CN1949418A - 电源装置及其变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种两路输出互相解耦的电源装置及其变压器，所述电源装置包括功率因数校正电路、多开关变换电路和变压器，所述变压器包括原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组的输入接交流，至少一个副边绕组和原边绕组紧密耦合，其输出接负载或整流电路；至少另一个副边绕组与原边绕组松散耦合，其输出接有振荡电容和负载。所述多开关变换电路可以是推挽电路拓扑、半桥电路拓扑和全桥电路拓扑中的一种，并通过变换频率来控制输出。本发明在实现两路输出互相独立的同时，可以降低电源成本，降低功耗。

Description

电源装置及其变压器
技术领域
本发明涉及电器领域，具体涉及电器中使用的一种两路输出的电源装置及其变压器。
背景技术
液晶显示装置包括背光模块和液晶面板，背光模块用于为所述本身不发光的液晶面板提供光源。无论背光模块或液晶面板，都需要电源为其供电。
参阅图1，在某些液晶显示装置的应用场合，如液晶电视二合一电源的应用中，除了为背光模块内提供高压交流给灯管负载的灯管驱动电源外，还需要提供一个隔离的低压直流电给液晶面板内的控制和图像处理电路以及功放电路供电，该低压直流电源称为控制电源。
图中控制电源输出18～24V直流电到功放电路，输出12V，5V，5VSTB直流电到控制和图像处理电路。
另外交流整流输入后，通常还必须在整流电路和灯管驱动电路之间加一个功率因数校正电路，因此液晶电视电源一般至少有三个较大功率的电源电路。这三个电源电路中，灯管驱动电路和功率因数校正电路因为控制对象单一，电路比较标准；而控制电源因为用户电路的不同、时序不同、输出电压各不一样而标准性最差，从而不利于液晶显示装置电源的标准统一和大规模生产。另外所述三个大功率电源成本也较高，变换效率也差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新式的两路输出互相解耦的变压器。
本发明要解决的技术问题是还提供一种低成本的电源装置。
为解决上述第一技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种变压器，包括原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组的输入接交流，所述至少一个副边绕组和原边绕组紧密耦合，所述至少另一个副边绕组和原边绕组松散耦合。
为解决上述第二技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种电源装置，包括变压器，所述变压器包括原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组的输入接交流，所述至少一个副边绕组和原边绕组紧密耦合，所述至少另一个副边绕组与原边绕组松散耦合，输出串接或并串接有电容，所述副边绕组的漏感和所述电容构成所述振荡电路，一起驱动负载。
优选地，所述构成振荡电路的副边绕组数量为二，按电压叠加串联后接灯管负载和电容，所述构成振荡电路的两个副边绕组输出并联接分压检测电容，所述分压检测电容的中点接地。
优选地，所述至少一个和原边绕组紧密耦合的副边绕组数量为二，以电压叠加方式串联连接。
优选地，所述变压器数量为二，两个变压器的原边并联，两个变压器的紧密耦合的副边绕组电压串联叠加，两个变压器的松散耦合的副边绕组电压串联叠加。
优选地，进一步包括为所述变压器提供交流输入的多开关变换电路，所述多开关变换电路是通过改变频率控制输出的推挽电路拓扑、半桥电路拓扑或全桥电路拓扑电路。
优选地，进一步包括功率因数校正电路，其输出高压直流到所述多开关变换电路。
优选地，所述与原边绕组紧密耦合的副边绕组输出直接驱动负载或经整流电路后驱动负载。
优选地，所述驱动负载的电压是18～24V直流电压之中的任意一个电压值。
优选地，所述副边绕组和原边绕组紧密耦合是指副边绕组和原边绕组同在一个同心圆平面内，所述副边绕组和原边绕组松散耦合是指副边绕组与原边绕组不在一个同心圆平面内，并且爬电距离至少为6毫米。
以上第一技术方案可以看出，由于本发明变压器包括两路输出，与变压器原边绕组松散耦合的副边绕组可用于驱动灯管，与变压器原边绕组紧密耦合的副边绕组可用于向用户电路供电。相比现有电源技术，省略了专门用于驱动用户电路的控制电源，成本大为降低，功耗也有效降低。另外，因为与原边绕组紧密耦合，驱动其他电路的变压器副边绕组其整流输出的低压直流电压与多开关变换电路的控制频率无关，其稳定度取决于功率因数校正电路输出的稳定，可正常供电给功放电路，同时向用户的DC/DC电路供电，提供控制和图像处理电路的所需要的各种电压和时序。
这种变压器作为电源装置与液晶屏组成一个整体后，电源的输出可以归一化为一种电压，易于形成标准，方便用户使用，从而为大批量生产打下了基础。而一个变换器在控制灯管的同时还能提供控制电源，显然成本是极低的。
以上第二技术方案可以看出，由于本发明电源装置仅需要一个变压器，得到两路输出分别驱动不同负载，相比现有电源技术，省略了一个较大功率的变换器，成本大为降低；当多开关变换电路采用半桥电路拓扑时，由于实现了零电压开关，功耗有效降低。另外与原边绕组紧密耦合的变压器副边绕组其整流输出的直流电压与多开关变换电路的控制频率无关，其稳定度取决于功率因数校正电路输出的稳定，可以满足一般要求。而与原边绕组松散耦合的变压器副边绕组的输出则直接受控于多开关变换电路的控制频率，即变压器两路输出是分别独立控制的。这样，就实现了一种低成本高效率的两路输出互相解耦的电源装置。
附图说明
图1是现有技术液晶电视电源装置的电路原理图；
图2是本发明电源装置的电路原理图；
图3是本发明电源装置第一实施方式的电路图；
图4是本发明变压器第一实施方式的剖面示意图；
图5是本发明变压器第二实施方式的剖面示意图；
图6是本发明电源装置第二实施方式的电路图；
图7是本发明变压器第三实施方式的剖面示意图；
图8是本发明变压器第四实施方式的剖面示意图；
图9是本发明电源装置第三实施方式的电路图；
图10是本发明电源装置第四实施方式的电路图；
图11是本发明电源装置第五实施方式的电路图；
图12是本发明电源装置中多开关变换电路第一实施方式的电路图；
图13是本发明电源装置中多开关变换电路第二实施方式的电路图；
图14是本发明电源装置中多开关变换电路第三实施方式的电路图。
具体实施方式
参阅图2，本发明基本原理是：在灯管驱动电源中采用两路输出互相解耦的开关电源变换器后，灯管驱动电源中的变压器设置两路输出。其一，与原边绕组松散耦合的变压器副边绕组去驱动灯管，通过改变开关频率可以控制灯管中的电流；其二，与原边紧密耦合的变压器副边绕组整流输出的低压直流电压则与开关频率无关，稳定度取决于功率因数校正电路PFC输出电压的稳定。这样只要设置一个很小功率的待机电源，就可以省略图1所示现有技术液晶电视二合一电源中的较大功率的控制电源。
参阅图3，本发明电源装置的一个基本实施方式包括一个变压器Tr，所述变压器Tr包括一个原边绕组N1和两个副边绕组N2，N3。所述原边绕组N1的输入接交流，副边绕组N2和原边绕组N1紧密耦合，另一个副边绕组N3与原边绕组松散耦合，输出串接有电容C3，所述副边绕组的漏感和所述电容C3构成振荡电路，一起驱动负载灯管负载RL。电容C1与N3并接，是分压检测电容。
上面的电源装置仅需要一个变压器，得到两路输出分别驱动灯管和其他电路，相比现有技术电源省略专门用于驱动其他电路的控制电源，成本大为降低，功耗有效降低。另外，因为与原边绕组N1紧密耦合，驱动其他电路的变压器副边绕组其整流输出的低压直流电压与原边绕组N1输入的交流频率无关，可正常供电给功放电路，满足使用者需求。此外，本发明可以按照实际需要设置多个变压器，任意组合构成数量比变压器多的多路输出，也可以降低成本。
以下结合实施方式和附图，对本发明进行详细描述。
再参阅图3，本发明电源装置第一实施方式包括接电网的整流电路、接整流电路直流输出的功率因数校正电路、接功率因数校正电路高压直流输出的多开关变换电路以及接多开关变换电路交流输出的变压器T1。
所述变压器T1包括一个原边绕组N1和两个副边绕组N2，N3，。所述原边绕组N1的输入接多开关变换电路交流输出，副边绕组N2和原边绕组N1紧密耦合，其输出接全桥整流电路。所述接副边绕组N2的全桥整流电路输出接串连的电感Lf和电容Cf。负载R2和所述电容Cf并联，负载上的压降为V2。另一个副边绕组N3接灯管负载RL。与灯管串接的电容C3或与N3并接的电容C1和电感L构成振荡电路，提供给灯管需要的交流电。所述多开关变换电路是半桥变换电路。
在本实施方式中，副边绕组N3和原边绕组松散耦合，N1和N3的漏感形成所述电感L，与所述电容C1和C3构成振荡电路，驱动所述灯管。在其他实施方式中，电感L可以独立于副边绕组N3。即如图3所示，电感L是与变压器T1分离的独立电感，而副边绕组N3和原边绕组紧密耦合。
参阅图4，所述变压器的副边绕组和原边绕组紧密耦合是指副边绕组N2位于原边绕组N1和磁芯柱(未标示)之间，同在一个同心圆平面内，形成同心圆层叠结构。副边绕组N3则缠绕在磁芯柱另一端，并且与所述原边绕组N1/副边绕组N2隔开，不在一个同心圆平面内，形成至少大于6mm的爬电距离。
参阅图5，在另一实施方式中，所述变压器的副边绕组和原边绕组紧密耦合是指副边绕组N2位于两层原边绕组N1之间，形成同心圆三明治结构。
从以上可以看出，本发明电源装置仅需要一个变压器就可以得到两路输出，分别驱动灯管和液晶电视的用户电路，相比现有技术，省略了专门用于驱动用户电路的大功率控制电源。只要补充一个很小功率的待机电源来供电给CPU电路，即可实现液晶电视二合一电源的应用或其他类似应用，成本大为降低，功耗有效降低。另外，因为与原边绕组N1紧密耦合，变压器的副边绕组N2其整流输出的低压直流电压与原边绕组N1输入的交流频率无关，只与功率因数校正电路的输出关联，其稳定度可正常供电给功放电路，满足用户的需求。
由于采用两路输出互相解耦的半桥变换电路仍然工作在零电压开关状态，因此变换效率仍然很高，整个电源装置的效率也得到了提高。变压器副边绕组N2输出的低压直流电压被设计在18～24V之中的任意一个电压值，可以直接给功放电路供电，其稳定度是满足要求的。至于控制和图像处理电路所需要的各种控制电压可以在用户电路板上增加一些简单的DC/DC变化电路即可，这样控制电压及其时序就可由控制和图像处理电路直接控制。
采用本发明电源装置后，液晶电视电源可以直接由液晶屏生产厂家配套提供，给用户的接口只有一个5V待机电压和启动后输出的18～24V电压，用户在电源上可以节省大量的时间和精力，而液晶电视电源的成本因为大规模标准化生产而大大降低。这种变压器作为电源装置与液晶屏组成一个整体后，电源的输出可以归一化为一种电压，易于形成标准，方便用户使用，从而为大批量生产打下了基础。而一个变换器在控制灯管的同时还能提供控制电源，显然成本是极低的。
除了在液晶电视电源上的应用外，两路输出互相解耦的开关电源变换器也可以应用在类似的场合。
参阅图6，本发明电源装置第二实施方式和第一实施方式类似，不同之处在于：
一、接灯管负载的变压器副边绕组一分为二，变为按电压叠加串联的两个副边绕组N3和N31。灯管串接的两个电容C3，C31，最后接在所述按电压叠加串联的两个副边绕组N3和N31输出端。所述两个副边绕组N3和N31输出还并接有串连的分压检测电容C01，C1，C21以及C02，所述分压电容C01，C11和C21，C02的中点接地。C01和C11之间、C21和C02之间分别作为一个电压检测点，分别输出电压V3和V31。
二、所述电源装置还包括控制电路，其输入接来自所述分压检测电容C01，C11和C21，C02的电压检测值V3和V31，输出频率控制信号到多开关变换电路，以控制变压器的输出电压。
三、所述变压器结构如图7或图8所示。图7中的变压器原边绕组N1包围副边绕组N2，和图4的结构一样是紧密耦合结构。接灯管负载Lamp的副边绕组N3分处原边绕组N1两端，并且和原边绕组N1和副边绕组N2有一定爬电距离，比如至少6mm。图8中的变压器结构和图7中的变压器类似，不同之处在于副边绕组N2位于两层原边绕组N1之间，形成同心圆三明治结构。
上述实施方式更加完善灯管驱动电路结构，并且具有与所述第一实施方式所具有的优点。
参阅图9，本发明电源装置第三实施方式和第二实施方式类似，不同之处在于：
和原边绕组紧密耦合的变压器副边绕组一分为二，两个副边绕组N2和N21按电压叠加方式串联连接，两副边绕组的中点接地，输出接全波整流电路。本实施方式具有与所述第二实施方式所具有的优点。
参阅图10，本发明电源装置第四实施方式和第三实施方式类似，不同之处在于：
所述变压器数量为二，两个变压器的原边并联，两个变压器的紧密耦合的副边绕组按电压叠加方式串联，其输出接全桥整流电路；两个变压器的松散耦合的副边绕组按电压叠加方式串联，其输出接电容后驱动灯管。所述多开关变换电路是半桥变换电路，所述半桥变换电路包括两个开关Q1和Q2，分别接控制电路的两个输出。而控制电路的输入则分别接收来自分压检测电容C01，C11和C21，C02的电压检测值V3和V31。本实施方式具有与所述第三实施方式所具有的优点。
参阅图11，本发明电源装置第五实施方式和第四实施方式类似，不同之处在于：
所述接副边绕组N2和N21的整流电路是全波整流电路，具体是：二极管D1和D2两个负极输出端合二为一，其总输出端接电感Lf，电感Lf两端分别接一个二极管D3的负极和滤波电容。二极管D1和D2的两个正极分别接副边绕组N2的热端和副边绕组N2的冷端。本实施方式具有与所述第四实施方式所具有的优点。
以上所有本发明实施方式的多开关变换电路，其结构可以是图12所示的推挽电路拓扑式多开关变换电路、图13所示的半桥电路拓扑式多开关变换电路或图14所示的全桥电路拓扑式多开关变换电路，包括4个开关Q1，Q2，Q3和Q4。
在其他实施方式中，灯管不一定是串接电容，而是并接在电容上，而电容则和变压器漏感一起构成振荡电路。
以上对本发明所提供的一种电源装置及其变压器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种变压器，包括原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组的输入接交流，其特征在于，所述至少一个副边绕组和原边绕组紧密耦合，所述至少另一个副边绕组和原边绕组松散耦合。
2.一种电源装置，包括变压器，所述变压器包括原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组的输入接交流，其特征在于，所述至少一个副边绕组和原边绕组紧密耦合，所述至少另一个副边绕组与原边绕组松散耦合，输出串接或并串接有电容，所述副边绕组的漏感和所述电容构成所述振荡电路，一起驱动负载。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述构成振荡电路的副边绕组数量为二，按电压叠加串联后接灯管负载和电容，所述构成振荡电路的两个副边绕组输出并联接分压检测电容，所述分压检测电容的中点接地。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述至少一个和原边绕组紧密耦合的副边绕组数量为二，以电压叠加方式串联连接。
5.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述变压器数量为二，两个变压器的原边并联，两个变压器的紧密耦合的副边绕组电压串联叠加，两个变压器的松散耦合的副边绕组电压串联叠加。
6.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，进一步包括为所述变压器提供交流输入的多开关变换电路，所述多开关变换电路是通过改变频率控制输出的推挽电路拓扑、半桥电路拓扑或全桥电路拓扑电路。
7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于，进一步包括功率因数校正电路，其输出高压直流到所述多开关变换电路。
8.根据权利要求2至7任一项所述的电源装置，其特征在于，所述与原边绕组紧密耦合的副边绕组输出直接驱动负载或经整流电路后驱动负载。
9.根据权利要求8所述的电源装置，其特征在于，所述驱动负载的电压是18～24V直流电压之中的任意一个电压值。
10.根据权利要求2至7任一项所述的电源装置，其特征在于，所述副边绕组和原边绕组紧密耦合是指副边绕组和原边绕组同在一个同心圆平面内，所述副边绕组和原边绕组松散耦合是指副边绕组与原边绕组不在一个同心圆平面内，并且爬电距离至少为6毫米。
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