CN113708629A - 开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源(10)包括具有初级绕组(17a)和至少一个次级绕组(17b)的变压器(16)、与变压器(16)的初级绕组(17)串联连接的主开关(22)、以及用于对主开关(22)进行时钟控制的控制器(24)。为了扩展开关电源(10)的可能的工作电压范围，至少一个优选自导通的附加开关(26)与主开关(22)串联，其中，所述至少一个附加开关(26)与主开关(22)同步地被断开。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源、尤其是反激式变换器开关电源。
背景技术
开关电源(SMPS＝Switched-Mode Power Supply)包括：变压器，所述变压器具有初级绕组和至少一个次级绕组，其中，在所述初级绕组上施加输入电压，并且所述至少一个次级绕组产生用于负载的输出电压；开关晶体管，与所述变压器的初级绕组串联；以及控制器，用于对主开关进行时钟控制，以调节由变压器的次级绕组产生的输出电压。这样的开关电源通常被称为反激式变换器开关电源。
在开关晶体管的断开状态中，大部分输入电压在开关晶体管上下降，从而开关晶体管的击穿电压限制所述开关电源的可能的工作电压范围。常规的开关电源使用MOSFET以用于开关晶体管，其中，为了扩展工作电压范围，可以使用相应的高压MOSFET，然而，这显著增加了开关电源的成本。
发明内容
本发明的任务是提供一种具有扩展的工作电压范围的开关电源。
所述任务通过具有权利要求1的特征的开关电源来解决。本发明的特别有利的设计方案和进一步改进方案是从属权利要求的技术方案。
所述开关电源包括：变压器，所述变压器具有初级绕组和至少一个次级绕组，其中，在所述初级绕组上施加输入电压，并且所述至少一个次级绕组生成用于负载的输出电压；主开关，所述主开关与所述变压器的初级绕组串联连接；以及控制器，用于对主开关进行时钟控制。通过主开关的时钟控制，可以调节由变压器的至少一个次级绕组产生的输出电压。根据本发明，开关电源还包括至少一个附加开关，所述至少一个附加开关与主开关串联连接，使得附加开关与主开关同步地被断开。
换言之，根据本发明规定，通过与主开关串联的至少一个外部附加开关来补充具有集成的开关晶体管(在本发明的意义上是主开关)的标准反激式变换器。通过所述至少一个与主开关串联的附加开关，当这两个开关断开时，输入电压的电压降被分配到这两个串联连接的开关上，从而最大输入电压可以高于被包括在标准反激式变换器中的开关晶体管(通常为MOSFET)的击穿电压。使用这种附加开关，与使用高压开关晶体管来替代被集成在标准反激式变换器中的开关晶体管相比，是更成本有利的。
优选地，所述至少一个附加开关是自导通附加开关。在这种情况下，可以省去对附加开关的附加控制。
优选地，所述至少一个附加开关具有双极晶体管(BJT)。因为双极晶体管是电流控制的，所以附加开关可以以简单的方式被补充并且以所需的方式(尤其是与主开关同步地断开)运行。优选地，使用自导通双极晶体管。
在本发明的优选的实施方式中，所述至少一个附加开关具有达林顿晶体管。达林顿晶体管优选由两个双极晶体管构成。
附图说明
本发明的上述的以及另外的特征和优点从借助附图对优选的、非限制性的实施例的下面描述中被更好地理解。在此，唯一的图1示出根据本发明的一种实施例的开关电源的示意电路图。
具体实施方式
图1示例性地示出开关电源10，其具有用于将施加在输入接口上的电网电压V0转换成输入直流电压Vin的整流器12和输入电容14，该输入电容形成用于平滑输入电压Vin的直流电压中间电路。开关电源10还包括变压器16，所述变压器具有初级绕组17a和次级绕组17b。变压器16的初级绕组17a与输入电容14连接。变压器16的次级绕组17b向负载20提供输出直流电压Vout，其中，优选地通过输出电容19对输出电压Vout进行平滑，其中，输出电容19优选与二极管18一起形成低通滤波器。
在图1的实施例中，变压器16具有仅一个次级绕组17b，经由该次级绕组提供输出电压Vout。在本发明的其它实施方式中，变压器16也可以具有多个次级绕组17b，经由所述多个次级绕组可以将多个相同或不同的输出电压提供给负载。
此外，开关电源10包括反激式变换器，该反激式变换器具有与变压器16的初级绕组17a串联连接的主开关22并且具有用于对主开关22进行时钟控制的控制器24。在主开关22的闭合状态中，变压器16的初级绕组17a接收能量，所述能量在主开关22断开之后通过变压器16的次级绕组17b输出给负载20。主开关22可以集成在控制器24中，或者与控制器24分开地布置。
由主开关22和控制器24构成的反激式变换器在本发明的范围内不限于任何特定的实施方式。这意味着，在本发明的开关电源10中，原则上可以使用任意的反激式变换器或标准反激式变换器。反激式变换器的主开关22例如是MOSFET。反激式变换器的控制器24例如包括：调节回路，所述调节回路与用于检测在变压器的初级侧和/或次级侧上的电流和/或电压的测量单元连接；振荡器；以及脉宽调制器，用于产生在主开关22上的控制信号。
根据在反激式变换器中使用的主开关22的实施方式，开关电源10在输入直流电压Vin的特定范围中或在施加的电网电压V0中工作。为了扩展这些电压范围，除了具有集成的主开关22的反激式变换器外，设置至少一个附加开关26，所述至少一个附加开关与主开关22串联并且与变压器16的初级绕组17a串联。
在图1的实施例中，附加开关26以达林顿晶体管的形式设置有功率晶体管27a和驱动晶体管27b。达林顿晶体管26的功率晶体管27a和驱动晶体管27b优选地设计为双极晶体管(BJT)。在图1的实施例中，两个晶体管27a、27b例如设计为pnp晶体管。此外，例如一些电阻30a-30b与达林顿晶体管26连接，以用于对这两个晶体管27a、27b进行电流限制和电压设定。例如，两个电阻30a、30b改进达林顿晶体管26的阻断特性，并且两个电阻30c、30d调节通过达林顿晶体管26的驱动晶体管27b的电流。
如从图1的电路图中可见，达林顿晶体管是自导通的附加开关26，所述自导通的附加开关在正常状态下闭合并且在主开关22由控制器24断开时与该时钟控制基本上同步地同样断开。这在主开关22的闭合状态中通过闭合的主开关22和达林顿晶体管26的闭合的功率开关27a来实现通过变压器16的初级绕组17a的电流流动。在主开关22的断开状态中，通过初级绕组17a的电流流动停止并且因此通过达林顿晶体管26的这两个晶体管27a和27b的电流流动也停止，从而也断开达林顿晶体管26的功率晶体管27a。因为两个串联连接的晶体管22和27a于是断开，所以在串联电路17a、27a、22上的输入电压Vin的电压降分布到主开关22和功率开关27a上。作为结果，主开关22可以具有更低的击穿电压值，或者开关电源10的工作电压范围可以被扩展。
附图标记列表
10 开关电源(SMPS)
12 整流器
14 输入电容
16 变压器
17a 初级绕组
17b 次级绕组
18 二极管
19 输出电容
20 负载
22 主开关
24 控制器
26 附加开关
27a 功率晶体管
27b 驱动晶体管
30a、b 电阻
30c、d 电阻
V0 电网电压
Vin 输入电压
Vout 输出电压
Claims (4)
1.一种开关电源(10)，包括：
变压器(16)，所述变压器具有初级绕组(17a)和至少一个次级绕组(17b)，其中，在初级绕组(17a)上施加输入电压(Vin)，并且所述至少一个次级绕组(17b)产生用于负载(20)的输出电压(Vout)；
主开关(22)，所述主开关与变压器(16)的初级绕组(17)串联连接；和
控制器(24)，用于对主开关(22)进行时钟控制，
其特征在于，
至少一个附加开关(26)与主开关(22)串联连接成，使得所述至少一个附加开关(26)与主开关(22)同步地断开。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其中，所述至少一个附加开关(26)是自导通的附加开关。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源，其中，所述至少一个附加开关(26)具有双极晶体管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电源，其中，所述至少一个附加开关(26)具有达林顿晶体管。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020003031 | 2020-05-20 | ||
| DE102020003031.9 | 2020-05-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113708629A true CN113708629A (zh) | 2021-11-26 |
Family
ID=78647882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110311117.1A Pending CN113708629A (zh) | 2020-05-20 | 2021-03-24 | 开关电源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113708629A (zh) |
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2021
- 2021-03-24 CN CN202110311117.1A patent/CN113708629A/zh active Pending
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