CN219740194U - 开关电源电路和电源设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关电源电路和电源设备。开关电源电路包括变压器、第一功率管、第二功率管和驱动子电路；驱动子电路包括驱动模块、开关模块、信号产生模块和电流偏置模块；驱动模块连接开关模块；信号产生模块连接检测信号端、驱动模块和电流偏置模块；电流偏置模块连接检测信号端、驱动模块和开关模块。通过检测信号端对功率开关管输出端的电压进行采样，进而信号产生模块可以根据采样电压的大小调整输出信号至驱动模块和电流偏置模块，电流偏置模块可以根据采样电压输出相应的驱动电流，如此，驱动模块根据不同的驱动电流驱动功率开关管，可以实现以可变驱动电流驱动功率开关管，有利于减少能量损耗，提高能量利用率。

Description

开关电源电路和电源设备

技术领域

本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种开关电源电路和电源设备。

背景技术

相关技术中，开关电源电路中可以采用三个开关管来组合达林顿管，以降低功率开关管的驱动电流损耗、提高功率开关管的开通速度和/或关断速度、和/或降低功率开关管的关断损耗，其中，达林顿管内的第一功率管的发射极连接到第二功率管的基极，第一功率管和第二功率管采用双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)开关器件实现，而BJT开关器件的导通和关断有较大的延迟性，其中关断延迟主要因为BJT的电荷储存特性导致其内部大量电荷未被释放，而消散超量存储电荷所需时间决定了关断的速度。因而，以恒定的大电流驱动第一功率管的方法会导致关断前第二功率管内部电荷积累过多，释放关断速度较慢，如此将导致第二功率管关断时间延长，而时间越长能量损耗越高。此外，由于第二功率管进入饱和导通状态后，其基极电流是随着集电极电压增加而增大，因此，采用恒定的大电流控制第二功率管的整个导通过程，会降低能量的利用率。

实用新型内容

本申请实施方式提供了一种开关电源电路和电源设备。

本申请实施方式的开关电源电路包括变压器、第一功率管、第二功率管和驱动子电路；所述变压器的第一输入端连接电源，所述变压器的第二输入端连接所述第一功率管的第一极和所述第二功率管的第一极；所述驱动子电路的第一信号端连接所述第一功率管的第二极，所述第一功率管的第三极连接所述第二功率管的第二极，所述驱动子电路的第二信号端连接所述所述第二功率管的第二极和第三极，所述驱动子电路的检测信号端连接所述第二功率管的第三极；所述驱动子电路包括驱动模块、开关模块、信号产生模块和电流偏置模块；所述驱动模块连接所述开关模块以驱动所述开关模块；所述开关模块分别连接所述第一信号端和所述第二信号端；所述信号产生模块连接所述检测信号端、所述驱动模块和所述电流偏置模块；所述电流偏置模块连接所述检测信号端、所述驱动模块和所述开关模块。

本申请实施方式的开关电源电路可以通过检测信号端对功率开关管输出端的电压进行采样，进而信号产生模块可以根据采样电压的大小调整输出信号至驱动模块和电流偏置模块，电流偏置模块可以根据采样电压输出相应的驱动电流，如此，驱动模块根据不同的驱动电流驱动功率开关管，可以实现以可变驱动电流驱动功率开关管，有利于减少能量损耗，提高能量利用率。

在某些实施方式中，所述信号产生模块的第一输入端连接所述检测信号端，所述信号产生模块的第二输入端接入参考电压信号，所述信号产生模块的第一输出端连接所述电流偏置模块和所述驱动模块以提供开关控制信号。

在某些实施方式中，所述信号产生模块的第二输出端连接所述驱动模块以提供预关断控制信号。

在某些实施方式中，所述开关模块包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管的第一极连接所述电流偏置模块，所述第二晶体管的第一极连接所述所述第一信号端，所述第三晶体管的第一极连接所述第二信号端，所述驱动模块分别连接所述第一晶体管的第二极、所述第二晶体管的第二极和所述第三晶体管的第二极，所述第一晶体管的第三极连接所述第一信号端，所述第二晶体管的第三极连接接地，所述第三晶体管的第三极连接所述电流偏置模块。

在某些实施方式中，所述电流偏置模块的第一输入端连接所述检测信号端，所述电流偏置模块的第二输入端连接所述信号产生模块的第二输出端，所述电流偏置模块的第一输出端连接所述第三晶体管的第三极，所述电流偏置模块的第二输出端连接所述驱动模块和所述第一晶体管的第一极以提供可变驱动电流。

在某些实施方式中，所述可变驱动电流包括第一时间段内恒定的第一电流、第二时间段内随时间增加的第二电流和第三时间段内恒定的第三电流，所述第一时间段、所述第二时间段和所述第三时间段为所述信号产生模块产生开关控制信号持续时间内连续的时间段。

在某些实施方式中，所述开关电源电路包括检测电阻，所述检测电阻的第一极连接所述第二功率管的第三极，所述检测电阻的第二极接地。

在某些实施方式中，所述开关电源电路包括输入子电路，所述输入子电路连接所述电源和所述变压器的第一输入端。

在某些实施方式中，所述开关电源电路包括输出子电路，所述输出子电路包括电容和输出电阻，所述电容连接所述变压器的第一输出端和第二输出端，所述输出电阻连接所述变压器的第一输出端和第二输出端。

本申请实施方式的电源设备包括上述任一实施方式的开关电源电路。

本申请实施方式的电源设备中，开关电源电路可以通过检测信号端对功率开关管输出端的电压进行采样，进而信号产生模块可以根据采样电压的大小调整输出信号至驱动模块和电流偏置模块，电流偏置模块可以根据采样电压输出相应的驱动电流，如此，驱动模块根据不同的驱动电流驱动功率开关管，可以实现以可变驱动电流驱动功率开关管，有利于减少能量损耗，提高能量利用率。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的开关电源电路的电路原理图。

图2是本申请实施方式的开关电源电路的信号时序图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

在本申请的实施方式的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的实施方式的不同结构。为了简化本申请的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。本申请的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

请参阅图1和图2，本申请实施方式的开关电源电路10包括变压器12、第一功率管Q1、第二功率管Q2和驱动子电路14；变压器12的第一输入端连接电源，变压器12的第二输入端连接第一功率管Q1的第一极和第二功率管Q2的第一极；驱动子电路14的第一信号端B连接第一功率管Q1的第二极，第一功率管Q1的第三极连接第二功率管Q2的第二极，驱动子电路14的第二信号端Z连接第二功率管Q2的第二极和第三极，驱动子电路14的检测信号端CS连接第二功率管Q2的第三极；驱动子电路14包括驱动模块142、开关模块144、信号产生模块146和电流偏置模块148；驱动模块142连接开关模块144以驱动开关模块144；开关模块144分别连接第一信号端B和第二信号端Z；信号产生模块146连接检测信号端CS、驱动模块142和电流偏置模块148；电流偏置模块148连接检测信号端CS、驱动模块142和开关模块144。

其中，第一功率管Q1和第二功率管Q2可以是BJT开关器件，第一功率管Q1和第二功率管Q2形成达林顿管，第一功率管Q1的发射极连接到第二功率管Q2的基极形成电流增益更大的复合三极管管，即第一功率管Q1的第一极和第二功率管Q2的第一极可以是BJT开关器件的集电极，第一功率管Q1的第二极和第二功率管Q2的第二极可以是BJT开关器件的基极，第一功率管Q1的第三极和第二功率管Q2的第三极可以是BJT开关器件的发射极。

变压器12的第一输入端和第二输入端可以是变压器12的原边输入端，即变压器12初级线圈的两端，变压器12的第一输出端和第二输出端可以是变压器12的副边输出端，即变压器12次级线圈的两端。

驱动子电路14可以设计有第一信号端B、第二信号端Z、检测信号端CS和接地端GND。第一信号端B和第二信号端Z用于分别连接驱动达林顿管中第一功率管Q1和第二功率管Q2的基极以驱动达林顿管工作。检测信号端CS用于对达林顿管输出端的电压进行采样。接地端GND用于接地。

本申请实施方式的开关电源电路10可以通过检测信号端CS对功率开关管输出端的电压进行采样，进而信号产生模块146可以根据采样电压的大小调整输出信号至驱动模块142和电流偏置模块148，电流偏置模块148可以根据采样电压输出相应的驱动电流，如此，驱动模块142根据不同的驱动电流驱动功率开关管，可以实现以可变驱动电流Idrv驱动功率开关管，有利于减少能量损耗，提高能量利用率。

在某些实施方式中，信号产生模块146的第一输入端连接检测信号端CS，信号产生模块146的第二输入端接入参考电压信号VCS_off，信号产生模块146的第一输出端连接电流偏置模块148和驱动模块142以提供开关控制信号PULSE。

如此，信号产生模块146可以根据检测信号端CS检测的采样电压和参考电压信号VCS_off产生开关控制信号PULSE，提供给电流偏置模块148和驱动模块142以控制电流偏置模块148和驱动模块142工作。

在某些实施方式中，信号产生模块146的第二输出端连接驱动模块142以提供预关断控制信号PRE_off。

如此，驱动模块142在开关控制信号PULSE和预关断控制信号PRE_off的作用下，可以根据不同的驱动电流控制开关模块144驱动达林顿管，进而实现以可变驱动电流Idrv驱动达林顿管，减少能量损耗，提高能量利用率。

在某些实施方式中，信号产生模块146和驱动模块142还连接驱动子电路14的接地端GND。

在某些实施方式中，开关模块144包括第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3，第一晶体管M1的第一极连接电流偏置模块148，第二晶体管M2的第一极连接第一信号端B，第三晶体管M3的第一极连接第二信号端Z，驱动模块142分别连接第一晶体管M1的第二极、第二晶体管M2的第二极和第三晶体管M3的第二极，第一晶体管M1的第三极连接第一信号端B，第二晶体管M2的第三极连接接地，第三晶体管M3的第三极连接电流偏置模块148。

其中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3可以是MOS管。第二晶体管M2的第三极连接驱动子电路14的接地端GND以实现接地。

如此，通过第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的配合，驱动模块142可以在开关控制信号PULSE和预关断控制信号PRE_off的作用下，分别控制第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的导通状态，从而利用电流偏置模块148提供的电流驱动达林顿管。

在某些实施方式中，电流偏置模块148的第一输入端连接检测信号端CS，电流偏置模块148的第二输入端连接信号产生模块146的第二输出端，电流偏置模块148的第一输出端连接第三晶体管M3的第三极，电流偏置模块148的第二输出端连接驱动模块142和第一晶体管M1的第一极以提供可变驱动电流Idrv。

如此，电流偏置模块148在开关控制信号PULSE的导通时间范围内，根据采样电压通过电流偏置模块148的第二输出端为驱动模块142和开关模块144提供可变驱动电流Idrv。而且，电流偏置模块148可以为开关模块144提供下拉电流，从而使得开关模块144可以加快第二功率管Q2的关断，减少关断时间，这样可以降低第二功率管Q2的关断损耗。

在某些实施方式中，电流偏置模块148还连接驱动子电路14的接地端GND以实现接地。

在某些实施方式中，可变驱动电流Idrv包括第一时间段t1内恒定的第一电流、第二时间段t2内随时间增加的第二电流和第三时间段t3内恒定的第三电流，第一时间段t1、第二时间段t2和第三时间段t3为信号产生模块146产生开关控制信号PULSE持续时间内连续的时间段。

如此，通过检测信号端CS采样电压，信号产生模块146发出开关控制信号PULSE和电流偏置模块148发出可变驱动电流Idrv。

其中，开关控制信号PULSE的持续时间包括依次连续的第一时间段t1、第二时间段t2和第三时间段t3，电流偏置模块148输出的可变驱动电流Idrv是在开关控制信号PULSE的持续时间内，根据采到的采样电压输出相应变化的电流。

电流偏置模块148在第一时间段t1内提供较大且恒定的第一电流可以使第二功率管Q2快速进入饱和状态。

电流偏置模块148在第二时间段t2内提供的可变驱动电流Idrv根据采样电压反馈出来流过第二功率管Q2的电流的大小调整为随时间增加的第二电流，可以使第二功率管Q2保持在一个合适的饱和深度，从而第二功率管Q2处于最佳导通状态，减少第二功率管Q2的导通损耗。

当采样电压到达VCS_PRE时，电流偏置模块148可以在第三时间段t3内将可变驱动电流Idrv减少至恒定的第三电流，从而在第三时间段t3内，在保持第二功率管Q2继续导通的状态下，最大限度减少第二功率管Q2基极的存储电荷使第二功率管Q2关断的速度加快。

同时，在第三晶体管M3的有效电平信号来的时候，电流偏置模块148可以通过第一输出端以及第三晶体管M3给第二功率管Q2一个负的下拉电流，加快第二功率管Q2的关断，减少关断时间，降低第二功率管Q2的关断损耗。

在某些实施方式中，开关电源电路10包括检测电阻Rcs，检测电阻Rcs的第一极连接第二功率管Q2的第三极，检测电阻Rcs的第二极接地。

如此，驱动子电路14可以通过检测信号端CS连接检测电阻Rcs实现电压采样，保证电路可靠性。

在某些实施方式中，开关电源电路10包括输入子电路16，输入子电路16连接电源和变压器12的第一输入端。

其中，输入子电路16可以是整流电路、电磁兼容电路和/或滤波电路等可以为变压器12提供稳定电压的电路。如此，可以保证电路可靠性。

在某些实施方式中，开关电源电路10包括输出子电路18，输出子电路18包括电容C和输出电阻Ro，电容C连接变压器12的第一输出端和第二输出端，输出电阻Ro连接变压器12的第一输出端和第二输出端。

如此，输出子电路18可以对输出信号进行滤波，从而保证变压器12输出电压稳定性。

本申请实施方式的电源设备(图未示出)包括上述任一实施方式的开关电源电路10。

本申请实施方式的电源设备中，开关电源电路10可以通过检测信号端CS对功率开关管输出端的电压进行采样，进而信号产生模块146可以根据采样电压的大小调整输出信号至驱动模块142和电流偏置模块148，电流偏置模块148可以根据采样电压输出相应的驱动电流，如此，驱动模块142根据不同的驱动电流驱动功率开关管，可以实现以可变驱动电流Idrv驱动功率开关管，有利于减少能量损耗，提高能量利用率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：变压器、第一功率管、第二功率管和驱动子电路；

所述变压器的第一输入端连接电源，所述变压器的第二输入端连接所述第一功率管的第一极和所述第二功率管的第一极；

所述驱动子电路的第一信号端连接所述第一功率管的第二极，所述第一功率管的第三极连接所述第二功率管的第二极，所述驱动子电路的第二信号端连接所述第二功率管的第二极和第三极，所述驱动子电路的检测信号端连接所述第二功率管的第三极；

所述驱动子电路包括驱动模块、开关模块、信号产生模块和电流偏置模块；

所述驱动模块连接所述开关模块以驱动所述开关模块；

所述开关模块分别连接所述第一信号端和所述第二信号端；

所述信号产生模块连接所述检测信号端、所述驱动模块和所述电流偏置模块；

所述电流偏置模块连接所述检测信号端、所述驱动模块和所述开关模块。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述信号产生模块的第一输入端连接所述检测信号端，所述信号产生模块的第二输入端接入参考电压信号，所述信号产生模块的第一输出端连接所述电流偏置模块和所述驱动模块以提供开关控制信号。

3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述信号产生模块的第二输出端连接所述驱动模块以提供预关断控制信号。

4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关模块包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管的第一极连接所述电流偏置模块，所述第二晶体管的第一极连接所述第一信号端，所述第三晶体管的第一极连接所述第二信号端，所述驱动模块分别连接所述第一晶体管的第二极、所述第二晶体管的第二极和所述第三晶体管的第二极，所述第一晶体管的第三极连接所述第一信号端，所述第二晶体管的第三极连接接地，所述第三晶体管的第三极连接所述电流偏置模块。

5.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述电流偏置模块的第一输入端连接所述检测信号端，所述电流偏置模块的第二输入端连接所述信号产生模块的第二输出端，所述电流偏置模块的第一输出端连接所述第三晶体管的第三极，所述电流偏置模块的第二输出端连接所述驱动模块和所述第一晶体管的第一极以提供可变驱动电流。

6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述可变驱动电流包括第一时间段内恒定的第一电流、第二时间段内随时间增加的第二电流和第三时间段内恒定的第三电流，所述第一时间段、所述第二时间段和所述第三时间段为所述信号产生模块产生开关控制信号持续时间内连续的时间段。

7.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括检测电阻，所述检测电阻的第一极连接所述第二功率管的第三极，所述检测电阻的第二极接地。

8.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括输入子电路，所述输入子电路连接所述电源和所述变压器的第一输入端。

9.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括输出子电路，所述输出子电路包括电容和输出电阻，所述电容连接所述变压器的第一输出端和第二输出端，所述输出电阻连接所述变压器的第一输出端和第二输出端。

10.一种电源设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的开关电源电路。