CN114884368A - 一种基于高压输入的开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高压输入的开关电源电路，包括：变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。解决高压输入启动功耗小的问题，可应用于光伏等高压输入电源行业。

Description

一种基于高压输入的开关电源电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种基于高压输入的开关电源电路。
背景技术
开关电源(英文：Switching Mode Power Supply)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置。其功能是将一个标准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。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。
为了使开关管工作在饱和截止的开关状态，必须有一个激励脉冲作用到开关管的基极，这个激励脉冲一般是由专门的振荡器产生，而振荡器的工作电压则由启动电路来提供。
发明内容
本发明提供一种基于高压输入的开关电源电路，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明提供一种基于高压输入的开关电源电路，包括：变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；
所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。
优选的，所述变压器T1初级线圈的第一端连接电容C1负极，电容C1的正极连接输入电源正极；在所述电容C1的负极与输入电源负极之间连接电容C2，电容C2的正极连接电容C1的负极；所述变压器T1初级线圈的第二端连接场效应管V2的漏极；所述场效应管V2的源极连接所述输入电源负极。
优选的，所述场效应管V3的源极连接二极管VDb，二极管VDb输出端分别连接稳压二极管VZ2和电容C3的正极，所述稳压二极管VZ2和电容C3并联，所述电容C3的负极接地；
在稳压二极管VZ0与电容C0之间连接电阻R0和电阻R6，与所述电阻R6并联有二极管VD0。
优选的，当开关电源通电时，通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流；通过电阻R4、二极管VDb以及稳压二极管VZ2给电容C0和C3充电；当C3达到容值后，稳压二极管VZ0击穿，三极管VT1获得基极电流，并导通，场效应管V3栅极电压降低，直至关断，开关电源稳定工作。
优选的，当启动电路中存储在电容C0中的能量通过电阻R0和电阻R6释放时，三极管VT1的基极电压下降，三极管VT1关断，输入电压再次通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流。
优选的，通过调整电阻R1和电阻R3的值调整场效应管V3的启动和关断电压，通过调整电阻R3和电容C1的值调整启动延时时间。
优选的，考虑开关电源噪声或信号传输过程中产生的时间抖动，通过计算时间抖动，确定锁相时钟电路，减小抖动。
所述时间抖动计算公式如下：
Figure BDA0003656910440000021
其中，Δt为时间抖动，f0为信号中心频率，S(f)为相位信息的单边噪声功率谱密度函数；f1和f2为特定频段区间的两个频率值。
优选的，还包括通断控制电路；
所述通断控制电路包括：稳压二极管D2、电阻R7、电阻R8；所述稳压二极管D2串接在场效应管V1的栅极与场效应管V2的漏极之间；所述电阻R7串接在输入电源正极与场效应管V1的栅极之间；所述电阻R8串接在场效应管V1的栅极与输入电源负极之间。
优选的，所述输出反馈控制电路的输出端连接场效应管V2的栅极，用于根据变压器输出侧输出的电压值，控制所述场效应管V2的通断；
所述场效应管V1通断控制电路用于控制所述场效应管V1与所述场效应管V2的同时通断。
优选的，还包括：
电容C7串接在场效应管V1的漏极与源极之间；所述电容C3串接在场效应管V2的漏极和源极之间；所述电容C2与电容C3的容值相等，且大于10倍的场效应管V1、场效应管V2的输出电容；
还包括：二极管D3；所述二极管D3串接在场效应管V2的漏极与源极之间。
优选的，输出反馈控制电路包括PI控制器和PWM发生器，输出反馈控制电路中的PI控制器接收变压器次级线圈的输出电压作为反馈信号，并根据该反馈信号与PI控制器基准信号的差值作为调控信号，调控所述PWM发生器输出具有相应占空比的PWM信号，PWM信号直接控制场效应管V2的开通和关断时间，进而控制所述输入电源对控制IC的供电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供一种基于高压输入的开关电源电路，包括：变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。本发明的方案解决了传统启动电流功耗大的问题，并且可实现不间断供电，性能可靠，并且具备自启动功能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于高压输入的开关电源电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中开关电源启动电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于高压输入的开关电源电路，请参照图1至图2，该开关电源电路包括：变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；
所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；
所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。本发明的方案解决了传统启动电流功耗大的问题，并且可实现不间断供电，性能可靠，并且具备自启动功能。
在另一实施例中，所述变压器T1初级线圈的第一端连接电容C1负极，电容C1的正极连接输入电源正极；在所述电容C1的负极与输入电源负极之间连接电容C2，电容C2的正极连接电容C1的负极；所述变压器T1初级线圈的第二端连接场效应管V2的漏极；所述场效应管V2的源极连接所述输入电源负极。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述变压器T1初级线圈的第一端连接电容C1负极，电容C1的正极连接输入电源正极；在所述电容C1的负极与输入电源负极之间连接电容C2，电容C2的正极连接电容C1的负极；所述变压器T1初级线圈的第二端连接场效应管V2的漏极；所述场效应管V2的源极连接所述输入电源负极。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述变压器T1初级线圈的第一端连接电容C1负极，电容C1的正极连接输入电源正极；在所述电容C1的负极与输入电源负极之间连接电容C2，电容C2的正极连接电容C1的负极；所述变压器T1初级线圈的第二端连接场效应管V2的漏极；所述场效应管V2的源极连接所述输入电源负极。
在另一实施例中，所述场效应管V3的源极连接二极管VDb，二极管VDb输出端分别连接稳压二极管VZ2和电容C3的正极，所述稳压二极管VZ2和电容C3并联，所述电容C3的负极接地；
在稳压二极管VZ0与电容C0之间连接电阻R0和电阻R6，与所述电阻R6并联有二极管VD0。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述场效应管V3的源极连接二极管VDb，二极管VDb输出端分别连接稳压二极管VZ2和电容C3的正极，所述稳压二极管VZ2和电容C3并联，所述电容C3的负极接地；
在稳压二极管VZ0与电容C0之间连接电阻R0和电阻R6，与所述电阻R6并联有二极管VD0。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述场效应管V3的源极连接二极管VDb，二极管VDb输出端分别连接稳压二极管VZ2和电容C3的正极，所述稳压二极管VZ2和电容C3并联，所述电容C3的负极接地；
在稳压二极管VZ0与电容C0之间连接电阻R0和电阻R6，与所述电阻R6并联有二极管VD0。
在另一实施例中，当开关电源通电时，通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流；通过电阻R4、二极管VDb以及稳压二极管VZ2给电容C0和C3充电；当C3达到容值后，稳压二极管VZ0击穿，三极管VT1获得基极电流，并导通，场效应管V3栅极电压降低，直至关断，开关电源稳定工作。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是当开关电源通电时，通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流；通过电阻R4、二极管VDb以及稳压二极管VZ2给电容C0和C3充电；当C3达到容值后，稳压二极管VZ0击穿，三极管VT1获得基极电流，并导通，场效应管V3栅极电压降低，直至关断，开关电源稳定工作。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案当开关电源通电时，通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流；通过电阻R4、二极管VDb以及稳压二极管VZ2给电容C0和C3充电；当C3达到容值后，稳压二极管VZ0击穿，三极管VT1获得基极电流，并导通，场效应管V3栅极电压降低，直至关断，开关电源稳定工作。
在另一实施例中，当启动电路中存储在电容C0中的能量通过电阻R0和电阻R6释放时，三极管VT1的基极电压下降，三极管VT1关断，输入电压再次通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是当启动电路中存储在电容C0中的能量通过电阻R0和电阻R6释放时，三极管VT1的基极电压下降，三极管VT1关断，输入电压再次通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案当启动电路中存储在电容C0中的能量通过电阻R0和电阻R6释放时，三极管VT1的基极电压下降，三极管VT1关断，输入电压再次通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流。
在另一实施例中，通过调整电阻R1和电阻R3的值调整场效应管V3的启动和关断电压，通过调整电阻R3和电容C1的值调整启动延时时间。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是通过调整电阻R1和电阻R3的值调整场效应管V3的启动和关断电压，通过调整电阻R3和电容C1的值调整启动延时时间。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案通过调整电阻R1和电阻R3的值调整场效应管V3的启动和关断电压，通过调整电阻R3和电容C1的值调整启动延时时间。
在另一实施例中，还包括通断控制电路；
所述通断控制电路包括：稳压二极管D2、电阻R7、电阻R8；所述稳压二极管D2串接在场效应管V1的栅极与场效应管V2的漏极之间；所述电阻R7串接在输入电源正极与场效应管V1的栅极之间；所述电阻R8串接在场效应管V1的栅极与输入电源负极之间。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括通断控制电路；
所述通断控制电路包括：稳压二极管D2、电阻R7、电阻R8；所述稳压二极管D2串接在场效应管V1的栅极与场效应管V2的漏极之间；所述电阻R7串接在输入电源正极与场效应管V1的栅极之间；所述电阻R8串接在场效应管V1的栅极与输入电源负极之间。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括通断控制电路；
所述通断控制电路包括：稳压二极管D2、电阻R7、电阻R8；所述稳压二极管D2串接在场效应管V1的栅极与场效应管V2的漏极之间；所述电阻R7串接在输入电源正极与场效应管V1的栅极之间；所述电阻R8串接在场效应管V1的栅极与输入电源负极之间。
在另一实施例中，所述输出反馈控制电路的输出端连接场效应管V2的栅极，用于根据变压器输出侧输出的电压值，控制所述场效应管V2的通断；
所述场效应管V1通断控制电路用于控制所述场效应管V1与所述场效应管V2的同时通断。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述输出反馈控制电路的输出端连接场效应管V2的栅极，用于根据变压器输出侧输出的电压值，控制所述场效应管V2的通断；
所述场效应管V1通断控制电路用于控制所述场效应管V1与所述场效应管V2的同时通断。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述输出反馈控制电路的输出端连接场效应管V2的栅极，用于根据变压器输出侧输出的电压值，控制所述场效应管V2的通断；
所述场效应管V1通断控制电路用于控制所述场效应管V1与所述场效应管V2的同时通断。
在另一实施例中，还包括：
电容C7串接在场效应管V1的漏极与源极之间；所述电容C3串接在场效应管V2的漏极和源极之间；所述电容C2与电容C3的容值相等，且大于10倍的场效应管V1、场效应管V2的输出电容；
还包括：二极管D3；所述二极管D3串接在场效应管V2的漏极与源极之间。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括：
电容C7串接在场效应管V1的漏极与源极之间；所述电容C3串接在场效应管V2的漏极和源极之间；所述电容C2与电容C3的容值相等，且大于10倍的场效应管V1、场效应管V2的输出电容；
还包括：二极管D3；所述二极管D3串接在场效应管V2的漏极与源极之间。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括：
电容C7串接在场效应管V1的漏极与源极之间；所述电容C3串接在场效应管V2的漏极和源极之间；所述电容C2与电容C3的容值相等，且大于10倍的场效应管V1、场效应管V2的输出电容；
还包括：二极管D3；所述二极管D3串接在场效应管V2的漏极与源极之间。
具体的，电容C7与电容C7的容值相等，且大于10倍的MOSFET管V1、V2的输出电容。电容C7、C7分别并联在MOSFET管V1、V2两边，使得等效输出电容近似相等。例如，MOSFET管V1等效输出电容是1nF，MOSFET管V2等效输出电容是2nF，如果C7、C7选择20nF，那么整体的输出电容分别为21nF和22nF，近似相等。
电容C7、C8作为均压电容，解决了MOSFET管V1、V2的栅极与源极之间的等效电容不相等产生的动态均压不等的问题，提高了电路的稳定性。
若出现电阻R8损坏不能正常工作时，MOSFET管V2的关断将产生延迟，造成关闭比MOSFET管V1延迟，当MOSFET管V1关断，而MOSFET管V2还未关断的间隔中，MOSFETA管V2的电压较高，可能会由于过高的电压而被损坏。为了防止MOSFETA管V2因两端电压过大而失效，设置与MOSFETA管V2并联的二极管D3，二极管D3串接在MOSFET管V2的栅极与源极之间。在MOSFETA管V2两端电压过高时，直接分走过多的电流；解决了在MOSFET管V1、V2不同时关断的情况下，MOSFETA管V2可能会因两端电压过大而失效的问题，提高了电路的稳定性。
在另一实施例中，输出反馈控制电路包括PI控制器和PWM发生器，输出反馈控制电路中的PI控制器接收变压器次级线圈的输出电压作为反馈信号，并根据该反馈信号与PI控制器基准信号的差值作为调控信号，调控所述PWM发生器输出具有相应占空比的PWM信号，PWM信号直接控制场效应管V2的开通和关断时间，进而控制所述输入电源对控制IC的供电。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是输出反馈控制电路包括PI控制器和PWM发生器，输出反馈控制电路中的PI控制器接收变压器次级线圈的输出电压作为反馈信号，并根据该反馈信号与PI控制器基准信号的差值作为调控信号，调控所述PWM发生器输出具有相应占空比的PWM信号，PWM信号直接控制场效应管V2的开通和关断时间，进而控制所述输入电源对控制IC的供电。
上述技术方案的技术效果为：采用本实施例提供的方案输出反馈控制电路包括PI控制器和PWM发生器，输出反馈控制电路中的PI控制器接收变压器次级线圈的输出电压作为反馈信号，并根据该反馈信号与PI控制器基准信号的差值作为调控信号，调控所述PWM发生器输出具有相应占空比的PWM信号，PWM信号直接控制场效应管V2的开通和关断时间，进而控制所述输入电源对控制IC的供电。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，包括：变压器T1；场效应管V1、V2和V3；电容C0和C3；稳压二极管VZ0、VZ1和VZ2；二极管VDb，以及三极管VT1；
所述场效应管V3的漏极通过电阻R4连接输入电源正极，所述场效应管V3的源极通过稳压二极管VZ1以及电阻R3连接输入电源正极；所述场效应管V3的栅极连接三极管VT1的集电极，所述三极管VT1的基极稳压二极管通过稳压二极管VZ0连接电容C0。
2.根据权利要求1所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，所述变压器T1初级线圈的第一端连接电容C1负极，电容C1的正极连接输入电源正极；在所述电容C1的负极与输入电源负极之间连接电容C2，电容C2的正极连接电容C1的负极；所述变压器T1初级线圈的第二端连接场效应管V2的漏极；所述场效应管V2的源极连接所述输入电源负极。
3.根据权利要求2所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，
所述场效应管V3的源极连接二极管VDb，二极管VDb输出端分别连接稳压二极管VZ2和电容C3的正极，所述稳压二极管VZ2和电容C3并联，所述电容C3的负极接地；
在稳压二极管VZ0与电容C0之间连接电阻R0和电阻R6，与所述电阻R6并联有二极管VD0。
4.根据权利要求3所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，
当开关电源通电时，通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流；通过电阻R4、二极管VDb以及稳压二极管VZ2给电容C0和C3充电；当C3达到容值后，稳压二极管VZ0击穿，三极管VT1获得基极电流，并导通，场效应管V3栅极电压降低，直至关断，开关电源稳定工作。
5.根据权利要求3所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，当启动电路中存储在电容C0中的能量通过电阻R0和电阻R6释放时，三极管VT1的基极电压下降，三极管VT1关断，输入电压再次通过电阻R3和稳压二极管VZ1启动场效应管V3，以给控制IC提供电流。
6.根据权利要求5所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，
通过调整电阻R1和电阻R3的值调整场效应管V3的启动和关断电压，通过调整电阻R3和电容C1的值调整启动延时时间。
7.根据权利要求1所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，还包括通断控制电路；
所述通断控制电路包括：稳压二极管D2、电阻R7、电阻R8；所述稳压二极管D2串接在场效应管V1的栅极与场效应管V2的漏极之间；所述电阻R7串接在输入电源正极与场效应管V1的栅极之间；所述电阻R8串接在场效应管V1的栅极与输入电源负极之间。
8.根据权利要求7所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，所述输出反馈控制电路的输出端连接场效应管V2的栅极，用于根据变压器输出侧输出的电压值，控制所述场效应管V2的通断；
所述场效应管V1通断控制电路用于控制所述场效应管V1与所述场效应管V2的同时通断。
9.根据权利要求8所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，还包括：
电容C7串接在场效应管V1的漏极与源极之间；所述电容C3串接在场效应管V2的漏极和源极之间；所述电容C2与电容C3的容值相等，且大于10倍的场效应管V1、场效应管V2的输出电容；
还包括：二极管D3；所述二极管D3串接在场效应管V2的漏极与源极之间。
10.根据权利要求1所述的基于高压输入的开关电源电路，其特征在于，输出反馈控制电路包括PI控制器和PWM发生器，输出反馈控制电路中的PI控制器接收变压器次级线圈的输出电压作为反馈信号，并根据该反馈信号与PI控制器基准信号的差值作为调控信号，调控所述PWM发生器输出具有相应占空比的PWM信号，PWM信号直接控制场效应管V2的开通和关断时间，进而控制所述输入电源对控制IC的供电。
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