CN203522531U - 基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于开关电源技术领域，提供了一种基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源。本实用新型在包括整流桥和原边反馈控制功率开关芯片的开关电源中采用滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1；在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下，由电感L1取代现有技术中成本较高的变压器以降低开关电源的成本，并在不采用设置于变压器原边绕组的漏感吸收回路的情况下减少了电能损失和降低了成本，且由电阻R2和电阻R3在作为输出级电压采样电路的同时充当假负载，减少了开关电源的元件数量，在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下降低了开关电源的成本。

Description

基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源

技术领域

本实用新型属于开关电源技术领域，尤其涉及一种基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源。 

背景技术

目前，采用原边反馈结构的恒流/恒压输出开关电源与副边反馈结构的相比，其最大的优势是省去光耦、TL431等器件，以及配合光耦和TL431工作的一组元器件，该结构节省了系统板空间，降低了成本，并且提高了系统的可靠性。原边反馈结构的恒流/恒压输出开关电源广泛应用于手机充电、LED驱动及小功率电源适配器等领域。 

现有的原边反馈结构的恒流/恒压输出开关电源的电路图如图1所示。系统上电之初，电流从整流桥BD的输出端输出，流经变压器T1的初级绕组，流入原边反馈控制功率开关芯片的第一开关管漏极端DRAIN1和第二开关管漏极端DRAIN2，对原边反馈控制功率开关芯片U11的供电端HVDD所连接的电容C13进行充电并启动原边反馈控制功率开关芯片U11；在原边反馈控制功率开关芯片U11启动后，电流从其电流检测端CS流出，流经电流检测电阻R12回到整流桥BD的接地端，此时变压器T1开始储能。当电流检测端CS的电压达到原边反馈控制功率开关芯片U11的内部比较电压时，原边反馈控制功率开关芯片U11停止从电流检测端CS输出电流，此时变压器T1开始释放所储存的能量，并且变压器T1的辅助绕组和次级绕组相应地产生感应电压。辅助绕组产生的感应电压V_A经过整流二极管D16和电阻R13分压后对原边反馈 控制功率开关芯片U11的供电端HVDD进行供电；同时，电阻R15的电压采样作为原边反馈控制功率开关芯片U11的反馈端FB的输入，，每次的采样电压与原边反馈控制功率开关芯片U11内部的基准电压比较，并根据比较结果输出放大的误差信号，该误差信号反映了负载情况，并且通过该误差信号控制脉宽调制的开关频率以调整输出电压，从而使得输出电压保持恒定以达到恒压控制的目的。由于输出电压和变压器T1的辅助绕组的电压之间呈现线性关系（副边和辅助边是匝比关系），所以可通过检测变压器T1的辅助绕组的电压来控制输出电压。输出电压和变压器T1的辅助绕组电压之间的关系如下式所示： 

$V_A=\frac{N_A}{N_S}\×(V_O+V_D)---\left(1\right)$

其中，V_D是输出二极管D17的正向压降，V_A为辅助绕组的电压，N_A为变压器T1的辅助绕组的匝数，N_S为变压器T1的输出绕组的匝数。由于原边反馈控制功率开关芯片U11的反馈端FB的电压V_FB与V_A的关系如下式所示： 

$V_{\mathrm{FB}}=\frac{R15}{R14+R15}{V}_A---\left(2\right)$

那么，结合关系式（1）和（2）可得到下式： 

$V_{\mathrm{FB}}=\frac{R15}{R14+R15}\×\frac{N_A}{N_S}(V_O+V_D)---\left(3\right)$

上式（3）表明原边反馈控制功率开关芯片U11的反馈端FB的电压V_FB和输出电压V_O之间的关系。若要保证输出电压V_O的恒压特性，可以通过调节变压器T1的辅助绕组和次级绕组之间的匝比（即N_A与N_S之间的比例）或者调整电阻R14和电阻R15的阻值以实现。 

从上述内容可知，原边反馈结构实现恒流/恒压输出的开关电源包含了一个变压器T1，其包括一个原边绕组、一个辅助绕组和一个次级绕组，由于变压器的材料成本和工艺成本都较高，且系统元件多，所以不利于其在小家电电 源中得到普及性的应用。 

综上所述，现有的原边反馈结构实现恒流/恒压输出的开关电源存在电路结构复杂和成本高的问题，且无法适用于小家电电源。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源，旨在解决现有的原边反馈结构实现恒流/恒压输出的开关电源所存在的电路结构复杂、成本高且无法适用于小家电电源的问题。 

本实用新型是这样实现的，一种基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源，包括整流桥和原边反馈控制功率开关芯片，所述整流桥的第一输入端和第二输入端分别连接交流电源的正端和负端； 

所述开关电源还包括： 

滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1； 

所述滤波电容C1的正极与所述原边反馈控制功率开关芯片的第一开关管漏极端和第二开关管漏极端共接于所述整流桥的输出端，所述滤波电容C1的负极与所述整流桥的接地端共接于地，所述电阻R1的第一端、所述电容C2的第一端及所述储能电容C3的正极分别连接所述原边反馈控制功率开关芯片的电流检测端、恒压环路补偿端及供电端，所述电阻R1的第二端与所述电感L1的第一端、所述二极管D1的阴极、所述电容C2的第二端以及所述储能电容C3的负极共接并与所述原边反馈控制功率开关芯片的第一接地端和第二接地端连接，所述电感L1的第二端与所述滤波电容C4的正极、所述电阻R2的第一端共接于所述原边反馈控制功率开关芯片的供电端，且所述电感L1的第 二端作为所述开关电源的输出端，所述电阻R2的第二端与所述电阻R3的第一端共接于所述原边反馈控制功率开关芯片的反馈端，所述电阻R3的第二端与所述滤波电容C4的负极以及所述二极管D1的阳极共接于地。 

本实用新型在包括整流桥和原边反馈控制功率开关芯片的开关电源中采用滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1；在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下，由电感L1取代了现有技术中成本较高的变压器以降低开关电源的成本，并进而在不需要采用现有技术中设置于变压器原边绕组的漏感吸收回路的情况下减少了电能损失和降低了成本，且由电阻R2和电阻R3在作为输出级电压采样电路的同时充当假负载，减少了开关电源的元器件数量，从而在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下降低了开关电源的成本，解决了现有的原边反馈结构实现恒流/恒压输出的开关电源所存在的电路结构复杂、成本高且无法适用于小家电电源的问题。 

附图说明

图1是现有技术提供的采用原边反馈结构的恒压/恒流开关电源的电路结构图。 

图2是本实用新型实施例提供的基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源的电路结构图。 

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。 

本实用新型实施例在包括整流桥和原边反馈控制功率开关芯片的开关电源中采用滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1；在不采用原边反馈结构实现恒流/恒压输出的情况下，达到了降低开关电源成本以适用于小家电电源的目的。 

图2示出了本实用新型实施例所提供的基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源的电路结构，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基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源包括整流桥BD1和原边反馈控制功率开关芯片，整流桥BD1的第一输入端1和第二输入端2分别连接交流电源AC的正端和负端。 

上述开关电源还包括滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1。 

滤波电容C1的正极与原边反馈控制功率开关芯片U1的第一开关管漏极端DRAIN1和第二开关管漏极端DRAIN2共接于整流桥BD1的输出端3，滤波电容C1的负极与整流桥BD1的接地端4共接于地，电阻R1的第一端、电容C2的第一端及储能电容C3的正极分别连接原边反馈控制功率开关芯片U1的电流检测端CS、恒压环路补偿端COMP及供电端HVDD，电阻R1的第二端与电感L1的第一端、二极管D1的阴极、电容C2的第二端以及储能电容C3的负极共接并与原边反馈控制功率开关芯片U1的第一接地端GND1和第二接地端GND2连接，电感L1的第二端与滤波电容C4的正极、电阻R2的第一端共接于原边反馈控制功率开关芯片U1的供电端，且电感L1的第二端作为开关电源的输出端，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端共接于原边反馈 控制功率开关芯片U的反馈端FB，电阻R3的第二端与滤波电容C4的负极以及二极管D1的阳极共接于地。 

进一步地，上述的开关电源还包括熔断器F1，熔断器F1连接于交流电源AC的正端与整流桥BD1的第一输入端1之间。熔断器F1用于当交流电源AC的输出电压过大时切断交流电源AC与整流桥BD1的连接以达到保护开关电源内部电路的作用。 

以下结合工作原理对本实用新型实施例提供的基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源作进一步说明： 

系统上电之初，电流从整流桥BD1的输出端输出，流入原边反馈控制功率开关芯片U1的第一开关管漏极端DRAIN1和第二开关管漏极端DRAIN2，并对原边反馈控制功率开关芯片U1的供电端HVDD所连接的储能电容C3进行充电和启动原边反馈控制功率开关芯片U1。在原边反馈控制功率开关芯片U1启动后，电流从原边反馈控制功率开关芯片U1的检测端CS输出电流，该电流流经电阻R1和电感L1，此时电感L1开始储能，电阻R2和电阻R3组成的分压支路作为负载，支路电压作为输出电压。当原边反馈控制功率开关芯片U1的电流检测端CS的电压达到其内部比较电压时，原边反馈控制功率开关芯片U1停止从其电流检测端CS输出电流，此时电感L1释放储存能量并对原边反馈控制功率开关芯片U1的供电端HVDD进行供电，同时在电阻R2和电阻R3组成的分压支路中对电阻R3进行电压采样，并作为原边反馈控制功率开关芯片U1的反馈端FB的反馈输入；每次的采样电压与芯片内部的基准电压Vref进行比较，并根据比较结果从原边反馈控制功率开关芯片U1的恒压环路补偿端COMP输出放大的误差信号，该误差信号也就反映了负载情况，并且通过该误差信号控制脉宽调制的开关频率以调整输出电压，从而使得输出电压保持 恒定以达到恒压输出的目的。从图2可得原边反馈控制功率开关芯片U1的反馈端FB的电压V_FB与开关电源的输出电压V_O下式所示： 

$V_{\mathrm{FB}}=\frac{R3}{R2+R3}{V}_O---\left(3\right)$

从上式可知，若要保证输出电压V_O的恒压特性，只需调整电阻R2和电阻R3的阻值即可。 

对比图1和图2中开关电源的工作模式可知，本实用新型实施例所提供的开关电源省去了图1中由二极管D15、电容C12及电阻R11所组成的漏感吸收回路，从而减少了电能损失，并降低了成本；再者，本实用新型实施例所提供的开关电源中仅用电感L1替换图1中的变压器T1，在很大程度上减小了开关电源的材料成本和工艺成本；最后，本实用新型实施例所提供的开关电源利用电阻R2和电阻R3组成的分压支路作为假负载，省去了图1中由电阻R16所充当的假负载，减少了开关电源中的元器件数量，也在一定程度上节约了开关电源的成本。 

具体地，本实用新型实施例提供的开关电源中可采用SM75**系列（如SM7505）的原边反馈控制功率开关芯片，芯片的型号选择可根据实际应用需求确定。 

因此，本实用新型实施例在包括整流桥BD1和原边反馈控制功率开关芯片U1的开关电源中采用滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1；在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下，由电感L1取代了现有技术中成本较高的变压器，降低了开关电源的成本，并进而在不采用现有技术中设置于变压器原边绕组的漏感吸收回路的情况下减少了电能损失和降低了成本，且由电阻R2和电阻R3在作为输出级电压采样电路的同时充当假负载，减少了开关电源的元 器件数量，从而在不采用原边反馈方式实现恒流/恒压输出的情况下降低了开关电源的成本，解决了原边反馈结构实现恒流/恒压输出的开关电源所存在的电路结构复杂、成本高且无法适用于小家电电源的问题。 

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 (2)

1.一种基于原边反馈控制功率开关芯片的开关电源，包括整流桥和原边反馈控制功率开关芯片，所述整流桥的第一输入端和第二输入端分别连接交流电源的正端和负端；其特征在于，所述开关电源还包括： 

滤波电容C1、电阻R1、电容C2、储能电容C3、电感L1、滤波电容C4、电阻R2、电阻R3以及二极管D1； 

所述滤波电容C1的正极与所述原边反馈控制功率开关芯片的第一开关管漏极端和第二开关管漏极端共接于所述整流桥的输出端，所述滤波电容C1的负极与所述整流桥的接地端共接于地，所述电阻R1的第一端、所述电容C2的第一端及所述储能电容C3的正极分别连接所述原边反馈控制功率开关芯片的电流检测端、恒压环路补偿端及供电端，所述电阻R1的第二端与所述电感L1的第一端、所述二极管D1的阴极、所述电容C2的第二端以及所述储能电容C3的负极共接并与所述原边反馈控制功率开关芯片的第一接地端和第二接地端连接，所述电感L1的第二端与所述滤波电容C4的正极、所述电阻R2的第一端共接于所述原边反馈控制功率开关芯片的供电端，且所述电感L1的第二端作为所述开关电源的输出端，所述电阻R2的第二端与所述电阻R3的第一端共接于所述原边反馈控制功率开关芯片的反馈端，所述电阻R3的第二端与所述滤波电容C4的负极以及所述二极管D1的阳极共接于地。 

2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括一熔断器，所述熔断器连接于所述交流电源的正端与所述整流桥的第一输入端之间。 

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