用自耦開關變壓器的單管開關電源的製作方法
2023-10-09 20:02:54
專利名稱：用自耦開關變壓器的單管開關電源的製作方法
技術領域：
本實用新型公開了一種用自耦開關變壓器的單管開關電源，屬於開關電源技術領域。
背景技術：
單管開關電源是一種常見的降壓直流電源，廣泛地應用在照明燈具、充電器等小型電器 設備上。隨著節能照明燈具的發展，特別是發光二極體(LED)照明燈具的發展，常常要求 單管開關電源與燈具整合為一體，因而要求單管開關電源效率高，體積小。
目前一種常見的典型的單管穩壓開關電源的電路原理圖見圖1所示。從圖1中可以看出 單管穩壓開關電源是由整流電路、驅動器電路、MOS開關管電路、開關變壓器、緩衝電路、 電壓輸出電路和反饋電路等幾部分組成。外接交流市電經整流電路DB1整流後變為高壓直流 電，供整個開關電源工作。高壓直流電經電阻Rl降壓後給驅動器供啟動電流，使驅動器啟 動工作，電容C1、 C2為濾波電容。驅動器輸出脈衝信號，使MOS開關管周期性導通、關閉， 實現脈寬調製(PWM)。當MOS開關管導通時，高壓直流電通過開關變壓器T的原邊線圈 Ll，經副邊線圈L2和二極體D2輸出低壓直流電。當MOS開關管關閉時，高壓直流電斷路， 在原邊線圈Ll中產生反電勢，反電勢經由電阻RIO、電容C5和二極體D3組成的緩衝電路 釋放，減少反電勢對MOS開關管的損壞。
電阻R7是MOS開關管的源極電阻，電阻R6是採樣電阻，當MOS開關管的工作電流 過大時，電阻R7壓降增大，驅動器從電阻R6採集信號後，將使MOS開關管關斷，保護了 MOS開關管。開關變壓器T的副邊線圈L3、限流電阻R2和整流二極體D1，向驅動器供給 工作電流，維持驅動器正常工作。
經開關變壓器T的副邊線圈L2和肖特基二極體D2的脈動低電壓直流電，由電容C3、 C4和電感L4濾波後輸出，供負載使用。
由電阻R3、 R4、 R5、集成電路Z1和光電耦合器U2組成反饋電路，當輸出電壓高於電 阻R4、 R5設置的基準電壓時，集成電路Z1導通，進而使光電耦合器U2也導通，其輸出信 號將使驅動器減少MOS開關管工作的"佔空比"；當輸出電壓低於電阻R4、 R5設置的基準 電壓時，集成電路Z1和光電耦合器U2關閉，其輸出信號將使驅動器增加MOS開關管工作 的"佔空比"如此周而復始地使開關電源的輸出電壓穩定在預定範圍，實現了 "穩壓"。
單管恆流開關電源的電路原理圖見圖2所示。其電路與單管穩壓開關電源的電路比較， 只是輸出電路和反饋電路不同。在單管恆流開關電源的電路中，經由開關變壓器T的副邊線 圈L2、肖特基二極體D2的低壓直流電，經後電容C3、 C4和電感L4濾波後，負載串接電流 採樣電阻R5。反饋電路由放大器U3、電阻R3、 R4、 R5、 R8、 R9、 Rll、穩壓二極體Z2和光電耦合器U2組成，由電阻R11和穩壓二極體Z2提供給放大器U3穩定電壓，由電阻R8、 R9分壓，預置放大器U3正端的基準電壓，輸出電流流過採樣電阻R5,其電流信號經電阻 R4輸入放大器U3的負端。當輸出電流過大時，電流信號大十基準電壓，放大器U3導通， 進而使光電耦合器U2也導通，光電耦合器U2的輸出，減少了MOS開關管開關佔空比；使 輸出電流減少；當輸出電流過小時，電流信號小於基準電壓，放大器U3不通，光電耦合器 U2關閉，增加了MOS開關管開關佔空比，使輸出電流增大；如此周而復始，使輸出電流限 定在預置範圍，實現了 "恆流"。
在上述單管開關電源電路中，由於使用了隔離式開關變壓器，使得單管開關電源電路效 率較低，體積較大；緩衝電路消耗了一部分能量，也是單管開關電源電路效率較低的原因之 一。另夕卜，單管開關電源的驅動器的工作供電迴路中，限流電阻R2，在寬電壓(80~260VAC 市電)工作條件下，損耗較大。
實用新型內容
本實用新型的目的是設計一種用自耦開關變壓器的單管開關電源，提高電路的工作效率， 減少電路體積，並使在寬電壓(8(K260VAC市電)工作條件下提高效率。
本實用新型採用的技術方案是，包括整流電路、驅動器電路、MOS開關管電路、開關變 壓器、緩衝電路、輸出電路和反饋電路等，其特徵是其開關變壓器採用自耦開關變壓器， 原邊線圈Ll與副邊線圈L2串接在一起，或者副邊線圈L2從原邊線圈Ll抽頭而成。
所述自耦開關變壓器的原邊線圈Ll通過二極體與輸出負載形成迴路。
在輸出電路中並聯儲能電容器。
所述自耦開關變壓器的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路。
所述三端穩壓電路由三極體、電阻、二極體和穩壓二極體組成，副邊線圈L3的輸出端連 接二極體的正端，二極體的負端連接三極體的集電極，三極體的發射極作為輸出端連接到驅 動器的供電端，電阻連接在三極體的集電極與基極之間，穩壓二極體負極連接三極體的基極， 穩壓二極體正極與副邊線圈L3的接地端共同連接電源母線負端。
所述自耦開關變壓器的副邊線圈L2從原邊線圈Ll抽頭，通過二極體與負載構成低壓輸 出迴路，這樣形成了電路的反激工作方式。
所述自耦開關變壓器的副邊線圈L2與原邊線圈L1串接，通過二極體與負載構成低壓輸 出迴路，這樣形成了電路的正激工作方式。
本實用新型所設計的用自耦開關變壓器的單管開關電源具有如下優點 1.由於採用自耦開關變壓器，原邊線圈Ll與副邊線圈L2串接在一起，或者原邊線圈 Ll與副邊線圈L2為一體的抽頭線圈，使原邊線圈Ll工作電流和副邊線圈L2的工作電流都 經過負載，同時還減少了開關變壓器的損耗，提高了開關變壓器的效率，為減少開關變壓器的體積創造了條件。
2. 由於自耦開關變壓器的原邊線圈Ll通過二極體接入副邊線圈L2的輸出迴路中，使 原邊線圈Ll反電勢釋放的能量反饋到副邊線圈L2的輸出迴路中，使這部分能量給負載加以 利用，提高了單管開關電源的效率，為減少開關變壓器的體積創造了條件。
3. 由於自耦開關變壓器的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路，能供給驅動器較純 淨的電源，使單管開關電源可以在寬電壓(80-265VAC)的工作範圍內，與用限流電阻R2的 方案相比，損耗小。
圖1是一種常見的典型的單管穩壓開關電源的電路原理圖
圖2是一種常見的典型的單管恆流開關電源的電路原理圖
圖3是一種用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路原理圖
圖4是一種用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路原理圖
圖5是一種用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路原理圖
圖6是一種用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路原理圖
圖7是一種寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路原理圖
圖8是一種寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路原理圖
圖9是一種寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路原理圖
圖10是一種寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路原理圖
具體實施方式
實施例1
本實施例所述的用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路原理圖見圖3所示。
用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源是由整流電路、驅動器電路、MOS開關管電 路、自耦開關變壓器、電壓輸出電路和反饋電路等幾部分組成。自耦開關變壓器T上的原邊 線圈L1和副邊線圈L2串接在一起，此時單管穩壓開關電源是正激工作狀態，即當原邊線圈 Ll得電時，副邊線圈L2也輸出電壓。
外接交流市電經整流電路DB1整流後變為高壓直流電，供整個開關電源工作。高壓直流 電經電阻R1降壓後給驅動器供啟動電流，使驅動器啟動工作，電容C1、 C2為濾波電容。驅 動器輸出脈衝信號，使MOS開關管周期性導通、關閉，實現脈寬調製(PWM)。
當MOS開關管導通時，高壓直流電通過自耦開關變壓器T的原邊線圈U，使副邊線圈 L2和二極體D2輸出低壓直流電；當MOS開關管關閉時，高壓直流電斷路，在原邊線圈L1 中產生反電勢，反電勢經過二極體D3，輸入副邊線圈L2的輸出迴路中，使原邊線圈L1反 電勢釋放的能量反饋給負載，使這部分能量得以利用。
電阻R7是MOS開關管的源極電阻，電阻R6是採樣電阻，當MOS開關管的工作電流過大時，過流電壓經R6反饋給驅動器，使MOS開關管停止工作。
自耦開關變壓器T的副邊線圈L3產生的電壓經限流電阻R2和二極體Dl整流後向驅動 器供給工作電流，維持驅動器正常工作。
自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的輸出電路是將負載串聯在高壓直流電源母 線的正極與自耦開關變壓器T上的原、副邊線圈L2， Ll之間；在輸出電路中並聯儲能電容 C3。由電阻R3、 R4、 R5、集成電路Zl和光電耦合器U2組成反饋電路。當輸出電壓過高時， 分壓檢渕電阻R4、 R5給出信號，使集成電路Z1導通，進而使光電耦合器U2也導通，其輸 出信號將使驅動器減少MOS開關管工作的"佔空比"，降低輸出電壓；當輸出電壓過低時， 集成電路Zl和光電耦合器U2關閉，其輸出信號將使驅動器增加MOS開關管工作的"佔空 比"。光電耦合器U2解決了不同電位傳輸反饋信號的問題。
這種單管穩壓正激開關電源採用自耦開關變壓器，原邊線圈Ll與副邊線圈L2串接在一
起，使原邊線圈Ll工作電流和副邊線圈L2的工作電流都經過負載，同時還減少了開關變壓 器的損耗，提高了開關變壓器的效率，因而可以減少開關變壓器的體積，提高效率高，使其 工作穩定，故障少，可靠性好，使用壽命長，便於與燈具組合在一起。
由於自耦開關變壓器的原邊線圈Ll通過二極體D3接入副邊線圈L2的輸出迴路中，使 原邊線圈U反電勢釋放的能量進入了副邊線圈L2的輸出迴路中，使這部分能量得以利用， 提高了單管開關電源的效率。
實施例2
本實施例所述的用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路原理圖見圖4所示。 本實施例所述用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路與實施例1所述的用自 耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是自耦開關變壓器T 的副邊線圈L2是從原邊線圈L1中抽頭，此時單管穩壓開關電源是反激工作狀態，即當原邊 線圈L1得電時，自耦開關變壓器T儲能，副邊線圈L2不輸出電壓；當原邊線圈L1關斷時， 副邊線圈L2經D2輸出低壓直流電。
用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路與實施例1所述的用自耦開關變壓器 的單管穩壓TH激開關電源的電路工作原理相同，其優點也相同。
實施例3
本實施例所述的用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路原理圖見圖5所示。 本實施例所述用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路與實施例1所述的用自
耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是輸出電路和反饋電
路不同。
用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電流輸出迴路是將負載和採樣電阻R5 串聯在高壓直流電源母線的正極與自耦開關變壓器T的原邊線圈Ll和副邊線圈L2之間。在輸出電路中的採樣電阻R5和輸出端上並皿能電容C3。反饋電路由放大器U3、電阻 R3、 R4、 R5、 R8、 R9、 Rll穩壓二極體Z2和光電耦合器U2組成。電阻R8、 R9、 Rll和穩 壓二極體Z2構成放大器U3的正端的基準電壓，輸出電流流過採樣電阻R5，其電流信號經 電阻R4送入放大器U3的負端。
當輸出電流過大時，電流信號大於基準電壓，放大器U3導通，進而使光電耦合器U2也 導通，其輸出信號將使驅動器減少MOS開關管工作的"佔空比"；
當輸出電流過小時，放大器U3和光電耦合器U2關閉，驅動器增大MOS開關管工作的 "佔空比"。周而復始地輸出"恆流"。光電耦合器U2解決了不同電位傳輸反饋信號的問題。
這種用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的優點與實施例1所述的用自耦開關變 壓器的單管穩壓正激開關電源的優點相同。
實施例4
本實施例所述的用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路原理圖見圖6所示。 本實施例所述用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路與實施例3所述的用自 耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是自耦開關變壓器T 上的原邊線圈Ll和副邊線圈L2為一體的抽頭線圈，此時單管穩壓開關電源是反激工作狀態。 這種用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的優點與實施例3所述的用自耦開關變 壓器的單管恆流正激開關電源的優點相同。
實施例5
本實施例所述的寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路原理圖見 圖7所示。
本實施例所述寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路與實施例3 所述的用5耦開關變壓器的單管恆流正激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是fi耦開 關變壓器T的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路，三端穩壓電路由三極體Q2、電阻R2、 二極體Dl和穩壓二極體Z3組成，副邊線圈L3的輸出端連接二極體Dl的正端，二極體Dl 的負端連接三極體Q2的集電極，三極體Q2的發射極作為輸出端連接到驅動器的供電端，電 阻R2連接在三極體Q2的集電極與基極之間，穩壓二極體Z3負端連接在三極體Q2的基極， 穩壓二極體Z3正端與副邊線圈L3的接地端共同接電源母線負端。由於三端穩壓電路使供給 驅動器的電壓不再受輸入電壓波動的影響，這種供電方式比用限流電阻R2的供電方式節能。
實施例6
本實施例所述的寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓止激開關電源的電路原理圖見 圖8所示。
本實施例所述寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路與實施例1 所述的用自耦開關變壓器的單管穩壓正激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是自耦開關變壓器T的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路，三端穩壓電路與實施例5中所述的 三端穩壓電路相同，其優點也相同。
實施例7
本實施例所述的寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路原理圖見 圖9所示。
本實施例所述寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路與實施例4 所述的用自耦開關變壓器的單管恆流反激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是自耦開 關變壓器T的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路，三端穩壓電路與實施例5中所述的 三端穩壓電路相同，其優點也相同。
實施例8
本實施例所述的寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路原理圖見
圖io所示。
本實施例所述寬電壓供電用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路與實施例2 所述的用自耦開關變壓器的單管穩壓反激開關電源的電路結構基本相同，不同之處是自耦開 關變壓器T的副邊線圈L3的輸出端連接三端穩壓電路，三端穩壓電路與實施例5中所述的 三端穩壓電路相同，其優點也相同。
權利要求1. 一種用自耦開關變壓器的單管開關電源，包括整流電路、驅動器電路、MOS開關管電路、開關變壓器、緩衝電路、輸出電路和反饋電路等，其特徵是其開關變壓器採用自耦開關變壓器，原邊線圈(L1)與副邊線圈(L2)串接在一起，或者副邊線圈(L2)從原邊線圈(L1)抽頭而成。
2. 根據權利要求l所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是自耦開 關變壓器的原邊線圈(Ll)通過二極體與輸出負載形成迴路。
3. 根據權利要求l所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是在輸出電路中並聯儲能電容器。
4. 根據權利要求1或2所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是自 耦開關變壓器的副邊線圈(L3)的輸出端連接三端穩壓電路。
5. 根據權利要求4所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是所述三 端穩壓電路由三極體、電阻、二極體和穩壓二極體組成，副邊線圈(L3)的輸出端連接二極 管的正端，二極體的負端連接三極體的集電極，三極體的發射極作為輸出端連接到驅動器的 供電端，電阻連接在三極體的集電極與基極之間，穩壓二極體負極連接三極體的基極，穩壓 二極體正極與副邊線圈(L3)的接地端共同連接電源母線負端。
6. 根據權利要求l所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是所述自 耦開關變壓器的副邊線圈(L2)從原邊線圈(Ll)抽頭，通過二極體與負載構成低壓輸出回 路，這樣形成了電路的反激工作方式。
7. 根據權利要求l所述的用自耦開關變壓器的單管開關電源，其特徵還在於是所述自 耦開關變壓器的副邊線圈(L2)與原邊線圈(Ll)串接，通過二極體與負載構成低壓輸出回 路，這樣形成了電路的正激工作方式。
專利摘要本實用新型公開了一種用自耦開關變壓器的單管開關電源，屬於開關電源技術領域。包括整流電路、驅動器電路、MOS開關管電路、開關變壓器、緩衝電路、輸出電路和反饋電路等，其開關變壓器採用自耦開關變壓器，原邊線圈(L1)與副邊線圈(L2)串接在一起，或者副邊線圈(L2)從原邊線圈(L1)抽頭而成。自耦開關變壓器的原邊線圈(L1)通過二極體與輸出負載形成迴路。這種用自耦開關變壓器的單管開關電源效率高，體積小，工作穩定，故障少，可靠性好，使用壽命長，便於與燈具組合在一起。
文檔編號H01F30/00GK201256072SQ20082011818
公開日2009年6月10日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者邱向康 申請人:邱向康