開關電源的製作方法
2023-10-17 13:03:14
開關電源的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種開關電源，該開關電源包括電源輸入端、電源輸出端、變壓器、開關電路、PWM驅動電路、用於吸收開關電源的尖峰能量的RCD吸收電路，以及輸出二極體；其中，RCD吸收電路包括吸收二極體、吸收電阻和吸收電容。本實用新型的開關電源，RCD吸收電路中吸收電阻上的損耗僅在開關電路導通時出現，在開關電路關斷時不出現，從而能夠減少開關電源的損耗，提高開關電源的效率。而且，RCD吸收電路增加了對開關電路的峰值電壓的吸收作用，因此功率開關管可以換用更低耐壓值的功率開關管，或者減少甚至刪除變壓器的初級側針對功率開關管的峰值電壓的吸收回路，從而使得簡化電路結構，減小開關電源的體積，降低開關電源的成本。
【專利說明】
開關電源
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電源【技術領域】，尤其涉及一種開關電源。
【背景技術】
[0002]在開關電源中，通常設置RC吸收電路，通過RC吸收電路來吸收開關電源的尖峰能量，包括吸收開關電源中輸出二極體的反向電壓，以減少輸出二極體的尖峰能量，以及吸收開關電源中功率開關管的峰值電壓，以減少功率開關管關斷瞬間的尖峰能量。通過調整RC吸收電路中吸收電阻和吸收電容的參數，可調整RC吸收電路的吸收效果，然而，現有的RC吸收電路中若要提高RC吸收電路對輸出二極體的反向電壓的吸收效果，需要吸收電阻的阻值儘量小，吸收電容的電容量儘量大，且在功率開關管導通和關斷時，吸收電阻上都有損耗，這導致開關電源的損耗上升，效率降低。現有技術通常在變壓器的初級側增加其他吸收電路來改善功率開關管的峰值電壓的吸收，然而這又增加開關電源的成本，也降低了開關電源的效率。
實用新型內容
[0003]本實用新型的主要目的在於降低開關電源的損耗和成本，提高開關電源的效率。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型提供一種開關電源，所述開關電源包括電源輸入端、電源輸出端、變壓器、用於控制所述變壓器進行能量變換的開關電路、用於控制所述開關電路通斷狀態的PWM驅動電路、用於吸收開關電源的尖峰能量的RCD吸收電路，以及輸出二極體；其中，所述RCD吸收電路包括吸收二極體、吸收電阻和吸收電容；
[0005]所述變壓器的初級側的異名端與所述電源輸入端連接，所述變壓器的初級側的同名端與所述開關電路的輸出端連接；所述開關電路的輸入端與所述PWM驅動電路的驅動信號輸出端連接；
[0006]所述變壓器的次級側的同名端與所述輸出二極體的陽極連接，所述變壓器的次級側的異名端接地；所述輸出二極體的陰極與電源輸出端連接，所述吸收電阻的一端與所述輸出二極體的陽極連接，所述吸收電阻的另一端經由所述吸收電容與所述輸出二極體的陰極連接；所述吸收二極體的陽極與輸出二極體的陽極連接，所述吸收二極體的陰極與所述吸收電阻和吸收電容的公共端連接。
[0007]優選地，所述開關電路包括功率開關管；所述功率開關管的第一端與所述PWM驅動電路的驅動信號輸出端連接，所述功率開關管的第一端與所述變壓器的初級側的同名端連接，所述功率開關管的第三端接地。
[0008]優選地，所述功率開關管為NMOS管；所述NMOS管的柵極為所述功率開關管的第一端，所述NMOS管的漏極為所述功率開關管的第二端，所述NMOS管的源極為所述功率開關管的第三端。
[0009]優選地，所述開關電源還包括輸入濾波電路，所述輸入濾波電路的輸入端與所述電源輸入端連接，所述輸入濾波電路的輸出端與所述變壓器的初級側的異名端連接。
[0010]優選地，所述輸入濾波電路包括輸入電容；所述輸入電容的正極與所述電源輸入端連接，所述輸入電容的負極接地。
[0011]優選地，所述開關電源還包括輸出濾波電路，所述輸出濾波電路的輸入端與所述輸出二極體的陰極連接，所述輸出濾波電路的輸出端與所述電源輸出端連接。
[0012]優選地，所述輸出濾波電路包括輸出電容；所述輸出電容的正極與所述輸出二極體的陰極連接，且與所述電源輸出端連接，所述輸出電容的負極接地。
[0013]本實用新型提供的開關電源，通過RCD吸收電路來吸收開關電源的尖峰能量，在PWM驅動電路驅動開關電路導通瞬間，變壓器的次級側電流經過吸收電阻對吸收電容充電，吸收二極體相當於開路，充電電流流經吸收電阻進行阻尼吸收。在PWM驅動電路控制開關電路關斷瞬間，變壓器的次級側電流經過吸收二極體、吸收電容對吸收電容放電，吸收二極體相當於對吸收電阻短路，放電電流不流經吸收電阻，從而吸收電阻上沒有損耗。從而，開關電源的RCD吸收電路中吸收電阻上的損耗僅在開關電路導通時出現，在開關電路關斷時不出現，從而能夠減少開關電源的損耗，提高開關電源的效率。而且，RCD吸收電路增加了對開關電路的峰值電壓的吸收作用，因此功率開關管可以換用更低耐壓值的功率開關管，或者減少甚至刪除變壓器的初級側針對功率開關管的峰值電壓的吸收回路，從而使得簡化電路結構，減小開關電源的體積，降低開關電源的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型開關電源較佳實施例的電路結構示意圖。
[0015]本實用新型的目的、功能特點及優點的實現，將結合實施例，並參照附圖作進一步說明。
【具體實施方式】
[0016]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0017]本實用新型提供一種開關電源。
[0018]參照圖1，圖1為本實用新型開關電源較佳實施例的電路結構示意圖。
[0019]本實用新型較佳實施例中，所述開關電源包括電源輸入端VIN、電源輸出端V0UT、變壓器10、用於控制變壓器10進行能量變換的開關電路20、用於控制開關電路20通斷狀態的PWM驅動電路30、用於吸收開關電源的尖峰能量的RCD吸收電路40，以及輸出二極體Dl ;其中，RCD吸收電路40包括吸收二極體D2、吸收電阻Rl和吸收電容Cl。
[0020]變壓器10的初級側的異名端與電源輸入端VIN連接，變壓器10的初級側的同名端與開關電路20的輸出端連接；開關電路20的輸入端與PWM驅動電路30的驅動信號輸出端連接。
[0021]變壓器10的次級側的同名端與輸出二極體Dl的陽極連接，變壓器10的次級側的異名端接地；輸出二極體Dl的陰極與電源輸出端VOUT連接，吸收電阻Rl的一端與輸出二極體Dl的陽極連接，吸收電阻Rl的另一端經由吸收電容Cl與輸出二極體Dl的陰極連接；吸收二極體D2的陽極與輸出二極體Dl的陽極連接，吸收二極體D2的陰極與吸收電阻Rl和吸收電容Cl的公共端連接。
[0022]在本實施例中，PWM驅動電路30輸出驅動信號控制開關電路20的通斷狀態，在PWM驅動電路30輸出的驅動信號為高電平時，開關電路20導通；在PWM驅動電路30輸出的驅動信號為低電平時，開關電路20關斷。
[0023]在PWM驅動電路30驅動開關電路20導通瞬間，變壓器10的次級側電流經過吸收電阻Rl對吸收電容Cl充電，吸收二極體D2相當於開路，充電電流流經吸收電阻Rl進行阻尼吸收。在PWM驅動電路30控制開關電路20關斷瞬間，變壓器10的次級側電流經過吸收二極體D2、吸收電容Cl對吸收電容Cl放電，吸收二極體D2相當於對吸收電阻Rl短路，放電電流不流經吸收電阻R1，從而吸收電阻Rl上沒有損耗。從而，開關電源的RCD吸收電路40中吸收電阻Rl上的損耗僅在開關電路20導通時出現，在開關電路20關斷時不出現，從而能夠減少開關電源的損耗，提高開關電源的效率。而且，RCD吸收電路40增加了對開關電路20的峰值電壓的吸收作用，因此功率開關管可以換用更低耐壓值的功率開關管，或者減少甚至刪除變壓器10的初級側針對功率開關管的峰值電壓的吸收回路，從而使得簡化電路結構，減小開關電源的體積，降低開關電源的成本。
[0024]具體地，開關電路20包括功率開關管Ml ;功率開關管Ml的第一端與PWM驅動電路30的驅動信號輸出端連接，功率開關管Ml的第一端與變壓器10的初級側的同名端連接，功率開關管Ml的第三端接地。
[0025]功率開關管Ml為NMOS管；NM0S管的柵極為功率開關管Ml的第一端，NMOS管的漏極為功率開關管Ml的第二端，NMOS管的源極為功率開關管Ml的第三端。
[0026]具體地，開關電源還包括輸入濾波電路50，輸入濾波電路50的輸入端與電源輸入端VIN連接，輸入濾波電路50的輸出端與變壓器10的初級側的異名端連接。
[0027]具體地，輸入濾波電路50包括輸入電容CEl ;輸入電容CEl的正極與電源輸入端VIN連接，輸入電容CEl的負極接地。
[0028]具體地，開關電源還包括輸出濾波電路60，輸出濾波電路60的輸入端與輸出二極體Dl的陰極連接，輸出濾波電路60的輸出端與電源輸出端VOUT連接。
[0029]具體地，輸出濾波電路60包括輸出電容CE2 ;輸出電容CE2的正極與輸出二極體Dl的陰極連接，且與電源輸出端VOUT連接，輸出電容CE2的負極接地。
[0030]如圖1所示，本實用新型開關電源的工作原理具體描述如下:
[0031 ] 當PWM驅動電路30輸出的驅動信號為高電平時，功率開關管Ml導通，從電源輸入端VIN輸入的輸入電壓經過輸入電容CEl濾波後輸入到變壓器10的初級側的異名端，變壓器10的初級側有電流流過，此時電流的流向由變壓器10的初級側的異名端流到變壓器10的初級側的同名端，因此變壓器10的初級側上異名端的電壓為正，同名端的電壓為負。從而，變壓器10的初級側產生感應電壓，變壓器10的初級側產生的感應電壓經過輸出二極體Dl整流後通過電源輸出端VOUT輸出。同時，吸收電容Cl吸收輸出二極體Dl的反向電壓，從而，可以有效吸收輸出二極體Dl的反向電壓，減少輸出二極體Dl的尖峰能量。
[0032]在功率開關管Ml導通瞬間，變壓器10的初級側上異名端的電壓為正，同名端的電壓為負，此時，變壓器10的次級側上同名端的電壓為負，從而，輸出二極體Dl和吸收二極體D2反向截止，變壓器10的次級側通過輸出電容CE2、吸收電容Cl和吸收電阻Rl對吸收電容Cl充電，此時，充電電流依次流經輸出電容CE2、吸收電容Cl和吸收電阻Rl，而不流經吸收二極體D2，此時相當於吸收二極體D2相當於開路，充電電流流經吸收電阻Rl進行阻尼吸收。
[0033]當PWM驅動電路30輸出的驅動信號為低電平時，功率開關管Ml關斷。在功率開關管Ml關斷瞬間，變壓器10的初級側上異名端的電壓變為負，同名端的電壓變為正，此時，變壓器10的次級側上同名端的電壓為正。由於吸收電容Cl在功率開關管Ml關斷之前吸收了輸出二極體Dl的反向電壓，此時，變壓器10的初級側上的能量通過吸收二極體D2、吸收電容Cl、輸出電容CE2對吸收電容Cl進行放電，此時放電電流依次流經吸收二極體D2、吸收電容Cl、輸出電容CE2，而不流經吸收電阻R1，相當於吸收二極體D2對吸收電阻Rl短路，直至吸收電容Cl兩端的電壓穩定在輸出二極體Dl的導通電壓(通常為0.6V)為止，從而，可以有效吸收功率開關管Ml關斷瞬間的尖峰能量。
[0034]由上述可知，吸收電阻Rl上的損耗僅在功率開關管Ml導通時出現，在功率開關管Ml關斷時不出現，因此，吸收電阻Rl的損耗功率是傳統RC吸收電路的一半，從而可以在吸收電阻Rl的額定功率不變的情況下，增大吸收電容Cl的電容量，從而可以增加對功率開關管Ml關斷瞬間能量的吸收，能夠減少開關電源的損耗，提聞開關電源的效率。
[0035]由於本實用新型開關電源的RCD吸收電路40增加了對功率開關管Ml的峰值電壓的吸收作用，因此功率開關管Ml可以換用更低耐壓值的功率開關管M1，或者減少甚至刪除變壓器10的初級側針對功率開關管Ml的峰值電壓的吸收回路，從而能夠簡化開關電源的電路結構，減小開關電源的體積，降低開關電源的成本。
[0036]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種開關電源，其特徵在於，所述開關電源包括電源輸入端、電源輸出端、變壓器、用於控制所述變壓器進行能量變換的開關電路、用於控制所述開關電路通斷狀態的PWM驅動電路、用於吸收開關電源的尖峰能量的RCD吸收電路，以及輸出二極體；其中，所述RCD吸收電路包括吸收二極體、吸收電阻和吸收電容； 所述變壓器的初級側的異名端與所述電源輸入端連接，所述變壓器的初級側的同名端與所述開關電路的輸出端連接；所述開關電路的輸入端與所述PWM驅動電路的驅動信號輸出端連接； 所述變壓器的次級側的同名端與所述輸出二極體的陽極連接，所述變壓器的次級側的異名端接地；所述輸出二極體的陰極與電源輸出端連接，所述吸收電阻的一端與所述輸出二極體的陽極連接，所述吸收電阻的另一端經由所述吸收電容與所述輸出二極體的陰極連接；所述吸收二極體的陽極與輸出二極體的陽極連接，所述吸收二極體的陰極與所述吸收電阻和吸收電容的公共端連接。
2.如權利要求1所述的開關電源，其特徵在於，所述開關電路包括功率開關管；所述功率開關管的第一端與所述PWM驅動電路的驅動信號輸出端連接，所述功率開關管的第一端與所述變壓器的初級側的同名端連接，所述功率開關管的第三端接地。
3.如權利要求2所述的開關電源，其特徵在於，所述功率開關管為NMOS管；所述NMOS管的柵極為所述功率開關管的第一端，所述NMOS管的漏極為所述功率開關管的第二端，所述NMOS管的源極為所述功率開關管的第三端。
4.如權利要求1所述的開關電源，其特徵在於，所述開關電源還包括輸入濾波電路，所述輸入濾波電路的輸入端與所述電源輸入端連接，所述輸入濾波電路的輸出端與所述變壓器的初級側的異名端連接。
5.如權利要求4所述的開關電源，其特徵在於，所述輸入濾波電路包括輸入電容；所述輸入電容的正極與所述電源輸入端連接，所述輸入電容的負極接地。
6.如權利要求1所述的開關電源，其特徵在於，所述開關電源還包括輸出濾波電路，所述輸出濾波電路的輸入端與所述輸出二極體的陰極連接，所述輸出濾波電路的輸出端與所述電源輸出端連接。
7.如權利要求6所述的開關電源，其特徵在於，所述輸出濾波電路包括輸出電容；所述輸出電容的正極與所述輸出二極體的陰極連接，且與所述電源輸出端連接，所述輸出電容的負極接地。
【文檔編號】H02M3/335GK204131400SQ201420515585
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】劉志成, 陳成輝 申請人:Tcl通力電子（惠州）有限公司