CN2834004Y

CN2834004Y - 低功耗dc/dc变换器

Info

Publication number: CN2834004Y
Application number: CN 200520055763
Authority: CN
Inventors: 余文松; 何锦荣
Original assignee: FOSHAN SHUNDE SOBEN ELECTRICAL ENGEERING Co Ltd
Current assignee: FOSHAN SHUNDE SOBEN ELECTRICAL ENGEERING Co Ltd
Priority date: 2005-03-12
Filing date: 2005-03-12
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2015-03-12

Abstract

本实用新型涉及一种低功耗DC/DC变换器，包括启动电路、占空比控制电路、驱动电路和功率变换电路，直流电源输入端B1、B0与启动电路输入端、占空比控制电路电源输入端、功率变换电路电源输入端相连接，启动电路输出端与占空比控制电路输入端相连接，占空比控制电路输出端与驱动电路输入端相连接，驱动电路输出端与功率变换电路输入端相连接，功率变换电路输出端为直流电源输出端C1、C0，其特征在于所述启动电路为无能耗启动电路，所述占空比控制电路为555芯片前馈控制电路，所述驱动电路为快速关断电路。本实用新型在待机状态下能耗极低并有效解决荧光灯待机闪烁问题。

Description

低功耗DC/DC变换器

所属技术领域

本实用新型涉及一种DC/DC变换器，尤其是涉及一种低功耗DC/DC变换器。

背景技术

目前，在彩色电视等家用电器、电子式开关等建筑电器、打印机等办公设备、路由器等网络设备中，遥控开关、定时开关、持续数字显示、网络唤醒等各种待机功能应用日益广泛，方便了用户操作和使用。这些新功能在为用户提供方便的同时，也造成了巨大的能量浪费，这就是待机能耗。待机能耗是电器产品在待机状态下的电能消耗。待机功耗包括输入整流器功耗和DC/DC变换器功耗和待机耗电负载功率三个部分，其中输入整流器的损耗和待机有用负载功率都很小，待机耗电负载一般为遥控、定时、数字显示、状态指示、CPU运行等，待机工作电压一般为3伏至5伏，待机电流为2毫安至20毫安，也就是说，待机真正所需的功耗是很小的，常常为0.1瓦以下；但是，现有技术的待机电源却造成了大量的能源浪费，其实际待机功耗一般为1瓦至15瓦，例如，目前我国彩色电视的待机功耗平均值为8.07瓦。据调查显示，在中国，仅彩电一项的待机功耗就相当于几个大型火力发电厂的发电总额。因此，有必要显著地降低DC/DC变换器功耗。现有的DC/DC变换器，通常由启动电路、占空比控制电路、驱动电路和功率变换电路组成，启动电路通常为阻容串联分压电路，占空比控制电路为反馈控制电路，驱动电路为电阻电路。启动电路为占空比控制电路提供启动电压工作，占空比控制电路产生占空比控制信号，通过驱动电路控制功率变换电路开通和关断，能量由耦合电感原边耦合到副边，实现DC/DC变换

现有技术的不足之处是，为了减小变压器的体积和节省成本，DC/DC变换器的工作频率常常高达20KHz至300KHz，从而导致开关损耗、门极驱动损耗、变压器损耗、缓冲器损耗、输出整流管损耗等动态损耗严重；由于功率变换电路的占空比控制存在较大的调节死区(即：功率变换电路导通时间较长)，不得不在电源输出端并联假负载消耗多余能量，造成额外的死区负载损耗；另外还存在较大的启动电路、占空比控制电路、驱动电路的静态损耗；待机总损耗超过了3瓦，不能满足中国节能认证标准；特别是在无零线的电子式开关中，0.03瓦以上的待机功耗会导致荧光灯待机闪烁的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种低功耗DC/DC变换器，它在待机状态下能耗极低并有效解决荧光灯待机闪烁问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种低功耗DC/DC变换器，包括启动电路、占空比控制电路、驱动电路和功率变换电路，直流电源输入端B1、B0与启动电路输入端、占空比控制电路电源输入端、功率变换电路电源输入端相连接，启动电路输出端与占空比控制电路输入端相连接，占空比控制电路输出端与驱动电路输入端相连接，驱动电路输出端与功率变换电路输入端相连接，功率变换电路输出端为直流电源输出端C1、C0，其特征在于所述启动电路为无能耗启动电路，所述占空比控制电路为555芯片前馈控制电路，所述驱动电路为快速关断电路。

本实用新型的有益效果：本实用新型的启动电路采用无能耗启动电路，在给占空比控制电路提供启动电压时整个工作过程中不消耗能量；占空比控制电路采用555芯片前馈控制电路，待机状态下静态功耗极小，前馈控制方式使功率变换电路工作于低频窄脉冲通断状态，低频条件保证DC/DC变换器动态损耗次数大幅度减小，窄脉冲条件使变压器T1的体积可以缩小；驱动电路采用快速关断电路，加速开通和关断功率变换电路的过程，减少脉冲上升沿和下降沿的动态损耗；占空比调节死区极小，不需要在电源输出端并联假负载，无死区负载损耗；节能效果明显，在待机电源中，总的待机损耗小于0.15瓦；在无零线的电子式开关中，总的待机损耗小而消除了荧光灯待机闪烁问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型优选的实施例进行详细说明。

图1是本实用新型最佳实施例的电路原理图；

图2是本实用新型第二实施例的电路原理图；

图3是本实用新型第三实施例的电路原理图；

图4是本实用新型第四实施例的电路原理图。

具体实施方式

根据图1所示的低功耗DC/DC变换器，包括启动电路、占空比控制电路、驱动电路和功率变换电路，直流电源输入端B1、B0与启动电路输入端、占空比控制电路电源输入端、功率变换电路电源输入端相连接，启动电路输出端与占空比控制电路输入端相连接，占空比控制电路输出端与驱动电路输入端相连接，驱动电路输出端与功率变换电路输入端相连接，功率变换电路输出端为直流电源输出端C1、C0，启动电路为无能耗启动电路，占空比控制电路为555芯片前馈控制电路，驱动电路为快速关断电路。

无能耗启动电路采用电容启动电路，电容启动电路由电容C1、C2串联组成，电容C1、C2之间的连接点输出启动电压；快速关断电路由电容C4与电阻R5并联组成，快速开通和关断功率变换电路；555芯片前馈控制电路可以是充电电流调制方式555芯片前馈控制电路，如图1、图2所示，也可以是触发电压调制方式555芯片前馈控制电路，如图3、图4所示，产生占空比控制信号。

根据图1所示电路中，充电电流调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、并联在555芯片的8脚与1脚之间的稳压二极管ZD1及电容C6、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端连接555芯片8脚的电阻R4、一端连接555芯片输出端3脚和另一端连接三极管Q2基极的电阻R8、发射极连接电源负极B0的三极管Q2、一端连接三极管Q2集电极和另一端连接三极管Q3基极的电阻R7、两端分别连接三极管Q3基极与发射极的电阻R6、发射极连接二极管D1负极的三极管Q3、一端接三极管Q3集电极和另一端接555芯片2脚、6脚、放电电阻R3一端、电容C3一端的充电电阻R2、另一端接地的电容C3、另一端连接555芯片7脚的放电电阻R3组成。

根据图2所示电路中，充电电流调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、并联在555芯片的8脚与1脚之间的稳压二极管ZD1及电容C6、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端连接555芯片8脚的电阻R4、一端连接555芯片输出端3脚、变压器T2原边一端和另一端连接三极管Q2基极的电阻R8、原边另一端接地的变压器T2、发射极连接电源负极B0的三极管Q2、一端连接三极管Q2集电极和另一端连接三极管Q3基极的电阻R7、两端分别连接三极管Q3基极与发射极的电阻R6、发射极连接二极管D1负极的三极管Q3、一端接三极管Q3集电极和另一端接555芯片2脚、6脚、放电电阻R3一端、电容C3一端的充电电阻R2、另一端接地的电容C3、另一端连接555芯片7脚的放电电阻R3组成。

根据图3所示电路中，触发电压调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端通过充电电阻R2连接555芯片7脚、放电电阻R3一端的电阻R4、另一端连接555芯片2脚、6脚、电容C3一端的放电电阻R3、另一端接地的电容C3、电阻R4和电阻R2的连接点与555芯片1脚之间连接的稳压二极管ZD1、发射极与二极管D1负极连接的三极管Q2、发射极接地的三极管Q3、三极管Q2与三极管Q3集电极之间连接的电阻R8、三极管Q2与三极管Q3基极之间串联的电阻R6、R7、电阻R6和R7的连接点与555芯片的3脚相连接组成。

根据图4所示电路中，触发电压调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端通过充电电阻R2连接555芯片7脚、放电电阻R3一端的电阻R4、另一端连接555芯片2脚、6脚、电容C3一端的放电电阻R3、另一端接地的电容C3、电阻R4和电阻R2的连接点与555芯片1脚之间连接的稳压二极管ZD1、原边连接555芯片3脚与二极管D1负极之间的变压器T2组成。

图1、图2所示电路中的充电电流调制方式555芯片前馈控制电路，在占空比控制信号低电位时脱离电源，不消耗能量；图3、图4所示电路中的电压调制方式555芯片前馈控制电路，在占空比控制信号低电位时，静态能耗极小。

工作时，首先在启动电路中，当DC/DC变换器刚启动时，165伏至275伏的电网交流电整流后提供230伏至385伏直流电压，电容C1、C2串联分压，电容C2两端产生直流低压，作为占空比控制电路的启动电压；当DC/DC变换器正常工作时，电容C1、C2的电压基本不变，启动电路无能耗；当电网停电初期，通过能量反馈绕组T1-2给电容C2和555芯片提供能量以维持DC/DC变换器正常工作一段时间；电容C1容量很小，可以通过功率变换电路及电阻R1放电，为下一次启动做好准备。

在占空比控制电路中，当B1、B0端输入直流电压波动升高时，电容C2两端的电压按比例升高，通过充电电流调制作用或触发电压调制作用，输出占空比相应减小，通过前馈补偿维持输出电压基本不变；同理，当B1、B0端输入直流电压波动降低时，电容C2两端的电压按比例降低，通过充电电流调制作用或触发电压调制作用，输出占空比相应增大，通过前馈补偿维持输出电压基本不变。

在驱动电路中，电容C4与电阻R5并联提供负压快速关断能力。当占空比控制电路输出为高电位时，由于开关三极管Q1基极与发射极之间PN结的整流取峰值效应，电容C4两端形成左正右负的直流电压，放电电阻R5的作用是保证电容C4两端的直流电压小于占空比控制电路输出的高电位，从而快速产生合适的开通电流，使功率变换电路；当占空比控制电路输出为低电位接地时，由于电容C4两端的直流电压为左正右负(是否为左负右正，与上面相反)，在开关三极管Q1的基极与发射极之间PN结快速产生了负压，从而实现快速关断开关三极管Q1。

在功率变换电路中，开关三极管Q1工作于低频窄脉冲通断状态；开关三极管Q1窄脉冲开通时，耦合电感T1原边充电，开关三极管Q1低电位关断时，能量由耦合电感T1原边耦合到副边，整流和滤波，实现DC/DC变换。

低频条件保证开关三极管Q1、变压器损耗、输出整流管的动态损耗次数大幅度减小，窄脉冲条件保证变压器T1的体积缩小，无能耗启动电路、快速关断电路也大幅度降低了能量消耗。因此，本实用新型大幅度降低了待机能耗，实现在待机状态下能耗极低，同时有效地解决了荧光灯待机闪烁问题。

Claims

1、一种低功耗DC/DC变换器，包括启动电路、占空比控制电路、驱动电路和功率变换电路，直流电源输入端B1、B0与启动电路输入端、占空比控制电路电源输入端、功率变换电路电源输入端相连接，启动电路输出端与占空比控制电路输入端相连接，占空比控制电路输出端与驱动电路输入端相连接，驱动电路输出端与功率变换电路输入端相连接，功率变换电路输出端为直流电源输出端C1、C0，其特征在于所述启动电路为无能耗启动电路，所述占空比控制电路为555芯片前馈控制电路，所述驱动电路为快速关断电路。

2、根据权利要求1所述的低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述无能耗启动电路为电容启动电路。

3、根据权利要求2所述的低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述电容启动电路由电容C1、C2串联组成。

4、根据权利要求1所述的低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述快速关断电路由电容C4与电阻R5并联组成。

5、根据权利要求1所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于555芯片前馈控制电路为充电电流调制方式555芯片前馈控制电路。

6、根据权利要求5所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述充电电流调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、并联在555芯片的8脚与1脚之间的稳压二极管ZD1及电容C6、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端连接555芯片8脚的电阻R4、一端连接555芯片输出端3脚和另一端连接三极管Q2基极的电阻R8、发射极连接电源负极B0的三极管Q2、一端连接三极管Q2集电极和另一端连接三极管Q3基极的电阻R7、两端分别连接三极管Q3基极与发射极的电阻R6、发射极连接二极管D1负极的三极管Q3、一端接三极管Q3集电极和另一端接555芯片2脚、6脚、放电电阻R3一端、电容C3一端的充电电阻R2、另一端接地的电容C3、另一端连接555芯片7脚的放电电阻R3组成。

7、根据权利要求4所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述的充电电流调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、并联在555芯片的8脚与1脚之间的稳压二极管ZD1及电容C6、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端连接555芯片8脚的电阻R4、一端连接555芯片输出端3脚、变压器T2原边一端和另一端连接三极管Q2基极的电阻R8、原边另一端接地的变压器T2、发射极连接电源负极B0的三极管Q2、一端连接三极管Q2集电极和另一端连接三极管Q3基极的电阻R7、两端分别连接三极管Q3基极与发射极的电阻R6、发射极连接二极管D1负极的三极管Q3、一端接三极管Q3集电极和另一端接555芯片2脚、6脚、放电电阻R3一端、电容C3一端的充电电阻R2、另一端接地的电容C3、另一端连接555芯片7脚的放电电阻R3组成。

8、根据权利要求1所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于555芯片前馈控制电路为触发电压调制方式555芯片前馈控制电路。

9、根据权利要求7所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述的触发电压调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端通过充电电阻R2连接555芯片7脚、放电电阻R3一端的电阻R4、另一端连接555芯片2脚、6脚、电容C3一端的放电电阻R3、另一端接地的电容C3、电阻R4和电阻R2的连接点与555芯片1脚之间连接的稳压二极管ZD1、发射极与二极管D1负极连接的三极管Q2、发射极接地的三极管Q3、三极管Q2与三极管Q3集电极之间连接的电阻R8、三极管Q2与三极管Q3基极之间串联的电阻R6、R7、电阻R6和R7的连接点与555芯片的3脚相连接组成。

10、根据权利要求7所述低功耗DC/DC变换器，其特征在于所述的触发电压调制方式555芯片前馈控制电路由555芯片、连接二极管D1正极与地之间的前馈绕组T1-2、一端连接二极管D1负极和另一端通过充电电阻R2连接555芯片7脚、放电电阻R3一端的电阻R4、另一端连接555芯片2脚、6脚、电容C3一端的放电电阻R3、另一端接地的电容C3、电阻R4和电阻R2的连接点与555芯片1脚之间连接的稳压二极管ZD1、原边连接555芯片3脚与二极管D1负极之间的变压器T2组成。