CN219107305U - 一种开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关电源，包括：功率变换单元、辅助供电单元、推挽电路和控制单元；功率变换单元，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；辅助供电单元，用于根据辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；第一供电电压用于给控制单元进行供电；第二供电电压用于给推挽电路进行供电；推挽电路，用于根据控制单元发送的控制信号，向功率变换单元发送驱动信号，以调节输出电压。本申请实施例中的辅助供电单元可以一方面保证控制单元的较低的供电电压需求，另一方面可以单独向推挽电路提供第二供电电压，使得推挽电路输出的驱动信号满足功率变换单元中开关管较高的驱动电压需求。

Description

一种开关电源

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其涉及一种开关电源。

背景技术

随着电子技术的快速发展，开关电源中用于进行调节电压的功率变换单元中的开关管的驱动信号的电压要求也越来越高。如果功率变换单元接收的驱动信号的电压与开关管不匹配，会导致开关管无法完全导通，增加开关电源损耗，严重时甚至会引起开关电源失效。但为了保护开关电源中控制单元，控制单元输出的控制信号的电压不宜过大，这使得控制单元输出的控制信号与功率变换单元需要的驱动信号的电压可能产生不匹配的情况。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种开关电源，+生成驱动电压更高的驱动信号对功率变换单元中的开关管进行驱动。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

本申请提供了一种开关电源，包括：功率变换单元、辅助供电单元、推挽电路和控制单元；

功率变换单元，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；

辅助供电单元，用于根据辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；第一供电电压用于给控制单元进行供电；第二供电电压用于给推挽电路进行供电；

推挽电路，用于根据控制单元发送的控制信号，向功率变换单元发送驱动信号，以调节输出电压。

在一些可能的实施例中，第二供电电压等于辅助电压；第一供电电压小于辅助电压。

在一些可能的实施例中，功率变换单元包括变压器、功率变换电路和开关管；

变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；第一绕组通过开关管连接输入电压；第二绕组通过功率变换电路连接输出电压；第三绕组向辅助供电单元输出辅助电压，开关管由推挽电路发送的驱动信号控制。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元包括降压电路；

降压电路的输入端分别连接第三绕组和推挽电路；降压电路的输出端连接控制单元；降压电路的输出端的电压为第一供电电压；降压电路的输入端电压为第二供电电压。

在一些可能的实施例中，功率变换单元包括变压器、功率变换电路和开关管，辅助电压包括第一辅助电压和第二辅助电压；

变压器包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组；第一绕组通过开关管连接输入电压，开关管由推挽电路发送的驱动信号控制；第二绕组通过功率变换电路连接输出电压；第三绕组向辅助供电单元输出第一辅助电压；第四绕组向辅助供电单元输出第二辅助电压。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元用于根据第一辅助电压向控制单元输出第一供电电压，并根据第二辅助电压向推挽电路输出第二供电电压。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元还包括第一电容和第二电容；

第一电容的第一端连接降压电路的输入端，第一电容的第二端接地；第二电容的第一端连接降压电路的输出端，第二电容的第二端接地。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元还包括第一二极管和第二二极管；

第一二极管的阳极连接第三绕组；第一二极管的阴极连接降压电路的输入端；第二二极管的阳极连接降压电路的输出端；第二二极管的阴极连接控制单元。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元还包括第三电容和第四电容；

第三电容的第一端连接第三绕组，第三电容的第二端接地；第四电容的第一端连接第四绕组，第四电容的第二端接地。

在一些可能的实施例中，辅助供电单元还包括第三二极管和第四二极管；

第三二极管的阳极连接第三绕组，第三二极管的阴极连接控制单元；第四二极管的阳极连接第四绕组，第四二极管的阴极连接推挽电路。

在一些可能的实施例中，开关电源的输入端连接光伏板的输出端；开关电源的输入端的电压为输入电压；开关电源的输出端用于连接光伏发电机组中的芯片或风扇；开关电源的输出端的电压为输出电压。

通过上述技术方案可知，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种开关电源，包括：功率变换单元、辅助供电单元、推挽电路和控制单元；功率变换单元，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；辅助供电单元，用于根据辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；第一供电电压用于给控制单元进行供电；第二供电电压用于给推挽电路进行供电；推挽电路，用于根据控制单元发送的控制信号，向功率变换单元发送驱动信号，以调节输出电压。

由此可知，本申请实施例提供的开关电源，通过辅助供电单元生了第一供电电压和第二供电电压，其中第一供电电压用于给控制单元进行供电，满足了控制单元的供电电压的需求；第二供电电压给推挽电路供电，通过推挽电路可以调节驱动信号的驱动电压。如此本申请实施例中的辅助供电单元可以一方面保证控制单元的供电电压需求，使得控制单元输出电压较低的控制信号，另一方面可以单独向推挽电路提供第二供电电压，使得推挽电路可以根据控制信号生成电压较高的驱动信号满足功率变换单元中开关管的驱动电压需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种开关电源的示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种开关电源的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种开关电源的电路图；

图4为本申请实施例提供的一种开关电源的电路图。

具体实施方式

为了帮助更好地理解本申请实施例提供的方案，在介绍本申请实施例提供的系统之前，先介绍本申请实施例方案的应用的场景。

如图1所示，开关电源中通常包括功率变换单元、辅助供电电路、驱动变压器和控制单元。开关电源用于将输入电压Vin转换为输出电压Vo进行输出。随着电子技术的快速发展，开关电源中用于进行调节电压的功率变换单元中的开关管的驱动信号的电压也越来越高。如果功率变换单元中开关管的驱动信号的电压不足，会导致开关管无法完全导通，增加开关电源损耗，严重时甚至会引起开关电源失效。驱动变压器可以根据控制信号生成驱动电压更高的驱动信号，从而对功率变换单元中的开关管进行驱动。但驱动变压器的成本较高、设计较为复杂，对变压器的多种参数，例如匝比、绕制方式、漏感等参数要求较高。

为了解决上述的技术问题，本申请实施例提供了一种开关电源，包括：功率变换单元、辅助供电单元、推挽电路和控制单元；功率变换单元，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；辅助供电单元，用于根据辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；第一供电电压用于给控制单元进行供电；第二供电电压用于给推挽电路进行供电；推挽电路，用于根据控制单元发送的控制信号，向功率变换单元发送驱动信号，以调节输出电压。本申请实施例中的辅助供电单元可以一方面保证控制单元的较低的供电电压需求，另一方面可以单独向推挽电路提供第二供电电压，使得推挽电路输出的驱动信号满足功率变换单元中开关管较高的驱动电压需求。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。

参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种开关电源的示意图。

如图2所示，本申请实施例提供的开关带能源包括：功率变换单元100、辅助供电单元200、推挽电路300和控制单元400；

功率变换单元100，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；

辅助供电单元200，用于根据辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；第一供电电压用于给控制单元400进行供电；第二供电电压用于给推挽电路300进行供电；

推挽电路300，用于根据控制单元400发送的控制信号，向功率变换单元100发送驱动信号，以调节输出电压。

需要说明的是，由于功率变换单元中可能存在开关管的启动电压较高，例如SiC(碳化硅)MOS管的驱动电压较高，因此控制单元输出的控制信号需要经过推挽电路进行处理，生成电压较高的驱动信号后，才能输出给功率变换单元，因此推挽电路需要较高的输入电压，例如18V电压。但控制单元的输入电压通常不能超过预设的阈值，阈值可能为15V电压，从而出现了控制单元的输入电压和推挽电路的输入电压不匹配的情况。为了解决该问题，本申请实施例通过两路电压分别给控制单元和推挽电路进行供电，满足了推挽电路和控制单元的不同电压输入需求。为了生成电压较高的驱动信号，本申请实施例中的第二供电电压通常大于第一供电电压。作为一个示例，本申请实施例中的第二供电电压可以等于辅助电压；第一供电电压一般小于辅助电压。

由此可知，本申请实施例提供的开关电源，通过辅助供电单元生了第一供电电压和第二供电电压，其中第一供电电压用于给控制单元进行供电，满足了控制单元的供电电压的需求；第二供电电压给推挽电路供电，通过推挽电路提高了推挽电路输出的驱动信号的驱动电压。本申请中的辅助供电单元，通过两路电压分别给控制单元和推挽电路进行供电，可以一方面保证控制单元的较低的供电电压需求，另一方面可以单独向推挽电路提供第二供电电压，使得推挽电路输出的驱动信号满足功率变换单元中开关管较高的驱动电压需求。

本申请实施例提供的开关电源可以包括多种不同的实施电路，下面将介绍两种不同的开关电源的电路结构。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种开关电源的电路图。

如图3所示，本申请实施例提供的开关电源中的功率变换单元(图2中未标出)包括变压器T1、功率变换电路101和开关管Q1。其中，变压器T1包括第一绕组、第二绕组和第三绕组。功率变换电路101包括二极管D5、电感L1和电容C3。第一绕组通过开关管Q1连接输入电压Vin；第二绕组通过功率变换电路101连接输出电压Vo；第三绕组向辅助供电单元200输出辅助电压，开关管Q1由推挽电路300发送的驱动信号控制。

辅助供电单元300包括降压电路；降压电路的输入端分别连接第三绕组和推挽电路300；降压电路的输出端连接控制单元400；降压电路的输出端的电压为第一供电电压VCC1；降压电路的输入端电压为第二供电电压VCC2。需要说明的是，在本申请实施例中第三绕组的输出电压即为降压电路的输入端电压，即第二供电电压VCC2。VCC2的大小可以由第三绕组的匝数确定，第三绕组的匝数越多，VCC2的电压越高。在VCC2确定后，VCC1的大小可以由降压电路的电压降幅确定。具体的，VCC1等于VCC2减去改降压电路的电压降幅。

在实际的应用中，辅助供电单元200可以包括第一电容C1和第二电容C2；第一电容C1的第一端连接降压电路的输入端，第一电容C1的第二端接地；第二电容C2的第一端连接降压电路的输出端，第二电容C2的第二端接地。辅助供电单元200还可以包括第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1的阳极连接第三绕组；第一二极管D1的阴极连接降压电路的输入端；第二二极管D2的阳极连接降压电路的输出端；第二二极管D2的阴极连接控制单元400。在辅助供电单元中增加电容C1和C2可以提高辅助电路输出的第一供电电压和第二供电电压的稳定性。辅助供电单元中的二极管D1和D2可以防止电流逆流，保护电路的安全。

本申请实施例提供的开关电源的控制原理包括，开关管Q1导通时，变压器T1原边电流上升，副边二极管D1截止，变压器储存能量；Q1断开后，二极管D5导通，变压器向副边传递能量。Q1的开通和关断过程通过电源芯片U1控制。

作为一个示例，假设第一供电电压VCC1为15V，第二供电电压VCC2为18V，开关电源中电容C1电压整定在18V，再经过一级降压电路将电容C2电压整定在15V。本申请实施例提供的降压电路可以为LDO降压电路、buck电路等。电容C1电压给推挽驱动电路供电、电容C2电压给电源芯片供电，保证了推挽电路和控制单元中的电源芯片U1的供电在要求范围内。

作为一个示例，推挽驱动单元中，Q2、Q4可以为N沟道MOS管、Q3可以为P沟道MOS管。需要说明的是，当电源芯片驱动输出为高(15V)时，Q2导通，Q3和Q4的栅极变为低电平，Q3导通、Q4关断，Q1的驱动被上拉为电压VCC2(18V)，主功率MOS Q1导通；当电源芯片驱动输出为低时，Q2关断，Q3和Q4的栅极上拉为高电平，Q3关断、Q4导通，Q1的驱动被下拉至0，开关管Q1关断。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种开关电源的电路图。

如图4所示，本申请实施例提供的功率变换单元包括变压器T1、功率变换电路101和开关管Q1，辅助电压包括第一辅助电压和第二辅助电压。其中变压器包括第一绕组、第二绕组、第三绕组T1_1和第四绕组T1_2。第一绕组通过开关管Q1连接输入电压Vin，开关管Q1由推挽电路300发送的驱动信号控制；第二绕组通过功率变换电路101连接输出电压Vo；第三绕组T1_1向辅助供电单元200输出第一辅助电压；第四绕组T1_2向辅助供电单元200输出第二辅助电压。

辅助供电单元200根据第一辅助电压向控制单元400输出第一供电电压VCC1，并根据第二辅助电压向推挽电路300输出第二供电电压VCC2。需要说明的是，辅助供电单元200将第一辅助电压进行处理后，输出第一供电电压VCC1。第一供电电压VCC1的电压值可以约等于第一辅助电压的电压值。在实际的应用中可以通过调节第三绕组T1_1的匝数来调节VCC1的电压值，第三绕组T1_1的匝数越多，VCC1的电压值越大。辅助供电单元200将第二辅助电压进行处理后，输出第二供电电压VCC2。第二供电电压VCC2的电压值可以约等于第二辅助电压的电压值。在实际的应用中可以通过调节第四绕组T1_2的匝数来调节VCC2的电压值，第四绕组T1_2的匝数越多，VCC2的电压值越大。

在实际的应用中，辅助供电单元还包括第三电容C3和第四电容C4；第三电容C3的第一端连接第三绕组T1_1，第三电容C3的第二端接地；第四电容C4的第一端连接第四绕组T1_2，第四电容C4的第二端接地。辅助供电单元200还包括第三二极管D3和第四二极管D4；第三二极管D3的阳极连接第三绕组T1_1，第三二极管D3的阴极连接控制单元400；第四二极管D4的阳极连接第四绕组T1_2，第四二极管D4的阴极连接推挽电路。在辅助供电单元200中增加电容C3和C4可以提高辅助电路输出的第一供电电压和第二供电电压的稳定性。辅助供电单元中的二极管D3和D4可以防止电流逆流，保护电路的安全。

本申请实施例提供的开关电源的控制原理包括，Q1导通时，变压器T1原边电流上升，变压器副边的二极管D5截止，变压器储存能量；Q1断开后，二极管D5导通，变压器向副边传递能量。Q1的开通和关断过程通过电源芯片U1控制。第四绕组T1_2整流滤波后，C4电压整定在18V；第三绕组T1_1整流滤波后，C3电压整定在15V；其中电容C4电压给推挽电路供电、电容C3电压给电源芯片供电；保证了各单元的供电在要求范围内。

作为一种可能的实施方式，推挽驱动单元中的Q2、Q4为N沟道MOS管、Q3为P沟道MOS管；当电源芯片驱动输出为高(例如15V)时，Q2导通，Q3和Q4的栅极变为低电平，Q3导通、Q4关断，Q1的驱动被上拉为电压VCC2(18V)，开关管Q1导通；当电源芯片驱动输出为低时，Q2关断，Q3和Q4的栅极上拉为高电平，Q3关断、Q4导通，Q1的驱动被下拉至0，开关管Q1关断。

在一些可能的实施例中，本申请中开关电源的输入端连接光伏板的输出端；开关电源的输入端的电压为输入电压。开关电源的输出端用于连接光伏发电机组中的芯片或风扇；开关电源的输出端的电压为输出电压。本申请实施例提供的开关电源可以用于连接输出电压较高的光伏板，将光伏板输出的高电压通过功率变换单元降压后输出给光伏发电机组中的芯片或风扇进行供电。

综上所述，本申请实施例提供的开关电源，通过辅助供电单元生了第一供电电压和第二供电电压，其中第一供电电压用于给控制单元进行供电，满足了控制单元的供电电压的需求；第二供电电压给推挽电路供电，通过推挽电路提高了推挽电路输出的驱动信号的驱动电压。如此本申请实施例中的辅助供电单元可以一方面保证控制单元的较低的供电电压需求，另一方面可以单独向推挽电路提供第二供电电压，使得推挽电路输出的驱动信号满足功率变换单元中开关管较高的驱动电压需求。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：功率变换单元、辅助供电单元、推挽电路和控制单元；

所述功率变换单元，用于将输入电压转换为辅助电压和输出电压；

所述辅助供电单元，用于根据所述辅助电压输出第一供电电压和第二供电电压；所述第一供电电压用于给所述控制单元进行供电；所述第二供电电压用于给所述推挽电路进行供电；

所述推挽电路，用于根据所述控制单元发送的控制信号，向所述功率变换单元发送驱动信号，以调节所述输出电压。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第二供电电压等于所述辅助电压；所述第一供电电压小于所述辅助电压。

3.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述功率变换单元包括变压器、功率变换电路和开关管；

所述变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；所述第一绕组通过所述开关管连接所述输入电压；所述第二绕组通过所述功率变换电路连接所述输出电压；所述第三绕组向所述辅助供电单元输出所述辅助电压，所述开关管由所述推挽电路发送的所述驱动信号控制。

4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元包括降压电路；

所述降压电路的输入端分别连接所述第三绕组和所述推挽电路；所述降压电路的输出端连接所述控制单元；所述降压电路的输出端的电压为所述第一供电电压；所述降压电路的输入端电压为所述第二供电电压。

5.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述功率变换单元包括变压器、功率变换电路和开关管，所述辅助电压包括第一辅助电压和第二辅助电压；

所述变压器包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组；所述第一绕组通过所述开关管连接所述输入电压，所述开关管由所述推挽电路发送的所述驱动信号控制；所述第二绕组通过所述功率变换电路连接所述输出电压；所述第三绕组向所述辅助供电单元输出所述第一辅助电压；所述第四绕组向所述辅助供电单元输出所述第二辅助电压。

6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元用于根据所述第一辅助电压向所述控制单元输出所述第一供电电压，并根据所述第二辅助电压向所述推挽电路输出所述第二供电电压。

7.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元还包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端连接所述降压电路的输入端，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端连接所述降压电路的输出端，所述第二电容的第二端接地。

8.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元还包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极连接所述第三绕组；所述第一二极管的阴极连接所述降压电路的输入端；所述第二二极管的阳极连接所述降压电路的输出端；所述第二二极管的阴极连接所述控制单元。

9.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元还包括第三电容和第四电容；

所述第三电容的第一端连接所述第三绕组，所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端连接所述第四绕组，所述第四电容的第二端接地。

10.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述辅助供电单元还包括第三二极管和第四二极管；

所述第三二极管的阳极连接所述第三绕组，所述第三二极管的阴极连接所述控制单元；所述第四二极管的阳极连接所述第四绕组，所述第四二极管的阴极连接所述推挽电路。

11.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源的输入端连接光伏板的输出端；所述开关电源的输入端的电压为输入电压；所述开关电源的输出端用于连接光伏发电机组中的芯片或风扇；所述开关电源的输出端的电压为所述输出电压。

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