CN220896531U - 一种电源电路、电源系统和电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源电路、电源系统和电源设备，一种电源电路，应用于具有变压器、输入电容和输出电容的电源系统中，所述变压器至少具有辅助绕组和主级绕组，所述电源电路包括：辅助绕组、供电电容、辅助控制模块和路径管理模块。本实用新型提出的电源电路结构简单，能够提升电源系统的效率和电源系统的启动速度。

Description

一种电源电路、电源系统和电源设备

技术领域

本实用新型涉及电源转换技术领域，具体涉及一种电源电路、电源系统和电源设备。

背景技术

申请人的在先申请，申请号为2023101830846的发明专利申请公开了一种辅助电源、电源系统和电子装置。所述辅助电源，应用于具有变压器、输入电容和输出电容的电源系统中，所述变压器至少具有辅助绕组和主级绕组，所述辅助电源包括：辅助绕组，具有两端，第一端耦接所述输入电容的第一端，或经过一电容后耦接所述输入电容的第一端；供电电容，被配置于提供供电电压用于供电；辅助控制模块，串联耦接在所述辅助绕组的第二端和所述供电电容之间，至少包括第二功率开关；通过控制所述第二功率开关的导通或截止，控制所述辅助绕组流过电流对供电电容充电或不流过电流。

在先申请的辅助电源通过辅助控制模块控制流过辅助绕组的电流来对供电电容充电，既回收了吸收电容中的变压器的漏感能量，同时也在供电电容上产生了供电电压对控制模块供电。

所述在先申请的专利，存在两个不足的地方：第一，当辅助控制模块提供给供电电容的能量大于供电电压所需要的能量时，供电电容上的供电电压会持续升高，电源系统只能将多余的能量泄放到地，否则升高的供电电压会导致电源系统损坏，泄放到地的能量显著的降低了电源系统的效率；第二，当辅助控制模块提供给供电电容的能量小于供电电压所需要的能量时，供电电容上的供电电压会持续降低，使电源系统无法正常工作。因此有必要对现有技术进行进一步的改进。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电源电路、电源系统和电源设备。

第一方面，本实用新型提供了一种电源电路，应用于具有变压器、输入电容和输出电容的电源系统中，所述变压器至少具有辅助绕组和主级绕组，所述电源电路包括：

辅助绕组，具有两端，其中第一端耦接所述输入电容的第一端，或经过一个电容后耦接所述输入电容的第一端；

供电电容，被配置于提供供电电压；

辅助控制模块，串联耦接在所述辅助绕组的第二端和所述供电电容之间，至少包括第二功率开关，通过控制所述第二功率开关的导通或截止，控制所述辅助绕组流过电流对供电电容充电或不流过电流；

路径管理模块，串联耦接在所述供电电容和输出电容之间，被配置于管理供电电容与输出电容之间的能量转移，以使所述电源系统具有更高的转换效率或具有更快的启动速度。

优选的，所述路径管理模块被配置于提升电源系统的启动速度，在电源系统刚上电正常工作之前，所述路径管理模块被配置于使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；或

所述路径管理模块被配置于提升电源系统的转换效率，在电源系统正常工作时，所述路径管理模块被配置于使供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率；或

所述路径管理模块被配置于辅助电源电路正常工作，在辅助控制模块不能维持供电电容上的供电电压使电源系统正常工作时，所述路径管理模块被配置于使输出电容上的能量转移到供电电容，以维持电源系统正常工作。

优选的，所述路径管理模块包括至少一个串联连接的稳压二极管，稳压二极管的阳极端耦接输出电容上的输出电压，稳压二极管的阴极端耦接供电电容上的供电电压，在电源系统刚上电正常工作之前，稳压二极管截止，断开了供电电容与输出电容之间的连接关系，使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值击穿稳压二极管时，供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值使稳压二极管正向导通时，输出电容上能量转移到供电电容，以维持电源系统正常工作；或

所述路径管理模块包括至少一个串联连接的二极管，二极管的阳极端耦接供电电容上的供电电压，二极管的阴极端耦接输出电容上的输出电压，在电源系统刚上电正常工作之前，二极管截止，断开了供电电容与输出电容之间的连接关系，使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值使二极管正向导通时，供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率。

优选的，所述电源电路在变压器的主级绕组开始充电之前，所述第二功率开关先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组的电流流经第二功率开关后对所述供电电容充电。

优选的，所述变压器的主级绕组与第一功率开关串联耦接，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态之前，第二功率开关先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组的电流流经第二功率开关后对供电电容充电，通过变压器的耦合作用，流过辅助绕组的电流被耦合到变压器的主级绕组，使第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态。

优选的，所述电源电路的辅助控制模块至少包括三个端口，第一个端口与所述辅助绕组的第二端耦接；第二个端口与所述供电电容耦接；第三个端口与第二控制信号耦接，所述第二控制信号控制第二功率开关的导通或截止，使辅助绕组流过电流并对供电电容充电，或使辅助绕组不流过电流。

第二方面，本实用新型提供了一种电源系统，至少包括第一方面任一项所述的电源电路，所述电源系统还包括控制模块和功率级；所述功率级至少包括变压器的主级绕组、续流模块和第一功率开关；所述控制模块输出第一控制信号耦接第一功率开关的控制端，控制第一功率开关的导通或截止；和所述控制模块输出第二控制信号耦接辅助控制模块，控制第二功率开关的导通或截止。

优选的，所述控制模块控制第一功率开关从截止状态切换成导通状态之前，控制所述电源电路中的第二功率开关先导通一个脉冲时间给辅助绕组充电，通过变压器的耦合关系，使与主级绕组串联耦接的第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，所述控制模块再控制第一功率开关从截止状态切换成导通状态。

优选的，所述变压器的主级绕组和辅助绕组具有相同的同名端位置，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的一个脉冲时间的一部分或全部，第二功率开关导通，电流流入变压器的辅助绕组并对供电电容充电，通过变压器的主级绕组和辅助绕组之间的耦合关系，第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态；或

所述变压器的主级绕组和辅助绕组具有相反的同名端位置，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第一期间，第二功率开关导通，电流流入变压器的辅助绕组并对供电电容充电，第一功率开关两端的跨压上升到第一电位；在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第二期间，第二功率开关截止，通过变压器的主级绕组和辅助绕组之间的耦合关系，第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态。

第三方面，本实用新型提供了一种电源设备，包括第一方面任一项所述的电源电路。

本实用新型包括以下优点：

本实用新型提供了一种电源电路、电源系统和电源设备，通过辅助绕组将吸收电容中的变压器的漏感能量转移到供电电容中用于供电，同时管理供电电容和输出电容上的能量转移，以使电源系统具有更高效率和更快启动速度。

附图说明

图1a是本实用新型一个实施例的电源电路的简化结构图；

图1b是本实用新型另一个实施例的电源电路的结构图；

图1c是本实用新型再一个实施例的电源电路的结构图；

图1d是本实用新型又一个实施例的电源电路的简化结构图；

图2是本实用新型的辅助控制模块的一种实施例；

图3a至图3b是本实用新型部分实施例的部分节点波形示意图。

根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本实用新型相关的具体特征与元件。此外，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。

附图标记说明

110：辅助控制模块

120：功率级

121：续流模块

130：控制模块

150：吸收电路

符号说明

MP：第一功率开关

MA：第二功率开关

GP：第一控制信号

GA：第二控制信号

DZ1：稳压二极管

D11：二极管

Vds：跨压

Coss：寄生电容

P1：第一个端口

P2：第二个端口

P3：第三个端口

TS：变压器

Lp：主级绕组

Ls：次级绕组

La：辅助绕组

Ip：主级绕组电流

Ia：辅助绕组电流

Nps：匝数比

Dlp：吸收二极管

Clp：吸收电容

CIN：输入电容

CO：输出电容

VIN：输入电压

VO：输出电压

T1～T3：时间点

T12：第一期间

T23：第二期间

T13：脉冲时间。

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做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。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电源电路。如图1a所示，一种电源电路，应用于具有变压器TS、输入电容CIN和输出电容CO的电源系统中，变压器TS至少具有辅助绕组La和主级绕组Lp，电源电路包括：辅助绕组La，具有两端，其中第一端耦接输入电容CIN的第一端，在一种实施例中，辅助绕组La的第一端经过一个电容后耦接输入电容CIN的第一端；供电电容CP，被配置于提供供电电压VCC；辅助控制模块110，串联耦接在辅助绕组La的第二端和供电电容CP之间，至少包括第二功率开关MA，通过控制第二功率开关MA的导通或截止，控制辅助绕La组流过电流对供电电容CP充电或不流过电流；路径管理模块，串联耦接在供电电容CP和输出电容CO之间，被配置于管理供电电容CP与输出电容CO之间的能量转移，以使电源系统具有更高的转换效率或具有更快的启动速度。

在一种实施例中，路径管理模块被配置于提升电源系统的启动速度，在电源系统刚上电正常工作之前，路径管理模块被配置于使电源系统只对供电电容CP充电，以使供电电容CP上的供电电压VCC快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度。

在一种实施例中，路径管理模块被配置于提升电源系统的转换效率，在电源系统正常工作时，路径管理模块被配置于使供电电容CP上的多余能量转移到输出电容CO中，而不是直接泄放到地，提升了电源系统的效率。

在一种实施例中，路径管理模块被配置于辅助电源电路正常工作，在辅助控制模块不能维持供电电容CP上的供电电压VCC使电源系统正常工作时，路径管理模块被配置于使输出电容CO上的能量转移到供电电容CP，以维持电源系统正常工作。

在一种实施例中，如图1b所示，路径管理模块包括至少一个串联连接的稳压二极管DZ1(由于不同类型的稳压二极管的反向击穿电压不同，比如，有3.6V稳压二极管，5.6V稳压二极管，12V稳压二极管以及18V稳压二极管，所以此处不限定稳压二极管的类型和串联连接个数，为了简化描述，说明书以稳压二极管DZ1为举例)，稳压二极管DZ1的阳极端耦接输出电容CO上的输出电压VO，稳压二极管DZ1的阴极端耦接供电电容CP上的供电电压VCC，在电源系统刚上电正常工作之前，输出电容CO上的电压为零，供电电容CP上的电压也为零，此时稳压二极管DZ1截止，相当于断开了供电电容CP与输出电容CO之间的连接关系，使电源系统只对供电电容CP充电，以使供电电容CP上的供电电压VCC快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度，为了能够确保在电源系统的上电过程中，电源系统只对供电电容CP进行充电，可以设置稳压二极管DZ1的击穿电压高于电源系统的启动电压，因为在一般的电源系统中，供电电容CP的容值在1uF-22uF的范围，而输出电容CO的容值通常都是几百或是上千uF，所以在电源上电阶段，在电源系统刚上电正常工作之前，需要断开供电电容CP与输出电容CO之间的连接关系，这样才能实现电源系统快速启动。

在一种实施例中，如图1b所示，在电源系统正常工作时，辅助控制模块110会将吸收电容Clp上的能量转移到供电电容CP上，以维持供电电容CP上的供电电压VCC对外供电，当辅助控制模块110提供给供电电容CP的能量大于供电电压VCC所需要的能量时，供电电容CP上的供电电压VCC会持续升高，现有技术的电源系统只能将多余的能量泄放到地，否则升高的供电电压VCC会导致电源系统损坏，但泄放到地的能量也会显著的降低了电源系统的效率；本实用新型通过串联在供电电容CP与输出电容CO之间的路径管理模块来解决这个问题，当供电电容CP上的供电电压VCC与输出电容CO上的输出电压VO的差值击穿稳压二极管DZ1时，供电电容CP上的多余能量会通过路径管理模块转移到输出电容CO，通过回收利用本应泄放到地的能量，提升了电源系统的效率。

在一种实施例中，如图1b所示，在电源系统正常工作时，输出电容CO上会维持一个稳定的输出电压VO，当辅助控制模块110提供给供电电容CP的能量小于供电电压VCC所需要的能量时，供电电容CP上的供电电压VCC会持续降低，可能会使电源系统无法正常工作；在供电电容CP上的供电电压VCC下降的过程中，路径管理模块中的稳压二极管DZ1会在供电电压VCC与输出电压VO的差值增大时，使稳压二极管DZ1正向导通，因此，输出电容CO上能量会通过路径管理模块中的稳压二极管DZ1转移到供电电容CP，使供电电压VCC保持稳定，以维持电源系统正常工作。

在一种实施例中，如图1c所示，路径管理模块包括至少一个串联连接的二极管D11，二极管D11的阳极端耦接供电电容CP上的供电电压VCC，二极管D11的阴极端耦接输出电容CO上的输出电压VO，在电源系统刚上电正常工作之前，输出电容CO上的电压为零，供电电容CP上的电压也为零，所以二极管D11截止，二极管D11断开了供电电容CP与输出电容CO之间的连接关系，使电源系统只对供电电容CP充电，以使供电电容CP上的供电电压VCC快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度，需要说明的是，为了能够让电源系统能够快速启动，串联连接的二极管需要确保其正向导通电压降之和大于电源系统的启动电源，比如，当电源系统的启动电压为9V时，串联连接的二极管的正向导通压降之和为10V，那么在供电电容CP上的供电电压VCC达到启动电压之前，串联连接的二极管都处于截止状态，因此大容量的输出电容CO也不会影响电源系统的快速启动；由于普通二极管的正向导通压降只有0.7V，因此需要多个二极管串联连接才能让其总的导通压降为10V；在一种实施例中，可以让二极管与一个稳压二极管串联，比如稳压二极管的击穿电压为12V，那么路径管理模块就不会影响电源电路的快速启动。

在一种实施例中，如图1c所示，在电源系统正常工作时，辅助控制模块110会将吸收电容Clp上的能量转移到供电电容CP上，以维持供电电容CP上的供电电压VCC对外供电，当辅助控制模块110提供给供电电容CP的能量大于供电电压VCC所需要的能量时，供电电容CP上的供电电压VCC会持续升高，现有技术的电源系统只能将多余的能量泄放到地，否则升高的供电电压VCC会导致电源系统损坏，但泄放到地的能量也会显著的降低了电源系统的效率；本实用新型通过串联在供电电容CP与输出电容CO之间的路径管理模块来解决这个问题，当供电电容CP上的供电电压VCC与输出电容CO上的输出电压VO的差值大于串联连接的二极管的正向导通压降时，供电电容CP上的多余能量会通过路径管理模块转移到输出电容CO，通过回收利用本应泄放到地的能量，提升了电源系统的效率。

在一种实施例中，如图1a所示，电源电路在变压器TS的主级绕组Lp开始充电之前，第二功率开关MA先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组La的电流流经第二功率开关MA后对供电电容CP充电。

在一种实施例中，如图1a所示，变压器TS的主级绕组Lp与第一功率开关MP串联耦接，在第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态之前，第二功率开关MA先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组La的电流流经第二功率开关MA后对供电电容CP充电，通过变压器TS的耦合作用，流过辅助绕组La的电流被耦合到变压器TS的主级绕组Lp，使第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关MP再从截止状态切换成导通状态(或变压器TS的主级绕组Lp再开始充电)。

在一种实施例中，如图1a所示，电源电路的辅助控制模块110至少包括三个端口，第一个端口P1与辅助绕组La的第二端耦接；第二个端口P2与供电电容CP耦接；第三个端口P3与第二控制信号GA耦接，第二控制信号GA控制第二功率开关MA的导通或截止，使辅助绕组La流过电流并对供电电容CP充电，或使辅助绕组La不流过电流。

在一种实施例中，如图2所示，辅助控制模块110包括高压常导通器件JA(JFET或是耗尽型MOSFET)和第二功率开关MA，辅助控制模块110的第一个端口P1为高压常导通器件JA的第一端，耦接辅助绕组La的第二端，高压常导通器件JA的第二端耦接第二功率开关MA的第一端；辅助控制模块110的第二个端口P2为第二功率开关MA的第二端，耦接供电电压VCC；第三个端口P3耦接第二控制信号GA，在第三个端口P3的信号GA为低电平时，第二功率开关MA截止，辅助绕组La不流过电流；在第三个端口P3的信号GA为高电平时，第二功率开关MA导通，流过辅助绕组La的电流流经高压常导通器件JA和第二功率开关MA后对供电电容CP充电。

第二方面，本实用新型提供了一种电源系统。在一种实施例中，如图1a所示，电源系统除了包括第一方面所述的电源电路外，还包括并联耦接输出电容CO的负载、控制模块130和功率级120；功率级120至少包括变压器TS的主级绕组Lp、续流模块121和第一功率开关MP；电源电路为控制模块130提供供电电压VCC；控制模块130输出第一控制信号GP耦接第一功率开关MP的控制端，控制第一功率开关MP的导通或截止；和控制模块130输出第二控制信号GA耦接辅助控制模块110，控制第二功率开关MA的导通或截止。

在一种实施例中，如图1a所示，控制模块130控制第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态之前，控制电源电路中的第二功率开关MA先导通一个脉冲时间给辅助绕组La充电，通过变压器TS的耦合关系，使与主级绕组Lp串联耦接的第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，控制模块130再控制第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态。

在一种实施例中，如图1a所示，变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La具有相同的同名端位置，在第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态前的一个脉冲时间的一部分或全部，第二功率开关MA导通，电流流入变压器TS的辅助绕组La并对供电电容CP充电，通过变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La之间的耦合关系，第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关MP再从截止状态切换成导通状态。

在一种实施例中，如图1d所示，变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La具有相反的同名端位置，在第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第一期间，第二功率开关MA导通，电流流入变压器TS的辅助绕组La并对供电电容CP充电，第一功率开关MP两端的跨压Vds上升到第一电位；在第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第二期间，第二功率开关MA截止，通过变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La之间的耦合关系，第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关MP再从截止状态切换成导通状态。

变压器的两个绕组的同名端是这样规定的：具有磁耦合的两绕组，当电流分别从两绕组各自的某端同时流入(或流出)时，若两者产生的磁通相助，则这两端叫作变压器绕组的同名端，用黑点“·”或星号“*”作标记。同名端的位置可以自行定义，可以把流入端称为同名端，也可以把流出端称为同名端。

在一种实施例中，电源系统还包括有整流桥，整流桥输入端耦接交流电，输入电容CIN与整流桥的输出端耦接，用于旁路高频信号。

在一种实施例中，电源系统的输入端直接耦接直流输入电压VIN，输入电容CIN用于旁路输入电压VIN的高频信号。

在一种实施例中，续流模块121由二极管组成，包括二极管的功率级构成非同步整流结构。

在一种实施例中，续流模块121由场效应管(MOSFET)组成，包括场效应管的功率级构成同步整流结构。

在一种实施例中，如图1a所示，电源系统包括驱动芯片，驱动芯片至少包括辅助控制模块110和控制模块130。

在一种实施例中，如图1a所示，电源系统包括输入电容CIN、并联耦接输出电容CO的负载、电源电路、控制模块130、吸收电路150和功率级120，功率级120包括变压器TS的主级绕组Lp和次级绕组Ls、续流模块121和第一功率开关MP；吸收电路150包括吸收二极管Dlp和吸收电容Clp；输入电容CIN的第一端与主级绕组Lp的同名端和吸收电容Clp的第二端耦接，输入电容CIN的第二端与地耦接，吸收电容Clp的第一端与辅助绕组La的同名端和吸收二极管Dlp的阴极耦接，此处辅助绕组La的同名端也为辅助绕组La的第一端，辅助绕组La的非同名端为为辅助绕组La的第二端，辅助绕组La的第一端通过吸收电容Clp以后，与输入电容CIN的第一端的输入电压VIN耦接，辅助绕组La的第二端与辅助控制模块110的第一个端口P1耦接；主级绕组Lp的非同名端与第一功率开关MP的第一端和吸收二极管Dlp的阳极耦接，第一功率开关MP的控制端与控制模块130输出的第一控制信号GP耦接；输出电容CO的第一端与续流模块121的第二端耦接，续流模块121的第一端与次级绕组Ls的非同名端耦接，次级绕组Ls的同名端与输出电容CO的第二端耦接；或输出电容CO的第一端与次级绕组Ls的非同名端耦接，输出电容CO的第二端与续流模块121的第一端耦接，续流模块121的第二端与次级绕组Ls的同名端耦接；电源电路为控制模块130供电。

图1a所示电源系统属于反激电源系统，在第一功率开关MP导通时，输入电压VIN对主级绕组Lp进行充电，此时主级绕组Lp上的电压降近似为VIN(忽略第一功率开关MP的导通压降)，通过变压器TS的耦合关系，在主级绕组Lp和辅助绕组La匝数相同或近似相同的情况下，辅助绕组La上的电压降也保持为VIN或近似等于VIN；在主级绕组Lp充电期间，辅助控制模块110的第一个端口P1的电压为(VIN+Nps*VO)-VIN＝Nps*VO，(Nps为主级绕组Lp和次级绕组Ls的匝数比)；在第一功率开关MP截止时，输出电容CO上的输出电压VO对次级绕组Ls进行放电，等同于主级绕组Lp上的电压降近似为-Nps*VO(忽略吸收二极管Dlp的导通压降)，在次级绕组Ls放电期间，辅助控制模块110的第一端口P1的电压为(VIN+Nps*VO)-(-Nps*VO)＝VIN+2Nps*VO。

结合图3a所示的波形示意图和图1a所示的电源系统的结构图，在控制模块130输出的第一控制信号GP变成高电平控制第一功率开关MP导通前，控制模块130输出的第二控制信号GA先产生一个高电平的脉冲时间T13，让辅助控制模块110中的第二功率开关MA导通一个脉冲时间T13给辅助绕组La充电，流过辅助绕组La的辅助绕组电流Ia流经第二功率开关MA对供电电容CP充电，通过变压器TS的耦合关系，流经辅助绕组La的电流会被耦合到主级绕组Lp，产生方向相反的主级绕组电流Ip，在图3a所示的示意图中，在第二功率开关MA导通的脉冲时间T13里边，对应的在辅助绕组La上产生的辅助绕组电流Ia和方向相反的主级绕组电流Ip，耦合产生的主级绕组电流Ip将与主级绕组Lp串联耦接的第一功率开关MP的寄生电容Coss上的电荷转移到主级绕组Lp中，使第一功率开关MP两端的跨压Vds降低，第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位VIN+Nps*VO(忽略吸收二极管Dlp上的导通压降)降低到比第一电位更低的第二电位(比如零电位或接近零的电位)后，控制模块130输出的第一控制信号GP才变成高电平，控制第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态，让变压器TS的主级绕组Lp开始充电。

在图3a所示的波形示意图中，T1时间点对应着第二功率开关MA优先于第一功率开关MP导通的时间点，在一种实施例中，T1时间点响应于变压器TS的退磁结束信号而产生；在一种实施例中，T1时间点响应于第一功率开关MP两端的跨压Vds的波谷而产生(或为第一个波谷，或为第N个波谷)；在一种实施例中，T1时间点响应于图1a所示的电源系统的脉冲宽度调制信号(PWM信号)而产生。

在图3a所示的波形示意图中，T3时间点对应着第一功率开关MP的导通时间点，T1时间点和T3时间点之间的期间为第二功率开关MA导通的脉冲时间T13，脉冲时间T13的长短和辅助绕组La流过的辅助绕组电流Ia的大小决定了第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位下降到更低的第二电位的幅度，在一种实施例中，通过优化脉冲时间T13和辅助绕组电流Ia使得第二电位接近零电位后，第一功率开关MP再导通，实现第一功率开关MP切换在零电压状态。

在图3a所示的波形示意图中，T3时间点是第二功率开关MA的截止时间点，也是第一功率开关MP的导通时间点，在一种实施例中，第二功率开关MA的截止时间点为T1时间点和T3时间点中间的一个T2时间点，第二功率开关MA并不是在在整个脉冲时间T13内都导通，而只在脉冲时间T13的第一期间T12内导通，在第二期间T23内截止。

在一种实施例中，如图1b所示，在电源系统刚上电正常工作之前，输出电容CO上的输出电压VO为零电压，供电电容CP上的供电电压也为零电压，稳压二极管DZ1截止，断开了供电电容CP与输出电容CO之间的连接关系，使电源系统只对供电电容CP充电，以使供电电容CP上的供电电压VCC快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；在电源系统正常工作时，当供电电容CP上的供电电压VCC与输出电容CO上的输出电压VO的差值击穿稳压二极管DZ1时，供电电容CP上的多余能量转移到输出电容CO，提升了电源系统的效率；在电源系统正常工作时，当供电电容CP上的供电电压VCC与输出电容CO上的输出电压VO的差值使稳压二极管DZ1正向导通时，输出电容CO上能量转移到供电电容CP，以维持电源系统正常工作。

在一种实施例中，图1a所示的电源系统中的辅助绕组La的第一端(同名端)也可以偶接到输入电容CIN的第一端，说明书不再具体分析。

在一种实施例中，如图1d所示的电源系统也属于反激电源系统，图1d所示的电源系统与图1a所示的电源系统的区别是变压器TS的辅助绕组La和主级绕组Lp的同名端的位置不同，图1a所示的电源系统中的变压器TS的辅助绕组La和主级绕组Lp具有相同的同名端位置；图1d所示的电源系统中的变压器TS的辅助绕组La和主级绕组Lp具有相反的同名端位置。

图1d所示的电源系统包括输入电容CIN、并联耦接输出电容CO的负载、电源电路、控制模块130、吸收电路150和功率级120，功率级120包括变压器TS的主级绕组Lp和次级绕组Ls、续流模块121和第一功率开关MP；吸收电路150包括吸收二极管Dlp和吸收电容Clp；输入电容CIN的第一端与主级绕组Lp的同名端和吸收电容Clp的第二端耦接，输入电容CIN的第二端与地耦接，吸收电容Clp的第一端与辅助绕组La的非同名端和吸收二极管Dlp的阴极耦接，此处辅助绕组La的非同名端也为辅助绕组La的第一端，辅助绕组La的同名端为为辅助绕组La的第二端，辅助绕组La的第一端通过吸收电容Clp以后，与输入电容CIN的第一端的输入电压VIN耦接，辅助绕组La的第二端与辅助控制模块110的第一个端口P1耦接；主级绕组Lp的非同名端与第一功率开关MP的第一端和吸收二极管Dlp的阳极耦接，第一功率开关MP的控制端与控制模块130输出的第一控制信号GP耦接；输出电容CO的第一端与续流模块121的第二端耦接，续流模块121的第一端与次级绕组Ls的非同名端耦接，次级绕组Ls的同名端与输出电容CO的第二端耦接；或输出电容CO的第一端与次级绕组Ls的非同名端耦接，输出电容CO的第二端与续流模块121的第一端耦接，续流模块121的第二端与次级绕组Ls的同名端耦接；电源电路为控制模块130供电。

在图1d所示的电源系统中，第一功率开关MP导通时，输入电压VIN对主级绕组Lp进行充电，此时主级绕组Lp上的电压降近似为VIN(忽略第一功率开关MP的导通压降)，通过变压器TS的耦合关系，在主级绕组Lp和辅助绕组La匝数相同或近似相同的情况下，辅助绕组La上的电压降也保持为-VIN或近似等于-VIN；在主级绕组Lp充电期间，辅助控制模块110的第一个端口P1的电压为(VIN+Nps*VO)+VIN＝2VIN+Nps*VO，(Nps为主级绕组Lp和次级绕组Ls的匝数比)；在第一功率开关MP截止时，输出电容CO上的输出电压VO对次级绕组Ls进行放电，等同于主级绕组Lp上的电压降近似为-Nps*VO(忽略吸收二极管Dlp的导通压降)，在次级绕组Ls放电期间，辅助控制模块110的第一端口P1的电压为(VIN+Nps*VO)-(Nps*VO)＝VIN。

结合图3b所示的波形示意图和图1d所示的电源系统的结构图，在控制模块130控制输出的第一控制信号GP变成高电平控制第一功率开关MP导通前，控制模块130输出的第二控制信号GA在脉冲时间T13的第一期间T12产生一个高电平，让辅助控制模块110中的第二功率开关MA导通第一期间T12时间给辅助绕组La充电，流过辅助绕组La的辅助绕组电流Ia流经第二功率开关MA对供电电容VCC充电，通过变压器TS的耦合关系，流经辅助绕组La的电流会被耦合到主级绕组Lp，产生方向相同的主级绕组电流Ip使第一功率开关MP两端的跨压Vds上升到第一电位VIN+Nps*VO(忽略吸收二极管Dlp上的导通压降)，在图3b所示的示意图中，在脉冲时间T13里的第一期间T12时间里，第二控制信号GA为高电平，第二功率开关MA导通，对应的在次级绕组La上产生了辅助绕组电流Ia和方向相同的主级绕组电流Ip，耦合产生的主级绕组电流Ip会将与主级绕组串联耦接的第一功率开关MP两端的跨压Vds充电到第一电位；在脉冲时间T13里的第二期间T23时间里，第二控制信号GA为低电平，第二功率开关MA截止，通过变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La之间的耦合关系，第一功率开关MP两端的跨压Vds在第二期间T23时间里快速从初始的第一电位VIN+Nps*VO降低到更低的第二电位(比如零电位或接近零的电位)后，控制模块130输出的第一控制信号GP才变成高电平，控制第一功率开关MP从截止状态切换成导通状态。

在图3b所示的波形示意图中，T1时间点对应着第二功率开关MA优先于第一功率开关MP导通的时间点，在一种实施例中，T1时间点响应于变压器TS的退磁结束信号而产生；在一种实施例中，T1时间点响应于第一功率开关MP两端的跨压Vds的波谷而产生(或为第一个波谷，或为第N个波谷)；在一种实施例中，T1时间点响应于图1d所示的电源系统的脉冲宽度调制信号(PWM信号)而产生。

在图3b所示的波形示意图中，T3时间点对应着第一功率开关MP的导通时间点，T1时间点和T2时间点之间的第一期间T12为第二功率开关MA导通的脉冲时间，第一期间T12的长短、第二期间T23的长短和辅助绕组La流过的辅助绕组电流Ia的大小决定了第一功率开关MP两端的跨压Vds从初始的第一电位下降到更低的第二电位的幅度，在一种实施例中，通过优化这三个参数使第二电位接近零电位后，第一功率开关MP再导通，实现第一功率开关MP切换在零电压状态。

在一种实施例中，图1d所示的电源系统中的辅助绕组La的第一端也可以耦接到输入电容CIN的第一端，说明书不再具体分析。

在图1a和图1d所示的电源系统中，流过辅助绕组La和第二功率开关MA的电流都被供电电容VCC吸收，相当于将吸收电容Clp中回收的变压器TS的漏感能量都转移到了供电电容VCC上进行回收利用，还同时实现了电源系统的第一功率开关MP工作在零电压切换状态，这不仅回收利用了变压器的漏感能量，还减小了第一功率开关MP的开关损耗，提高了电源系统的效率。

在以上实施例中，为了能够方便更清楚和简洁的表述本实用新型的工作原理，说明书只是示例性的列举了变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La的匝数相同的情况，在实际实施过程中，也可以让变压器TS的主级绕组Lp和辅助绕组La的匝数保持不同，但并不影响本实用新型的工作原理。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种电源设备，包括第一方面任一项所述的电源电路。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)本实用新型提供的一种电源电路、电源系统和电源设备，通过辅助绕组将吸收电容中的变压器的漏感能量转移到供电电容中用于供电，同时管理供电电容和输出电容上的能量转移，以使电源系统具有更高效率和更快启动速度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。“和/或”表示可以选择两者之中的任意一个，也可以两者都选择。而且，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电源电路，应用于具有变压器、输入电容和输出电容的电源系统中，所述变压器至少具有辅助绕组和主级绕组，其特征在于，所述电源电路包括：

辅助绕组，具有两端，其中第一端耦接所述输入电容的第一端，或经过一个电容后耦接所述输入电容的第一端；

供电电容，被配置于提供供电电压；

辅助控制模块，串联耦接在所述辅助绕组的第二端和所述供电电容之间，至少包括第二功率开关，通过控制所述第二功率开关的导通或截止，控制所述辅助绕组流过电流对供电电容充电或不流过电流；

路径管理模块，串联耦接在所述供电电容和输出电容之间，被配置于管理供电电容与输出电容之间的能量转移，以使所述电源系统具有更高的转换效率或具有更快的启动速度。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述路径管理模块被配置于提升电源系统的启动速度，在电源系统刚上电正常工作之前，所述路径管理模块被配置于使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；或

所述路径管理模块被配置于提升电源系统的转换效率，在电源系统正常工作时，所述路径管理模块被配置于使供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率；或

所述路径管理模块被配置于辅助电源电路正常工作，在辅助控制模块不能维持供电电容上的供电电压使电源系统正常工作时，所述路径管理模块被配置于使输出电容上的能量转移到供电电容，以维持电源系统正常工作。

3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述路径管理模块包括至少一个串联连接的稳压二极管，稳压二极管的阳极端耦接输出电容上的输出电压，稳压二极管的阴极端耦接供电电容上的供电电压，在电源系统刚上电正常工作之前，稳压二极管截止，断开了供电电容与输出电容之间的连接关系，使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值击穿稳压二极管时，供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值使稳压二极管正向导通时，输出电容上能量转移到供电电容，以维持电源系统正常工作；或

所述路径管理模块包括至少一个串联连接的二极管，二极管的阳极端耦接供电电容上的供电电压，二极管的阴极端耦接输出电容上的输出电压，在电源系统刚上电正常工作之前，二极管截止，断开了供电电容与输出电容之间的连接关系，使电源系统刚上电只对供电电容充电，以使供电电容上的供电电压快速升高达到电源系统的启动电压，加快了电源系统的启动速度；在电源系统正常工作时，当供电电容上的供电电压与输出电容上的输出电压的差值使二极管正向导通时，供电电容上的多余能量转移到输出电容，提升了电源系统的效率。

4.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路在变压器的主级绕组开始充电之前，所述第二功率开关先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组的电流流经第二功率开关后对所述供电电容充电。

5.根据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述变压器的主级绕组与第一功率开关串联耦接，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态之前，第二功率开关先导通一个脉冲时间，使流过辅助绕组的电流流经第二功率开关后对供电电容充电，通过变压器的耦合作用，流过辅助绕组的电流被耦合到变压器的主级绕组，使第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态。

6.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路的辅助控制模块至少包括三个端口，第一个端口与所述辅助绕组的第二端耦接；第二个端口与所述供电电容耦接；第三个端口与第二控制信号耦接，所述第二控制信号控制第二功率开关的导通或截止，使辅助绕组流过电流并对供电电容充电，或使辅助绕组不流过电流。

7.一种电源系统，至少包括权利要求1至6任一项所述的电源电路，其特征在于，所述电源系统还包括控制模块和功率级；所述功率级至少包括变压器的主级绕组、续流模块和第一功率开关；所述控制模块输出第一控制信号耦接第一功率开关的控制端，控制第一功率开关的导通或截止；和所述控制模块输出第二控制信号耦接辅助控制模块，控制第二功率开关的导通或截止。

8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述控制模块控制第一功率开关从截止状态切换成导通状态之前，控制所述电源电路中的第二功率开关先导通一个脉冲时间给辅助绕组充电，通过变压器的耦合关系，使与主级绕组串联耦接的第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，所述控制模块再控制第一功率开关从截止状态切换成导通状态。

9.根据权利要求8所述的电源系统，其特征在于，所述变压器的主级绕组和辅助绕组具有相同的同名端位置，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的一个脉冲时间的一部分或全部，第二功率开关导通，电流流入变压器的辅助绕组并对供电电容充电，通过变压器的主级绕组和辅助绕组之间的耦合关系，第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态；或

所述变压器的主级绕组和辅助绕组具有相反的同名端位置，在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第一期间，第二功率开关导通，电流流入变压器的辅助绕组并对供电电容充电，第一功率开关两端的跨压上升到第一电位；在第一功率开关从截止状态切换成导通状态前的脉冲时间的第二期间，第二功率开关截止，通过变压器的主级绕组和辅助绕组之间的耦合关系，第一功率开关两端的跨压从初始的第一电位降低到更低的第二电位后，第一功率开关再从截止状态切换成导通状态。

10.一种电源设备，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的电源电路。