開關(guān)模式電源系統(tǒng)及其供電電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)及其供電電路。該供電電路用于為一電源控制器供電，包括一變壓器、一儲(chǔ)能電容器及一緩沖吸收及供電回路。該變壓器包含初級(jí)側(cè)繞組，該初級(jí)側(cè)繞組具有第一端口和第二端口，該第一端口連接該電源控制器的地電位參考腳。該儲(chǔ)能電容器，連接于該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間。該緩沖吸收及供電回路的一端連接該初級(jí)側(cè)繞組的第二端口，另一端連接該電源控制器的供電腳，從而將該初級(jí)側(cè)繞組串聯(lián)在該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間。該緩沖吸收及供電回路用來吸收變壓器在開關(guān)過程中由于漏感產(chǎn)生的能量，并且利用漏感能量對(duì)該儲(chǔ)能電容器充電。
【專利說明】開關(guān)模式電源系統(tǒng)及其供電電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源系統(tǒng)，尤其是涉及開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電源系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于多種應(yīng)用中，例如向LED (發(fā)光二極管)燈珠等設(shè)備及系統(tǒng)提供電流。電源系統(tǒng)可以將電源從一種形式變換到另一種形式。例如，電源被從交流(AC)轉(zhuǎn)換成恒流(CC)輸出，從AC轉(zhuǎn)換成直流(DC)輸出，從DC轉(zhuǎn)變成AC，從AC轉(zhuǎn)變成AC或從DC轉(zhuǎn)變成DC等。
[0003]在過去，已開發(fā)出了多種電源系統(tǒng)。其中，電源控制器的供電采用高壓供電或輔助線圈供電。圖1是利用脈寬調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)反饋配置實(shí)現(xiàn)的簡化的傳統(tǒng)開關(guān)模式變換器，電源控制器采用輔助線圈供電。開關(guān)模式電源系統(tǒng)100包括AC整流電路101，高壓儲(chǔ)能電容102，電源控制器116，變壓器108，電阻器103、104、106、111和117，整流管114、107和109，電容器115，105和110，以及輔助供電線圈113。開關(guān)模式電源系統(tǒng)100的負(fù)載為LED串列112。輔助供電線圈113可以獨(dú)立或從屬于變壓器108。電源控制器116至少包含有供電腳VCC用于電源控制器的供電，電流檢測腳CS用于對(duì)流過變壓器108電流的檢測，內(nèi)部開關(guān)管漏極或集電極引腳DRA及地電位參考腳GND。電阻器106、電容器105以及整流管107構(gòu)成了開關(guān)模式電源系統(tǒng)的緩沖吸收回路，以壓制電源控制器116開關(guān)管DRA腳尖峰電壓。輔助供電線圈113，整流管114以及電容器115構(gòu)成了開關(guān)模式電源系統(tǒng)自供電回路，對(duì)電源控制器的VCC腳進(jìn)行有效供電。
[0004]在工作期間，電源控制器116以PWM及PFM的工作方式對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行控制，電源控制器116的導(dǎo)通和關(guān)斷及頻率的變化可以控制輸送到次級(jí)側(cè)的負(fù)載功率，當(dāng)電流檢測腳CS上電壓達(dá)到一定值時(shí)，電源控制器116進(jìn)行關(guān)斷。在整個(gè)工作期間，電源控制器的供電回路由輔助供電線圈113，整流管114以及電容器115承擔(dān)，參考變壓器108的相位變化。在電源控制器關(guān)斷時(shí)，輔助供電線圈通過整流管114對(duì)電容器115進(jìn)行充電。
[0005]如上所述，諸如圖1中所示的傳統(tǒng)開關(guān)模式電源系統(tǒng)具有勝過線性電源的多種優(yōu)點(diǎn)，具有較高的轉(zhuǎn)換效率。然而，對(duì)于多種應(yīng)用，傳統(tǒng)開關(guān)模式電源系統(tǒng)仍有局限性。例如，傳統(tǒng)開關(guān)模式電源系統(tǒng)造價(jià)昂貴且復(fù)雜，對(duì)于工程人員而言設(shè)計(jì)困難且不易制造。
[0006]因此，期望提出一種改進(jìn)的開關(guān)模式電源系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于開關(guān)模式電源系統(tǒng)的簡化的供電電路。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)，其具有簡化的供電電路。
[0009]本發(fā)明提供一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，用于為一電源控制器供電，包括一變壓器、一儲(chǔ)能電容器及一緩沖吸收及供電回路。該變壓器包含初級(jí)側(cè)繞組，該初級(jí)側(cè)繞組具有第一端口和第二端口，該第一端口連接該電源控制器的地電位參考腳。該儲(chǔ)能電容器，連接于該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間。該緩沖吸收及供電回路的一端連接該初級(jí)側(cè)繞組的第二端口，另一端連接該電源控制器的供電腳，從而將該初級(jí)側(cè)繞組串聯(lián)在該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間。該緩沖吸收及供電回路用來吸收變壓器在開關(guān)過程中由于漏感產(chǎn)生的能量，并且利用漏感能量對(duì)該儲(chǔ)能電容器充電。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該緩沖吸收及供電回路包括電阻器、電容器及整流管，該電阻器與該電容器并聯(lián)后與該整流管串聯(lián)。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該緩沖吸收及供電回路包括瞬態(tài)吸收管及整流管，該瞬態(tài)吸收管與該整流管串聯(lián)。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該緩沖吸收及供電回路包括齊納二級(jí)管及整流管，該齊納二級(jí)管與該整流管串聯(lián)。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該電源控制器為一芯片。
[0014]本發(fā)明還提出一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)，包括如上所述的供電電路。
[0015]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，將緩沖吸收回路及供電回路合一，同時(shí)省略了變壓器的輔助繞組，從而簡化了電路設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)制造成本。并且，對(duì)漏感能量再利用，實(shí)現(xiàn)了電源控制器的供電，提升了電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明，其中:
[0017]圖1是利用PWM和PFM反饋配置實(shí)現(xiàn)的簡化傳統(tǒng)開關(guān)模式電源系統(tǒng)的電路圖。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例利用PWM和PFM反饋配置實(shí)現(xiàn)的具有恒流效果的簡化的開關(guān)模式電源系統(tǒng)示圖。
[0019]圖3是圖2所示系統(tǒng)工作時(shí)，初級(jí)側(cè)線圈的電壓波形。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例利用PWM和PFM反饋配置實(shí)現(xiàn)的具有恒流、恒壓效果的簡化的開關(guān)模式電源系統(tǒng)示圖。
[0021]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例利用PWM和PFM反饋配置實(shí)現(xiàn)的具有恒流、恒壓效果的簡化的開關(guān)模式電源系統(tǒng)示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例描述開關(guān)模式電源系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了不同于傳統(tǒng)模式的電源控制器的供電電路。僅僅作為示例，本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用于開關(guān)模式的電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)包括離線式和在線式的逆向及正向變換器。然而需要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用性。
[0023]如上所述，傳統(tǒng)模式的開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，對(duì)變壓器的生產(chǎn)制造工藝要求較高。除此之外，由于需要輔助線圈及外圍整流電路對(duì)電源控制器供電，制造成本上升，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率降低。
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例利用PWM和PFM反饋配置實(shí)現(xiàn)的具有恒流效果的簡化的開關(guān)模式電源系統(tǒng)示圖。該圖僅僅是示例，其不應(yīng)當(dāng)不必要的限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到更多變更，修改和替代形式。圖2是利用脈寬調(diào)制(PWM)及脈沖頻率調(diào)制(PFM)反饋配置實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化的開關(guān)模式變換器，電源控制器采用漏感能量供電。開關(guān)模式電源系統(tǒng)200包括AC整流電路201，高壓儲(chǔ)能電容202，電源控制器207，變壓器211，電阻器203、204、205、210和214，整流管209和212，電容器208和213。例如，電源控制器207至少包含有供電腳VCC、電流檢測腳CS、內(nèi)部開關(guān)管漏極或集電極引腳DRA、及地電位參考腳GND。供電腳VCC用于電源控制器207的供電。電流檢測腳CS用于對(duì)流過變壓器211電流的檢測。
[0025]本實(shí)施例的一個(gè)特點(diǎn)是，改變了電源控制器207的連接方式。供電腳VCC仍然連接電阻器204。不同之處在于，地電位參考腳GND連接到變壓器初級(jí)側(cè)繞組的端口 A處，而不再連接電源系統(tǒng)的VSS端。相應(yīng)地，電流檢測腳CS通過電阻器210連接到變壓器端口 A。內(nèi)部開關(guān)管漏極或集電極引腳DRA連接到電阻器203。由此，電源控制器207成為“浮地”連接。經(jīng)實(shí)際測試證明，這一連接方式并未影響電源控制器207的供電，反而帶來了額外的好處，即變壓器211的初級(jí)側(cè)繞組現(xiàn)在位于電源控制器207的供電腳VCC和地電位參考腳GND之間，從而可以利用變壓器漏感產(chǎn)生的能量來給電源控制器207供電。
[0026]承上述，電阻器205、電容器206和整流管209構(gòu)成了開關(guān)模式電源系統(tǒng)200的緩沖吸收及供電回路，用來吸收變壓器211在開關(guān)過程中由于漏感產(chǎn)生的能量，從而壓制電源控制器207開關(guān)管DRA (漏極或集電極)尖峰電壓。并且，利用電阻器205、電容器206和整流管209為電源控制器207正常工作提供電能輸送回路，將變壓器漏感產(chǎn)生的無用能量再次利用。
[0027]需要指出的是，電阻器205和電容器206都為電能傳輸提供了通路，其他變形電路，如用齊納二級(jí)管或者瞬態(tài)吸收管代替電阻器205及電容器206都是本發(fā)明的延伸。
[0028]在工作期間，電源控制器207以PWM及PFM的工作方式對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行控制，電源控制器207的導(dǎo)通和關(guān)斷及頻率的變化可以控制輸送到次級(jí)側(cè)的負(fù)載功率。當(dāng)電流檢測腳CS上電壓達(dá)到一定值時(shí)，電源控制器進(jìn)行關(guān)斷。在整個(gè)工作期間，電源控制器的供電部分由電阻器205、電容器206和整流管209組成的緩沖吸收及供電回路兼顧，參考變壓器211的相位變化，在電源控制器關(guān)斷時(shí)，漏感能量對(duì)位于供電腳VCC和地電位參考腳GND之間的儲(chǔ)能電容器208進(jìn)行充電，為電源控制器207提供工作能量。
[0029]圖3示例了本發(fā)明的開關(guān)電源在工作時(shí)，變壓器初級(jí)側(cè)繞組的電壓波形。圖3中，Vgnd表示變壓器初級(jí)側(cè)繞組第一端口 A相對(duì)于系統(tǒng)地的電壓，該端口 A和GND引腳連接；該變壓器211的初級(jí)側(cè)繞組第二端口 B和系統(tǒng)地相連。
[0030]如圖3所示，當(dāng)電源控制器207中的功率開關(guān)關(guān)斷后，Vgnd的電壓低于VSS的電壓，這時(shí)候整流管209導(dǎo)通，電流通過由電阻器205、電容器206和整流管209構(gòu)成了開關(guān)模式電源系統(tǒng)的緩沖吸收回路為儲(chǔ)能電容器208充電，以實(shí)現(xiàn)為電源控制器207的供電；當(dāng)電源控制器207中的功率開關(guān)導(dǎo)通后，Vgnd的電壓高于VSS的電壓時(shí)，二極管209截至，儲(chǔ)能電容器208為芯片提供電源。
[0031]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有恒流、恒壓特性的開關(guān)電源系統(tǒng)簡化示意圖。參照?qǐng)D4所示，本實(shí)施例的開關(guān)模式電源系統(tǒng)300是在圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上由電源控制器207加入了電壓反饋控制腳FB形成電源控制器307，電源控制器307通過電壓反饋回路316檢測變壓器311的初級(jí)側(cè)繞組電壓，利用變壓器的匝比關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓的目的。
[0032]圖5的開關(guān)模式電源系統(tǒng)400是圖4的延伸使用，即把次級(jí)整流二級(jí)管412放到輸出地線上，依然符合本發(fā)明實(shí)施例的使用。
[0033]根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種新型的對(duì)電源控制器的供電電路，在簡化電路設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)制造成本的同時(shí)，對(duì)漏感能量再利用，實(shí)現(xiàn)了電源控制器的供電，提升了電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。
[0034]雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實(shí)施例來描述，但是本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)對(duì)上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，用于為一電源控制器供電，包括: 一變壓器，該變壓器包含初級(jí)側(cè)繞組，該初級(jí)側(cè)繞組具有第一端口和第二端口，該第一端口連接該電源控制器的地電位參考腳； 一儲(chǔ)能電容器，連接于該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間；以及一緩沖吸收及供電回路，其一端連接該初級(jí)側(cè)繞組的第二端口，另一端連接該電源控制器的供電腳，從而將該初級(jí)側(cè)繞組串聯(lián)在該電源控制器的供電腳和地電位參考腳之間，該緩沖吸收及供電回路用來吸收變壓器在開關(guān)過程中由于漏感產(chǎn)生的能量，并且利用漏感能量對(duì)該儲(chǔ)能電容器充電。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，其特征在于，該緩沖吸收及供電回路包括電阻器、電容器及整流管，該電阻器與該電容器并聯(lián)后與該整流管串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，其特征在于，該緩沖吸收及供電回路包括瞬態(tài)吸收管及整流管，該瞬態(tài)吸收管與該整流管串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，其特征在于，該緩沖吸收及供電回路包括齊納二級(jí)管及整流管，該齊納二級(jí)管與該整流管串聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式電源系統(tǒng)的供電電路，其特征在于，該電源控制器為一心片O
6.一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的供電電路。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK103457489SQ201310442911
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】李振華 申請(qǐng)人:無錫萊士電子科技有限公司