CN202931193U

CN202931193U - 一种buck开关电源电路

Info

Publication number: CN202931193U
Application number: CN 201220615598
Authority: CN
Inventors: 何林; 侯春明
Original assignee: CHONGQING LIHUA TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHONGQING LIHUA TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-20

Abstract

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体涉及一种BUCK开关电源电路，包括电源输入滤波电路、电源输出电路、开关管Q1、脉宽调制芯片U1及其外围电路、储能电感L1，其特征在于还包括与储能电感L1相连的续流电路和光耦电路；本实用新型提供一种能够使损耗明显减小、效率提高、体积小且故障率低的开关电源电路。

Description

一种BUCK开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种BUCK(降压式变换)开关电源电路。

背景技术

目前，开关电源的BUCK电路主要包括输入电路、开关管、输出电路、驱动电路，一般的BUCK型开关电源的开关管，采用普通三极管或者P沟道MOSFET管，优点是驱动电路结构简单，但因三极管饱和压降大、P沟道MOSFET管的内阻大，输出电流稍微大一点，开关管的损耗就很大,因此电源的效率极低。如果开关管采用内阻很小N沟道MOSFET管,损耗就明显减小效率提高，但其驱动电路变得比较复杂。目前基本上都是采用PWM(脉宽调制)集成电路+驱动变压器、自举升压电路来驱动N沟道MOSFET管，专利申请号为CN 201854184 U的专利公开了一种BUCK电路，包括有开关管Q1、输出电路、驱动电路、自举升压电路、脉宽调制电路，但是现有技术中驱动电路的变压器体积大，故障率高，也不利于产品小型化，另外自举升压电路采用的元器件较多，成本高，性能不稳定。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种不需要驱动变压器和自举升压电路的体积小、成本低、电源利用率高的开关电源电路。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种BUCK开关电源电路，包括：

电源输入滤波电路、电源输出电路、开关管Q1、脉宽调制芯片U1及其外围电路、储能电感L1，其特征在于：还包括与储能电感L1相连的续流电路及光耦电路；

所述电源输入滤波电路包括输入端正极A、输入端负极B、电容C1，电容C1的正极、电容C1的负极分别与输入端正极A、输入端负极B连接，所述电容C1的负极接地；

所述续流电路包括续流二极管D3、电容C9、电阻R11，所述电阻R11的一端与储能电感L1的输入端E连接，另一端通过电容C9接地；所述续流二极管D3的正端接储能电感L1的输入端E，另一端接地，

所述光耦电路包括三极管Q3、线性光耦U2A、线性光耦U2B；所述三极管Q3的集电极与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连；三极管Q3的发射极一路通过二极管D2的负极串联电阻R13后与储能电感L1的输出端F连接，另一路通过电容C12与储能电感L1的输入端E连接，所述储能电感L1的输出端F通过电阻R15、线性光耦U2A与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极接地，所述电阻R15串联线性光耦U2A后的两端并联有电阻R16；三极管Q3的基极一路通过线性光耦U2B、电阻R17、电容C6、电容C8与脉宽调制芯片U1的4脚连接，一路通过电阻R14与二极管D2的负极、电容C12连接；

所述电源输入滤波电路通过电阻R1与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连，所述电源输入滤波电路(1)的输入端正极A与开关管Q1的漏极连接；所述开关管Q1的栅极通过电阻R3与脉宽调制芯片U1的输出端6脚相连, 三极管Q1的栅极与源极之间并联有电阻R9及二极管D1，二极管D3的正极与三极管Q1的栅极连接，二极管D3的负极与三极管Q1的源极连接，所述三极管Q1的源极一路通过电阻R14与储能电感L1的输入端E连接，一路通过电阻R14分别与电容C12、脉宽调制芯片U1的GND、电容C2、电容C3及电容C4连接;

所述电源输出电路设置于输出端和地之间；

当电源输出端达到工作电压值时，线性光耦U2A得到工作电压，储能电感L1通过电阻R13、二极管D2给三极管供电，线性光耦U2B导通给三极管Q3提供偏置电流，所述三极管Q3的集电极给脉宽调制芯片U1供电；

当所述输出端D与地短路时，线性光耦U2A两端电压变为零，线性光耦U2B不导通，三极管Q3的基极得不到偏置电流而截止，脉宽调制芯片U1供电中断。

所述电源输出电路包括电容C10、电容C11、电阻R12，所述电容C10的正极一路与储能电感L1的输出端F连接，一路与输出电路的正极C连接，电容C10的负极与输出电路的负极D连接，所述电阻R12及电容C11并联在电容C10的两端，所述电容C10的负极接地。

所述续流二极管D3由两个并联的二极管组成。

本实用新型的有益效果有以下几个方面：

1、由于采用N沟道MOSFET管,所述电路损耗明显减小，电源利用效率提高;

2、由于本电路不采用传统的驱动变压器来驱动开关管，因此体积变小，故障率低；

3、采用续流阶段完成给PWM集成电路供电，元器件减少，成本降低，损耗降低，节约电能和环保；

附图说明

图1是本实用新型的一种BUCK电源电路原理图。

其中，1-电源输入滤波电路 2-PWM集成电路 3-光耦电路 4-电源输出电路 5-续流电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种BUCK开关电源电路，包括：

电源输入滤波电路1、电源输出电路4、开关管Q1、脉宽调制芯片U1及其外围电路2、储能电感L1，其特征在于：还包括与储能电感L1相连的续流电路5及光耦电路3；

所述脉宽调制芯片U1及其外围电路2为出厂配置电路。

所述电源输入滤波电路1包括输入端正极A、输入端负极B、电容C1，电容C1的正极、电容C1的负极分别与输入端正极A、输入端负极B连接，所述电容C1的负极接地；

所述续流电路5包括续流二极管D3、电容C9、电阻R11，所述电阻R11的一端与储能电感L1的输入端E连接，另一端通过电容C9接地；所述续流二极管D3的正端接储能电感L1的输入端E，另一端接地，

所述光耦电路3包括三极管Q3、线性光耦U2A、线性光耦U2B；所述三极管Q3的集电极与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连；三极管Q3的发射极一路通过二极管D2的负极串联电阻R13后与储能电感L1的输出端F连接，另一路通过电容C12与储能电感L1的输入端E连接，所述储能电感L1的输出端F通过电阻R15、线性光耦U2A与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极接地，所述电阻R15串联线性光耦U2A后的两端并联有电阻R16；三极管Q3的基极一路通过线性光耦U2B、电阻R17、电容C6、电容C8与脉宽调制芯片U1的4脚连接，一路通过电阻R14与二极管D2的负极、电容C12连接；

所述电源输入滤波电路1通过电阻R1与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连，所述电源输入滤波电路1的输入端正极A与开关管Q1的漏极连接；所述开关管Q1的栅极通过电阻R3与脉宽调制芯片U1的输出端6脚相连, 三极管Q1的栅极与源极之间并联有电阻R9及二极管D1，二极管D3的正极与三极管Q1的栅极连接，二极管D3的负极与三极管Q1的源极连接，所述三极管Q1的源极一路通过电阻R14与储能电感L1的输入端E连接，一路通过电阻R14分别与电容C12、脉宽调制芯片U1的GND、电容C2、电容C3及电容C4连接;

所述电源输出电路设置于输出端和地之间；

所述电源输出电路4包括电容C10、电容C11、电阻R12，所述电容C10的正极一路与储能电感L1的输出端F连接，一路与输出电路的正极C连接，电容C10的负极与输出电路的负极D连接，所述电阻R12及电容C11并联在电容C10的两端，所述电容C10的负极接地。

所述续流二极管D3由两个并联的二极管组成。

所述开关管Q1为N沟道MOSFET开关管。

所述脉宽调制集成电路芯片U1的型号为UC3843。

本BUCK型开关电源电路工作原理：

　　A、B是电源的输入端，C、D是输出端，E、F分别为储能电感L1的两端，输入输出负极共地，例如V-IN为60V，V-OUTR为12V,R1启动电阻，C1为高频滤波电容，电阻R2起均流作用，Q1是N沟道MOSFET开关管，L1是储能电感，D1是续流二极管,U2是线性光耦。U1是PWM(脉宽调制)控制集成电路UC3843，5脚是U1的电压参考端与电路C点连接，开机通电时输入电压通过R1给电容C2充电，C2两端（也就是U1的5、7脚）的电压达到U1的启动电压门槛值时，U1工作6脚输出PWM (脉宽调制)信号驱动Q1，Q1开通，电流通过Q1、R10、L1给C10充电，给负载供电的同时L1储能。在这一个时刻因Q1开通，A点和E点是等电位，U1的5、7脚电压降低，U1的6脚关断输出，开关管Q1关断，此时储能电感L1的极性变成E为负、F为正,电流通过F点→负载及R13→续流二极管D2→C12→E点，形成电流回路完成续流。由于U1的5脚和E点相连，E为负、F为正,R12与F点相连，这一个回路经R12、C10，C11滤波，得到U1所需的电源电压。二极管D4、D5决定输出电压，当F点达到设定的电压值，光耦U2A得到工作电压，内部发光管发光，U2B内部的光敏三极管的EC结导通，通过R13、R14、R15给Q3提供偏置电流，Q3导通给U1供电。

　　短路保护电路工作原理：

常规的短路保护是在电流回路中串联一个电阻，靠检测这个电阻两端的电压来实现。本电路是通过关断PWM控制电路U1的供电电源来实现，即在输出短路的时候，关闭U1的电源，从而关闭U1的输出。这种短路保护电路具有短路时损耗小、温升低、保护可靠之优点。当输出端D点与地短路时，D点对地电压为0V，光耦U2A二极管两端没有电压，光耦U2B内部的光敏三极管的EC结不导通，Q3的基极得不到偏置电流而截至，U1靠R1、R2给C2充电，使整个电路处于间隙重启保护状态，当短路解除后电路又重新恢复正常工作。

BUCK型开关电源电路都有一个储能电感，本电路就巧妙地利用它在开关管关断时，在续流阶段完成给PWM集成电路供电，用很少几个元器件完美驱动N沟道MOSFET开关管。

本电路适用于所有BUCK型开关电源，如电动车转换器输入输出电压相差几倍、不用隔离的所有降压型开关电源电路。

最后要阐述的是，这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种BUCK开关电源电路，包括：

电源输入滤波电路(1)、电源输出电路(4)、开关管Q1、脉宽调制芯片U1及其外围电路(2)、储能电感L1，其特征在于：还包括与储能电感L1相连的续流电路(5)及光耦电路(3)；

所述电源输入滤波电路(1)包括输入端正极A、输入端负极B、电容C1，电容C1的正极、电容C1的负极分别与输入端正极A、输入端负极B连接，所述电容C1的负极接地；

所述续流电路(5)包括续流二极管D3、电容C9、电阻R11，所述电阻R11的一端与储能电感L1的输入端E连接，另一端通过电容C9接地；所述续流二极管D3的正端接储能电感L1的输入端E，另一端接地；

所述光耦电路(3)包括三极管Q3、线性光耦U2A、线性光耦U2B；所述三极管Q3的集电极与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连；三极管Q3的发射极一路通过二极管D2的负极串联电阻R13后与储能电感L1的输出端F连接，另一路通过电容C12与储能电感L1的输入端E连接，所述储能电感L1的输出端F通过电阻R15、线性光耦U2A与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极接地，所述电阻R15串联线性光耦U2A后的两端并联有电阻R16；三极管Q3的基极一路通过线性光耦U2B、电阻R17、电容C6、电容C8与脉宽调制芯片U1的4脚连接，一路通过电阻R14与二极管D2的负极、电容C12连接；

所述电源输入滤波电路(1)通过电阻R1与脉宽调制芯片U1的电源输入端VDD相连，所述电源输入滤波电路(1)的输入端正极A与开关管Q1的漏极连接；所述开关管Q1的栅极通过电阻R3与脉宽调制芯片U1的输出端6脚相连, 三极管Q1的栅极与源极之间并联有电阻R9及二极管D1，二极管D3的正极与三极管Q1的栅极连接，二极管D3的负极与三极管Q1的源极连接，所述三极管Q1的源极一路通过电阻R14与储能电感L1的输入端E连接，一路通过电阻R14分别与电容C12、脉宽调制芯片U1的GND、电容C2、电容C3及电容C4连接;

所述电源输出电路设置于输出端和地之间；

当电源输出端电压达到工作电压值时，线性光耦U2A得到工作电压，储能电感L1通过电阻R13、二极管D2给三极管供电，线性光耦U2B导通给三极管Q3提供偏置电流，所述三极管Q3的集电极给脉宽调制芯片U1供电；

2.根据权利要求1所述的BUCK开关电源电路，其特征在于：所述电源输出电路(4)包括电容C10、电容C11、电阻R12，所述电容C10的正极一路与储能电感L1的输出端F连接，一路与输出电路的正极C连接，电容C10的负极与输出电路的负极D连接，所述电阻R12及电容C11并联在电容C10的两端，所述电容C10的负极接地。

3.根据权利要求1所述的BUCK开关电源电路，其特征在于：所述续流二极管D3由两个并联的二极管组成。