CN112821787A - 开关电源变压器、开关电源电路和开关电源 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种开关电源变压器、开关电源电路和开关电源，开关电源变压器包括初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分；初级绕组第二部分、初级绕组第一部分和次级绕组绕制在变压器骨架上；初级绕组第二部分一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；屏蔽绕组接直流母线正端。本申请可以实现变压器无辅助绕组，变压器体积相对减小，漏感降低，简化电路结构。
Description
技术领域
本申请属于开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源变压器、开关电源电路和开关电源。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关占空比，维持输出稳定电压的一种电源。由于具有体积小、重量轻、效率高等诸多方面的优点，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。近些年，开关电源尤其是小功率反激式开关电源的市场占有率逐年提升。开关电源变压器是一种加入了开关管的电源变压器，具有变压器功能的同时，还兼具绝缘隔离与功率传送功能，开关电源变压器和开关管一起构成一个自激(或他激)式的间歇震荡器，从而把输入直流电压调制成一个高频脉冲电压，起到能量传递和转换作用。在反激式电路中，当开关管导通时，变压器把电能转换成磁场能储存起来，当开关管截止时则释放出来，在正激式电路中，当开关管导通时，输入电压直接向负载供给并把能量储存在储能电感中，当开关管截止时，再由储能电感进行续流向负载传递，把输入的直流电压转换成所需的各种低压，开关电源变压器一般用在开关电源等涉及高频电路的场合。相关技术中，开关电源变压器带辅助绕组，体积相对较大，漏感高；且内部电路复杂，回路元器件多，成本高。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中，开关电源变压器带辅助绕组，体积相对较大，漏感高；且内部电路复杂，回路元器件多，成本高的问题，本申请提供一种开关电源变压器、开关电源电路和开关电源。
第一方面，本申请提供一种开关电源变压器，包括：
初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分；
所述初级绕组第二部分、初级绕组第一部分和次级绕组绕制在变压器骨架上；
所述初级绕组第二部分一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；
所述初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；
所述屏蔽绕组接直流母线正端。
进一步的，还包括：
次级绕组为2路输出，次级绕组线径为0.4mm，两股并绕，绕满3层；
初级绕组第一部分线径为0.3mm，单股绕满2层；
初级绕组第二部分线径为0.3mm，单股绕满1层；
屏蔽绕组线径为0.4mm，2股并绕，绕满3层。
第二方面，本申请提供一种开关电源电路，包括：
如第一方面所述的开关电源变压器、整流滤波电路、控制模块、主开关器件和输出电路；
所述整流滤波电路与所述开关电源变压器之间设置有直流母线；
所述主开关器件与所述开关电源变压器连接；
所述控制模块控制所述输出电路输出；
所述控制模块通过所述直流母线取电，或，所述控制模块通过所述主开关器件的漏极取电。
进一步的，所述输出电路包括：
第一整流二极管、第二整流二极管、第一滤波电感和第二滤波电感；
所述第一整流二极管、第二整流二极管分别连接2路输出的次级绕组；
所述第一滤波电感和第二滤波电感串联后与所述第一整流二极管、第二整流二极管连接，以使总输出电压为次级绕组为2路输出的电压之和。
进一步的，还包括：
交流低阻抗旁路电路，所述交流低阻抗旁路电路设置在所述整流滤波电路和所述输出电路之间，所述交流低阻抗旁路电路包括一个或多个串联电容。
进一步的，所述交流低阻抗旁路电路采用2个2.2nF陶瓷电容串联。
进一步的，还包括：
第一吸收电路，所述第一吸收电路设置在所述直流母线和所述主开关器件之间。
进一步的，还包括反馈回路；
所述反馈回路为副边反馈，由控制模块反馈至输出电路。
进一步的，所述反馈回路为原边反馈，由控制模块反馈至直流母线。
进一步的，还包括：
续流电路；所述续流电路与所述开关电源变压器连接，用于保护开关电源变压器不被感应电压击穿或烧坏。
进一步的，所述续流电路包括：
续流二极管，续流二极管为快恢复二极管或肖特基二极管；
所述续流二极管用于消除直流回路中因电感负载两端电压、电流突变引起的反向电压。
进一步的，还包括：
第二吸收电路，所述第二吸收电路与所述续流二极管并联。
进一步的，所述第二吸收电路包括：一个电容和一个电阻。
第三方面，本申请提供一种开关电源，包括：
如第二方面所述的开关电源电路。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例提供的开关电源变压器、开关电源电路和开关电源，开关电源变压器包括初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分，初级绕组第二部分、初级绕组第一部分和次级绕组绕制在变压器骨架上，初级绕组第二部分一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；屏蔽绕组接直流母线正端，实现变压器无辅助绕组，变压器体积相对减小，漏感降低，简化电路结构。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请一个实施例提供的一种开关电源变压器的结构示意图。
图2为本申请一个实施例提供的一种开关电源电路的功能结构图。
图3为本申请另一个实施例提供的另一种开关电源电路的功能结构图。
图4为本申请一个实施例提供的输出电路的电路图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
图1为本申请一个实施例提供的开关电源电路变压器的结构示意图，如图1所示，该开关电源变压器包括：
初级绕组第二部分11、次级绕组12、屏蔽绕组13、初级绕组第一部分14；
初级绕组第二部分11、初级绕组第一部分14和次级绕组12绕制在变压器骨架上；
初级绕组第二部分11一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；
初级绕组第一部分14一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；
屏蔽绕组13接直流母线正端。
传统开关电源变压器带辅助绕组，体积相对较大，漏感高；且内部电路复杂，回路元器件多，成本高。
本实施例中，开关电源变压器包括初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分，初级绕组第二部分、初级绕组第一部分和次级绕组绕制在变压器骨架上，初级绕组第二部分一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；屏蔽绕组接直流母线正端，实现变压器无辅助绕组，变压器体积相对减小，漏感降低，简化电路结构。
一些实施例中，次级绕组为2路输出，次级绕组线径为0.4mm，两股并绕，绕满3层；
初级绕组第一部分线径为0.3mm，单股绕满2层；
初级绕组第二部分线径为0.3mm，单股绕满1层；
屏蔽绕组线径为0.4mm，2股并绕，绕满3层。
开关电源变压器由外至内依次为初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分，绕组绕制在变压器骨架上，各绕组间采用绝缘胶带绝缘，通常胶带圈数为1-3圈。
初级绕组第二部分只绕1层，采用密绕或疏绕的方式铺满整层，初级绕组第二部分一端连接直流母线正极，另一端连接变压器中间节点。
次级绕组根据输出路数、电流、电压确定绕组个数、线径、匝数。
屏蔽绕组采用金属箔、金属带或者金属线绕制，绕满1层，可采用多股并绕的形式；屏蔽绕组接直流母线正端，屏蔽绕组首末端不能短路。
初级绕组第一部分与第二部分采用同样的线材，通常绕满整数层，初级绕组第一部分的层数、匝数与初级绕组第二部分可以接近或相等，也可以不接近或相等；初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主功率器件。
特别地，在一个实施例中，输出路数为2路，次级绕组线径为0.4mm，2股并绕，绕满3层；初级绕组第1部分线径为0.3mm，单股绕满2层；初级绕组第2部分线径为0.3mm，单股绕满1层；屏蔽绕组线径为0.4mm，2股并绕，绕满3层。2股并绕可以降低电流趋肤效应的影响，减少功率损耗；每层绕组尽量绕满可以有效减少变压器漏感量。
图中黑色圈为绕组的起始位置，还可以表示电气上的相位。
本实施例中，使两路次级输出串联，达到总输出电压为两路次级输出之和。
图2为本申请一个实施例提供的一种开关电源电路的功能结构图，如图2所示，该开关电源电路包括：
如上述实施例所述的开关电源变压器1、整流滤波电路2、控制模块3、主开关器件4和输出电路5；
整流滤波电路2与开关电源变压器1之间设置有直流母线6；
主开关器件4与开关电源变压器1连接；
控制模块3控制输出电路5输出；
控制模块1通过直流母线6取电，或，控制模块3通过主开关器件4的漏极取电。
本实施例中，主功率器件控制模块从直流母线或漏极取电，变压器无辅助绕组，变压器体积相对减小，漏感降低，简化电路结构。
图3为本申请另一个实施例提供的一种开关电源电路的功能结构图，如图3所示，该开关电源电路包括：
整流滤波电路301、第一吸收电路302、高频变压器303、交流低阻抗旁路电路304、主开关器件305、控制模块306、续流电路307、第二吸收电路308和输出电路309；
整流滤波电路301与高频变压器303通过直流母线310正端连接；
第一吸收电路302设置在直流母线正端310与高频变压器303之间；
整流滤波电路301的输入端连接外部交流电源，整流滤波电路301连接高频变压器303初级绕组第一部分；
高频变压器303和主开关器件305串联；
高频变压器303包括两路次级绕组，两路次级绕组经续流电路307和第二吸收电路308后串联连接输出电路309；
输出电路309连接负载。
需要说明的是，主功率器件305和控制模块306可以是集成在一块芯片内，也可以采用独立器件。
高频变压器设计只有初级绕组、屏蔽电阻和次级绕组(输出绕组)，变压器最外层为初级绕组第二部分，绕1层，接直流母线静点；由外向内依次为初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组和初级绕组第一部分；初级绕组第一部分接主功率器件305。
一些实施例中，如图4所示，输出电路309包括：
第一整流二极管、第二整流二极管、第一滤波电感和第二滤波电感；
所述第一整流二极管、第二整流二极管分别连接2路输出的次级绕组；
所述第一滤波电感和第二滤波电感串联后与所述第一整流二极管、第二整流二极管连接，以使总输出电压为次级绕组为2路输出的电压之和。
如变压器次级两路输出U1，分别通过整流二极管D1、D2后，再经过滤波电感C1、C2串联在一起，实现总输出电压2*U1一些实施例中，还包括反馈回路；
反馈回路为副边反馈，由控制模块反馈至输出电路。
反馈回路为原边反馈，由控制模块反馈至直流母线。
采用副边反馈，通过变压器或光耦隔离，可以提高输出电压精度。
副边反馈的反馈回路中分压电阻取输出串联后的电压进行分压，再连接到稳压管的R端，使输出电压保持稳定。
交流低阻抗旁路电路304设置在整流滤波电路301和输出电路309之间，交流低阻抗旁路电路304包括一个或多个串联电容。
一些实施例中，交流低阻抗旁路电路304采用2个2.2nF陶瓷电容串联。
交流低阻抗旁路电路304为低阻抗回路，使干扰流入该低阻抗回路从而不通过主回路，起到滤波的作用。
续流电路307与高频变压器303连接，用于保护高频变压器303不被感应电压击穿或烧坏。
续流电路307包括：
续流二极管，续流二极管为快恢复二极管或肖特基二极管；
续流二极管用于消除直流回路中因电感负载两端电压、电流突变引起的反向电压。
第二吸收电路308与续流二极管并联。第二吸收电路308包括：一个电容和一个电阻。
本实施例中，整体电路较为简洁，便于后期PCB布局，器件选型有利于自动化装配，在控制模块低成本的同时能够保证较为优异的EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)性能。采用本实施例的开关电源电路实测结果，在150kHz-30 MHz的频段内裕量高于6.46dB，完全满足国标要求。
本实施例提供一种开关电源，包括：如上述所述的开关电源电路。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种开关电源变压器，其特征在于，包括：
初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分；
所述初级绕组第二部分、初级绕组第一部分和次级绕组绕制在变压器骨架上；
所述初级绕组第二部分一端连接直流母线正端，另一端连接变压器中间节点；
所述初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主开关器件；
所述屏蔽绕组接直流母线正端。
2.根据权利要求1所述的开关电源变压器，其特征在于，还包括：
次级绕组为2路输出，次级绕组线径为0.4mm，两股并绕，绕满3层；
初级绕组第一部分线径为0.3mm，单股绕满2层；
初级绕组第二部分线径为0.3mm，单股绕满1层；
屏蔽绕组线径为0.4mm，2股并绕，绕满3层。
3.一种开关电源电路，其特征在于，包括：
如权利要求1或2所述的开关电源变压器、整流滤波电路、控制模块、主开关器件和输出电路；
所述整流滤波电路与所述开关电源变压器之间设置有直流母线；
所述主开关器件与所述开关电源变压器连接；
所述控制模块控制所述输出电路输出；
所述控制模块通过所述直流母线取电，或，所述控制模块通过所述主开关器件的漏极取电。
4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述输出电路包括：
第一整流二极管、第二整流二极管、第一滤波电感和第二滤波电感；
所述第一整流二极管、第二整流二极管分别连接2路输出的次级绕组；
所述第一滤波电感和第二滤波电感串联后与所述第一整流二极管、第二整流二极管连接，以使总输出电压为次级绕组为2路输出的电压之和。
5.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，还包括：
交流低阻抗旁路电路，所述交流低阻抗旁路电路设置在所述整流滤波电路和所述输出电路之间，所述交流低阻抗旁路电路包括一个或多个串联电容。
6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述交流低阻抗旁路电路采用2个2.2nF陶瓷电容串联。
7.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，还包括：
第一吸收电路，所述第一吸收电路设置在所述直流母线和所述主开关器件之间。
8.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，还包括反馈回路；
所述反馈回路为副边反馈，由控制模块反馈至输出电路。
9.根据权利要求8所述的开关电源电路，其特征在于，所述反馈回路为原边反馈，由控制模块反馈至直流母线。
10.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，还包括：
续流电路；所述续流电路与所述开关电源变压器连接，用于保护开关电源变压器不被感应电压击穿或烧坏。
11.根据权利要求10所述的开关电源电路，其特征在于，所述续流电路包括：
续流二极管，续流二极管为快恢复二极管或肖特基二极管；
所述续流二极管用于消除直流回路中因电感负载两端电压、电流突变引起的反向电压。
12.根据权利要求11所述的开关电源电路，其特征在于，还包括：
第二吸收电路，所述第二吸收电路与所述续流二极管并联。
13.根据权利要求12所述的开关电源电路，其特征在于，所述第二吸收电路包括：一个电容和一个电阻。
14.一种开关电源，其特征在于，包括：如权利要求3～13任一项所述的开关电源电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN113643886A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-12 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 变压器、开关电源及电子设备 |
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2021
- 2021-01-04 CN CN202110003093.3A patent/CN112821787A/zh active Pending
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