CN202634284U - 一种开关电源及其恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于开关电源领域，提供了一种开关电源及其恒流控制电路。在本实用新型中，通过采用包括功率开关管、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1的开关电源恒流控制电路，使脉冲调制器能够在不需要为变压器T1添加辅助绕组的情况下对变压器T1的副边电压进行采样以检测变压器的副边消磁时间，并根据变压器T1的副边消磁时间控制所述功率开关管以调整变压器T1的原边电流，进而在系统简捷与低成本的前提下实现恒流输出，从而解决了现有的开关电源所存在的系统复杂且成本高的问题。

Description

一种开关电源及其恒流控制电路

技术领域

本实用新型属于开关电源领域，尤其涉及一种开关电源及其恒流控制电路。

背景技术

目前，随着开关电源技术的不断发展，开关电源已经具备了效率高、体积小及成本低的优点，因此，开关电源越来越广泛地被应用于各种电子设备中。特别是在许多LED驱动电源中，开关电源还需要具备恒定电流输出功能。

为了能够实现恒流输出，现有的开关电源采用原边电流调制的方式，由脉冲调制器根据变压器辅助绕组的反馈信号检测变压器副边消磁时间，并根据该变压器副边消磁时间对功率开关管进行控制以实现恒流输出。上述现有的开关电源虽然能够实现恒流输出，但因其需要在变压器中加入辅助绕组以实现对变压器副边消磁时间的检测，其系统复杂，且成本相应增加。因此，现有的开关电源存在系统复杂且成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种开关电源恒流控制电路，旨在解决现有的开关电源所存在的系统复杂且成本高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种开关电源恒流控制电路，与负载连接，且包括脉冲调制器，所述开关电源恒流控制电路还包括：

功率开关管、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1；

所述功率开关管的控制端接所述脉冲调制器的脉冲输出端，且所述功率开关管的输入端接输入电压，所述采样电阻R1的第一端与所述功率开关管的输出端共接于所述脉冲调制器的电流采样端，所述采样电阻R1的第二端、所述分压电阻R2的第一端及所述脉冲调制器的接地端共接于所述变压器T1的初级绕组的第一端，所述分压电阻R2的第二端与所述分压电阻R3的第一端共接于所述脉冲调制器的电压采样端，所述分压电阻R3的第二端接所述变压器T1的初级绕组的抽头，所述变压器的初级绕组的第二端接地，所述变压器T1的次级绕组的第一端输出其副边消磁电流，所述变压器T1的次级绕组的第二端接输出地。

本实用新型还提供了一种包括所述开关电源恒流控制电路的开关电源。

在本实用新型中，通过采用包括所述功率开关管、所述采样电阻R1、所述分压电阻R2、所述分压电阻R3及所述变压器T1的开关电源恒流控制电路，使所述脉冲调制器能够在不需要为所述变压器T1添加辅助绕组的情况下对所述变压器T1的副边电压进行采样以检测变压器的副边消磁时间，并根据所述变压器T1的副边消磁时间控制所述功率开关管以调整所述变压器T1的原边电流，进而在系统简单与低成本的前提下实现恒流输出，从而解决了现有的开关电源所存在的系统复杂且成本高的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的开关电源恒流控制电路的电路结构图；

图2是本实用新型实施例提供的开关电源恒流控制电路中变压器的初级绕组电流、次级绕组电流及变压器反馈电压的波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型实施例中，通过采用包括功率开关管、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1的开关电源恒流控制电路，使脉冲调制器能够在不需要为变压器T1添加辅助绕组的情况下对变压器T1的副边电压进行采样以检测变压器的副边消磁时间，并根据变压器T1的副边消磁时间控制所述功率开关管以调整变压器T1的原边电流，进而在系统简捷与低成本的前提下实现恒流输出。

图1示出了本实用新型实施例所提供的开关电源恒流控制电路的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例所提供的开关电源恒流控制电路与负载200连接，且包括脉冲调制器U1，该开关电源恒流控制电路还包括：

功率开关管100、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1；

功率开关管100的控制端接脉冲调制器U1的脉冲输出端GATE，且功率开关管100的输入端接输入电压V_DC，采样电阻R1的第一端与功率开关管100的输出端共接于脉冲调制器U1的电流采样端CS，采样电阻R1的第二端、分压电阻R2的第一端及脉冲调制器U1的接地端GND共接于变压器T1的初级绕组的第一端1，分压电阻R2的第二端与分压电阻R3的第一端共接于脉冲调制器U1的电压采样端FB，分压电阻R3的第二端接变压器T1的初级绕组的抽头3，变压器T1的初级绕组的第二端2接地，变压器T1的次级绕组的第一端4输出其副边消磁电流，变压器T1的次级绕组的第二端5接输出地。其中，功率开关管100可为MOS管或晶体管，用户可根据实际应用需求对不同类型的MOS管或晶体管进行选用以作为功率开关管100；脉冲调制器U1可从输入电压V_DC直接获得供电。

开关电源恒流控制电路还包括滤波电容C1、滤波电容C2及整流二极管D1，滤波电容C1的正极和负极分别与功率开关管100的输入端和变压器T1的初级绕组的第二端2相连接，滤波电容C2的正极接变压器T1的次级绕组的第一端4，滤波电容C2的负极与负载200的输出端共接于变压器T1的次级绕组的第二端5，整流二极管D1的阳极接变压器T1的次级绕组的第一端4，整流二极管D1的阴极接负载200的输入端。其中，负载200可以是串联、并联或串并联组合的LED灯组，也可以是其他的需要恒流驱动的装置。

作为本实用新型一优选实施例，功率开关管100为NMOS管Q1（如图1所示），NMOS管Q1的漏极、源极和栅极分别为功率开关管100的输入端、输出端和控制端。

以下结合工作原理对上述开关电源恒流控制电路作进一步说明：

由于上述开关电源恒流控制电路是采用原边调制的方式实现恒流控制的，且可工作与断续工作模式下，则其输出电流I_out与变压器T1的副边消磁平均电流I_{s_avg}（即变压器T1的次级绕组的消磁平均电流）的关系如以下等式：

I_out＝I_{s_avg}（1）

变压器T1的副边消磁平均电流I_{s_avg}与变压器T1的副边消磁峰值电流I_{s_pk}（即变压器T1的次级绕组的消磁峰值电流）、变压器T1的副边消磁时间t_D（即变压器T1的次级绕组的消磁时间）及NMOS管Q1的开关周期T_s之间的关系如下式所示：

$I_{s\_\mathrm{avg}}=\frac{I_{s\_\mathrm{pk}}\×t_D}{{2T}_s}---\left(2\right)$

且变压器T1的原边峰值电流I_pk（即变压器T1的初级绕组的峰值电流）与其副边消磁峰值电流I_{s_pk}的关系如以下等式：

$I_{s\_\mathrm{pk}}=\frac{N_p}{N_s}\·I_{\mathrm{pk}}---\left(3\right)$

其中，N_p和N_s分别为变压器T1的初级绕组和次级绕组的匝数。因此，由上述等式（1）、（2）及（3）可得如下等式：

$I_{\mathrm{out}}=\frac{t_D}{{2T}_s}\·\frac{N_p}{N_s}\·I_{\mathrm{pk}}---\left(4\right)$

由上述等式（4）可知，在变压器T1的初级绕组和次级绕组的匝数固定（即

固定不变）时，需要实现恒流输出也就是需要保证I_out恒定，则需要保证

不变。而脉冲调制器U1对NMOS管Q1的调制方式可以是PFM(PulseFrequency Modulation，脉冲频率调制）或PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）。在PFM方式下，NMOS管Q1的开关周期T_s不固定，则需要由脉冲调制器U1根据所检测到的变压器T1的副边消磁时间t_D以调整NMOS管Q1的开关周期T_s；而在PWM方式下，NMOS管Q1的开关周期T_s是固定不变的，则需要通过脉冲调制U1根据所检测到的变压器T1的副边消磁时间t_D以调整NMOS管Q1在开关周期Ts内的开关占空比，从而对I_pk进行调整以保证I_out恒定。

从上述可知，脉冲调制器U1工作于PFM方式或PWM方式下均需要对变压器T1的副边消磁时间t_D进行检测，而在本实用新型实施例中，通过分压电阻R2和分压电阻R3从变压器T1的初级绕组的抽头3对变压器T1的副边电压（即变压器T1的次级绕组两端的电压）进行采样并产生反馈电压V_FB。而对于V_FB，其与变压器T1的初级绕组的抽头3对脉冲调制器U1的接地端GND的电压V_X之间的关系如下式所示：

$V_{\mathrm{FB}}=V_X\×\frac{R2}{R2+R3}---\left(5\right)$

而在NMOS管Q1导通时（NMOS管Q1与电阻R1的电压降都非常小，则V_in与V_DC近似相等），相对于脉冲调制器U1的接地端GND，V_X的值为：

$V_X=-V_{\mathrm{DC}}\×\frac{N_{p1}}{N_p}---\left(6\right)$

其中，N_p1为变压器T1的初级绕组的第一端1与抽头3之间的匝数。

在NMOS管Q1关断且变压器T1的副边进行消磁时，相对于脉冲调制器U1的接地端GND，V_X的值为：

$V_X=V_{\mathrm{out}}\×\frac{N_{p1}}{\mathrm{Ns}}---\left(7\right)$

于是，从等式（5）、（6）、（7）可知，在NMOS管Q1导通时，反馈电压V_FB1为：

$V_{\mathrm{FB}1}=-V_{\mathrm{DC}}\×\frac{N_{p1}}{N_p}\×\frac{R2}{R2+R3}---\left(8\right)$

而在NMOS管Q1关断且变压器T1的副边进行消磁时，反馈电压V_FB2为：

$V_{\mathrm{FB}2}=V_{\mathrm{out}}\×\frac{N_{p1}}{\mathrm{Ns}}\×\frac{R2}{R2+R3}---\left(9\right)$

根据等式（8）和（9）可得到V_FB的波形（如图2所示）及其与变压器T1的原边电流I_p和副边消磁电流I_s（即变压器T1的初级绕组电流和次级绕组消磁电流）的波形对应关系（如图2所示），其中，A点与B点之间的时间间隔即为t_D。于是，脉冲调制器U1通过其电压采样端FB输入的V_FB便可对t_D进行检测，并根据t_D对NMOS管Q1进行控制以实现恒流控制。

此外，在本实用新型另一实施例中，电压V_X也可以是电阻R3的第二端在不需要为变压器T1的初级绕组添加抽头3的情况下，直接从变压器T1的初级绕组的第二端2进行采样获取。

本实用新型实施例还提供了一种包括上述开关电源恒流控制电路的开关电源。

在本实用新型实施例中，通过采用包括功率开关管100、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1的开关电源恒流控制电路，使脉冲调制器能够在不需要为变压器T1添加辅助绕组的情况下对变压器T1的副边电压进行采样以检测变压器的副边消磁时间，并根据变压器T1的副边消磁时间控制所述功率开关管以调整变压器T1的原边电流，进而在高系统效率与低成本的前提下实现恒流输出，进而在系统简捷与低成本的前提下实现恒流输出，从而解决了现有的开关电源所存在的系统复杂且成本高的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种开关电源恒流控制电路，与负载连接，且包括脉冲调制器，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路还包括：

功率开关管、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1；

所述功率开关管的控制端接所述脉冲调制器的脉冲输出端，且所述功率开关管的输入端接输入电压，所述采样电阻R1的第一端与所述功率开关管的输出端共接于所述脉冲调制器的电流采样端，所述采样电阻R1的第二端、所述分压电阻R2的第一端及所述脉冲调制器的接地端共接于所述变压器T1的初级绕组的第一端，所述分压电阻R2的第二端与所述分压电阻R3的第一端共接于所述脉冲调制器的电压采样端，所述分压电阻R3的第二端接所述变压器T1的初级绕组的抽头，所述变压器T1的初级绕组的第二端接地，所述变压器T1的次级绕组的第一端输出其副边消磁电流，所述变压器T1的次级绕组的第二端接输出地。

2.如权利要求1所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路还包括滤波电容C1、滤波电容C2及整流二极管D1，所述滤波电容C1的正极和负极分别与所述功率开关管的输入端和所述变压器T1的初级绕组的第二端相连接，所述滤波电容C2的正极接所述变压器T1的次级绕组的第一端，所述滤波电容C2的负极与所述负载的输出端共接于所述变压器T1的次级绕组的第二端，所述整流二极管D1的阳极接所述变压器T1的次级绕组的第一端，所述整流二极管D1的阴极接所述负载的输入端。

3.如权利要求1或2所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述功率开关管为MOS管或晶体管。

4.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括开关电源恒流控制电路，所述开关电源恒流控制电路与负载连接，且包括脉冲调制器，所述开关电源恒流控制电路还包括：

功率开关管、采样电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3及变压器T1；

所述功率开关管的控制端接所述脉冲调制器的脉冲输出端，且所述功率开关管的输入端接输入电压，所述采样电阻R1的第一端与所述功率开关管的输出端共接于所述脉冲调制器的电流采样端，所述采样电阻R1的第二端、所述分压电阻R2及所述脉冲调制器的接地端的第一端共接于所述变压器T1的初级绕组的第一端，所述分压电阻R2的第二端与所述分压电阻R3的第一端共接于所述脉冲调制器的电压采样端，所述分压电阻R3的第二端接所述变压器T1的初级绕组的抽头，所述变压器T1的初级绕组的第二端接地，所述变压器T1的次级绕组的第一端输出其副边消磁电流，所述变压器T1的次级绕组的第二端接输出地。

5.如权利要求4所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路还包括滤波电容C1、滤波电容C2及整流二极管D1，所述滤波电容C1的正极和负极分别与所述功率开关管的输入端和所述变压器T1的初级绕组的第二端相连接，所述滤波电容C2的正极接所述变压器T1的次级绕组的第一端，所述滤波电容C2的负极与所述负载的输出端共接于所述变压器T1的次级绕组的第二端，所述整流二极管D1的阳极接所述变压器T1的次级绕组的第一端，所述整流二极管D1的阴极接所述负载的输入端。

6.如权利要求4或5所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述功率开关管为MOS管或晶体管。

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