專利名稱：寬輸入范圍開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源電路，特別是指一種實現(xiàn)寬范圍輸入電壓的開關(guān)電源拓樸。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的正激變換器如圖1所示，
初級繞組N2與次級繞組N3的匝比
N=N3/N2 (1)
根據(jù)電感L1上電壓與電流的關(guān)系；以及開關(guān)管Q2開通和關(guān)斷時，電流在電感Ll上的變化量相等這兩個條件，可以得出輸入電壓Vin與輸出電壓Vo的關(guān)系式
Vo=N*Dl*Vin/(Dl+D2) (2)Dl——MOS管Q2開通占空比。
D2-二極管D3導(dǎo)通占空比。
當(dāng)電路工作在連續(xù)模式下時，Dl+D2=l，因此Vo=N*D*Vin (3)
D-MOS管Q2開通占空比。
由式(3)輸入輸出電壓的關(guān)系式可以看出，在匝比N不變的前提下，當(dāng)輸入電壓Vin變化時，要保持輸出電壓恒定，就只能通過變化占空比D來達到。由于在寬范圍下，輸入電壓Vin的變化是比較大的，為了保證輸出電壓不變，只能通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)穩(wěn)壓的功能(N——匝比不變)。在寬范圍低輸入電壓端時，輸入電壓較低，就可能造成占空比過大；在高輸入電壓端時，又造成占空比過小。這種大幅度的占空比變化，對于器件的選擇以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說都是不好的，系統(tǒng)的調(diào)試也是比較困難的。
同理，在其他任意有變壓器的拓樸也存在上述問題，例如反激電路拓樸
3上，原理相同，故不贅述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供有效的解決占空比變化大，改善由于占空比過大引起的系統(tǒng)震蕩、器件應(yīng)力過大等問題的寬輸入范圍開關(guān)電源電路。
為了解決上述問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案
一種寬輸入范圍開關(guān)電源電路，包括變壓器，變壓器次級線圏可以連接各種常用的輸出整流濾波電路，變壓器初級包括匝數(shù)不同的兩個繞組，分別為第一繞組和第二繞組，第一繞組匝數(shù)大于第二繞組，第一繞組串聯(lián)一個防反壓二極管，每個繞組連接一個開關(guān)管，所述兩個開關(guān)管通過一個與電源連接的控制電路單元控制，控制電路單元輸入端輸入PWM信號，并通過輸入信號的不同控制上述兩個開關(guān)管的打開和關(guān)斷。
所述控制電路單元包括一個控制芯片、作為比較器的兩個運算放大器、兩個MOS管，所述兩個運算放大器分別控制第一繞組和第二繞組，控制第一繞組的運算放大器同相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電壓，反相輸入端輸入由電源電壓線性取樣而得的電壓，控制第二繞組的運算放大器同相輸入端輸入由電源電壓線性取樣而得的電壓，反相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電壓，運算放大器通過控制上述兩個MOS管的開關(guān)控制控制芯片的導(dǎo)通與否，從而控制上述兩個控制繞組的開關(guān)管。
在所述控制芯片的上述兩個輸入端分別串耳關(guān)一個用以減小功率損耗的電阻。
還包括兩個電容，分別為第一電容和第二電容，第一電容連"t妻控制芯片的第 一繞組的接地輸入端，第二電容連接控制芯片的第二繞組的接地輸入端，PWM信號輸入端通過一個與信號輸入端反向連接的二極管和并聯(lián)電阻連接第一電容，PWM信號輸入端通過一個與該信號正向連4妄的二極管和一個并聯(lián)電阻連接上述第二電容。上述兩個運算放大器采用LM2904雙運放芯片。
本發(fā)明的有益效果為此發(fā)明加入了另一繞組，兩繞組在整個輸入電壓范圍內(nèi)不同的電壓段分別工作，當(dāng)輸入電壓小時，根據(jù)上述式(1 )和(3),匝數(shù)少的繞組工作，N變大，從而減小了占空比；當(dāng)輸入電壓大時，匝數(shù)多的繞組開始工作，并向次級傳輸能量，根據(jù)式(1)和(3) , N相應(yīng)較小，占空比D變大，解決了占空比過小的問題。由于兩繞組的匝數(shù)不同，相當(dāng)于在工作過程中改變了匝比，從而可以有效的控制占空比變化過大的問題。由于兩繞組的匝數(shù)是根據(jù)各自的輸入電壓計算的，因此，可以有效地解決寬范圍輸入電壓帶來的占空比問題。這種加入了另一繞組的電路，在寬范圍輸入場合下，性能上比起常規(guī)的正激電路有很大的優(yōu)勢。


圖1是現(xiàn)有的正激變換器的電路圖2是本實施例的正激電路的寬輸入范圍開關(guān)電源電路的電路圖；圖3是兩個原邊繞組同時工作時，圖2的二極管D3兩端電壓可能出現(xiàn)的周期波形示意圖，通過調(diào)試應(yīng)使這個圖的臺階部分盡量小，接近矩形；圖4是控制電路單元的電路圖；圖5是反激電路的寬輸入范圍開關(guān)電源電路的電路圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一 步詳細的說明。
參見圖2， 一種寬輸入范圍開關(guān)電源電路，在傳統(tǒng)的正激電路的變壓器初級，加入了新的不同匝比的輸入繞組。兩繞組Nl、 N2在兩個輸入電壓段，分別向次級傳送功率。原邊兩功率傳輸繞組的拓樸如圖2所示，假設(shè)輸入電壓Vin的范圍為V1 V2，在這個電壓范圍內(nèi)取個值V12( V1<V12<V2 ),原邊兩繞組匝數(shù)Nl繞組匝數(shù)〉N2繞組匝數(shù)。電路的工作4莫式是輸入電壓VKVin^V12時，PWM信號驅(qū)動MOS管Q2,繞組N2開始工作，向次級傳遞能量，根據(jù)式(1)和(3),由于繞組N2匝數(shù)較少，N變大，從而減小了占空比；當(dāng)輸入電壓V12<Vin<V2時，PWM信號驅(qū)動MOS管Ql,并關(guān)斷MOS管Q2，繞組N1開始工作，并向次級傳輸能量，根據(jù)式(1)和(3),繞組N1的匝數(shù)較多，N相應(yīng)較小，占空比D變大，解決了占空比過小的問題。在兩個電壓段兩繞組分別工作，相當(dāng)于是在工作過程中改變了變壓器匝比。此發(fā)明加入了另一繞組，兩繞組在整個輸入電壓范圍內(nèi)分別工作，由于
兩繞組的匪數(shù)不同，相當(dāng)于在工作過程中改變了匝比，^v而可以有效的控制
占空比變化過大的問題。由于兩繞組的匝數(shù)是根據(jù)各自的輸入電壓計算的，因此，可以有效地解決寬范圍輸入電壓帶來的占空比問題。這種加入了另一繞組的電路，在寬范圍輸入場合下，性能上比起常規(guī)的正激電路有很大的優(yōu)勢。
只要繞組匝數(shù)少的繞組N2工作，就會在匝數(shù)多的繞組Nl上形成一個大于輸入電壓的反壓。反壓倒灌回電源會造成變壓器輸出短路，為了避免此問題，在匝數(shù)多的繞組N1上串聯(lián)了二極管D1。而匝數(shù)多的繞組N1工作時，在匝數(shù)少的繞組N2上形成的反壓始終小于輸入電壓，所以不用加二極管，同時在繞組N2上形成的反壓還可以有效的減小MOS管Q2上的電壓應(yīng)力。因為有兩個原邊繞組，電路若用原邊有源鉗位，需要用兩套鉗位電路，因此，電路最好采用副邊復(fù)位電路，如圖2中的有源鉗位電路B。
在分界電壓V12附近，可能會出現(xiàn)兩繞組同時有驅(qū)動的情況。由于繞組多的繞組N1變比到副邊的電壓小于繞組少的繞組N2變比到副邊的電壓，因此，只有繞組少的繞組N2起作用，不會造成系統(tǒng)混亂，不會出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。由于器件本身的差異，在同一個驅(qū)動信號下，不同MOS管的開通關(guān)斷時間有微小差別，在一個周期內(nèi)，若多繞組的繞組N1先工作后關(guān)斷，則會在副邊續(xù)流管D3上形成先低壓后高壓再低壓的電壓波形，如圖3所示。這種情況對于電路系統(tǒng)理論上是沒有問題的，只是習(xí)慣上副邊電壓一般調(diào)試成方波。為此，控制電路中有專門的設(shè)計，下文有詳細說明。為實現(xiàn)此控制功能加入特定的控制電路單元A。控制電路如圖4所示，利
用MICREL公司的MIC4424BM芯片，將一個PWM信號分成兩個控制信號DRV1和DRV2，分別來控制兩個MOS管。使用兩個運算放大器IC8B和IC8A來搭了兩個比較器，設(shè)定與所需V12成比例的基準(zhǔn)電壓Vref，輸入電壓分壓后與基準(zhǔn)電壓Vref比較，其中，運算放大器IC8B同相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電壓，反相輸入端輸入由電源電壓線性取樣而得的電壓，運算放大器IC8A同相輸入端輸入由電源電壓線性取樣而得的電壓(在同 一輸入電壓下，這個點取樣出的電壓略微低于前一運放的反相輸入電壓)，反相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)輸入電壓Vin低于V12，運算》i:大器IC8B正向輸入端電壓高于負向輸入端電壓，運算放大器IC8B輸出高電平，MOS管Qll導(dǎo)通，芯片IC6的Bm腳被拉低，Bout腳也輸出低點平，關(guān)斷一與繞組N1串聯(lián)的主功率MOS管Q1;同時運算放大器IC8A輸出低電平，MOS管Q22關(guān)斷，Ain腳的PWM信號正常輸出，DRV2控制的主功率MOS管正常工作，串聯(lián)的繞組開始傳遞能量，反之運算放大器IC8A輸出高電平，MOS管Q22導(dǎo)通，拉掉Ain的驅(qū)動信號，IC8B輸出低電平，Bin正常驅(qū)動，實現(xiàn)了控制繞組相互交替?zhèn)鬟f能量的目的。通過調(diào)節(jié)分壓電阻，使得運算放大器IC8B的反相輸入電壓略高于運算放大器IC8A的正相輸入電壓，保證兩個繞組可能同時工作，但不會出現(xiàn)同時不工作。由于MIC4424BM芯片的輸入驅(qū)動功率較小，可以在管腳Ain和Bin串耳關(guān)一個幾千歐姆的電阻，如圖4中所示的電阻R17和R18,減小了部分驅(qū)動功率損耗。
為了將續(xù)流管上電壓做成方波，在控制電路中，加入了二極管D14、 二極管D15、電阻R20和R21、電容C20和C21。通過調(diào)節(jié)電容C20和C21的充放電時間來控制PWM信號驅(qū)動匝數(shù)少的繞組N2先工作后關(guān)斷。開通時，跟電阻R21并聯(lián)的二才及管D14反向截止，只能通過電阻R21給電容C20充電，跟電阻R20并耳關(guān)的二才及管D15正向?qū)ǎ苯咏o電容C21充電，電容C21會先充電到芯片IC6的門限電壓，DRV2首先輸出高電平，驅(qū)動繞組N2先工作；關(guān)斷時，電容C20的放電回路上二極管導(dǎo)通，電容C20首先下降到芯片
7IC6的關(guān)斷門限電壓，DRV1先于DRV2關(guān)斷，繞組N2后關(guān)斷。繞組N2實現(xiàn)了先工作后關(guān)斷，副邊續(xù)流管上電壓波形也實現(xiàn)了方波。
此發(fā)明不僅用在正激電路拓樸上，可用在其他任意有變壓器的拓樸，圖5是一個用在反激上的設(shè)計圖?？刂齐娐穯卧狝不變，跟上文正激的一樣(參見圖2、圖4)。多匝數(shù)的繞組上也串聯(lián)二極管Dl。
參見圖2，在實際應(yīng)用中，做到了 80V 8V輸入電壓60W、 15V輸出的正激開關(guān)電源電路。此電路變壓器Tl磁材是EPC19、匝比Nl: N2: N3=12:4: 14,防止反壓的二極管Dl使用國際整流器公司(IR)的12CWQ10,副邊整流管D2、續(xù)流管D3(參照圖2)都是采用10CTQ150S, MOS管Q2用的是IRF3412, MOS管Ql用的是IRFS38N20D。運算放大器采用的是TI的LM2904雙運放芯片。減小了變壓器加工難度和功率器件耐壓要求。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)纟見為本發(fā)明的保護范圍。
8
權(quán)利要求
1、一種寬輸入范圍開關(guān)電源電路，包括變壓器，變壓器次級線圈可以連接各種常用的輸出整流濾波電路，其特征在于，變壓器初級包括匝數(shù)不同的兩個繞組，分別為第一繞組和第二繞組，第一繞組匝數(shù)大于第二繞組，第一繞組串聯(lián)一個防反壓二極管，每個繞組連接一個開關(guān)管，所述兩個開關(guān)管通過一個與電源連接的控制電路單元控制，控制電路單元輸入端輸入PWM信號，并通過輸入信號的不同控制上述兩個開關(guān)管的打開和關(guān)斷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬輸入范圍開關(guān)電源電路，其特征在于， 所述控制電路單元包括一個控制芯片、作為比較器的兩個運算放大器、兩 個MOS管，所述兩個運算放大器分別控制第一繞組和第二繞組，控制第 一繞組的運算放大器同相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電壓，反相輸入端輸入 由電源電壓線性取j羊而得的電壓，控制第二繞組的運算^:大器同相輸入端 輸入由電源電壓線性^^樣而得的電壓，反相輸入端輸入設(shè)置好的基準(zhǔn)電 壓，運算放大器通過控制上述兩個MOS管的開關(guān)控制控制芯片的導(dǎo)通與 否，從而控制上述兩個控制繞組的開關(guān)管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬輸入范圍開關(guān)電源電路，其特征在于， 在所述控制芯片的上述兩個輸入端分別串聯(lián)一個用以減小功率損耗的電 阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬輸入范圍開關(guān)電源電路，其特征在于， 還包括兩個電容，分別為第一電容和第二電容，第一電容連接控制芯片的 第一繞組的接地輸入端，第二電容連接控制芯片的第二繞組的接地輸入 端，PWM信號輸入端通過一個與信號輸入端反向連接的二極管和并聯(lián)電 阻連接第一電容，PWM信號輸入端通過一個與該信號正向連接的二極管 和一個并聯(lián)電阻連4妄上述第二電容。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬輸入范圍開關(guān)電源電路，其特征在于， 上述兩個運算放大器采用LM2904雙運放芯片。
全文摘要
一種寬輸入范圍開關(guān)電源電路，包括變壓器，變壓器次級線圈可以連接各種常用的輸出整流濾波電路，變壓器初級包括匝數(shù)不同的第一繞組和第二繞組，第一繞組匝數(shù)大于第二繞組，第一繞組串聯(lián)一個防反壓二極管，每個繞組連接一個開關(guān)管，兩個開關(guān)管通過一個與電源連接的控制電路單元控制，控制電路單元輸入端輸入PWM信號，并通過輸入信號的不同控制上述兩個開關(guān)管的打開和關(guān)斷。此發(fā)明加入了另一繞組，兩繞組在整個輸入電壓范圍內(nèi)不同的電壓段分別工作，當(dāng)輸入電壓小時，匝數(shù)少的繞組工作，變比N變大，減小占空比；輸入電壓大時，匝數(shù)多的繞組開始工作，占空比D變大，解決了占空比過小的問題。本結(jié)構(gòu)在寬范圍輸入場合下，性能更好。
文檔編號H02M5/02GK101478243SQ20081022395
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者盧作烜, 尹安全 申請人:北京新雷能有限責(zé)任公司;深圳市雷能混合集成電路有限公司