CN211908659U - 一种新型双绕组开关电源拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种新型双绕组开关电源拓扑结构，连接于市电与电源输出模块之间，包括整流滤波模块、电源转换器芯片U2、变压器T1、芯片供电模块、原边电压采样模块、输出电压采样模块；所述整流滤波模块的输入端与输出端分别与市电、电源转换器芯片U2电性连接；所述电源转换器芯片U2经变压器T1与电源输出模块电性连接，芯片供电模块、原边电压采样模块及输出电压采样模块均连接于电源转换器芯片U2与变压器T1之间。本实用新型利用变压器T1的次级线圈导通时，基于变压器T1原边线圈的电平变化对电源转换器芯片U2供电，进而可减少了一个高压功率管的使用，减小芯片面积、降低功耗、节约成本、设计合理、原理简单、工作效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种新型双绕组开关电源拓扑结构。
背景技术
在开关电源中，常用的是三绕组拓扑结构，该结构是利用变压器辅助线圈上的二极管的导通状态，实现对电源转换器芯片的供电，由于需要多布置一个辅助线圈，导致PCB布局时，芯片面积较大，布置复杂、且对输出电压、电流的采样精度较低。因此，人们转而对双绕组开关电源拓扑结构进行研发，如图1所示，是目前市面上较为常见的双绕组开关电源拓扑结构，图中，整流桥U1、电容C1分别用于对交流电源进行整流及滤波；R1为电源转换器芯片U2的启动电阻；Rcs为变压器T1原边线圈电流采样电阻，Rfb1和Rfb2为输出电压采样分压电阻，二极管D1、电阻R2和电容C3为变压器漏磁吸收电路，二极管D2为变压器次级整流管，C4为输出滤波电容，电阻RL4为输出负载电阻；芯片U2通过检测反馈信号Vcs和Vfb，产生一PWM信号，进而控制功率管Q1的开关状态，以实现对输出电压及输出电流的控制。
具体地，芯片U2启动时，通过启动电阻R1，给电容C2充电；当达到芯片U2内部启动电源阈值后，芯片开始工作；当功率管Q2开启时，变压器T1电流开始上升，Rcs上电压增加，进而采样Vcs电压到芯片U2；当功率管Q2关闭时，次级整流二级管D2开始导通，经电容C4滤波，给负载供电；当整流二极管D2导通的时候，芯片地sgnd变为负电平，电流从GND端流向sgnd端，通过分压电阻Rfb1和Rfb2采样Vfb电压到芯片；变压器漏感由D1、R2、C3组成的RCD吸收电路吸收；在功率管Q2开启时，电源通过功率管Q1和二极管D3给电容C2充电，实现对芯片的供电。
上述电路存在以下不足之处：
1)为给芯片U2供电，需要多使用一个高压功率管Q1和二极管D3，还需要多绑定封装一个引脚OE，增大了芯片面积，增加芯片制作成本；
2)由于功率管Q1和Q2驱动方式不同，还需要设计专用的驱动电路，为驱动此功率管，增大了芯片面积，控制逻辑也更复杂；
3)芯片的供电在原边功率管Q2开启的时候，利用电源给电容C2充电，功率管Q1和Q2均串联在芯片功率回路里，增大了芯片的功耗，降低了系统的效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型双绕组开关电源拓扑结构，该结构利用变压器T1的次级线圈导通时，基于变压器T1原边线圈的电平变化对电源转换器芯片U2供电，进而可减少了一个高压功率管的使用，减小芯片面积、降低功耗、节约成本、设计合理、原理简单、工作效率高。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种新型双绕组开关电源拓扑结构，连接于市电与电源输出模块之间，包括整流滤波模块、电源转换器芯片U2、变压器T1、芯片供电模块、原边电压采样模块、输出电压采样模块；所述整流滤波模块的输入端与输出端分别与市电、电源转换器芯片U2电性连接，用于对市电进行整流滤波；所述电源转换器芯片U2经变压器T1与电源输出模块电性连接，芯片供电模块、原边电压采样模块及输出电压采样模块均连接于电源转换器芯片U2与变压器T1之间；所述电源转换器芯片U2包括开关管Q1，电源转换器芯片U2用于经原边电压采样模块、输出电压采样模块分别采样变压器T1的原边电压信号及次级输出电压信号，以控制开关管Q1开启或关闭进而实现对电源输出模块的输出电压及输出电流的控制；所述芯片供电模块用于在变压器T1的次级线圈导通时，基于变压器T1的原边线圈的电平变化对电源转换器芯片U2进行供电。
进一步地，所述原边电压采样模块包括采样电阻Rcs，电源转换器芯片U2的Vcs引脚经采样电阻Rcs与变压器T1原边线圈的原边同名端连接，变压器T1的原边异名端接地。
进一步地，所述输出电压采样模块包括串接的采样电阻Rfb1、采样电阻Rfb2；所述采样电阻Rfb2的一端连接于采样电阻Rcs与变压器TI原边线圈的公共连接端，采样电阻Rfb1的一端与变压器T1原边线圈的原边异名端连接，电源转换器芯片U2的Vfb引脚连接于采样电阻Rfb1与采样电阻Rfb2的公共连接端。
进一步地，所述芯片供电模块包括滤波电容C3、限流电阻R2、续流二极管D1；所述限流电阻R2与滤波电容C3串接，且限流电阻R2的一端经电源转换器芯片U2的VCC引脚与其连接，滤波电容C3与变压器T1原边线圈的原边同名端连接；所述续流二极管D1的负极连接于限流电阻R2与滤波电容C3的公共连接端，续流二极管D1的正极连接于采样电阻Rfb1与变压器T1原边线圈的公共连接端。
进一步地，所述新型双绕组开关电源拓扑结构还包括储能电容C2，分压电阻R1；所述储能电容C2的两端分别与电源转换器芯片U2的VCC引脚、采样电阻Rcs连接，电源转换器芯片U2的sgnd引脚连接于储能电容C2与采样电阻Rcs的公共连接端；所述分压电阻R1的一端连接于整流滤波模块与电源转换器芯片U2的公共连接端，分压电阻R1的另一端连接于限流电阻R2与电源转换器芯片U2的公共连接端。
进一步地，所述电源输出模块包括与变压器T1次级线圈的次级同名端和次级异名端连接的滤波电容C4，以及与滤波电容C4并联并接地的负载电阻RL2；所述变压器T1次级线圈的次级异名端与滤波电容C4之间还正向连接一整流二极管D2。
进一步地，所述整流滤波模块经电源转换器芯片U2的OD引脚与其连接，包括连接于市电与电源转换器芯片U2之间的整流桥U1、与整流桥U1连接的滤波电容C1。
采用上述方案，本实用新型的有益效果是：
1)与常用的三绕组开关电源拓扑结构相比，减少了一个变压器辅助线圈的使用，减少了元器件的使用数量，节约成本；
2)与常规的双绕组开关电源拓扑结构相比，不使用高压功率管从电源供电，进而减少一个高压功率管的使用，减小了芯片的面积，节约了芯片的成本，且电路控制逻辑也更简单；
3)采用新的供电方式，其利用变压器次级线圈导通时，基于变压器原边线圈的电平变化对电源转换器芯片供电，减少一个高压功率管在电路回路里的使用，降低了芯片的功耗，提高了工作效率；
4)芯片供电模块还可以作为变压器原边线圈漏感吸收电路，为客户节约了RCD吸收电路的元器件成本，节约了芯片PCB面积成本。
附图说明
图1为现有技术的双绕组开关电源拓扑结构图；
图2为本实用新型的双绕组开关电源拓扑结构图；
其中，附图标识说明：
1—市电；2—电源输出模块；
3—整流滤波模块；4—电源转换器芯片；
5—芯片供电模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
参照图2所示，本实用新型提供一种新型双绕组开关电源拓扑结构，连接于市电1与电源输出模块2之间，包括整流滤波模块3、电源转换器芯片U2、变压器T1、芯片供电模块5、原边电压采样模块、输出电压采样模块；所述整流滤波模块3的输入端与输出端分别与市电1、电源转换器芯片U2电性连接，用于对市电1进行整流滤波；所述电源转换器芯片U2经变压器T1与电源输出模块2电性连接，芯片供电模块5、原边电压采样模块及输出电压采样模块均连接于电源转换器芯片U2与变压器T1之间；所述电源转换器芯片U2包括开关管Q1，电源转换器芯片U2用于经原边电压采样模块、输出电压采样模块分别采样变压器T1的原边电压信号及次级输出电压信号，以控制开关管Q1开启或关闭进而实现对电源输出模块2的输出电压及输出电流的控制；所述芯片供电模块5用于在变压器T1的次级线圈导通时，基于变压器T1的原边线圈的电平变化对电源转换器芯片U2进行供电。
其中，所述原边电压采样模块包括采样电阻Rcs，电源转换器芯片U2的Vcs引脚经采样电阻Rcs与变压器T1原边线圈的原边同名端连接，变压器T1的原边异名端接地；所述输出电压采样模块包括串接的采样电阻Rfb1、采样电阻Rfb2；所述采样电阻Rfb2的一端连接于采样电阻Rcs与变压器TI原边线圈的公共连接端，采样电阻Rfb1的一端与变压器T1原边线圈的原边异名端连接，电源转换器芯片U2的Vfb引脚连接于采样电阻Rfb1与采样电阻Rfb2的公共连接端；所述芯片供电模块5包括滤波电容C3、限流电阻R2、续流二极管D1；所述限流电阻R2与滤波电容C3串接，且限流电阻R2的一端经电源转换器芯片U2的VCC引脚与其连接，滤波电容C3与变压器T1原边线圈的原边同名端连接；所述续流二极管D1的负极连接于限流电阻R2与滤波电容C3的公共连接端，续流二极管D1的正极连接于采样电阻Rfb1与变压器T1原边线圈的公共连接端。
所述新型双绕组开关电源拓扑结构还包括储能电容C2，分压电阻R1；所述储能电容C2的两端分别与电源转换器芯片U2的VCC引脚、采样电阻Rcs连接，电源转换器芯片U2的sgnd引脚连接于储能电容C2与采样电阻Rcs的公共连接端；所述分压电阻R1的一端连接于整流滤波模块3与电源转换器芯片U2的公共连接端，分压电阻R1的另一端连接于限流电阻R2与电源转换器芯片U2的公共连接端；所述电源输出模块2包括与变压器T1次级线圈的次级同名端和次级异名端连接的滤波电容C4，以及与滤波电容C4并联并接地的负载电阻RL2；所述变压器T1次级线圈的次级异名端与滤波电容C4之间还正向连接一整流二极管D2；所述整流滤波模块3经电源转换器芯片U2的OD引脚与其连接，包括连接于市电1与电源转换器芯片U2之间的整流桥U1、与整流桥U1连接的滤波电容C1。
本实用新型工作原理：
继续参照图2所示，该电路主要包括整流滤波模块3、电源转换器芯片U2、变压器T1、芯片供电模块5、原边电压采样模块、输出电压采样模块；其中整流滤波模块3用于对市电1(交流电)进行整流和滤波；电阻R1为电源转换器芯片U2的启动电阻，对储能电容C2进行充电，当达到电源转换芯片U2内部启动电源阈值后，芯片开始工作；电源转换器芯片U2通过原边电压采样模块、输出电压采样模块分别采样变压器T1的原边电压信号Vcs及次级输出电压信号Vfb，产生一PWM信号，进而控制开关管Q1的开启或关闭，进而实现对电源输出模块2的输出电压及输出电流的控制。
具体地，当开关管Q1开启时，变压器T1的原边线圈电流开始增加，采样电阻Rcs上的电压开始增加，电源转换器芯片U2经Vcs引脚采集采样电阻Rcs的电压；当开关管Q1关闭时，整流二极管D2开始导通，进而给滤波电容C4充电，同时给负载电阻RL2供电；在整流二极管D2导通的时候，电源转换器芯片U2浮地sgnd端变为负电平，此时电流由电源地GND流向电源转换器芯片U2浮地sgnd端，流经续流二极管D1的电流，通过滤波电容C3滤波，流经限流电阻R2的电流给储能电容C2充电，用于为电源转换器芯片U2供电；续流二极管D1的导通状态与整流二极管D2导通状态同步，变压器T1原边线圈的一部分电流会通过采样电阻Rfb1和采样电阻Rfb2进行分压，电源转换器芯片U2经其Vfb引脚采集该电压。
在现有技术的双绕组开关电源拓扑结构中，需要使用一个高压功率管，在原边功率管开启的时候给电源转换器芯片U2供电，而在本实用新型中，不需要额外增加高压功率管，利用开关管Q1关闭时的反向电压即可实现对电源转换器芯片U2的供电，其芯片充电平均电流为：
其中，Tdm为变压器T1次级线圈消磁时间，可依据不同负载及不同的芯片工作周期，适当调整电阻限流R2的大小，使得变压器T1原边线圈给芯片供电的电流能更加稳定。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型双绕组开关电源拓扑结构，连接于市电与电源输出模块之间，其特征在于，包括整流滤波模块、电源转换器芯片U2、变压器T1、芯片供电模块、原边电压采样模块、输出电压采样模块；所述整流滤波模块的输入端与输出端分别与市电、电源转换器芯片U2电性连接，用于对市电进行整流滤波；所述电源转换器芯片U2经变压器T1与电源输出模块电性连接，芯片供电模块、原边电压采样模块及输出电压采样模块均连接于电源转换器芯片U2与变压器T1之间；所述电源转换器芯片U2包括开关管Q1，电源转换器芯片U2用于经原边电压采样模块、输出电压采样模块分别采样变压器T1的原边电压信号及次级输出电压信号，以控制开关管Q1开启或关闭进而实现对电源输出模块的输出电压及输出电流的控制；所述芯片供电模块用于在变压器T1的次级线圈导通时，基于变压器T1的原边线圈的电平变化对电源转换器芯片U2进行供电。
2.根据权利要求1所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述原边电压采样模块包括采样电阻Rcs，电源转换器芯片U2的Vcs引脚经采样电阻Rcs与变压器T1原边线圈的原边同名端连接，变压器T1的原边异名端接地。
3.根据权利要求2所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述输出电压采样模块包括串接的采样电阻Rfb1、采样电阻Rfb2；所述采样电阻Rfb2的一端连接于采样电阻Rcs与变压器TI原边线圈的公共连接端，采样电阻Rfb1的一端与变压器T1原边线圈的原边异名端连接，电源转换器芯片U2的Vfb引脚连接于采样电阻Rfb1与采样电阻Rfb2的公共连接端。
4.根据权利要求3所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述芯片供电模块包括滤波电容C3、限流电阻R2、续流二极管D1；所述限流电阻R2与滤波电容C3串接，且限流电阻R2的一端经电源转换器芯片U2的VCC引脚与其连接，滤波电容C3与变压器T1原边线圈的原边同名端连接；所述续流二极管D1的负极连接于限流电阻R2与滤波电容C3的公共连接端，续流二极管D1的正极连接于采样电阻Rfb1与变压器T1原边线圈的公共连接端。
5.根据权利要求4所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述新型双绕组开关电源拓扑结构还包括储能电容C2，分压电阻R1；所述储能电容C2的两端分别与电源转换器芯片U2的VCC引脚、采样电阻Rcs连接，电源转换器芯片U2的sgnd引脚连接于储能电容C2与采样电阻Rcs的公共连接端；所述分压电阻R1的一端连接于整流滤波模块与电源转换器芯片U2的公共连接端，分压电阻R1的另一端连接于限流电阻R2与电源转换器芯片U2的公共连接端。
6.根据权利要求1所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述电源输出模块包括与变压器T1次级线圈的次级同名端和次级异名端连接的滤波电容C4，以及与滤波电容C4并联并接地的负载电阻RL2；所述变压器T1次级线圈的次级异名端与滤波电容C4之间还正向连接一整流二极管D2。
7.根据权利要求1所述的新型双绕组开关电源拓扑结构，其特征在于，所述整流滤波模块经电源转换器芯片U2的OD引脚与其连接，包括连接于市电与电源转换器芯片U2之间的整流桥U1、与整流桥U1连接的滤波电容C1。
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|---|---|---|---|---|
| CN111464038A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-07-28 | 深圳市依崇微电子科技有限公司 | 一种新型双绕组开关电源拓扑结构 |
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