CN216699836U - 反激式电源变换电路及反激式开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反激式电源变换电路及反激式开关电源，该反激式电源变换电路包括：电源输入端；变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的异名端与所述电源输入端连接；开关电路，所述开关电路的第一端与所述初级绕组的同名端连接，所述开关电路的第二端接地，所述开关电路的受控端用于接收驱动控制信号；储能单元，所述储能单元的第一端与所述初级绕组的异名端连接，所述储能单元的第二端与所述初级绕组的同名端连接；所述储能单元，用于在所述开关电路导通时储存能量，在所述开关电路断开时经所述初级绕组释放能量至所述次级绕组，从而增加所述反激式电源变换电路的峰值功率。本实用新型提高了变压器的峰值功率。

Description

反激式电源变换电路及反激式开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种反激式电源变换电路及反激式开关电源。

背景技术

反激式开关电源具有成本低、电路结构简单、可靠性好等优点，逐渐被广泛应用于各种产品中。反激式开关电源主要应用于100W之内的中小功率的应用，如笔记本电脑电源、液晶显示器电源、发光二极管照明设备等，而在一些感性负载启动的应用场合中，例如音视频产品、马达启动等，在启动瞬间的峰值电流将达到正常工作电流值的1-4倍，但持续时间却很短，此时的输出功率被称作峰值功率。

目前，在应对此类需要在短时间内提供高于额定输出功率的瞬时峰值功率的应用时，通常是将反激式开关电源的额定功率设计到峰值功率的水平，具体做法为将变压器、输出二极管以及大容量电容等元件按照更高的功率水平来选择规格，以此来实现峰值功率。

然而，在产品标准化时，电源系统的变压器的电感量、匝比、铁芯的尺寸等参数都不能再进行更改，当产品需要的瞬时峰值功率大于电源系统的额定功率时，当前的电源系统无法满足较高的峰值功率的需求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种反激式电源变换电路及反激式开关电源，旨在解决不改变元件参数的基础上，反激式开关电源无法提供高峰值功率的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种反激式电源变换电路，包括：

电源输入端；

变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的异名端与所述电源输入端连接；

开关电路，所述开关电路的第一端与所述初级绕组的同名端连接，所述开关电路的第二端接地，所述开关电路的受控端用于接收驱动控制信号；

储能单元，所述储能单元的第一端与所述初级绕组的异名端连接，所述储能单元的第二端与所述初级绕组的同名端连接；

所述储能单元，用于在所述开关电路导通时储存能量；在所述开关电路断开时经所述初级绕组释放能量至所述次级绕组，从而增加所述反激式电源变换电路的峰值功率。

可选地，所述储能单元包括储能电感，所述储能电感的第一端为所述储能单元的第一端，所述储能电感的第二端为所述储能单元的第二端。

可选地，所述开关电路包括功率开关，所述功率开关的第一端为与所述初级绕组的同名端连接的所述开关电路的第一端，所述功率开关的第二端为所述开关电路的第二端，所述功率开关的受控端为所述开关电路的受控端。

可选地，所述功率开关为MOS管，所述MOS管的漏极为所述功率开关的第一端，所述MOS管的源极为所述功率开关的第二端，所述MOS管的栅极为所述功率开关的受控端。

可选地，所述功率开关为三极管，所述三极管的集电极为所述功率开关的第一端，所述三极管的发射极为所述功率开关的第二端，所述三极管的基极为所述功率开关的受控端。

可选地，所述反激式电源变换电路还包括整流单元和储能滤波单元，所述整流单元的第一端与所述次级绕组的同名端连接，所述整流单元的第二端与所述储能滤波单元的第一端连接，所述储能滤波单元的第二端与所述次级绕组的异名端连接，所述储能滤波单元的第二端接地，其中，所述储能滤波单元的第一端为所述反激式电源变换电路的输出端。

可选地，所述整流单元包括整流二极管，所述整流二极管的阳极为所述整流单元的第一端，所述整流二极管的阴极为所述整流单元的第二端。

可选地，所述储能滤波单元包括储能滤波电容，所述储能滤波电容的正极为所述储能滤波单元的第一端，所述储能滤波电容的负极为所述储能滤波单元的第二端。

可选地，所述反激式电源变换电路还包括采样电阻，所述开关电路的第二端通过所述采样电阻接地。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种反激式开关电源，包括电源管理电路和反激式电源变换电路，所述反激式电源变换电路被配置为如上所述的反激式电源变换电路；

其中，所述电源管理电路与所述开关电路的受控端连接，用于输出控制所述开关电路导通或断开的驱动控制信号。

本实用新型公开的一种反激式电源变换电路及反激式开关电源，该反激式电源变换电路包括：电源输入端；变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的异名端与所述电源输入端连接；开关电路，所述开关电路的第一端与所述初级绕组的同名端连接，所述开关电路的第二端用于接地，所述开关电路的受控端用于接收驱动控制信号；储能单元，所述储能单元的第一端与所述初级绕组的异名端连接，所述储能单元的第二端与所述初级绕组的同名端连接；所述储能单元，用于在所述开关电路导通时储存能量；在所述开关电路断开时经所述初级绕组释放能量至所述次级绕组。由此，在反激式电源系统的变压器电感量、匝比、铁芯尺寸等参数都不能改变的情况下，通过设置储能单元，使得变压器初级绕组的能量增大，从而增大了次级绕组输出的峰值功率，提高了反激式电源的峰值功率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型反激式电源变换电路一实施例的电路功能示意图；

图2为现有反激式电源变换电路中变压器初级绕组的电流及图1实施例中初级绕组的电流的波形对比图；

图3为图1实施例的电路结构示意图；

图4为本实用新型反激式开关电源一实施例的电路功能示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				T0	现有反激式电源变换电路中的变压器	T1	变压器
Q0	现有反激式电源变换电路中的开关管	L1	储能电感
				D0	现有反激式电源变换电路中的二极管	Q1	MOS管
C0	现有反激式电源变换电路中的电容	D1	整流二极管
				10	储能单元	C1	储能滤波电容
20	开关电路	30	整流单元
				100	反激式电源变换电路	40	储能滤波单元
200	电源管理电路

具体实施方式

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。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种反激式电源变换电路，参照图1，在一实施例中，该反激式电源变换电路，包括：

电源输入端Ui；

变压器T1，所述变压器T1具有初级绕组NP1和次级绕组NS1，所述初级绕组NP1的异名端与所述电源输入端Ui连接；

开关电路20，所述开关电路20的第一端与所述初级绕组NP1的同名端连接，所述开关电路20的第二端接地，所述开关电路20的受控端S1用于接收驱动控制信号；

储能单元10，所述储能单元10的第一端与所述初级绕组NP1的异名端连接，所述储能单元10的第二端与所述初级绕组NP1的同名端连接；

所述储能单元10，用于在所述开关电路20导通时储存能量，在所述开关电路20断开时经所述初级绕组NP1释放能量至所述次级绕组NS1，从而增加所述反激式电源变换电路的峰值功率。

上述反激式电源变换电路可以设置在各种反激式电源产品中，例如功放设备。在功放设备播放重低音时就需要较大的瞬时功率，可以采用上述反激式电源变换电路为功放设备进行供电，提供较大的峰值功率。

上述电源输入端Ui接收输入电压，所述变压器T1的初级绕组NP1与开关电路20连接，开关电路20的受控端S1用于接收驱动控制信号，所述驱动控制信号指的是控制开关电路闭合和关断的控制信号，可以由前端连接的电源管理电路输出，如脉冲宽度调制(PWM)信号。可以理解的是，电源管理电路的结构可以根据实际需要进行设置，如包括PWM输出单元、电压反馈单元、辅助电源单元等。

现有反激式开关电源的变压器工作在磁滞回线的第一象限，在开关管导通期间，变压器初级线圈只能储存能量，在截止期间将初级绕组储存的能量传递到次级。

本实施例中，当开关电路20闭合时，初级绕组NP1直接连接输入电压，储能单元10与初级绕组NP1并联充电；当开关电路20断开时，初级绕组NP1放电，将能量释放到次级绕组NS1，从而在次级绕组NS1的线圈上感应出正向电压，以在输出端Uo得到稳定的直流输出；储能单元10中储存的能量释放至初级绕组NP1，变压器T1通过匝比关系，将能量耦合传递至次级绕组NS1，如此循环工作。

参照图2，图2为现有反激式电源变换电路中变压器初级绕组的电流波形图和本实施例中初级绕组NP1的电流波形图的对比图，可见，变压器工作在磁滞回线的第一、三象限，增加了储能单元10后，通过初级绕组NP1释放的能量增加，从而增大了次级绕组NS1的输出的峰值功率，使得反激式电源在不改变元器件结构的情况下峰值功率增加。

本方案由于在初级绕组NP1的同名端和异名端之间设置了储能单元10，由此使得变压器T1的初级绕组NP1电流的峰值功率增加，从而增加了次级绕组NS1输出的峰值功率，改善了反激式开关电源在变压器结构不变的情况下无法提供高于额定功率的峰值功率的问题。

进一步地，参照图3，上述储能单元10的结构可以根据实际需要进行设置，例如上述储能单元10包括储能电感L1，所述储能电感L1的第一端为所述储能单元10的第一端，所述储能电感L1的第二端为所述储能单元10的第二端；其中，所述储能电感L1可以是单个电感，也可以是由多个电感组合而成。

本实施例中，通过设置储能电感L1，增加了反激式电源在同等气隙下的峰值功率，峰值功率可以通过如下公式进行计算：

其中，IL1为储能电感L1的电感电流，L1为储能电感的电感量，IT1为初级绕组NP1电流，Lp为初级绕组NP1的电感量，f为开关电路20的开关频率。增加了变压器初级绕组NP1电流的峰值功率，从而增加了次级绕组NS1输出的功率，增加反激式开关电源的输出功率，且成本较低，有利于电源系列产品的标准。

进一步地，所述开关电路20包括功率开关(未示出)，所述功率开关的第一端为与所述初级绕组NP1的同名端连接的所述开关电路20的第一端，所述功率开关的第二端为所述开关电路20的第二端，所述功率开关的受控端为所述开关电路20的受控端S1。所述功率开关是指能承受较大电流，漏电流较小的功率晶体管或开关，功率晶体管可以是BJT(Bipolar Junction Transistor-双极结型晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor-绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,绝缘栅型场效应管)。

进一步地，上述功率开关可以根据实际需要进行设置，如功率开关为MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极为所述功率开关的第一端，所述MOS管Q1的源极为所述功率开关的第二端，所述MOS管Q1的栅极为所述功率开关的受控端，与上级电源管理电路连接，用于接收驱动控制信号。MOS管Q1作为电压驱动的单极型器件，具有开关速度快、功率损耗低且高频特性好、无二次击穿效应、安全工作区宽的优点，选用MOS管Q1做功率开关，MOS管本身的优点也会使得开关电源整体的性能得到提升。

进一步地，上述功率开关还可以为三极管(未示出)，所述三极管的集电极为所述功率开关的第一端，所述三极管的发射极为所述功率开关的第二端，所述三极管的基极为所述功率开关的受控端。

需要说明的是，上述MOS管Q1和三极管均可以通过等效电路或独立电子元件进行替换，在此不进行赘述。进一步地，所述MOS管Q1和三极管的类型也可以根据实际需要进行设置，所述MOS管Q2可以为NMOS管，所述晶体管Q1可以为NPN型晶体管。

进一步地，所述反激式电源变换电路还包括整流单元30和储能滤波单元40，所述整流单元30的第一端与所述次级绕组NS1的同名端连接，所述整流单元30的第二端与所述储能滤波单元40的第一端连接，所述储能滤波单元40的第二端与所述次级绕组NS1的异名端连接，所述储能滤波单元40的第二端接地，其中，所述储能滤波单元40的第一端为所述反激式电源变换电路的输出端。由于储能滤波单元40的容量很大，其两端电压基本不变，变压器T1次级绕组NS1的输出电压相当于被整流单元30和储能滤波单元40进行限幅，因此，输出电压的脉冲尖峰被削除，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压的最大值，同时也等于次级绕组NS1线圈输出电压的半波平均值。

进一步地，所述整流单元30包括整流二极管D1，所述整流二极管D1的阳极为所述整流单元30的第一端，所述整流二极管D1的阴极为所述整流单元30的第二端。在MOS管Q1导通期间，输入电源Ui对初级绕组NP1加电，初级绕组NP1有电流流过，在其两端产生自感电动势的同时，在次级绕组NS1的两端也同时产生感应电动势，但由于整流二极管D1的作用，没有产生回路电流，因此相当于开路。

进一步地，所述储能滤波单元40包括储能滤波电容C1，所述储能滤波电容C1的正极为所述储能滤波单元40的第一端，所述储能滤波电容C1的负极为所述储能滤波单元40的第二端。储能滤波电容C1还对次级绕组NS1的输出电压进行滤波，将其交流分量进行吸收。

基于上述硬件结构，所述反激式电源变换电路进行电源转换及输出的过程可以为：

当MOS管Q1闭合时，变压器T1的初级绕组NP1和储能电感L1并联充电，分别进行能量储存，在次级绕组NS1的线圈中产生的电压是反向的，使得整流二极管D1处于反偏状态而不能导通，此时，由储能滤波电容C1向负载提供电压和电流。

当MOS管Q1闭合时，储能电感L1与变压器T1的初级绕组NP1放电，储能电感L1中储存的能量连同初级绕组NP1储存的能量，一起释放到次级绕组NS1，同时磁芯中的磁场开始下降；次级绕组NS1的线圈上感应出正向电压，整流二极管D1处于正偏状态，导通的电流流入储能滤波电容C1和负载。

综上所述，基于上述硬件结构，由于在初级绕组NP1的同名端和异名端之间设置了储能单元10，由此使得变压器初级绕组NP1电流的峰值功率增加，从而增加了次级绕组输出的功率，提升了变压器的输出功率，并且可以减少因为变压器的气隙加大带来的涡流损耗，从而降低了变压器的温升，且成本较低，有利于电源系列产品的标准。

进一步地，所述反激式电源变换电路还包括采样电阻(未示出)，所述开关电路20的第二端通过所述采样电阻接地。所述采样电阻可以根据实际需要进行设置，以用来限制峰值电流的最大值。

本实用新型还提供一种反激式开关电源，参照图4，该反激式开关电源包括电源管理电路100和反激式电源变换电路200，该反激式电源变换电路200的结构可参照上述实施例，在此不再赘述，其中，所述电源管理电路100与所述开关电路20的受控端连接，用于输出控制所述开关电路20导通或断开的驱动控制信号，需要说明的是，所述电源管理电路100的结构无需进行限定，本领域技术人员可以参考本领域常用技术进行设置，只需要实现上述对应的功能即可。理所应当地，由于本实施例的反激式开关电源采用了上述反激式电源变换电路的技术方案，因此该反激式开关电源具有上述反激式电源变换电路所有的有益效果。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种反激式电源变换电路，其特征在于，包括：

电源输入端；

变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的异名端与所述电源输入端连接；

开关电路，所述开关电路的第一端与所述初级绕组的同名端连接，所述开关电路的第二端接地，所述开关电路的受控端用于接收驱动控制信号；

储能单元，所述储能单元的第一端与所述初级绕组的异名端连接，所述储能单元的第二端与所述初级绕组的同名端连接；

所述储能单元，用于在所述开关电路导通时储存能量；在所述开关电路断开时经所述初级绕组释放能量至所述次级绕组。

2.如权利要求1所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述储能单元包括储能电感；所述储能电感的第一端为所述储能单元的第一端，所述储能电感的第二端为所述储能单元的第二端。

3.如权利要求1所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述开关电路包括功率开关；所述功率开关的第一端为与所述初级绕组的同名端连接的所述开关电路的第一端，所述功率开关的第二端为所述开关电路的第二端，所述功率开关的受控端为所述开关电路的受控端。

4.如权利要求3所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述功率开关为MOS管；所述MOS管的漏极为所述功率开关的第一端，所述MOS管的源极为所述功率开关的第二端，所述MOS管的栅极为所述功率开关的受控端。

5.如权利要求3所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述功率开关为三极管；所述三极管的集电极为所述功率开关的第一端，所述三极管的发射极为所述功率开关的第二端，所述三极管的基极为所述功率开关的受控端。

6.如权利要求1所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述反激式电源变换电路还包括整流单元和储能滤波单元；所述整流单元的第一端与所述次级绕组的同名端连接，所述整流单元的第二端与所述储能滤波单元的第一端连接，所述储能滤波单元的第二端与所述次级绕组的异名端连接，所述储能滤波单元的第二端接地，其中，所述储能滤波单元的第一端为所述反激式电源变换电路的输出端。

7.如权利要求6所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述整流单元包括整流二极管；所述整流二极管的阳极为所述整流单元的第一端，所述整流二极管的阴极为所述整流单元的第二端。

8.如权利要求6所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述储能滤波单元包括储能滤波电容；所述储能滤波电容的正极为所述储能滤波单元的第一端，所述储能滤波电容的负极为所述储能滤波单元的第二端。

9.如权利要求1所述的反激式电源变换电路，其特征在于，所述反激式电源变换电路还包括采样电阻，所述开关电路的第二端通过所述采样电阻接地。

10.一种反激式开关电源，其特征在于，包括电源管理电路和反激式电源变换电路，所述反激式电源变换电路被配置为如权利要求1-9中任一项所述的反激式电源变换电路；

其中，所述电源管理电路与所述开关电路的受控端连接，用于输出控制所述开关电路导通或断开的驱动控制信号。

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