CN201256072Y - 用自耦开关变压器的单管开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用自耦开关变压器的单管开关电源，属于开关电源技术领域。包括整流电路、驱动器电路、MOS开关管电路、开关变压器、缓冲电路、输出电路和反馈电路等，其开关变压器采用自耦开关变压器，原边线圈(L1)与副边线圈(L2)串接在一起，或者副边线圈(L2)从原边线圈(L1)抽头而成。自耦开关变压器的原边线圈(L1)通过二极管与输出负载形成回路。这种用自耦开关变压器的单管开关电源效率高，体积小，工作稳定，故障少，可靠性好，使用寿命长，便于与灯具组合在一起。

Description

用自耦开关变压器的单管开关电源

技术领域

本实用新型公开了一种用自耦开关变压器的单管开关电源，属于开关电源技术领域。

背景技术

单管开关电源是一种常见的降压直流电源，广泛地应用在照明灯具、充电器等小型电器设备上。随着节能照明灯具的发展，特别是发光二极管(LED)照明灯具的发展，常常要求单管开关电源与灯具整合为一体，因而要求单管开关电源效率高，体积小。

目前一种常见的典型的单管稳压开关电源的电路原理图见图1所示。从图1中可以看出单管稳压开关电源是由整流电路、驱动器电路、MOS开关管电路、开关变压器、缓冲电路、电压输出电路和反馈电路等几部分组成。外接交流市电经整流电路DB1整流后变为高压直流电，供整个开关电源工作。高压直流电经电阻R1降压后给驱动器供启动电流，使驱动器启动工作，电容C1、C2为滤波电容。驱动器输出脉冲信号，使MOS开关管周期性导通、关闭，实现脉宽调制(PWM)。当MOS开关管导通时，高压直流电通过开关变压器T的原边线圈L1，经副边线圈L2和二极管D2输出低压直流电。当MOS开关管关闭时，高压直流电断路，在原边线圈L1中产生反电势，反电势经由电阻R10、电容C5和二极管D3组成的缓冲电路释放，减少反电势对MOS开关管的损坏。

电阻R7是MOS开关管的源极电阻，电阻R6是采样电阻，当MOS开关管的工作电流过大时，电阻R7压降增大，驱动器从电阻R6采集信号后，将使MOS开关管关断，保护了MOS开关管。开关变压器T的副边线圈L3、限流电阻R2和整流二极管D1，向驱动器供给工作电流，维持驱动器正常工作。

经开关变压器T的副边线圈L2和肖特基二极管D2的脉动低电压直流电，由电容C3、C4和电感L4滤波后输出，供负载使用。

由电阻R3、R4、R5、集成电路Z1和光电耦合器U2组成反馈电路，当输出电压高于电阻R4、R5设置的基准电压时，集成电路Z1导通，进而使光电耦合器U2也导通，其输出信号将使驱动器减少MOS开关管工作的“占空比”；当输出电压低于电阻R4、R5设置的基准电压时，集成电路Z1和光电耦合器U2关闭，其输出信号将使驱动器增加MOS开关管工作的“占空比”；如此周而复始地使开关电源的输出电压稳定在预定范围，实现了“稳压”。

单管恒流开关电源的电路原理图见图2所示。其电路与单管稳压开关电源的电路比较，只是输出电路和反馈电路不同。在单管恒流开关电源的电路中，经由开关变压器T的副边线圈L2、肖特基二极管D2的低压直流电，经后电容C3、C4和电感L4滤波后，负载串接电流采样电阻R5。反馈电路由放大器U3、电阻R3、R4、R5、R8、R9、R11、稳压二极管Z2和光电耦合器U2组成，由电阻R11和稳压二极管Z2提供给放大器U3稳定电压，由电阻R8、R9分压，预置放大器U3正端的基准电压，输出电流流过采样电阻R5，其电流信号经电阻R4输入放大器U3的负端。当输出电流过大时，电流信号大于基准电压，放大器U3导通，进而使光电耦合器U2也导通，光电耦合器U2的输出，减少了MOS开关管开关占空比；使输出电流减少；当输出电流过小时，电流信号小于基准电压，放大器U3不通，光电耦合器U2关闭，增加了MOS开关管开关占空比，使输出电流增大；如此周而复始，使输出电流限定在预置范围，实现了“恒流”。

在上述单管开关电源电路中，由于使用了隔离式开关变压器，使得单管开关电源电路效率较低，体积较大；缓冲电路消耗了一部分能量，也是单管开关电源电路效率较低的原因之一。另外，单管开关电源的驱动器的工作供电回路中，限流电阻R2，在宽电压(80～260VAC市电)工作条件下，损耗较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种用自耦开关变压器的单管开关电源，提高电路的工作效率，减少电路体积，并使在宽电压(80～260VAC市电)工作条件下提高效率。

本实用新型采用的技术方案是，包括整流电路、驱动器电路、MOS开关管电路、开关变压器、缓冲电路、输出电路和反馈电路等，其特征是：其开关变压器采用自耦开关变压器，原边线圈L1与副边线圈L2串接在一起，或者副边线圈L2从原边线圈L1抽头而成。

所述自耦开关变压器的原边线圈L1通过二极管与输出负载形成回路。

在输出电路中并联储能电容器。

所述自耦开关变压器的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路。

所述三端稳压电路由三极管、电阻、二极管和稳压二极管组成，副边线圈L3的输出端连接二极管的正端，二极管的负端连接三极管的集电极，三极管的发射极作为输出端连接到驱动器的供电端，电阻连接在三极管的集电极与基极之间，稳压二极管负极连接三极管的基极，稳压二极管正极与副边线圈L3的接地端共同连接电源母线负端。

所述自耦开关变压器的副边线圈L2从原边线圈L1抽头，通过二极管与负载构成低压输出回路，这样形成了电路的反激工作方式。

所述自耦开关变压器的副边线圈L2与原边线圈L1串接，通过二极管与负载构成低压输出回路，这样形成了电路的正激工作方式。

本实用新型所设计的用自耦开关变压器的单管开关电源具有如下优点：

1.由于采用自耦开关变压器，原边线圈L1与副边线圈L2串接在一起，或者原边线圈L1与副边线圈L2为一体的抽头线圈，使原边线圈L1工作电流和副边线圈L2的工作电流都经过负载，同时还减少了开关变压器的损耗，提高了开关变压器的效率，为减少开关变压器的体积创造了条件。

2.由于自耦开关变压器的原边线圈L1通过二极管接入副边线圈L2的输出回路中，使原边线圈L1反电势释放的能量反馈到副边线圈L2的输出回路中，使这部分能量给负载加以利用，提高了单管开关电源的效率，为减少开关变压器的体积创造了条件。

3.由于自耦开关变压器的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路，能供给驱动器较纯净的电源，使单管开关电源可以在宽电压(80-265VAC)的工作范围内，与用限流电阻R2的方案相比，损耗小。

附图说明

图1是一种常见的典型的单管稳压开关电源的电路原理图

图2是一种常见的典型的单管恒流开关电源的电路原理图

图3是一种用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路原理图

图4是一种用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路原理图

图5是一种用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路原理图

图6是一种用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路原理图

图7是一种宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路原理图

图8是一种宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路原理图

图9是一种宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路原理图

图10是一种宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路原理图

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路原理图见图3所示。

用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源是由整流电路、驱动器电路、MOS开关管电路、自耦开关变压器、电压输出电路和反馈电路等几部分组成。自耦开关变压器T上的原边线圈L1和副边线圈L2串接在一起，此时单管稳压开关电源是正激工作状态，即当原边线圈L1得电时，副边线圈L2也输出电压。

外接交流市电经整流电路DB1整流后变为高压直流电，供整个开关电源工作。高压直流电经电阻R1降压后给驱动器供启动电流，使驱动器启动工作，电容C1、C2为滤波电容。驱动器输出脉冲信号，使MOS开关管周期性导通、关闭，实现脉宽调制(PWM)。

当MOS开关管导通时，高压直流电通过自耦开关变压器T的原边线圈L1，使副边线圈L2和二极管D2输出低压直流电；当MOS开关管关闭时，高压直流电断路，在原边线圈L1中产生反电势，反电势经过二极管D3，输入副边线圈L2的输出回路中，使原边线圈L1反电势释放的能量反馈给负载，使这部分能量得以利用。

电阻R7是MOS开关管的源极电阻，电阻R6是采样电阻，当MOS开关管的工作电流过大时，过流电压经R6反馈给驱动器，使MOS开关管停止工作。

自耦开关变压器T的副边线圈L3产生的电压经限流电阻R2和二极管D1整流后向驱动器供给工作电流，维持驱动器正常工作。

自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的输出电路是：将负载串联在高压直流电源母线的正极与自耦开关变压器T上的原、副边线圈L2，L1之间；在输出电路中并联储能电容C3。由电阻R3、R4、R5、集成电路Z1和光电耦合器U2组成反馈电路。当输出电压过高时，分压检测电阻R4、R5给出信号，使集成电路Z1导通，进而使光电耦合器U2也导通，其输出信号将使驱动器减少MOS开关管工作的“占空比”，降低输出电压；当输出电压过低时，集成电路Z1和光电耦合器U2关闭，其输出信号将使驱动器增加MOS开关管工作的“占空比”。光电耦合器U2解决了不同电位传输反馈信号的问题。

这种单管稳压正激开关电源采用自耦开关变压器，原边线圈L1与副边线圈L2串接在一起，使原边线圈L1工作电流和副边线圈L2的工作电流都经过负载，同时还减少了开关变压器的损耗，提高了开关变压器的效率，因而可以减少开关变压器的体积，提高效率高，使其工作稳定，故障少，可靠性好，使用寿命长，便于与灯具组合在一起。

由于自耦开关变压器的原边线圈L1通过二极管D3接入副边线圈L2的输出回路中，使原边线圈L1反电势释放的能量进入了副边线圈L2的输出回路中，使这部分能量得以利用，提高了单管开关电源的效率。

实施例2

本实施例所述的用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路原理图见图4所示。

本实施例所述用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路与实施例1所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T的副边线圈L2是从原边线圈L1中抽头，此时单管稳压开关电源是反激工作状态，即当原边线圈L1得电时，自耦开关变压器T储能，副边线圈L2不输出电压；当原边线圈L1关断时，副边线圈L2经D2输出低压直流电。

用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路与实施例1所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路工作原理相同，其优点也相同。

实施例3

本实施例所述的用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路原理图见图5所示。

本实施例所述用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路与实施例1所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是输出电路和反馈电路不同。

用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电流输出回路是：将负载和采样电阻R5串联在高压直流电源母线的正极与自耦开关变压器T的原边线圈L1和副边线圈L2之间。

在输出电路中的采样电阻R5和输出端上并联储能电容C3。反馈电路由放大器U3、电阻R3、R4、R5、R8、R9、R11稳压二极管Z2和光电耦合器U2组成。电阻R8、R9、R11和稳压二极管Z2构成放大器U3的正端的基准电压，输出电流流过采样电阻R5，其电流信号经电阻R4送入放大器U3的负端。

当输出电流过大时，电流信号大于基准电压，放大器U3导通，进而使光电耦合器U2也导通，其输出信号将使驱动器减少MOS开关管工作的“占空比”；

当输出电流过小时，放大器U3和光电耦合器U2关闭，驱动器增大MOS开关管工作的“占空比”。周而复始地输出“恒流”。光电耦合器U2解决了不同电位传输反馈信号的问题。

这种用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的优点与实施例1所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的优点相同。

实施例4

本实施例所述的用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路原理图见图6所示。

本实施例所述用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路与实施例3所述的用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T上的原边线圈L1和副边线圈L2为一体的抽头线圈，此时单管稳压开关电源是反激工作状态。

这种用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的优点与实施例3所述的用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的优点相同。

实施例5

本实施例所述的宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路原理图见图7所示。

本实施例所述宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路与实施例3所述的用自耦开关变压器的单管恒流正激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路，三端稳压电路由三极管Q2、电阻R2、二极管D1和稳压二极管Z3组成，副边线圈L3的输出端连接二极管D1的正端，二极管D1的负端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极作为输出端连接到驱动器的供电端，电阻R2连接在三极管Q2的集电极与基极之间，稳压二极管Z3负端连接在三极管Q2的基极，稳压二极管Z3正端与副边线圈L3的接地端共同接电源母线负端。由于三端稳压电路使供给驱动器的电压不再受输入电压波动的影响，这种供电方式比用限流电阻R2的供电方式节能。

实施例6

本实施例所述的宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路原理图见图8所示。

本实施例所述宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路与实施例1所述的用自耦开关变压器的单管稳压正激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路，三端稳压电路与实施例5中所述的三端稳压电路相同，其优点也相同。

实施例7

本实施例所述的宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路原理图见图9所示。

本实施例所述宽电压供电用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路与实施例4所述的用自耦开关变压器的单管恒流反激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路，三端稳压电路与实施例5中所述的三端稳压电路相同，其优点也相同。

实施例8

本实施例所述的宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路原理图见图10所示。

本实施例所述宽电压供电用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路与实施例2所述的用自耦开关变压器的单管稳压反激开关电源的电路结构基本相同，不同之处是自耦开关变压器T的副边线圈L3的输出端连接三端稳压电路，三端稳压电路与实施例5中所述的三端稳压电路相同，其优点也相同。

Claims (7)

1.一种用自耦开关变压器的单管开关电源，包括整流电路、驱动器电路、MOS开关管电路、开关变压器、缓冲电路、输出电路和反馈电路等，其特征是：其开关变压器采用自耦开关变压器，原边线圈(L1)与副边线圈(L2)串接在一起，或者副边线圈(L2)从原边线圈(L1)抽头而成。

2.根据权利要求1所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：自耦开关变压器的原边线圈(L1)通过二极管与输出负载形成回路。

3.根据权利要求1所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：在输出电路中并联储能电容器。

4.根据权利要求1或2所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：自耦开关变压器的副边线圈(L3)的输出端连接三端稳压电路。

5.根据权利要求4所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：所述三端稳压电路由三极管、电阻、二极管和稳压二极管组成，副边线圈(L3)的输出端连接二极管的正端，二极管的负端连接三极管的集电极，三极管的发射极作为输出端连接到驱动器的供电端，电阻连接在三极管的集电极与基极之间，稳压二极管负极连接三极管的基极，稳压二极管正极与副边线圈(L3)的接地端共同连接电源母线负端。

6.根据权利要求1所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：所述自耦开关变压器的副边线圈(L2)从原边线圈(L1)抽头，通过二极管与负载构成低压输出回路，这样形成了电路的反激工作方式。

7.根据权利要求1所述的用自耦开关变压器的单管开关电源，其特征还在于是：所述自耦开关变压器的副边线圈(L2)与原边线圈(L1)串接，通过二极管与负载构成低压输出回路，这样形成了电路的正激工作方式。

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