CN205142002U - 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，包括变压器绕组(1)、二极管整流电路(2)、升压整流电路(3)、线性稳压电路(4)；所述的变压器绕组(1)耦合辅助绕组输出高频脉冲电压；在正常工作状态下，由所述的高频脉冲电压经所述的二极管整流电路(2)整流后输出的供电电压一供电；当出现所述的供电电压一提供的电压不足时，由所述的高频脉冲电压经所述的升压整流电路(3)升压整流滤波形成更高的直流电压再经所述的线性稳压电路(4)降低稳压后输出的供电电压二供电。本实用新型提供的Vcc稳定、精准、损耗低，不随输出负载电流的变化而变化，不随输出电压的调节而变化。可以应用于带输出电压调节功能的AC-DC、DC-DC开关电源中。

Description

一种开关电源的自供电电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源的自供电电路，特别涉及可实现输出电压和负载可调节的开关电源自供电电路。

背景技术

在开关电源产品中，原边控制芯片或相关的保护电路芯片需要一个稳定持续的供电电压，该电压一般在12V左右。在开关电源许多应用中，开关电源的输入电压一般都远高于该电压，如果采集输入电压做该供电电压会造成很大的降压损耗。

图1为目前现有技术的最普遍一种供电方式，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的形成直流Vcc电压，以供控制芯片使用。

现有技术中存在以下缺陷：

1、开关电源输出负载在重载和空载情况下，因为交叉调整率的问题，导致Vcc电压波动幅度大，应用在具有宽范围的Vcc电压的控制芯片或驱动芯片中没有问题，但是在应用在Vcc电压范围比较窄的控制芯片和驱动芯片时，会导致过压/欠压的情况。

2、在模块电源中，输出电压一般具有调节功能，可以上调10％输出电压和下调10％输出电压，该Vcc电压因为耦合输出电压，所以在输出电压被调高或调低的时候，造成自供电电压Vcc也跟随输出电压的变化而变化，也同样造成Vcc过压或欠压。

3、模块电源一般都具有输出过流、短路的功能，在短路或者过流的时候，辅助绕组上的电压降低，会引起自供电电压Vcc降低，从而造成Vcc欠压。

4、以上三种情况导致的Vcc电压降低，都会造成自供电的功率全部由启动电路来提供，导致启动电路的功耗加大，电源模块的效率降低，而为了不被这种大的功耗所损坏，启动电路中的器件，特别是电压调整三极管需要选择更大的体积，这样就导致电源模块成本、体积增加，功率密度被降低。

图2所示为另外一种供电方式，变压器绕组的辅助绕组耦合原边绕组的脉冲电压，输出到升压整流电路的输入端，升压整流电路将此脉冲电压升压后，形成更高的直流电压输出到线性稳压电路的输入端，线性稳压电路将高直流电压通过降低、稳压后形成稳定的Vcc电压，提供给控制芯片和其他芯片使用。

图2所示供电方式在公开号为CN204408206U的实用新型专利中已被公开，该专利申请日期为2015年2月10日、授权公告日期为2015年6月17日，该专利虽然解决了图1所示供电方式存在的系列缺陷，但是存在以下技术问题：对于输入电压范围比较宽的电源，高压输入的时候，在高频变压器的辅助绕组电压经过升压整流电路之后，电压比较高，电压调整三极管功耗比较大，造成电源效率的浪费和成本的增加。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种开关电源的自供电电路，所述的自供电路具备Vcc电压稳定，不受输入电压和输出负载电流的影响，在输出电压需要调节的模块电源应用中，不随输出电压的变化而变化，在正常工作时，不带来过多的损耗。

本实用新型所述的一种开关电源的自供电电路是通过以下技术方案来实现的：包括变压器绕组1、二极管整流电路2、升压整流电路3、线性稳压电路4；所述的变压器绕组1的辅助绕组耦合副边绕组输出高频脉冲电压；在正常工作状态下，由所述的高频脉冲电压经所述的二极管整流电路2整流后输出的供电电压一供电；当出现所述的供电电压一提供的电压不足时，由所述的高频脉冲电压经所述的升压整流电路3升压整流滤波形成更高的直流电压再经所述的线性稳压电路4降低稳压后输出的供电电压二供电。

优选的，所述的变压器绕组1为耦合开关电源的主功率变压器，包括：变压器原边绕组、副边绕组、辅助绕组，变压器的原边绕组和主功率开关串联，副边绕组和副边整流开关串联，辅助绕组的一端接参考地，另一端接所述的二极管整流电路的输入端和升压整流电路的输入端。

优选的，所述的二极管整流电路2包括第一限流电阻和第一二极管，所述的第一限流电阻的一端和所述的变压器的辅助绕组的一端连接，所述的辅助绕组的另一端连接到电路的参考地，所述的第一限流电阻的另一端和所述的第一二极管的阳极连接，所述的第一二极管的阴极输出供电电压一。

优选的，所述的升压整流电路3包括第一升压电容、第二二极管、第三二极管，第一滤波电容，所述的第一升压电容的一端和所述的变压器绕组的辅助绕组的一端连接，所述的第一升压电容的另一端和所述的第二二极管的阳极及所述的第三二极管阴极连接，所述的第二二极管的阴极和所述的第一滤波电容的一端连接，为所述的升压整流电路的输出端，所述的第三二极管的阳极、所述的第一滤波电容的另一端和所述的辅助绕组的另一端连接到电路的参考地。

优选的，所述的线性稳压电路4包括第一分压电阻、第二限流电阻、第一稳压二极管、第一电压调整三极管，所述的第一分压电阻的一端连接到所述的升压整流电路的输出端，所述的第一分压电阻的另一端连接到所述的第一电压调整三极管的集电极和所述的第二限流电阻的一端，所述的第二限流电阻的另一端连接到所述的第一电压调整三极管的基极和所述的第一稳压二极管的阴极，所述的第一稳压二极管的阳极连接到电路的参考地，所述的第一电压调整管的发射极输出供电电压二。

优选的，所述的变压器绕组1输出的高频脉冲电压和开关电源同步。

采用图1现有技术供电的开关电源在空载或输出电压被下调时，会导致Vcc自供电电压降低，当自供电Vcc电压低于启动电路提供的电压时，控制芯片和其它芯片需要的供电电流全部由启动电路提供，启动电路上产生的损耗为P＝(Vin-Vcc)×Icc，一般情况下Vin电压远高于Vcc电压。这样就造成启动电路上产生了很大的分压损耗，特别是在超高输入电压的开关电源应用中。采用图2的升压电路加上线性稳压电路供电的开关电源为了同时满足输入低电压和高电压的情况，在高输入电压情况下经过升压电路后输入线性稳压电路的电压很高，这在电压调整三极管上会产生很大的损耗，将影响到产品在高压下的效率。

因此，自供电电路需要满足以下几点要求：

1、在输出电压被调低的情况下，自供电提供的Vcc也要高于启动电路输出电压；

2、产品高压正常工作状况下，使用升压电路时候，不会给产品带来高的损耗。

所以本实用新型技术的解决思想是，正常工作的时候，采用二极管整流，通过副边绕组和辅助绕组匝比的设计，将Vcc电压设计在理想的电压上。当输出电压被调低的情况下，则先通过升压整流电路提高绕组整流滤波后的直流电压，再通过降压-线性稳压电路将Vcc电压稳定在理想的电压上。

所述本实用新型实现Vcc自供电电压稳定的原理是，正常工作状态下，通过二极管整流电路2提供稳定的Vcc输出电压，当辅助绕组的正向电压降低时候，则通过升压整流电路升高辅助绕组上的电压，经过滤波，再通过线性稳压电路稳定Vcc输出电压，实现更稳定的自供电电压。

因此，本实用新型在开关电源设计中可以利用变压器辅助绕组自供电，降低启动电路的功耗，减小启动电路的体积，达到实现模块电源高功率密度的效果。特别是在控制芯片或驱动芯片的VCC电压范围比较窄的应用中，有很好的效果。本实用新型是对现有技术的Vcc自供电电路在工作模式上的共性点进行创新改良，克服现有技术中自供电电压不稳定以及采用升压电路所带来的电压调整三极管损耗大的缺点。

与现有技术相比，本实用新型具有以下突出的优点：

1、Vcc自供电电压不受过流保护、短路保护的影响；

2、Vcc自供电电压不随输出电压调节而变化；

3、可以提高输出电压下调应用中的效率；

4、可以降低启动电路器件的体积，增大开关电源的功率密度；

5、可以降低自供电电路的损耗，提高产品的工作效率。

附图说明

图1为现有普遍技术的自供电电路原理图；

图2为升压电路和线性稳压电路的供电电路原理图；

图3为本实用新型实施例一的电路图；

图4为本实用新型在开关电源应用中的电路图。

具体实施方式

图3为本实用新型实施例一的电路图，其包括变压器绕组1、二极管整流电路2、升压整流电路3、线性稳压电路4，变压器绕组1的辅助绕组输出和开关电源同步的高频脉冲电压，二极管整流电路2直接将接收的高频脉冲电压整流，输出到控制芯片，升压整流电路3将接收的高频脉冲电压经过升压、整流、滤波后形成更高的直流电压Vcc，线性稳压电路4将该升高后的直流电压降低和稳压后输出到控制芯片；

变压器绕组1包括变压器原边绕组Np、副边绕组Ns、辅助绕组N1，高频变压器的原边绕组Np和主功率开关串联，副边绕组Ns和副边整流开关串联，辅助绕组N1和本实用新型电路连接；

二极管整流电路2包括第一限流电阻R1、第一二极管D1，第一限流电阻R1的一端和变压器的辅助绕组N1的一端连接，辅助绕组N1的另一端连接到电路的参考地，第一限流电阻R1的另一端和第一二极管D1的阳极连接，第一二极管的阴极连接到IC供电输出VCC端；

升压整流电路3包括第一升压电容C1、第二二极管D2、第三二极管D3，第一滤波电容C2，第一升压电容C1的一端和变压器的辅助绕组N1的一端连接，第一升压电容C1的另一端和第二二极管D2的阳极及第三二极管D3阴极连接，第二二极管D2的阴极和第一滤波电容C2的一端连接，为升压整流电路的输出端，第三二极管D3的阳极、第一滤波电容C2的另一端和辅助绕组N1的另一端连接到电路的参考地；

线性稳压电路4包括第一分压电阻R2、第二限流电阻R3、第一稳压二极管ZD1、第一电压调整三极管Q1，第一分压电阻R2的一端连接到升压整流电路的输出端，第一分压电阻R2的另一端连接到第一电压调整三极管Q1的集电极和第二限流电阻R3的一端，第二限流电阻R3的另一端连接到第一电压调整三极管Q1的基极和第一稳压二极管ZD1的阴极。第一稳压二极管ZD1的阳极连接到电路的参考地。第一电压调整管Q1的发射极连接到IC供电输出VCC端。

本实施例开关电源被启动电路正常启动后，进入正常的工作模式，变压器绕组1的原边绕组Np与一开关串联，工作中的开关持续工作在导通和截止状态，在副边绕组Ns的上产生了一个有正有负的脉冲电压，辅助绕组N1耦合副边绕组，也产生一个有正负的脉冲的电压，该电压输出到二极管整流电路2和升压整流电路3。各功能电路的工作原理如下：

二极管整流电路2：当辅助绕组N1的脉冲电压为正向电压的时候，第一二极管D1导通，通过设置副边绕组Ns和辅助绕组N1的匝比，形成稳定输出的Vcc电压。

升压整流电路3：当升压整流电路3所接收的脉冲电压为负向时，负向电压通过给升压整流电路3的第三二极管D3给第一升压电容C1充电，在其两端形成一个左正右负的电压，幅值约等于负向电压。当辅助绕组N1的脉冲电压切换到正向电压的时候，通过第一升压电容C1后和第二二极管D2整流、第一电容C1滤波后形成直流电压，由于第一升压电容C1上的电压无释放回路，左正右负电压的电压将保持，所以滤波电容C2上的直流电压等于绕组的正向脉冲电压加上第一升压电容C1上的电压，所以整流滤波后的直流电压为辅助绕组N1输出的正向脉冲电压加上负向脉冲电压。

线性稳压电路4：被升压整流电路3升高的直流电压通过第一分压电阻R2，加在第二限流电阻R3和稳压二极管ZD1的串联回路上。在稳压二极管ZD1上形成电压，第二限流电阻R3限制流过稳压二极管ZD1的电流，保证稳压二级管ZD1电压稳定并防止稳压二极管ZD1被电流损坏。稳定的电压提供给电压调整三极管Q1的基极，线性稳压电路4的输出也就是电压调整三极管Q1的输出电压被稳定的基极电压所钳位，形成稳定输出的Vcc电压。

当辅助绕组N1的正向脉冲电压经过二极管整流电路2之后的电压高于线性稳压电路4输出的电压的时候，控制芯片和其他芯片的Vcc电压则由二极管整流电路2来供给。当辅助绕组的正向脉冲电压较低，且经过二极管整流电路2之后的电压低于线性稳压电路4输出的电压的时候，Vcc电压则由升压电路3和线性稳压电路4组成的电路来供给。此时，在调整三极管上形成的功耗为：

Pq1＝(V1max-VR1-Vcc)×Icc

上式中V1max为升压整流电路3输出的电压，VR1为第一分压电阻R2上的电压，因为从设计上可以做到被升高的V1max电压远低于输入电压Vin，所以调整三极管Q1的损耗要远小于启动开关电源主功率三极管的工作损耗。

本实用新型的实施方式不限于此，按照本实用新型的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种开关电源的自供电电路，其特征在于：包括变压器绕组、二极管整流电路、升压整流电路、线性稳压电路；所述的变压器绕组耦合辅助绕组输出高频脉冲电压；在正常工作状态下，由所述的高频脉冲电压经所述的二极管整流电路整流后输出的供电电压一供电；当出现所述的供电电压一提供的电压不足时，由所述的高频脉冲电压经所述的升压整流电路升压整流滤波形成更高的直流电压再经所述的线性稳压电路降低稳压后输出的供电电压二供电。

2.根据权利要求1所述的开关电源的自供电电路，其特征在于：所述的变压器绕组为耦合开关电源的主功率变压器，包括变压器原边绕组、副边绕组、辅助绕组，变压器的原边绕组和主功率开关串联，副边绕组和副边整流开关串联，辅助绕组的一端接参考地，另一端接所述的二极管整流电路的输入端和升压整流电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的开关电源的自供电电路，其特征在于：所述的二极管整流电路包括第一限流电阻和第一二极管；所述的第一限流电阻的一端和所述的变压器绕组的辅助绕组的一端连接，所述的辅助绕组的另一端连接到电路的参考地，所述的第一限流电阻的另一端和所述的第一二极管的阳极连接，所述的第一二极管的阴极输出所述的供电电压一。

4.根据权利要求1所述的开关电源的自供电电路，其特征在于：所述的升压整流电路包括第一升压电容、第二二极管、第三二极管，第一滤波电容；所述的第一升压电容的一端和所述的变压器绕组的辅助绕组的一端连接，所述的第一升压电容的另一端和所述的第二二极管的阳极及所述的第三二极管的阴极连接；所述的第二二极管的阴极和所述的第一滤波电容的一端连接，为所述的升压整流电路的输出端；所述的第三二极管的阳极、所述的第一滤波电容的另一端和所述的变压器绕组的辅助绕组的另一端连接到电路的参考地。

5.根据权利要求1所述的开关电源的自供电电路，其特征在于：所述的线性稳压电路包括第一分压电阻、第二限流电阻、第一稳压二极管、第一电压调整三极管；所述的第一分压电阻的一端连接到所述的升压整流电路的输出端，所述的第一分压电阻的另一端连接到所述的第一电压调整三极管的集电极和所述的第二限流电阻的一端；所述的第二限流电阻的另一端连接到所述的第一电压调整三极管的基极和所述的第一稳压二极管的阴极；所述的第一稳压二极管的阳极连接到电路的参考地；所述的第一电压调整三级管的发射极输出所述的供电电压二。

6.根据权利要求1所述的开关电源的自供电电路，其特征在于：所述的变压器绕组提供的高频脉冲电压和开关电源同步。