CN209896915U - 自激式反激变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自激式反激变换器，其包括第一电阻、变压器、第一开关管、第二开关管、振荡电路及基极恒流驱动电路，变压器包括原边绕组、原边辅助绕组和副边绕组，第一电阻的一端连接原边绕组的第一端，其另一端耦合至第一开关管的基极，第一开关管的集电极连接原边绕组的第二端，第一开关管的发射极耦合到地，原边辅助绕组的第一端通过振荡电路耦合到第一开关管的基极，原边辅助绕组的第二端接地，第二开关管的基极耦合到第一开关管的发射极，第二开关管的集电极耦合到第一开关管的基极，第二开关管的发射极接地，基极恒流驱动电路连接在第二开关管的基极和集电极之间。本实用新型的变换器体积小、成本低，且可消除间歇振荡。

Description

自激式反激变换器

技术领域

本实用新型涉及电能转换技术领域，尤其涉及一种自激式反激变换器。

背景技术

振荡抵制型变换器(又称自激式反激变换器)(RCC，Ringing choke convertor)是一种非定频电源，其工作在DCM(不连续状态)或临界CCM(连续状态)下，RCC控制采用离散元件来实现控制峰值电流模式，总体方案成本低于传统PWM IC方案，作为一种简单而经济的解决方案，被广泛应用于工业和家用电器等。

在小型开关电源系统中，目前市场上常用反激、QR(准谐振)RCC等拓扑进行设计，其中反激、QR电路均由PWM控制器来实现控制稳压输出，开关管总是周期性的通/断。RCC电路由分离器件实现自激，是一种非周期性开关电源，其脉冲控制过程是非线性连续变化，且只有两种状态：当输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止，反之，开关管导通。

然而，带控制IC的拓扑需要增加额外的控制器IC和辅助电源，存在交叉导通和变压器磁饱合等问题。相比带控制IC的拓扑电源，传统的RCC电路在成本和体积上有优势，但RCC在电路中初级侧的分离器件过多，基极驱动损耗大，存在间歇振荡(跳频)现象，在EMC和可靠性上存在风险。

从原理和设计来看，带控制IC的方案存在成本和体积等问题，而传统的RCC电路应用存在局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自激式反激变换器。

本实用新型的一个方面提供一种自激式反激变换器，其包括第一电阻、变压器、第一开关管、第二开关管、振荡电路及基极恒流驱动电路，所述变压器包括原边绕组、原边辅助绕组和副边绕组，所述第一电阻的一端连接所述原边绕组的第一端，所述第一电阻的另一端耦合至所述第一开关管的基极，所述第一开关管的集电极连接所述原边绕组的第二端，所述第一开关管的发射极耦合到地，所述原边辅助绕组的第一端通过所述振荡电路耦合到所述第一开关管的基极，所述原边辅助绕组的第二端接地，所述第二开关管的基极耦合到所述第一开关管的发射极，所述第二开关管的集电极耦合到所述第一开关管的基极，所述第二开关管的发射极接地，所述基极恒流驱动电路连接在所述第二开关管的基极和集电极之间。

进一步地，所述基极恒流驱动电路包括串联连接的第一稳压二极管和第二电阻，其中，所述第一稳压二极管的阴极连接所述第一开关管的集电极。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括过流保护电路，所述第一开关管的发射极通过所述过流保护电路连接到地。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括隔离电路，所述隔离电路连接在所述第一开关管的发射极和所述第二开关管的基极之间。

进一步地，所述原边绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端，所述原边辅助绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端，所述副边绕组的第二端接地，所述副边绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括并联连接在所述原边绕组的第一端和第二端的RCD吸收电路，所述RCD吸收电路包括串联连接的第三电阻和第一二极管以及与所述第三电阻并联连接的第一电容。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的输入侧耦合至所述自激式反激变换器的输出端，所述光耦隔离电路的输出侧耦合在所述原边辅助绕组的第一端和所述第二开关管的基极。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括第二稳压二极管，所述光耦隔离电路包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阴极连接所述第二稳压二极管的阴极，所述第二稳压二极管的阳极接地。

进一步地，所述自激式反激变换器的输入端用于连接到AC电源，所述自激式反激变换器还包括耦合在所述自激式反激变换器的输入端和所述原边绕组之间的初级整流滤波电路。

进一步地，所述自激式反激变换器还包括耦合在所述副边绕组和所述自激式反激变换器的输出端之间的次级整流滤波电路。

本实用新型的自激式反激变换器带有基极恒流驱动，用更少的器件实现电路功能，体积小、成本低，而且，可以消除间歇振荡，解决振荡引起的EMC和输出波动大等问题。

附图说明

图1为本实用新型的自激式反激变换器的一个实施例的示意性框图；

图2为本实用新型的自激式反激变换器的一个实施例的原理图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1揭示了本实用新型的自激式反激变换器的一个实施例的示意性框图，

图2揭示了本实用新型的自激式反激变换器的一个实施例的原理图。如图1和图2所示，本实用新型的自激式反激变换器(RCC)100包括第一电阻R1、变压器T、开关管Q、振荡电路11及基极恒流驱动电路12。变压器T包括原边绕组L1、原边辅助绕组L2和副边绕组L3。开关管Q包括第一开关管Q1、第二开关管Q2。第一电阻R1为起动电阻，第一电阻R1的一端连接原边绕组L1的第一端1，其另一端耦合至第一开关管Q1的基极，第一开关管Q1的集电极连接原边绕组L1的第二端2，第一开关管Q1的发射极耦合到地，原边辅助绕组L2的第一端3通过振荡电路11耦合到第一开关管Q1的基极，原边辅助绕组L2的第二端4接地，第二开关管Q2的基极耦合到第一开关管Q1的发射极，第二开关管Q2的集电极耦合到第一开关管Q1的基极，第二开关管Q2的发射极接地，基极恒流驱动电路12连接在第二开关管Q2的基极和集电极之间。

本实用新型的自激式反激变换器100通过增设基极恒流驱动电路12，因此，当输入电压范围较大时，能够保证开关管的基极驱动恒流，而且，用更少的器件实现电路功能，保证电路在体积、成本上的优势，通过变压器T与开关管谐振产生自振荡，实现PWM输出，控制变压器T能量储能传递，满足输出功率要求，可广泛应用于中小功率开关电源中。

如图2所示，在一些实施例中，基极恒流驱动电路12可以包括串联连接的第一稳压二极管ZD1和第二电阻R2，其中，第一稳压二极管ZD1的阴极连接第一开关管Q1的集电极。通过第一稳压二极管ZD1和第二电阻R2实现了基极恒流驱动。然而，本实用新型的基极恒流驱动电路12并不局限于此，在其他实施例中，本实用新型的基极恒流驱动电路12也可以采用其他电路形式，但凡能够实现开关管的基极恒流驱动的电路形式均在本实用新型的保护范围之内。

在一些实施例中，原边绕组L1的第一端1为异名端，其第二端2为同名端，原边辅助绕组L2的第一端3为异名端，其第二端4为同名端，副边绕组L3的第二端6接地，副边绕组L3的第一端5为异名端，其第二端6为同名端。

自激式反激变换器100具有输入端IN并包括连接至输入端IN的输入电容E1(即第一超级电容)，本实用新型的自激式反激变换器100的输入端IN可以用于连接到DC(DirectCurrent，直流)电源，也可以用于连接到AC(Alternating Current，交流)电源。在自激式反激变换器100的输入端IN连接AC电源的实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还可以包括初级整流滤波电路16，如图1所示，初级整流滤波电路16耦合在自激式反激变换器100的输入端IN和变压器T的原边绕组L1之间。

考虑到变压器T的漏感，在第一开关管Q1中可能会存在电压尖峰，因此，在其他实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还可以包括并联连接在原边绕组L1的第一端1和第二端2的RCD吸收电路15，如图2所示，RCD吸收电路15可以包括串联连接的第三电阻R3和第一二极管D1以及与第三电阻R3并联连接的第一电容C1。

振荡电路11包括串联连接的第二电容C2和第四电阻R4。第二电容C2和第四电阻R4作为正反馈RC元件。自激式反激变换器100正常工作时，其工作频率与第二电容C2和第四电阻R4的RC取值无关，第二电容C2和第四电阻R4的RC取值决定了第一开关管Q1的最大导通时间T_on和第一开关管Q1的占空比。第一开关管Q1的占空比与输入电压成反比，即输入电压增大，则第一开关管Q1的导通时间T_on缩短，而第一开关管Q1的关断时间T_off不变。

在一个实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还可以包括过流保护电路13，第一开关管Q1的发射极通过过流保护电路13连接到地。过流保护电路13例如可以包括第五电阻R5，通过第五电阻R5上的电压降可以起到对第一开关管Q1的过流保护作用。

在另一个实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还可以包括隔离电路14，隔离电路14连接在第一开关管Q1的发射极和第二开关管Q2的基极之间，从而可以防止输入第二开关管Q2的稳压控制信号被第五电阻R5所短路。隔离电路14例如可以包括第六电阻R6。

自激式反激变换器100具有输出端OUT并包括连接至输出端OUT的输出电容E2(即第二超级电容)，输出电容E2并联在变压器T的副边绕组L3的第一端5和第二端6，在副边绕组L3的第一端5和输出电容E2之间串联有第二二极管D2。

本实用新型的自激式反激变换器100还包括光耦隔离电路U，光耦隔离电路U的输入侧耦合至自激式反激变换器100的输出端OUT，光耦隔离电路U的输出侧耦合在原边辅助绕组L2的第一端3和第二开关管Q2的基极。

在一些实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还包括第二稳压二极管ZD2，光耦隔离电路U包括发光二极管ED和光敏三极管EQ，发光二极管ED的阳极通过第七电阻R7连接至自激式反激变换器100的输出端，发光二极管ED的阴极连接第二稳压二极管ZD2的阴极，第二稳压二极管ZD2的阳极接地。光敏三极管EQ的发射极耦合至第二开关管Q2的基极，光敏三极管EQ的集电极通过第三二极管D3连接至原边辅助绕组L2的第一端3，并且，第三二极管D3的阳极连接原边辅助绕组L2的第一端3，其阴极连接光敏三极管EQ的集电极。光敏三极管EQ的集电极还通过第三超级电容E3连接到地。

光耦隔离电路U和第二开关管Q2构成振荡抑制型(又称RCC型)稳压控制电路。RCC的特殊之处是通过抑制振荡的过程改变第一开关管Q1的导通/截止的占空比稳定输出电压，而不是控制每个振荡周期正程的脉宽。

考虑到第一开关管Q1的振荡形成的纹波以及由于第一开关管Q1的振荡被抑制产生的频率较低的纹波，因此，如图1所示，在其他实施例中，本实用新型的自激式反激变换器100还可以包括次级整流滤波电路17，次级整流滤波电路17耦合在副边绕组L3和自激式反激变换器100的输出端OUT之间。

在基极恒流驱动的前提下，第一开关管Q1、第五电阻R5和第二开关管Q2组成了启动电流和最大功率限制电路。上电时，原边绕组L1的电流成线性上升，第五电阻R5两端的压差达到第二开关管Q2的导通电压时，第二开关管Q2导通，限制第一开关管Q1的最大占空比，从而实现启动电流限制，同时启动完成时(电路正常工作)，此电路可以实现原边最大限制功率。

当接通输入电源以后，输入电流通过第一电阻R1流向第一开关管Q1的基极，第一开关管Q1启动，第一开关管Q1的导通电流在变压器T中存储磁能，随正反馈过程，第二电容C2的充电电流逐渐减小，第一开关管Q1进入截止区，变压器T释放磁能，副边绕组L3的能量通过第二二极管D2向输出电容E2充电，在输出电容E2的充电电压未达到第二稳压二极管ZD2的设定值(例如11V)，则第二开关管Q2并不动作。经过几个振荡周期后，输出电容E2的充电电压达到例如12V以上，该输出电压经第七电阻R7和光耦隔离电路U的发光二极管ED使第二稳压二极管ZD2导通，光耦隔离电路U的输入侧和输出侧同时导通，由第三二极管D3整流的输出电压加到第二开关管Q2的基极，第二开关管Q2饱和导通，第一开关管Q1截止，此时输出电容E2上的电压向负载供电。当输出电容E2上的电压低于12V时，第二稳压二极管ZD2截止，第二开关管Q2随之截止，第一开关管Q1又开始振荡，重复上述过程。从而，通过振荡-抑制的过程保持输出电压的稳定。

本实用新型的这种带基极恒流驱动的自激式反激变换器100相对于现有的控制IC的拓扑电源来说无需辅助供电，用更少的器件实现了电路功能，减小了体积，降低了成本，而且，本实用新型的这种带基极恒流驱动的自激式反激变换器100相对于传统的RCC电路来说，可以消除间歇振荡，解决了振荡引起的EMC和输出波动大等问题。

在本文中，术语“某些实施例”、“一个实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”或“另一些实施例”等的描述意指结合所述实施例描述的具体特征、结构、材料或者条件包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本文中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同实施例。而且，本文中上面所描述的具体特征、结构、材料或者条件可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种自激式反激变换器，其特征在于：其包括第一电阻、变压器、第一开关管、第二开关管、振荡电路及基极恒流驱动电路，所述变压器包括原边绕组、原边辅助绕组和副边绕组，所述第一电阻的一端连接所述原边绕组的第一端，所述第一电阻的另一端耦合至所述第一开关管的基极，所述第一开关管的集电极连接所述原边绕组的第二端，所述第一开关管的发射极耦合到地，所述原边辅助绕组的第一端通过所述振荡电路耦合到所述第一开关管的基极，所述原边辅助绕组的第二端接地，所述第二开关管的基极耦合到所述第一开关管的发射极，所述第二开关管的集电极耦合到所述第一开关管的基极，所述第二开关管的发射极接地，所述基极恒流驱动电路连接在所述第二开关管的基极和集电极之间。

2.如权利要求1所述的自激式反激变换器，其特征在于：所述基极恒流驱动电路包括串联连接的第一稳压二极管和第二电阻，其中，所述第一稳压二极管的阴极连接所述第一开关管的集电极。

3.如权利要求1或2所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括过流保护电路，所述第一开关管的发射极通过所述过流保护电路连接到地。

4.如权利要求3所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括隔离电路，所述隔离电路连接在所述第一开关管的发射极和所述第二开关管的基极之间。

5.如权利要求1或2所述的自激式反激变换器，其特征在于：所述原边绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端，所述原边辅助绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端，所述副边绕组的第二端接地，所述副边绕组的第一端为异名端，其第二端为同名端。

6.如权利要求1或2所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括并联连接在所述原边绕组的第一端和第二端的RCD吸收电路，所述RCD吸收电路包括串联连接的第三电阻和第一二极管以及与所述第三电阻并联连接的第一电容。

7.如权利要求1或2所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的输入侧耦合至所述自激式反激变换器的输出端，所述光耦隔离电路的输出侧耦合在所述原边辅助绕组的第一端和所述第二开关管的基极。

8.如权利要求7所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括第二稳压二极管，所述光耦隔离电路包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阴极连接所述第二稳压二极管的阴极，所述第二稳压二极管的阳极接地。

9.如权利要求1所述的自激式反激变换器，其特征在于：所述自激式反激变换器的输入端用于连接到AC电源，所述自激式反激变换器还包括耦合在所述自激式反激变换器的输入端和所述原边绕组之间的初级整流滤波电路。

10.如权利要求1所述的自激式反激变换器，其特征在于：其还包括耦合在所述副边绕组和所述自激式反激变换器的输出端之间的次级整流滤波电路。

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