CN205596022U - 一种同步整流型开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同步整流型开关电源电路，包括电源输入端、电源输出端、光耦供电端、变压器、PWM控制电路、主开关管、光耦驱动开关管、光耦发射管、光耦接收管、第一电阻、第一图腾柱电路以及整流MOS管。本实用新型将原边线圈的主开关管驱动信号经由光耦传递给副边线圈，通过图腾柱电路整合作为整流MOS管的驱动信号，实现原理简单，避免了使用集成芯片，电路结构简单，可靠性高，可采用不同的拓扑结构，适用范围广。

Description

一种同步整流型开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种同步整流型开关电源电路。

背景技术

开关电源是由开关管直接控制着与其相连的感性元件(电感或变压器)，通过感性元件的储能及放能过程，实现电压或电流变换的一种电源。其通过调整主开关管导通和截止的时间比例，维持稳定的输出信号，广泛应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。

整流电路是电源电路的重要组成部分，传统的整流器件采用二极管，但由于二极管的通态压降较高，整流损耗较大，因此现有技术中已有采用功率MOS管代替二极管作为整流元件，功率MOS管作为整流元件要求控制电压与待整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称同步整流。

现有的同步整流型开关电源，采用次级输出电压作为整流MOS管的控制电压，对次级输出电压整流，由于控制电压与待整流电压都是次级输出，实现比较复杂，一般采用集成芯片，但是成本高、可靠性低。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型提供一种同步整流型开关电源，无需采用集成芯片，电路结构简单、可靠性高。

本实用新型提供的同步整流型开关电源，包括电源输入端、电源输出端、光耦供电端、变压器、PWM控制电路、主开关管、光耦驱动开关管、光耦发射管、光耦接收管、第一电阻、第一图腾柱电路以及整流MOS管；

所述变压器包括原边线圈和副边线圈，所述电源输入端连接所述原边线圈的第一端，所述原边线圈的第二端连接所述主开关管的第一端，所述主开关管的第二端接地；所述副边线圈的第一端连接所述电源输出端，所述副边线圈的第二端连接所述整流MOS管的源极，所述整流MOS管的漏极接地；

所述PWM控制电路的输出端连接所述主开关管的控制端，所述PWM控制电路的输出端还连接所述光耦驱动开关管的控制端；

所述光耦供电端连接所述光耦发射管的正极，所述光耦发射管的负极连接所述光耦驱动开关管的第一端，所述光耦驱动开关管的第二端接地；

所述光耦接收管的集电极连接所述电源输出端，所述光耦接收管的发射极连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地；

所述第一图腾柱电路包括第一控制端、第一输出端和第一电源端；所述第一控制端连接所述光耦接收管的发射极，所述第一电源端连接所述电源输出端，所述第一输出端连接所述整流MOS管的栅极。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型提供的同步整流型开关电源电路，将原边线圈的主开关管驱动信号经由光耦传递给副边线圈，通过图腾柱电路整合作为整流MOS管的驱动信号，实现原理简单，避免了使用集成芯片，电路结构简单，可靠性高。

在其中一个实施例中，所述同步整流型开关电源电路是反激变换电路，所述第一图腾柱电路还包括第一PNP三极管和第一NPN三极管；

所述第一控制端连接所述第一PNP三极管的基极，所述第一控制端还连接所述第一NPN三极管的基极；

所述第一PNP三极管的发射极连接所述第一电源端；所述第一PNP三极管的集电极连接所述第一输出端；

所述第一NPN三极管的集电极连接所述第一输出端，所述第一NPN三极管的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述同步整流型开关电源电路是反激变换电路，图腾柱电路根据反激变换电路的电压转换规律适应性地构建PNP三极管和NPN三极管的连接，以达到同步整流的目的。

在另一个实施例中，所述同步整流型开关电源电路是正激变换电路，所述同步整流型开关电源电路还包括续流MOS管和第二图腾柱电路；

所述续流MOS管的漏极连接所述副边线圈的第一端，所述续流MOS管的源极接地；

所述第二图腾柱电路包括第二控制端、第二输出端和第二电源端；所述第二控制端连接所述光耦接收管的发射极，所述第二电源端连接所述电源输出端，所述第二输出端连接所述续流MOS管的栅极。

在另一个实施例中，所述同步整流型开关电源电路是正激变换电路，由于正激变换电路中变压器不蓄积能量，只负责耦合传输，因此需要续流元件为储能电感保证电流连续，根据本实用新型的实现原理，可相应地增加驱动续流元件的图腾柱电路；由此可见，本实用新型提供的同步整流开关电源电路可采用不同的拓扑结构，适用范围广。

进一步地，所述第一图腾柱电路还包括第一NPN三极管和第一PNP三极管；

所述第一控制端连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一控制端还连接所述第一PNP三极管的基极；所述第一NPN三极管的集电极连接所述第一电源端；所述第一NPN三极管的发射极连接所述第一输出端；所述第一PNP三极管的发射极连接所述第一输出端，所述第一PNP三极管的集电极接地；

所述第二图腾柱电路还包括第二PNP三极管和第二NPN三极管；

所述第二控制端连接所述第二PNP三极管的基极，所述第二控制端还连接所述第二NPN三极管的基极；所述第二PNP三极管的发射极连接所述第二电源端；所述第二PNP三极管的集电极连接所述第二输出端；所述第二NPN三极管的集电极连接所述第二输出端，所述第二NPN三极管的发射极接地。

在进一步方案中，图腾柱电路根据正激变换电路的电压转换规律适应性地构建PNP三极管和NPN三极管的连接，以达到同步整流的目的。

进一步地，所述同步整流型开关电源电路还包括第一电感，所述副边线圈的第一端连接所述电源输出端，具体为，所述副边线圈的第一端通过所述第一电感连接所述电源输出端，其中，所述第一电感的第一端连接所述副边线圈的第一端，所述第一电感的第二端连接所述副边线圈的第二端。

优选地，所述变压器还包括辅助线圈，所述辅助线圈的第一端连接所述光耦供电端，所述辅助线圈的第二端接地；

所述PWM控制电路是开关电源控制芯片，所述开关电源控制芯片包括芯片供电引脚和驱动输出引脚，所述驱动输出引脚为所述PWM控制电路的输出端；

所述辅助线圈的第一端还连接所述芯片供电引脚。

在优选方案中，采用辅助线圈为光耦发射管正极提供高电平、为PWM控制电路供电，避免了额外的功耗，提高电源的转换率。

优选地，所述光耦驱动开关管为NPN三极管，所述光耦驱动开关管的控制端为所述NPN三极管的基极，所述光耦驱动开关管的第一端为所述NPN三极管的集电极，所述光耦驱动开关管的第二端为所述NPN三极管的发射极。

优选地，其特征在于，所述开关电源电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述电源输出端，所述第一电容的第二端接地。

附图说明

图1是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的电路结构框图；

图2是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的第一实施例的原理图；

图3是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的第二实施例的原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的电路结构框图；

本实用新型提供的同步整流型开关电源，包括电源输入端Vin、电源输出端Vout、光耦供电端Vdd、变压器T1、PWM控制电路101、主开关管Q1、光耦驱动开关管Q3、光耦发射管U1A、光耦接收管U1B、第一电阻R1、第一图腾柱电路102以及整流MOS管Q2；

变压器包括原边线圈和副边线圈，电源输入端Vin连接原边线圈的第一端，原边线圈的第二端连接主开关管Q1的第一端，主开关管Q1的第二端接地；副边线圈的第一端连接电源输出端Vout，副边线圈的第二端连接整流MOS管Q2的源极，整流MOS管Q2的漏极接地；

PWM控制电路101的输出端连接主开关管Q1的控制端，PWM控制电路101的输出端还连接光耦驱动开关管Q3的控制端；

光耦供电端Vdd连接光耦发射管U1A的正极，光耦发射管U1A的负极连接光耦驱动开关管Q3的第一端，光耦驱动开关管Q3的第二端接地；

光耦接收管U1B的集电极连接电源输出端Vout，光耦接收管U1B的发射极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地；

第一图腾柱电路102包括第一控制端、第一输出端和第一电源端；第一控制端连接光耦接收管U1B的第二端，第一电源端连接电源输出端Vout，第一输出端连接整流MOS管Q2的栅极。

本实用新型提供的同步整流型开关电源电路，将原边线圈的主开关管驱动信号经由光耦传递给副边线圈，通过图腾柱电路整合作为整流MOS管的驱动信号，实现原理简单，避免了使用集成芯片，电路结构简单，可靠性高。

下面将以具体的实施例说明本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的原理。

参见图2，是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的第一实施例的原理图；

第一实施例中，所述同步整流型开关电源电路是反激变换电路，第一图腾柱电路根据反激变换电路的电压转换规律适应性地构建PNP三极管和NPN三极管的连接，以达到同步整流的目的。

其中，第一图腾柱电路102还包括第一PNP三极管Q4和第一NPN三极管Q5；所述第一控制端连接第一PNP三极管Q4的基极，所述第一控制端还连接第一NPN三极管Q5的基极；第一PNP三极管Q4的发射极连接所述第一电源端；第一PNP三极管Q4的集电极连接所述第一输出端；第一NPN三极管Q5的集电极连接所述第一输出端，第一NPN三极管Q5的发射极接地。

光耦驱动开关管Q3为NPN三极管，光耦驱动开关管Q3的控制端为NPN三极管的基极，光耦驱动开关管Q3的第一端为NPN三极管的集电极，光耦驱动开关管Q3的第二端为NPN三极管的发射极。

变压器T1还包括辅助线圈，辅助线圈的第一端连接光耦供电端Vdd，辅助线圈的第二端接地；PWM控制电路101是开关电源控制芯片，开关电源控制芯片包括芯片供电引脚VDD和驱动输出引脚GATE，驱动输出引脚GATE为PWM控制电路的输出端；辅助线圈的第一端还连接芯片供电引脚VDD。采用辅助线圈为光耦发射管正极提供高电平、为PWM控制电路供电，避免了额外的功耗，提高电源的转换率。开关电源电路还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端连接电源输出端，第一电容C1的第二端接地。第一电容C1为滤波电容，为经整流MOS管Q2整流后的信号滤波。

在第一实施例中，当开关电源控制芯片的驱动输出引脚GATE为高电平时，主开关管Q1导通，此时光耦驱动开关管Q3也导通，因此光耦发射管U1A和光耦接收管Q1B导通，第一图腾柱电路102的第一控制端为高电平，造成第一PNP三极管Q4截止，第一NPN三极管Q5导通，即第一输出端接地，为低电平，整流MOS管的状态为截止，变压器原边线圈存储能量；而当开关电源控制芯片的驱动输出引脚GATE为低电平时，主开关管Q1和光耦驱动开关管Q3截止，因此光耦发射管U1A和光耦接收管Q1B截止，第一图腾柱电路102的第一控制端被第一电阻R1下拉为低电平，造成第一PNP三极管Q4导通，第一NPN三极管Q5截止，即第一输出端连接电源输出端Vout，为高电平，整流MOS管的状态为导通，电流正常流通，实现了同步整流。

参见图3，是本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的第二实施例的原理图；

第二实施例与上述第一实施例的不同之处在于，所述同步整流型开关电源电路是正激变换电路，根据正激变换电路的电压转换规律适应性地调整PNP三极管和NPN三极管的连接，以达到同步整流的目的，其中，所述第一图腾柱电路102还包括第一NPN三极管Q5和第一PNP三极管Q4；其中，所述第一控制端连接第一NPN三极管Q5的基极，所述第一控制端还连接第一PNP三极管Q4的基极；第一NPN三极管Q5的集电极连接所述第一电源端；所述NPN三极管Q5的发射极连接所述第一输出端；第一PNP三极管Q4的发射极连接所述第一输出端，第一PNP三极管Q4的集电极接地；

第二实施中的同步整流型开关电源电路是正激变换电路，由于正激变换电路中变压器不蓄积能量，只负责耦合传输，需要设置储能元件，因此第二实施例中的同步整流型开关电源电路还包括第一电感L1，变压器的副边线圈的第一端连接电源输出端Vout，具体为，所述副边线圈的第一端通过第一电感L1连接电源输出端Vout，其中，第一电感L1的第一端连接所述副边线圈的第一端，第一电感L2的第二端连接所述副边线圈的第二端。同时，还需要续流元件为储能电感保证电流连续，根据本实用新型的实现原理，相应地增加了驱动续流元件的图腾柱电路：

所述同步整流型开关电源电路还包括续流MOS管Q8和第二图腾柱电路103；续流MOS管Q8的漏极连接副边线圈的第一端，续流MOS管Q8的源极接地；第二图腾柱电路103包括第二控制端、第二输出端和第二电源端；所述第二控制端连接光耦接收管U1B的发射极，所述第二电源端连接电源输出端Vout，所述第二输出端连接续流MOS管Q8的栅极；

适应性地构建PNP三极管和NPN三极管的连接，以达到续流的目的：所述第二图腾柱电路103还包括第二PNP三极管Q6和第二NPN三极管Q7；

所述第二控制端连接第二PNP三极管Q6的基极，所述第二控制端还连接第二NPN三极管Q7的基极；第二PNP三极管Q6的发射极连接所述第二电源端；第二PNP三极管Q6的集电极连接所述第二输出端；第二NPN三极管Q7的集电极连接所述第二输出端，第二NPN三极管Q7的发射极接地。

根据本实用新型提供的同步整流型开关电源电路的实现原理，即可构建适用于反激拓扑的电路结构，也可构建适用于正激拓扑的电路结构，由此可见，本实用新型提供的同步整流开关电源电路可采用不同的拓扑结构，适用范围广。

本实用新型提供的同步整流型开关电源电路，将原边线圈的主开关管驱动信号经由光耦传递给副边线圈，通过图腾柱电路整合作为整流MOS管的驱动信号，实现原理简单，避免了使用集成芯片，电路结构简单，可靠性高。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种同步整流型开关电源电路，其特征在于，包括电源输入端、电源输出端、光耦供电端、变压器、PWM控制电路、主开关管、光耦驱动开关管、光耦发射管、光耦接收管、第一电阻、第一图腾柱电路以及整流MOS管；

所述变压器包括原边线圈和副边线圈，所述电源输入端连接所述原边线圈的第一端，所述原边线圈的第二端连接所述主开关管的第一端，所述主开关管的第二端接地；所述副边线圈的第一端连接所述电源输出端，所述副边线圈的第二端连接所述整流MOS管的源极，所述整流MOS管的漏极接地；

所述PWM控制电路的输出端连接所述主开关管的控制端，所述PWM控制电路的输出端还连接所述光耦驱动开关管的控制端；

所述光耦供电端连接所述光耦发射管的正极，所述光耦发射管的负极连接所述光耦驱动开关管的第一端，所述光耦驱动开关管的第二端接地；

所述光耦接收管的集电极连接所述电源输出端，所述光耦接收管的发射极连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地；

所述第一图腾柱电路包括第一控制端、第一输出端和第一电源端；所述第一控制端连接所述光耦接收管的发射极，所述第一电源端连接所述电源输出端，所述第一输出端连接所述整流MOS管的栅极。

2.如权利要求1所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述同步整流型开关电源电路是反激变换电路，所述第一图腾柱电路还包括第一PNP三极管和第一NPN三极管；

所述第一控制端连接所述第一PNP三极管的基极，所述第一控制端还连接所述第一NPN三极管的基极；

所述第一PNP三极管的发射极连接所述第一电源端；所述第一PNP三极管的集电极连接所述第一输出端；

所述第一NPN三极管的集电极连接所述第一输出端，所述第一NPN三极 管的发射极接地。

3.如权利要求1所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述同步整流型开关电源电路是正激变换电路，所述同步整流型开关电源电路还包括续流MOS管和第二图腾柱电路；

所述续流MOS管的漏极连接所述副边线圈的第一端，所述续流MOS管的源极接地；

所述第二图腾柱电路包括第二控制端、第二输出端和第二电源端；所述第二控制端连接所述光耦接收管的发射极，所述第二电源端连接所述电源输出端，所述第二输出端连接所述续流MOS管的栅极。

4.如权利要求3所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述第一图腾柱电路还包括第一NPN三极管和第一PNP三极管；

所述第一控制端连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一控制端还连接所述第一PNP三极管的基极；所述第一NPN三极管的集电极连接所述第一电源端；所述第一NPN三极管的发射极连接所述第一输出端；所述第一PNP三极管的发射极连接所述第一输出端，所述第一PNP三极管的集电极接地；

所述第二图腾柱电路还包括第二PNP三极管和第二NPN三极管；

所述第二控制端连接所述第二PNP三极管的基极，所述第二控制端还连接所述第二NPN三极管的基极；所述第二PNP三极管的发射极连接所述第二电源端；所述第二PNP三极管的集电极连接所述第二输出端；所述第二NPN三极管的集电极连接所述第二输出端，所述第二NPN三极管的发射极接地。

5.如权利要求4所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述同步整流型开关电源电路还包括第一电感，所述副边线圈的第一端连接所述电源输出端，具体为，所述副边线圈的第一端通过所述第一电感连接所述电源输出端，其中，所述第一电感的第一端连接所述副边线圈的第一端，所述第一电感的第 二端连接所述副边线圈的第二端。

6.如权利要求1至4任一项所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述变压器还包括辅助线圈，所述辅助线圈的第一端连接所述光耦供电端，所述辅助线圈的第二端接地。

7.如权利要求6所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述PWM控制电路是开关电源控制芯片，所述开关电源控制芯片包括芯片供电引脚和驱动输出引脚，所述驱动输出引脚为所述PWM控制电路的输出端；

所述辅助线圈的第一端还连接所述芯片供电引脚。

8.如权利要求1至4任一项所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述光耦驱动开关管为NPN三极管，所述光耦驱动开关管的控制端为所述NPN三极管的基极，所述光耦驱动开关管的第一端为所述NPN三极管的集电极，所述光耦驱动开关管的第二端为所述NPN三极管的发射极。

9.如权利要求1至4任一项所述的同步整流型开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述电源输出端，所述第一电容的第二端接地。