CN203423626U - 一种开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开关电源，旨在提供一种稳定性好、谐波干扰小、一致性高的开关电源，其由两个开关管Q1和Q2及主变压器T1构成；Lp为T1的励磁电感，Ls为T1的漏电感，作为谐振电感与Cb构成的半桥结构。变压器的次极有中心抽头与全桥整流电路，构成正负100V输出。DR1和DR2分别为Q1和Q2的体内二极管。Cr1和Cr2为缓冲电容器，即Q1和Q2漏极和源极之间的电容。此LLC谐振电路是由两个电感（Lp，Ls），在Lp与Ls及Cr1，Cr2之间进行多次反复的谐振操作，充分利用变压器T1的漏感﹑励磁电感﹑以及Q1和Q2的寄生电与体内二极管。此方案整机的谐波干扰和损耗小，内阻低，适用于所有的功放。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，尤其是涉及一种应用于功放上的开关电源。
背景技术
随着国际市场上的有色金属，磁性材料，绝缘材料价格的不断上涨,直接响到功放制作成本,传统的功放电源是用工频变压器与大容量（>10000uf）电解电容滤波两部分组成,体积大且效率低(<85%)要想得到低纹波系数, 常规做法只有加大变压器的功率与增加电容。开关电源体积小,重量轻,成本低,效率高(>96.5%),从而已成为音响功放市场一种新的发展趋势.因此许多功放厂家想到用开关电源来取代工频变压器,但同时对于开关电源的应用，也提出许多疑问，如它的稳定性差，谐波干扰大；批量生产品质的一致性低等问题。解决这些问题的办法,在乎于如何选择一种适合于功放电源的拓扑方式。
中华人民共和国国家知识产权局于2013年04越24日公开了公开号为CN103066820A的专利文献，名称是开关电源，其包括整流滤波电路、开关电源控制器和高频变压器，所述整流滤波电路的输出端与开关电源控制器的输入端连接，所述开关电源控制器的输出端与高频变压器的输入端连接，所述高频变压器的反馈端与开关电源控制器的输入端连接；所述的开关电源还包括一在输入电压过低时能够截断功率输出的低压保护电路，所述低压保护电路的输入电压检测端与整流滤波电路的输出端连接，所述低压保护电路的反馈端与高频变压器连接，所述低压保护电路的通断控制端与开关电源控制器连接。上述开关电源在输入电压低于工作范围时能够截断功率输出。此方案仍然存在稳定性差、谐波干扰大等问题。
发明内容
本实用新型主要是解决现有技术所存在的稳定性差、谐波干扰大、批量生产品质的一致性低的问题，提供一种稳定性好、谐波干扰小、一致性高的开关电源。
本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种开关电源，包括电容C1、电容C101、电容C102、电阻R1、电阻R2、电阻R103、电阻R104、二极管D101、二极管D102、驱动变压器T2、开关管Q1、开关管Q2、双向触发管ZT1和变压器T1，所述开关管Q1的漏极连接开关电源输入端正极，源极连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极连接开关电源输入端负极，开关管Q1的栅极通过电阻R1连接驱动变压器T2的2脚，驱动变压器T2的1脚5连接开关管Q1的源极；开关管Q2的栅极通过电阻R2连接驱动变压器T2的6脚，驱动变压器T2的7脚连接开关电源输入端负极；双向触发管ZT1的2脚连接驱动变压器T2的2脚，双向触发管ZT1的1脚连接电容C101的一端，电容C101的另一端连接开关管Q1的源极；二极管D101的负极连接开关电源输入端正极，二极管D101的正极连接双向触发管ZT1的1脚；电阻R104的一端连接二极管D101的负极，另一端连接二极管D102的负极，二极管D102的正极连接双向触发管ZT1的1脚；驱动变压器T2的3脚通过电容C102连接开关管Q1的源极，驱动变压器T2的4脚通过电阻R103连接开关管Q2的源极；变压器T1的输入端一端连接开关管Q1的源极，另一端连接开关管Q2的源极；变压器T1的输出端通过输出电路连接开关电源的+100V输出端、地线输出端和-100V输出端；开关管Q1的漏极和源极之间具有寄生电容Cr1和体内二极管DR1；开关管Q2的漏极和源极之间具有寄生电容Cr2和体内二极管DR2；变压器T1具有串接在一个输入端上的漏感Ls和跨接在两个输入端之间的励磁电感Lp。
作为优选，所述输出电路包括二极管D103、二极管D104、二极管D105、二极管D106、电容C103、电容C104、电容C105和电容C106，变压器T1的第一输出端连接二极管D103的正极和二极管D105的负极；变压器T1的第二输出端为中心抽头，直接作为开关电源的地线输出端；变压器T1的第三输出端连接二极管D104的正极和二极管D106的负极；二极管D103的负极和二极管D104的负极相互连接并作为开关电源的+100V输出端；二极管D105的正极和二极管D106的正极相互连接并作为开关电源的-100V输出端；电容C103和电容C104都跨接在+100V输出端和地线输出端之间；电容C105和电容C106都跨接在-100V输出端和地线输出端之间。
四个二极管构成全桥整流电路。输出电路可以过滤输出电压中的谐波并确保输出电压的稳定性。
作为优选，开关电源还包括两个稳压二极管，第一个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的2脚和1脚之间，第二个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的6脚和7脚之间。
稳压二极管保护电路稳定，不会因为电压突变损坏元件。
作为优选，所述开关管Q1和开关管Q2都为耗尽型N沟道场效应管。
开关管具有体内二极管和寄生电容，变压器具有漏感、励磁电感。本方案利用开关管的寄生电容和变压器的漏感及励磁电感形成的谐振电路产生谐振，电流波形为平滑的正弦波，功率管D、S极的电压波形、整流管上的电压波形均为无尖刺的方波。
本实用新型带来的有益效果是，整机的谐波干扰与损耗相对于其它硬开关高频开关电源的拓扑方式而言减到最小，特别是它的驱动信号也是由LC谐振方式产生的，波形近似正弦波，使用谐振驱动方式减少了开关管的驱动电流对功放的干扰，在功放中用开关电源供电相对于传统的工频变压器体现出具有更低的内阻，更能够提高扬声器与功放之间的阻尼特性，使功放动态响应更快。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理图；
图2所示LLC谐振变换器各部分电压及电流。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种开关电源，如图1所示，包括电容C1、电容C101、电容C102、电阻R1、电阻R2、电阻R103、电阻R104、二极管D101、二极管D102、驱动变压器T2、开关管Q1、开关管Q2、双向触发管ZT1和变压器T1，所述开关管Q1的漏极连接开关电源输入端正极，源极连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极连接开关电源输入端负极，开关管Q1的栅极通过电阻R1连接驱动变压器T2的2脚，驱动变压器T2的1脚5连接开关管Q1的源极；开关管Q2的栅极通过电阻R2连接驱动变压器T2的6脚，驱动变压器T2的7脚连接开关电源输入端负极；双向触发管ZT1的2脚连接驱动变压器T2的2脚，双向触发管ZT1的1脚连接电容C101的一端，电容C101的另一端连接开关管Q1的源极；二极管D101的负极连接开关电源输入端正极，二极管D101的正极连接双向触发管ZT1的1脚；电阻R104的一端连接二极管D101的负极，另一端连接二极管D102的负极，二极管D102的正极连接双向触发管ZT1的1脚；驱动变压器T2的3脚通过电容C102连接开关管Q1的源极，驱动变压器T2的4脚通过电阻R103连接开关管Q2的源极；变压器T1的输入端一端连接开关管Q1的源极，另一端连接开关管Q2的源极；变压器T1的输出端通过输出电路连接开关电源的+100V输出端、地线输出端和-100V输出端；开关管Q1的漏极和源极之间具有寄生电容Cr1和体内二极管DR1；开关管Q2的漏极和源极之间具有寄生电容Cr2和体内二极管DR2；变压器T1具有串接在一个输入端上的漏感Ls和跨接在两个输入端之间的励磁电感Lp。
输出电路包括二极管D103、二极管D104、二极管D105、二极管D106、电容C103、电容C104、电容C105和电容C106，变压器T1的第一输出端连接二极管D103的正极和二极管D105的负极，变压器T1的第二输出端直接作为开关电源的地线输出端，变压器T1的第三输出端连接二极管D104的正极和二极管D106的负极；二极管D103的负极和二极管D104的负极相互连接并作为开关电源的+100V输出端；二极管D105的正极和二极管D106的正极相互连接并作为开关电源的-100V输出端；电容C103和电容C104都跨接在+100V输出端和地线输出端之间；电容C105和电容C106都跨接在-100V输出端和地线输出端之间。
开关电源还包括两个稳压二极管，第一个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的2脚和1脚之间，第二个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的6脚和7脚之间。
开关管Q1和开关管Q2都为耗尽型N沟道场效应管。
+VH：输入电压DC280~320V。若前极有PFC功率因数校正则为：380V~320V左右。D101,D102,R104R103,双向触发管ZT1（DO-3）。C101；C102。驱动变压器T2构成启动与谐振驱动电路。
功放用LLC谐振变换器的基本电路：是由两个开关管（Q1，Q2）和主变压器T1构成；Lp为T1的励磁电感，Ls为T1的漏电感，作为谐振电感与Cb构成的半桥结构。变压器的次极有中心抽头与全桥整流电路，构成正负100V输出。DR1和DR2分别为Q1和Q2的体内二极管。Cr1和Cr2为缓冲电容器（寄生电容），即Q1和Q2漏极和源极之间的电容。此LLC谐振电路是由两个电感（Lp，Ls），在Lp与Ls及Cr1，Cr2之间进行多次反复的谐振操作，充分利用变压器T1的漏感﹑励磁电感﹑以及Q1和Q2的寄生电与体内二极管。
图2所示LLC谐振变换器各部分电压及电流。
Vgs是两开关管（MOSFET）的栅极驱动电压波形，id为变压器初级电流波形，VS为两个开关管连结点（见图1），iL为变压器原边电流波形。区间1在周期1内，高端开关Q1于t0时执行开通，再此之间电路中Lp和Ls所产生的谐振电流是在二极管DRl内导通，高端开关Q1的漏源极之间因二极管导通的正向压降而成为钳位状态。故Q1为ZVS（Zero Voltage Switch，零电压开关）导通。Lp的部分电流在变压器次级的整流电路内导通。此谐振电流于t1时为零，于下一个周期2时，即反向导通，电流由Q1的漏极自源极流通。此期间内Ls与Cb所产生的谐振电流，通过变压器T1向负载输出功率。当t2间内LS与Cb所产生的谐振电流为零时，即进入周期3。于t3时高端开关（Q1）关断时，谐振电流于Cr1及Cr2内导通，即Cr1充电状态，Cr2成放电状态，在VS点的电位下降至接地电位前，再下降时则二极管DR2即为正向偏压状态，谐振电流转向DR2内导通，因此在t4时，低端开关Q2开通时，其漏感极间由于DR2的导通压降而形成钳位状态，所以可执行ZVS操作。其后即为周期4，此时的变压器T1的励磁电容与变压器的次级侧的整流电路内导通。
谐振电流在t5时通过“0”后变成负向，进入周期5阶段，电流从低端开关管Q2的漏极到源极流通。同时由Ls和Cb形成谐振电流通过变压器，由次级整流电路供给负载。
进入t6后Ls与Cb所产生的谐振电流为零，从t6到t7为周期7，此时由Ls、Lp和Cb所产生的谐振电流的呈导通状态。然后在t7时低端开关（Q2）关断，进入周期8，谐振电流在Cr1和Cr2内导通，谐振电流使Cr1开始放电，Cr2进行充电，VS的电位升至+VH电位为止，再后则DR1即导通成为正向压降。此时高端开关（Q1）开通时，其漏源极间的电压，因DR1正向压降而成钳位状态，进行ZVS开通，t8时工作与前面的t0工作相同，如此循环往复。谐振电路持续工作。
本方案的LLC谐振变换器要进行ZVS工作时，只要在周期4或周期8期间寄生电容Cr1和Cr2充放电完毕即可。
电源是大功率专业功放的动力之源。性能的好坏直接影响到功放的音质及整机稳定性，采用谐振开关电源作为功放电源，应合理调整电路的各个工作点，使其在谐振方式下工作，可以有效的降低电路噪音及电路损耗。本方案为日趋竟争激烈的音响业提供一款高效率，低成本的电源。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了寄生电容、漏感等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (4)
1.一种开关电源，其特征在于，包括电容C1、电容C101、电容C102、电阻R1、电阻R2、电阻R103、电阻R104、二极管D101、二极管D102、驱动变压器T2、开关管Q1、开关管Q2、双向触发管ZT1和变压器T1，所述开关管Q1的漏极连接开关电源输入端正极，源极连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极连接开关电源输入端负极，开关管Q1的栅极通过电阻R1连接驱动变压器T2的2脚，驱动变压器T2的1脚5连接开关管Q1的源极；开关管Q2的栅极通过电阻R2连接驱动变压器T2的6脚，驱动变压器T2的7脚连接开关电源输入端负极；双向触发管ZT1的2脚连接驱动变压器T2的2脚，双向触发管ZT1的1脚连接电容C101的一端，电容C101的另一端连接开关管Q1的源极；二极管D101的负极连接开关电源输入端正极，二极管D101的正极连接双向触发管ZT1的1脚；电阻R104的一端连接二极管D101的负极，另一端连接二极管D102的负极，二极管D102的正极连接双向触发管ZT1的1脚；驱动变压器T2的3脚通过电容C102连接开关管Q1的源极，驱动变压器T2的4脚通过电阻R103连接开关管Q2的源极；变压器T1的输入端一端连接开关管Q1的源极，另一端连接开关管Q2的源极；变压器T1的输出端通过输出电路连接开关电源的+100V输出端、地线输出端和-100V输出端；开关管Q1的漏极和源极之间具有寄生电容Cr1和体内二极管DR1；开关管Q2的漏极和源极之间具有寄生电容Cr2和体内二极管DR2；变压器T1具有串接在一个输入端上的漏感Ls和跨接在两个输入端之间的励磁电感Lp。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源，其特征在于，所述输出电路包括二极管D103、二极管D104、二极管D105、二极管D106、电容C103、电容C104、电容C105和电容C106，变压器T1的第一输出端连接二极管D103的正极和二极管D105的负极；变压器T1的第二输出端为中心抽头，直接作为开关电源的地线输出端；变压器T1的第三输出端连接二极管D104的正极和二极管D106的负极；二极管D103的负极和二极管D104的负极相互连接并作为开关电源的+100V输出端；二极管D105的正极和二极管D106的正极相互连接并作为开关电源的-100V输出端；电容C103和电容C104都跨接在+100V输出端和地线输出端之间；电容C105和电容C106都跨接在-100V输出端和地线输出端之间。
3.根据权利要求2所述的一种开关电源，其特征在于，还包括两个稳压二极管，第一个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的2脚和1脚之间，第二个稳压二极管跨接在驱动变压器T2的6脚和7脚之间。
4.根据权利要求2或3所述的一种开关电源，其特征在于，所述开关管Q1和开关管Q2都为耗尽型N沟道场效应管。
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