本發(fā)明涉及電源技術領域，特別涉及一種具有多級達林頓管的開關電源。

背景技術：

開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。

原本的開關管采用場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor，簡稱MOS)制備，但由于NPN三極管的成本優(yōu)勢，越來越多的開關電源采用NPN三極管代替MOS管來作為開關管使用，但是，在采用NPN三極管來作為開關管時，需要控制芯片為開關管提供較大的基極電流，容易引起的功率損耗很大，導致控制芯片發(fā)熱嚴重的問題，而且，由于所需的基極電流過大，需要配置很大的供電電容，以維持控制芯片工作時的供電電壓，這會影響起機速度，同時也增大了開關電源的制備成本。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種具有多級達林頓管的開關電源。所述技術方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種具有多級達林頓管的開關電源，包括：變壓器、開關管、控制器、分壓電路，

所述變壓器的輸入繞組的一端通過整流橋與交流電源連接，其另一端與開關管連接，所述變壓器的輸出繞組兩端經(jīng)過整流二極管與負載連接，所述變壓器的輔助繞組的一端與分壓電路連接，且另一端接地；

所述開關管為至少兩級NPN三極管構成的達林頓管；

所述控制器包括：采樣單元、第一比較器、脈沖頻率調(diào)制單元、邏輯和驅(qū)動單元、第一MOS管、第二MOS管、電流源，

采樣單元，與分壓電路連接，用于通過輔助繞組來采集變壓器的輸出電壓信息；

第一比較器，其負相輸入端與采樣單元連接，其正相輸入端接入預設的第一參考電壓，其輸出端與脈沖頻率調(diào)制單元連接，用于將采集到的輸出電壓信息與第一參考電壓進行比較，并將比較結果發(fā)送至脈沖頻率調(diào)制單元；

脈沖頻率調(diào)制單元，還與邏輯和驅(qū)動單元連接，用于根據(jù)接收到的比較結果向邏輯和驅(qū)動單元發(fā)送相應的脈沖頻率調(diào)制信號；

邏輯和驅(qū)動單元，還分別與第一MOS管的柵極和第二MOS管的柵極連接，用于根據(jù)接收到的脈沖頻率調(diào)制信號，驅(qū)動第一MOS管和第二MOS管的導通狀態(tài)；

電流源的一端與控制器的供電引腳連接且另一端與第一MOS管的源極連接，第一MOS管的漏極分別與第二MOS管的漏極和開關管連接，第二MOS管的源極接地。

在本發(fā)明實施例上述的開關電源中，所述開關管包括：第一級NPN三極管和第二級NPN三極管，第一級NPN三極管的集電極與變壓器的輸入繞組連接，其基極與第一MOS管的漏極連接，其發(fā)射極與第二級NPN三極管的基極連接，第二級NPN三極管的集電極與變壓器的輸入繞組連接；

所述控制器還包括：第三MOS管，所述第三MOS管的柵極與第二MOS管的柵極連接，其漏極與第二級NPN三極管的基極連接，其源極接地。

在本發(fā)明實施例上述的開關電源中，還包括：電流檢測電阻，所述電流檢測電阻的一端與所述開關管連接，且其另一端接地；

所述控制器還包括：第二比較器，所述第二比較器的正相輸入端分別與電流檢測電阻和開關管連接，其負相輸入端接入預設的第二參考電壓，其輸出端與邏輯和驅(qū)動單元連接。

在本發(fā)明實施例上述的開關電源中，所述分壓電路包括：第一電阻和第二電阻，第一電阻的一端與變壓器的輔助繞組的一端連接，其另一端分別與采樣單元和第二電阻的一端連接，第二電阻的另一端接地。

在本發(fā)明實施例上述的開關電源中，所述控制器還包括：低電壓鎖定單元，與與控制器的供電引腳連接，用于在控制器的工作電壓低于預設電壓時保護控制器。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過使用多級達林頓管作為開關管，可以在基本不增大開關管面積和成本的前提下，極大地降低開關管的基極驅(qū)動電流，從而降低控制器的供電功耗，減少芯片溫升，大幅度提高控制器的驅(qū)動功率上限；并可相應減小供電電容，節(jié)省系統(tǒng)成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種具有多級達林頓管的開關電源的電路圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的多級達林頓管與單個NPN三極管的I-V特性對比曲線圖；

圖3是本發(fā)明實施例一提供的開關電源與現(xiàn)有技術的開關電源效率對比曲線圖；

圖4是本發(fā)明實施例一提供的開關電源與現(xiàn)有技術的開關電源效率對比曲線圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種具有多級達林頓管的開關電源，參見圖1，該開關電源可以包括：變壓器1、開關管2、控制器3、分壓電路4。

變壓器1的輸入繞組NP的一端通過整流橋與交流電源Vin連接，其另一端與開關管2連接，變壓器1的輸出繞組NS兩端經(jīng)過整流二極管與負載(例如：發(fā)光二極管)連接，變壓器1的輔助繞組NA一端與分壓電路4連接，其另一端接地，開關管2可以為至少兩級NPN三極管構成的達林頓管。

控制器3可以包括：采樣單元31、第一比較器32、脈沖頻率調(diào)制單元33、邏輯和驅(qū)動單元34、第一MOS管M1、第二MOS管M2、電流源35。

采樣單元31，與分壓電路4連接，用于通過輔助繞組NA來采集變壓器1的輸出電壓信息；

第一比較器32，其負相輸入端與采樣單元31連接，其正相輸入端接入預設的第一參考電壓VREF1，其輸出端與脈沖頻率調(diào)制單元33連接，用于將采集到的輸出電壓信息號與第一參考電壓進行比較，并將比較結果發(fā)送至脈沖頻率調(diào)制單元33；

脈沖頻率調(diào)制單元33，還與邏輯和驅(qū)動單元34連接，用于根據(jù)接收到的比較結果向邏輯和驅(qū)動單元34發(fā)送相應的脈沖頻率調(diào)制信號；

邏輯和驅(qū)動單元34，還分別與第一MOS管M1的柵極和第二MOS管M2的柵極連接，用于根據(jù)接收到的脈沖頻率調(diào)制信號，驅(qū)動第一MOS管M1和第二MOS管M2的導通狀態(tài)，進而來控制開關管2的占空比；

電流源35的一端與控制器的供電引腳VCC連接(即與控制器3的VCC引腳用于為控制器3供電)且另一端與第一MOS管M1的源極連接(電流源35用于為開關管2提供基極電流)，第一MOS管M1的漏極分別與第二MOS管M2的漏極和開關管2連接，第二MOS管M2的源極接地。

在本實施例中，使用多級達林頓管(即由多級NPN三極管構成的達林頓管)作為開關管2時，在基本不增大開關管2面積和成本的前提下，可以極大地降低了開關管2的基極驅(qū)動電流Ibase，從而降低控制器3的VCC(即供電電壓)功耗，減少芯片溫升，大幅度提高芯片的驅(qū)動功率上限；并可相應減小VCC電容，節(jié)省系統(tǒng)成本。

具體地，參見圖1，該開關管2可以為二級達林頓管，包括：第一級NPN三極管21和第二級NPN三極管22，第一級NPN三極管21的集電極與變壓器1的輸入繞組NP連接，其基極與第一MOS管M1的漏極連接，其發(fā)射極與第二級NPN三極管22的基極連接，第二級NPN三極管22的集電極與變壓器1的輸入繞組NP連接；

控制器3還可以包括：第三MOS管M3，第三MOS管M3的柵極與第二MOS管M2的柵極連接，其漏極與第二級NPN三極管22的基極連接，其源極接地。

在本實施例中，控制器3中增加了一個下拉管即第三MOS管M3，在開關管2導通期間，電流源35提供的電流Ibase通過第一MOS管M1流進第一級NPN三極管21的基極，經(jīng)過第一級NPN三極管21放大之后，第二級NPN三極管22的基極電流將為：

I_base,QB＝β*I_base

而在關閉開關管2的期間，第三MOS管M3對達林頓管的最后一級NPN三極管(即第二級NPN三極管22)的基極進行關斷，以確保第二級NPN三極管22可以快速關斷，從而減小關斷過程的開關損耗。

具體地，參見圖1，該開關電源還可以包括：電流檢測電阻Rcs，電流檢測電阻Rcs的一端與開關管2連接，且其另一端接地；

控制器3還包括：第二比較器36，第二比較器36的正相輸入端分別與電流檢測電阻Rcs和開關管2連接，其負相輸入端接入預設的第二參考電壓VREF，其輸出端與邏輯和驅(qū)動單元34連接。

在本實施例中，控制器3通過采集電流檢測電阻Rcs檢測到的電流，來控制開關管2的導通或關閉，進一步保障開關電源供電的穩(wěn)定性。

具體地，控制器3還包括：低電壓鎖定單元37，與與控制器3的供電引腳VCC連接，用于在控制器3的工作電壓低于預設電壓時保護控制器3。

下面結合實際的檢測數(shù)據(jù)，來說明一下采用了多級達林頓管來作為開關管，與現(xiàn)有技術中采用單個NPN三極管來作為開關管時，開關電源的實際情況比較：

參見圖2，為單級NPN三極管(型號為HW170)和多級達林頓管(型號為072+170)的典型I-V曲線對比，從圖3中可以看出，相對于單級NPN三極管(HW170)，多級達林頓管(072+170)可以用更小的Ibase(電流源35為開關管2提供的基極電流)達到相似的Ice。以常用的適配器/充電器為例，5V-2.4A方案需要的Ice約為0.75A，對于單級NPN三極管(HW170)，其基極電流Ib需要達到60～70mA才能達到要求；而多級達林頓管(072+170)只需為其提供3.5mA的基極電流，這將極大地降低芯片的功耗。假設VCC＝10V(VCC為控制器3的工作電壓)，則由于Ibase引起的VCC功率損耗為：

P_VCC,new＝1/2*V_CC*I_base＝0.018W

相應地，其溫升僅僅為Trise＝Pvcc*150＝2.7℃，相比于現(xiàn)有技術，芯片損耗和溫升大幅度降低了。

圖3和圖4提供了單級NPN三極管(HW170)和多級達林頓管(072+170)的效率曲線對比結果，在90Vac條件下，多級達林頓管方案在2.4A負載時效率比單級NPN三極管高1.4％；264Vac條件下，多級達林頓管方案在2.4A負載時效率比單級NPN三極管高1.2％。

本發(fā)明實施例提供的開關電源，通過使用多級達林頓管作為開關管，可以在基本不增大開關管面積和成本的前提下，極大地降低開關管的基極驅(qū)動電流，從而降低控制器的供電功耗，減少芯片溫升，大幅度提高控制器的驅(qū)動功率上限；并可相應減小供電電容，節(jié)省系統(tǒng)成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。