CN205070791U - 一种开关电源的自供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的自供电电路，包括启动电路和辅助绕组电路；所述的启动电路在开关电源模块的输入电压较低的且不能满足控制芯片工作需要时，将输入端的电压升压到可以满足控制芯片工作需要的电压，输送到控制芯片的VCC端为芯片供电，使芯片工作并输出驱动信号从而使得开关电源模块完成启动并进入正常工作状态；所述的辅助绕组电路，耦合开关电源的高频功率变压器的脉冲电压经整流滤波后输出一个直流的辅助绕组电压，为控制芯片的VCC供电。本实用新型特别适用于为输入电压低于控制芯片工作所需的最小供电电压的DC/DC开关电源自供电应用场合。

Description

一种开关电源的自供电电路

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源的自供电电路，特别涉及一种为输入电压低于控制芯片工作所需最小的供电电压的DC/DC开关电源的自供电电路。

背景技术

通常情况下，它激式DC/DC变换器以控制芯片为主体，而控制芯片都需要一个VCC供电，该供电端的电压范围很窄，以通用型UCC2843为例，其VCC端电压允许范围为8.6VDC-34VDC，考虑到控制芯片的欠压启动电压，控制芯片的启动电压一般设置大于9VDC，又考虑到所驱动的开关管允许驱动电压的范围，则芯片VCC的允许电压不能超过20VDC，进一步考虑其功耗导致的不利因素，其VCC电压不建议超过16VDC，同时考虑反馈电压要与启动电压存在回差，且反馈电压在不同负载时存在一个波动范围，所以给控制芯片的启动电压一般为9VDC～12VDC之间。

请参阅图1，图1为目前现有技术的一种常用的供电方式，启动电路采集输入电压为开关电源做启动使用，当开关电源正常工作后就断开启动电路，通过自供电电路持续供电，自供电电路是在主功率变压器上增加一个辅助绕组，辅助绕组产生的脉冲电压波形通过整流滤波后形成直流VCC电压，以供控制芯片使用。

由于上述供电方式的启动电路为一个线性稳压电路，采集输入电压为开关电源做启动使用，其输出到VCC的电压小于输入电压，若开关电源的输入电压低于控制芯片工作需要的最小VCC供电电压时，控制芯片将因无法获得足够高的VCC供电电压而进入VCC欠压状态，造成对应的开关电源无法开机的问题。因此该供电电路无法满足为输入电压低于控制芯片工作需要的最小VCC供电电压的开关电源提供供电的应用场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种自供电电路，所述的自供电电路具备升压功能，把开关电源输入端不能满足芯片工作的输入电压经过升压得到一个可以满足开关电源控制芯片工作需要的VCC供电电压，为控制芯片供电，可以实现使开关电源在输入电压低于其控制芯片供电电压的应用场合中完成启动并正常工作。

为了达到上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种开关电源的自供电电路，用于为开关电源中控制芯片的Vcc端供电，包括启动电路和辅助绕组电路，启动电路为控制芯片的启动供电；辅助绕组电路在控制芯片启动并使开关电源进入正常工作状态后为控制芯片提供持续供电，所述启动电路，包括由第一电感L1、第一二极管D1、第三电容C3、第一NPN三极管Q1组成的升压单元，和由第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第二二极管D2、第二PNP三极管Q2组成的升压控制单元，以及由第一稳压二极管Z1、第三电阻R3、第三NPN三极管Q3、第四电阻R4组成的稳压控制单元，所述的第一电感L1一端连接开关电源的输入Vin和第一电阻R1的一端，所述第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阳极、第一NPN三极管Q1的集电极和第二电容C2的一端；所述第一二极管D1的阴极与第三电容C3的一端、第三电阻R3的一端连接在一起后引出作为升压电路的输出端连接到辅助绕组电路的输出端；第三电容C3的另一端与第一NPN三极管Q1的发射极相连并连接到开关电源模块的参考地；第一NPN三极管Q1的基极连接第二PNP三极管Q2的集电极，第二PNP三极管Q2的发射极与第一电阻R1的另一端、第一电容C1的一端、第二二极管D2的阴极以及第三NPN三极管Q3的集电极相连接；第二PNP三极管Q2的基极与第二电容C2的另一端、第二电阻R2的一端以及第二二极管D2的阳极连接；第一电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端、第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地；第一稳压二极管Z1的阴极与第三电阻R3的另一端相连；第一稳压二极管Z1的阳极与第三NPN三极管Q3的基极以及第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地。

优选的，所述启动电路，自开关电源的启机时刻进入自激振荡的升压工作状态，所述自激振荡的升压工作状态即由升压控制单元形成通路以使电感有电流流过并进行储能，使输入电压Vin依自激振荡频率通过升压单元已经储能的电感为电容充电，以在电容两端形成一个在输入电压Vin基础上叠加电感能量的升压电量作为启动电路的输出电压Vq，用以通过启动电路的电容输出一个高于输入电压Vin的电量给控制芯片供电；当启动电路的输出电压Vq或辅助绕组电路的输出电压Vf高于稳压二极管的稳压值后，由稳压控制单元关断启动电路。

优选的，在所述启动电路与辅助绕组电路之间设有线性稳压电路。

优选的，所述线性稳压电路，包括电阻R5、电阻R6、稳压二极管Z2和NPN三极管Q4，其具体连接关系是，电阻R5的一端连接启动电路的输出端，电阻R5的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与辅助绕组电路的输出端连接，三极管Q4的基极与稳压二极管Z2的阴极连接，稳压二极管Z2的阳极接地，电阻R6的一端连接启动电路的输出端，电阻R6的另一端与三极管Q4的基极连接。

优选的，所述的辅助供电电路，包括第三二极管D3、第四电容C4以及辅助绕组N1；所述的第三二极管D3的阳极与辅助绕组N1的异名端相连；第三二极管D3的阴极与第四电容C4的一端相连后引出作为辅助供电电路的输出端，以与升压电路的输出端相连；辅助绕组N1的同名端与第四电容C4的另一端相连并连接到参考地。

优选的，所述启动电路的输出电压Vq高于输入电压Vin且低于辅助绕组电路的输出电压Vf。

与现有技术相比，在上述的开关电源的自供电电路中，开关电源的输入电压经过升压得到一个可以满足开关电源控制芯片工作需要的VCC供电电压，为控制芯片供电，可以实现使开关电源在输入电压低于其控制芯片供电电压的应用场合中完成启动并正常工作。

附图说明

图1为现有技术的自供电电路原理图；

图2为本实用新型自供电电路的实施案例一的电路图；

图3为本实用新型自供电电路在开关电源应用中的一个电路图；

图4为本实用新型自供电电路在宽输入电压范围的开关电源应用中的电路图。

具体实施方式

实施案例一：

请参阅图2，一种开关电源自供电电路包括启动电路201，辅助绕组电路202。所述的启动电路201的输入连接开关电源的输入Vin，启动电路201的输出与辅助电源的输出连接并连接到控制芯片的VCC。

所述的启动电路201，包括由第一电感L1、第一二极管D1、第三电容C3、第一NPN三极管Q1组成的升压单元，和由第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第二二极管D2、第二PNP三极管Q2组成的升压控制单元，以及由第一稳压二极管Z1、第三电阻R3、第三NPN三极管Q3、第四电阻R4组成的稳压控制单元。所述的第一电感L1一端连接开关电源的输入Vin和第一电阻R1的一端，所述第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阳极、第一NPN三极管Q1的集电极和第二电容C2的一端；所述第一二极管D1的阴极与第三电容C3的一端、第三电阻R3的一端连接在一起后引出作为启动电路201的输出端连接到辅助绕组电路202的输出端并与控制芯片的VCC端相连；第三电容C3的另一端与第一NPN三极管Q1的发射极相连并连接到开关电源模块的原边参考地(下文简称参考地)；第一NPN三极管Q1的基极连接第二PNP三极管Q2的集电极，第二PNP三极管Q2的发射极与第一电阻R1的另一端、第一电容C1的一端、第二二极管D2的阴极以及第三NPN三极管Q3的集电极相连接；第二PNP三极管Q2的基极与第二电容C2的另一端、第二电阻R2的一端以及第二二极管D2的阳极连接；第一电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端、第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地；第一稳压二极管Z1的阴极与第三电阻R3的另一端相连；第一稳压二极管Z1的阳极与第三NPN三极管Q3的基极以及第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地。

所述的辅助绕组电路202，包括第三二极管D3、第四电容C4以及辅助绕组N1；所述的第三二极管D3的阳极与辅助绕组N1的异名端相连；第三二极管D3的阴极与第四电容C4的一端相连后引出作为辅助绕组电路202的输出端，以与启动电路201的输出端相连，并与控制芯片的VCC端相连；辅助绕组N1的同名端与第四电容C4的另一端相连并连接到参考地；所述的辅助绕组N1为开关电源模块的高频功率变压器中的一个辅助绕组；所述的辅助绕组N1耦合开关电源模块的高频功率变压器副边绕组的脉冲电压经第三二极管D3整流、经第三电容C3和第四电容C4滤波后，输出一个直流的辅助供电电压。

本实施案例实现自供电的工作原理如下描述：

一种开关电源的自供电电路包括启动电路201、辅助绕组电路202。所述的启动电路201可视为开关电源中具备升压功能的电路，所述的辅助绕组电路202在完成启动后为控制芯片提供持续供电；在开关电源启机时刻，由于三极管Q2的基极电压低于其发射极电压，三极管Q2导通，电压Vin经电阻R1、三极管Q2传输到三极管Q1的基极并使其导通，电感L1开始有电流流过并进行储能，电容C2起到正反馈的作用，让三极管Q1迅速进入饱和区饱和导通，然后电容C2放电并反向充电，随着三极管Q2的基极电位的不断升高，流经三极管Q2的基极电流跟着不断下降，同时电感L1上的电流不断升高，当该电流足够大至使三极管Q1退出饱和状态时，三极管Q1的集电极电位升高，这样，三极管Q1和三极管Q2截止。如此反复循环，使电感储能依自激振荡频率输出，即启动电路201进入自激振荡的升压工作状态，使输入电压通过已经储能的电感L1，再经二极管D1依自激振荡频率为电容C3充电，进而向控制芯片的供电端VCC提供一个在输入电压Vin基础上叠加电感能量的升压电量作为启动电路的输出电压Vq。即通过启动电路201为控制芯片的供电端VCC提供一个比输入电压Vin更高的供电电压Vq，为电容C3和C4充电，供控制芯片使用，从而消除控制芯片在启动阶段陷入欠压状态的风险。待电感L1放电结束，三极管Q2的基极电压低于其发射极电压后，启动电路201进入下一个升压工作周期。当启动电路201的输出电压上升大于控制芯片工作的最小VCC电压时，控制芯片开始工作，输出驱动信号使开关电源启机工作，建立输出电压，随着输出电压的不断升高，辅助绕组电路202中的辅助绕组N1耦合高频功率变压器的主功率输出对应的副边绕组的脉冲电压，经二极管D3整流、电容C3和电容C4滤波后，辅助绕组电路202输出一个比启动电路201的输出电压Vq更高的辅助绕组电压Vf，为控制芯片VCC持续供电；当启动电路201的输出电压Vq或者辅助绕组电路202的输出电压Vf大于稳压二极管Z1的稳压值后，稳压二极管Z1有漏电流流过，经电阻R3、电阻R4分压，使三极管Q3导通；三极管Q3导通，拉低了三极管Q2的发射极电压，使得三极管Q2的发射极电压小于Q2的基极电压，三极管Q2截止，三极管Q1也随之截止，从而关断了启动电路201的控制使其无法实现升压功能。当启动电路201的输出电压Vq或者辅助绕组电路202的输出电压Vf低于稳压二极管Z1的稳压值，且三极管Q2的基极电压低于其发射极电压后，启动电路201进入下一个升压工作周期。

上述电路的特征还在于启动电路201的输出电压Vq低于开关电源完成启动后的辅助绕组电路202的输出电压Vf，因此，在使用本实用新型提供供电的开关电源完成启动后，控制芯片的供电端VCC由辅助绕组电路202供电。

经对输出功率为6-10W的多组样品(各组样品均包括图1技术方案的样品一和图2技术方案的样品二)，在输入电压Vin为3V～30V的相同测试条件下进行测试，得出本实用新型第一实施方案的样品与现有技术样品的对比数据，如下表1所示：

表1现有技术样品与本实用新型方案样品的性能对比表

实施案例二：

请参阅图4，一种开关电源自供电电路包括启动电路201，与第一实施案例的不同之处在于，在启动电路201与辅助绕组电路202之间增设线性稳压电路，该线性稳压电路包括电阻R5、R6、稳压二极管Z2和NPN三极管Q4，其具体连接关系是，电阻R5的一端连接启动电路的输出端，电阻R5的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与辅助绕组电路的输出端连接，三极管Q4的基极与稳压二极管Z2的阴极连接，稳压二极管Z2的阳极接地，电阻R6的一端连接启动电路的输出端，电阻R6的另一端与三极管Q4的基极连接。

经对输出功率为6-10W的多组样品(各组样品均包括图1技术方案的样品一和图4技术方案的样品三)，在输入电压Vin为3V～30V的相同测试条件下进行测试，得出本实用新型第二实施方案的样品与现有技术样品的对比数据，如下表2所示：

表2现有技术样品与本实用新型方案样品的性能对比表

以上实施例只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想，就本实用新型的自供电电路而言，依稳压二极管Z2的工作原理可知，更高的输入电压亦是可行的，比如输入电压Vin为50V时该自供电路也是能正常工作的。对本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离实用新型原理的前提下，通过以上描述与举例能自然联想到的其他等同应用方案，以及对本实用新型进行若干的改进和修饰，均落入本实用新型的权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种开关电源的自供电电路，用于为开关电源中控制芯片的Vcc端供电，包括启动电路和辅助绕组电路，启动电路为控制芯片的启动供电；辅助绕组电路在控制芯片启动并使开关电源进入正常工作状态后为控制芯片提供持续供电，其特征在于，

所述启动电路，包括由第一电感L1、第一二极管D1、第三电容C3、第一NPN三极管Q1组成的升压单元，和由第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第二二极管D2、第二PNP三极管Q2组成的升压控制单元，以及由第一稳压二极管Z1、第三电阻R3、第三NPN三极管Q3、第四电阻R4组成的稳压控制单元，所述的第一电感L1一端连接开关电源的输入Vin和第一电阻R1的一端，所述第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阳极、第一NPN三极管Q1的集电极和第二电容C2的一端；所述第一二极管D1的阴极与第三电容C3的一端、第三电阻R3的一端连接在一起后引出作为升压电路的输出端连接到辅助绕组电路的输出端；第三电容C3的另一端与第一NPN三极管Q1的发射极相连并连接到开关电源模块的参考地；第一NPN三极管Q1的基极连接第二PNP三极管Q2的集电极，第二PNP三极管Q2的发射极与第一电阻R1的另一端、第一电容C1的一端、第二二极管D2的阴极以及第三NPN三极管Q3的集电极相连接；第二PNP三极管Q2的基极与第二电容C2的另一端、第二电阻R2的一端以及第二二极管D2的阳极连接；第一电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端、第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地；第一稳压二极管Z1的阴极与第三电阻R3的另一端相连；第一稳压二极管Z1的阳极与第三NPN三极管Q3的基极以及第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与第三NPN三极管Q3的发射极相连并连接到参考地。

2.根据权利要求1所述的自供电电路，其特征在于，所述启动电路，自开关电源的启机时刻进入自激振荡的升压工作状态，所述自激振荡的升压工作状态即由升压控制单元形成通路以使电感有电流流过并进行储能，使输入电压Vin依自激振荡频率通过升压单元已经储能的电感为电容充电，以在电容两端形成一个在输入电压Vin基础上叠加电感能量的升压电量作为启动电路的输出电压Vq；

当启动电路的输出电压Vq或辅助绕组电路的输出电压Vf高于稳压二极管的稳压值后，由稳压控制单元关断启动电路。

3.根据权利要求1所述的自供电电路，其特征在于，在启动电路与辅助绕组电路之间设有线性稳压电路。

4.根据权利要求3所述的自供电电路，其特征在于，所述线性稳压电路，包括电阻R5、电阻R6、稳压二极管Z2和NPN三极管Q4，其具体连接关系是，电阻R5的一端连接启动电路的输出端，电阻R5的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与辅助绕组电路的输出端连接，三极管Q4的基极与稳压二极管Z2的阴极连接，稳压二极管Z2的阳极接参考地，电阻R6的一端连接启动电路的输出端，电阻R6的另一端与三极管Q4的基极连接。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的自供电电路，其特征在于，所述的辅助供电电路，包括第三二极管D3、第四电容C4以及辅助绕组N1；所述的第三二极管D3的阳极与辅助绕组N1的异名端相连；第三二极管D3的阴极与第四电容C4的一端相连后引出作为辅助供电电路的输出端，以与升压电路的输出端相连；辅助绕组N1的同名端与第四电容C4的另一端相连并连接到参考地。

6.根据权利要求1所述的自供电电路，其特征在于，所述启动电路的输出电压Vq高于输入电压Vin且低于辅助绕组电路的输出电压Vf。