；所述电阻R1的一端作为输入侧的正极VIN+，所述稳压二极管D4的阳极作为输入侧的负极VIN-。

优选的，所述第一充电回路包括电容C1、电阻R2、二极管D3、二极管D2以及电容C2，所述辅助绕组T1D的同名端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端与所述二极管D1的阴极连接，所述电容C2的另一端分别与所述电容C3的另一端以及所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阳极与所述辅助绕组T1D的异名端连接，所述二极管D3的阴极与所述二极管D2的阳极连接。

优选的，所述副边辅助供电电路还包括第二串联稳压模块和第二充电回路，所述第二串联模块与所述第二充电回路连接。

优选的，所述第二充电回路包括电容C4、电阻R3、二极管D5、电容C5、二极管D7，所述辅助绕组T1B围绕磁芯绕半匝，所述辅助绕组T1B的异名端与所述辅助绕组T1C的同名端连接，所述辅助绕组T1B的同名端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述辅助绕组T1B的异名端连接，所述辅助绕组T1C的异名端与所述二极管D7的阳极连接，所述二极管D7的阴极与所述电阻R3的另一端连接。

优选的，所述第二串联模块包括电容C6、晶体管Q2A、电阻R4以及稳压二极管D6，所述电阻R4的一端与所述二极管D5的阴极连接，所述电阻R4的另一端与所述稳压二极管D6的阴极连接，所述稳压二极管D6的阳极与所述电容C5的另一端连接，所述晶体管Q2A的漏极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q2A的栅极连接到所述电阻R4的另一端，所述晶体管Q2A的源极与所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述稳压二极管D6的阳极接所述电容C6的另一端，所述晶体管Q2A的源极作为副边辅助供电端口为副边集成电路供电。

本发明相比现有技术具有以下优点：采用正反激供电的复合供电方式，弥补单一供电方式存在的缺陷，在低压输入时反激绕组起作用，高压输入时正激绕组起作用，保证在宽范围输入时原边辅助供电电路和副边辅助供电电路的电压能稳定输出。辅助绕组T1B采用半匝，这样磁通密度只有一匝的一半，有效地解决了高端电压输入时器件应力较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所公开的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路的原边辅助供电电路的原理图；

图2是本发明实施例所公开的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路的副边辅助供电电路的原理图；

图3是本发明实施例所公开的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路的原边辅助供电电路的输出电压曲线图；

图4是本发明实施例所公开的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路的原边辅助供电电路的辅助绕组T1B一匝时输出电压曲线图；

图5是本发明实施例所公开的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路的原边辅助供电电路的辅助绕组T1B半匝时输出电压曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，包括原边辅助供电电路和副边辅助供电电路，所述原边辅助供电电路和副边辅助供电电路采用正反激供电方式，所述原边辅助供电包括辅助绕组T1D，所述辅助绕组T1D采用单一绕组绕制，所述副边辅助供电包括辅助绕组T1B和辅助绕组T1C，所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C采用一个正激绕组和一个反激绕组叠加的方式绕制，所述辅助绕组T1B采用半匝，所述辅助绕组T1C为整数匝。所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C交替工作。

如图1所示，是本发明的原边辅助供电电路的原理图。所述原边辅助供电电路为原边集成电路供电，本实施例中只给出原边辅助供电电路的原理图，原边集成电路不做描述。所述原边辅助供电电路还包括第一串联稳压模块和第一充电回路，所述第一串联稳压模块与所述第一充电回路连接。所述第一串联稳压模块包括稳压二极管D4、电容C3、电阻R1、晶体管Q1A、二极管D1以及晶体管Q1B，所述电阻R1的一端与所述晶体管Q1A的漏极连接，所述电阻R1的另一端与所述稳压二极管D4的阴极连接，所述电容C3的一端与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述稳压二极管D4的阳极与所述电容C3的另一端连接，所述晶体管Q1A的源极与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述晶体管Q1B的漏极连接，所述晶体管Q1B的栅极与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述晶体管Q1B的源极作为原边辅助供电端口为原边集成电路供电，所述电阻R1的另一端与所述电容C3的一端连接；所述电阻R1的一端作为输入侧的正极VIN+，所述稳压二极管D4的阳极作为输入侧的负极VIN-。输入侧电压在低端时通过倍压电路抬高电压，保障原边芯片能启动，输入侧电压在高端时，副边电压通过第一串联稳压模块稳压，可以得到低于原边芯片最高工作电压的电压。

所述第一充电回路包括电容C1、电阻R2、二极管D3、二极管D2以及电容C2，所述辅助绕组T1D的同名端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端与所述二极管D1的阴极连接，所述电容C2的另一端分别与所述电容C3的另一端以及所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阳极与所述辅助绕组T1D的异名端连接，所述二极管D3的阴极与所述二极管D2的阳极连接。

如图2所示，是本发明的副边辅助供电电路的原理图，所述副边辅助供电电路为副边集成电路供电，本实施例中只给出副边辅助供电电路的原理图，副边集成电路不做描述。所述副边辅助供电电路还包括第二串联稳压模块和第二充电回路，所述第二串联模块与所述第二充电回路连接。所述第二充电回路包括电容C4、电阻R3、二极管D5、电容C5、二极管D7，所述辅助绕组T1B围绕磁芯绕半匝，所述辅助绕组T1B的异名端与所述辅助绕组T1C的同名端连接，所述辅助绕组T1B的同名端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述辅助绕组T1B的异名端连接，所述辅助绕组T1C的异名端与所述二极管D7的阳极连接，所述二极管D7的阴极与所述电阻R3的另一端连接。

所述第二串联模块包括电容C6、晶体管Q2A、电阻R4以及稳压二极管D6，所述电阻R4的一端与所述二极管D5的阴极连接，所述电阻R4的另一端与所述稳压二极管D6的阴极连接，所述稳压二极管D6的阳极与所述电容C5的另一端连接，所述晶体管Q2A的漏极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q2A的栅极连接到所述电阻R4的另一端，所述晶体管Q2A的源极与所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述稳压二极管D6的阳极接所述电容C6的另一端，所述晶体管Q2A的源极作为副边辅助供电端口为副边集成电路供电。

本发明的工作原理以及工作过程为：当辅助绕组T1D的同名端为正时，二极管D2正向导通，从原边耦合的电压通过电阻R2给电容C1充电，此时电阻R2、电容C1、二极管D2以及电容C2构成回路，电容C1上的电压等于耦合的电压；当辅助绕组T1D的异名端为正时，二极管D3正向导通，从原边耦合的电压通过电阻R2给电容C1充电，此时电阻R2、电容C1、二极管D3构成回路，一个开关周期内输出的电压等于正反激绕组共同作用的耦合电压；输出电压公式为：

V1＝(1/n+([D/(1-D)]/n)×Vi

上式中V1表示原边辅助供电电路输出电压；n表示辅助绕组T1D的绕组匝数与变压器主绕组的绕组匝数的匝比，此处n＝2；D表示占空比，范围为0.1～0.6；Vi表示从输入侧的正极VIN+以及输入侧的负极VIN-输入的输入电压，输入电压Vi范围为9V～36V。

如图3所示，是原边辅助供电电路的输出电压曲线图，根据所给的曲线得出在Vi＝9V时，当Vi＝36V时，此时的输出电压较高，电阻R1、稳压二极管D4、晶体管Q1A、晶体管Q1B以及二极管D1组成的第一串联稳压模块起到降低这个电压的作用，稳压二极管D4是13V的稳压管可以将输出电压V1箝位在13V左右，由于原边集成电路的工作电流很小，晶体管Q1A和晶体管Q1B上虽然有8V的压降但功耗较低，可以满足电路需求。

副边辅助供电电路与原边辅助供电电路的区别在于用了辅助绕组T1B和辅助绕组T1C，在原边导通期间，辅助绕组T1B有感应电动势，其同名端电压为正，电阻R3、电容C4、二极管D5以及电容C5组成回路，二极管D5正向导通，感应电动势通过电阻R3给电容C4充电，当原边在关断期间，辅助绕组T1B和辅助绕组T1C共同产生感应电动势，辅助绕组T1C的异名端为正，电阻R3、电容C4、二极管D5、二极管D7以及电容C5组成回路，二极管D7正向导通，通过电阻R3给电容C4再次充电，由于有两个辅助绕组，输出电压公式为：

V2＝(1/n1+([D/(1-D)]/n2)×Vi

上式中V2表示副边辅助供电电路的输出电压，n1表示辅助绕组T1B的绕组匝数与变压器主绕组的绕组匝数的比值，n2表示辅助绕组T1C的绕组匝数与变压器主绕组的绕组匝数的比值，其中辅助绕组T1B为正激绕组，辅助绕组T1C为反激绕组。如图4所示，是本发明的原边辅助供电电路的辅助绕组T1B一匝时输出电压曲线图，如图5所示，是本发明的原边辅助供电电路的辅助绕组T1B半匝时输出电压曲线图，图中虚线表示电应力所在位置，由图4和图5对比可以看出辅助绕组T1B为一匝和半匝的电应力有明显的区别，辅助绕组T1B为半匝时电应力明显降低。表一为不同匝比时输出电压及功耗的对比表，表一中第二行数据与图4对应，表一中第四行数据与图5对应。

表一 不同匝比时输出电压及功耗的对比表

由表一中第一行数据与第三行数据对比，第二行数据与第四行数据对比，可得结论：采用传统的方式，即辅助绕组采用整数匝，辅助绕组产生的功耗较大，辅助绕组采用整数匝带来的功耗是辅助绕组采用半匝的2倍左右。此例中辅助绕组采用半匝的不仅降低了后端电路的功耗，还提高了变压器磁芯的利用率，尤其是减少了铜线的用量，既节约了资源又降低了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，包括原边辅助供电电路和副边辅助供电电路，所述原边辅助供电电路和副边辅助供电电路采用正反激供电方式，所述原边辅助供电包括辅助绕组T1D，所述辅助绕组T1D采用单一绕组绕制，所述副边辅助供电包括辅助绕组T1B和辅助绕组T1C，所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C采用一个正激绕组和一个反激绕组叠加的方式绕制。

2.根据权利要求1所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述辅助绕组T1B采用半匝，所述辅助绕组T1C为整数匝。

3.根据权利要求1所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述辅助绕组T1B和辅助绕组T1C交替工作。

4.根据权利要求1所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述原边辅助供电电路还包括第一串联稳压模块和第一充电回路，所述第一串联稳压模块与所述第一充电回路连接。

5.根据权利要求4所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述第一串联稳压模块包括稳压二极管D4、电容C3、电阻R1、晶体管Q1A、二极管D1以及晶体管Q1B，所述电阻R1的一端与所述晶体管Q1A的漏极连接，所述电阻R1的另一端与所述稳压二极管D4的阴极连接，所述电容C3的一端与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述稳压二极管D4的阳极与所述电容C3的另一端连接，所述晶体管Q1A的源极与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述晶体管Q1B的漏极连接，所述晶体管Q1B的栅极与所述晶体管Q1A的栅极连接，所述晶体管Q1B的源极作为原边辅助供电端口为原边集成电路供电，所述电阻R1的另一端与所述电容C3的一端连接；所述电阻R1的一端作为输入侧的正极VIN+，所述稳压二极管D4的阳极作为输入侧的负极VIN-。

6.根据权利要求5所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述第一充电回路包括电容C1、电阻R2、二极管D3、二极管D2以及电容C2，所述辅助绕组T1D的同名端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端与所述二极管D1的阴极连接，所述电容C2的另一端分别与所述电容C3的另一端以及所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阳极与所述辅助绕组T1D的异名端连接，所述二极管D3的阴极与所述二极管D2的阳极连接。

7.根据权利要求1所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述副边辅助供电电路还包括第二串联稳压模块和第二充电回路，所述第二串联模块与所述第二充电回路连接。

8.根据权利要求7所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述第二充电回路包括电容C4、电阻R3、二极管D5、电容C5、二极管D7，所述辅助绕组T1B围绕磁芯绕半匝，所述辅助绕组T1B的异名端与所述辅助绕组T1C的同名端连接，所述辅助绕组T1B的同名端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述辅助绕组T1B的异名端连接，所述辅助绕组T1C的异名端与所述二极管D7的阳极连接，所述二极管D7的阴极与所述电阻R3的另一端连接。

9.根据权利要求8所述的一种宽输入范围电源模块的辅助供电电路，其特征在于，所述第二串联模块包括电容C6、晶体管Q2A、电阻R4以及稳压二极管D6，所述电阻R4的一端与所述二极管D5的阴极连接，所述电阻R4的另一端与所述稳压二极管D6的阴极连接，所述稳压二极管D6的阳极与所述电容C5的另一端连接，所述晶体管Q2A的漏极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q2A的栅极连接到所述电阻R4的另一端，所述晶体管Q2A的源极与所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地，所述稳压二极管D6的阳极接所述电容C6的另一端，所述晶体管Q2A的源极作为副边辅助供电端口为副边集成电路供电。