CN103051216A

CN103051216A - 一种反激式开关电路

Info

Publication number: CN103051216A
Application number: CN 201210568159
Authority: CN
Inventors: 王玲
Original assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: LIANMENG ELECTRONIC INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明提出一种反激式开关电路，解决了现有反激式开关电路轻载状态下效率低的问题。一种反激式开关电路，包括：输入端口、输出端口、整流单元、原边功率开关、副边二极管、输出电容器、反馈组件、副边连接电阻、原边连接电阻、第一齐纳二极管、误差放大器、箝位器、频率比较器、锯齿波产生器和控制及驱动电路。本发明能够提高反激式开关电路在轻载状态下的效率。

Description

一种反激式开关电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种反激式开关电路。

背景技术

反激式开关电路又称为单端反激式或buck-boost转换器，其输出电压可比供电电源的电压高或者低。典型反激式开关电路如图1所示，该反激式开关电路包括：输入端口，接收输入电压Vin；输出端口，提供输出电压Vo；整流单元Rec，耦接至输入端口接收输入电压Vin；变压器，包括原边绕组T1和副边绕组T2，所述原边绕组T1耦接至整流单元Rec；原边功率开关S，耦接在原边绕组T1和原边参考地之间；副边二极管D，耦接在副边绕组T2和输出端口之间；输出电容器Co，耦接在输出端口和参考地之间。现有反激式开关电路的开关周期通常由固定频率的时钟信号触发，即其开关频率为固定数值的时钟频率。在重载状态下，固定的开关频率能使反激式开关电路保持高效率。然而在轻载状态下，若开关频率还是重载状态下的开关频率，会使得反激式开关电路的效率降低。

发明内容

本发明提出一种反激式开关电路，解决了现有反激式开关电路在轻载状态下效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种反激式开关电路，包括：输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；整流单元，耦接至输入端口接收输入电压，产生整流电压；变压器，包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组和副边绕组各具有第一端子和第二端子，原边绕组的第一端子耦接至整流单元接收整流电压，副边绕组的第二端子接副边参考地；原边功率开关，耦接在原边绕组的第二端子和原边参考地之间；副边二极管，耦接在副边绕组的第一端子和输出端口之间；输出电容器，耦接在输出端口和副边参考地之间；反馈组件，包括副边部分和原边部分；副边连接电阻、第一齐纳二极管和原边连接电阻，其中反馈组件的副边部分、副边连接电阻以及第一齐纳二极管串联耦接在输出端口和副边参考地之间，以在反馈组件的原边部分产生反馈电压；误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压，其同相输入端经由反馈组件的原边部分和原边连接电阻耦接至原边参考地，以接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；箝位器，耦接在误差放大器的输出端子和参考地之间；频率比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其输出端子提供时钟信号；锯齿波产生器，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号提供锯齿波信号至频率比较器的同相输入端；控制及驱动电路，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号，产生开关驱动信号，以控制原边功率开关的通断。

可选地，所述反馈组件包括光电耦合器。

可选地，所述反激式开关电路还包括：补偿电容器，耦接在误差放大器的输出端子和反相输入端之间。

可选地，所述箝位器包括第二齐纳二极管。

可选地，所述锯齿波产生器包括：充电电流源、充电电容器和复位开关，三者并联耦接在频率比较器的同相输入端和参考地之间，其中所述复位开关进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号。

可选地，所述整流单元包括由四个二极管组成的整流桥电路。

本发明的有益效果是：能够提高反激式开关电路在轻载状态下的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有反激式开关电路的典型电路结构示意图；

图2为本发明一种反激式开关电路100的电路结构示意图；

图3为图2所示反激式开关电路100中的时钟信号CLK、锯齿波信号Vsw、频率参考信号Vfr和输出电压Vo的时序波形示意。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明的反激式开关电路100包括：输入端口101，接收输入电压Vin；输出端口102，提供输出电压Vo；整流单元103，耦接至输入端口101接收输入电压Vin，产生整流电压；变压器，包括原边绕组104-1和副边绕组104-2，其中原边绕组104-1和副边绕组104-2各具有第一端子和第二端子，原边绕组104-1的第一端子耦接至整流单元103接收整流电压，副边绕组104-2的第二端子接副边参考地；原边功率开关105，耦接在原边绕组104-1的第二端子和原边参考地之间；副边二极管106，耦接在副边绕组104-2的第一端子和输出端口102之间；输出电容器107，耦接在输出端口102和副边参考地之间；反馈组件，包括副边部分108-1和原边部分108-2；副边连接电阻109、第一齐纳二极管110和原边连接电阻111，其中反馈组件的副边部分108-1、副边连接电阻109以及第一齐纳二极管110串联耦接在输出端口102和副边参考地之间，以在反馈组件的原边部分108-2产生反馈电压Vfb；误差放大器112，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压Vref，其同相输入端经由反馈组件的原边部分108-2和原边连接电阻111耦接至原边参考地，以接收反馈电压Vfb，其输出端子产生误差放大信号Vc；箝位器113，耦接在误差放大器112的输出端子和参考地之间；频率比较器114，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器112的输出端子接收误差放大信号Vc，其输出端子提供时钟信号CLK；锯齿波产生器115，耦接至频率比较器114的输出端子接收时钟信号CLK，并基于时钟信号CLK提供锯齿波信号Vsw至频率比较器114的同相输入端；控制及驱动电路116，耦接至频率比较器114的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号，产生开关驱动信号，以控制原边功率开关105的通断。

优选地，所述锯齿波产生器115包括：充电电流源11、充电电容器12和复位开关13，三者并联耦接在频率比较器114的同相输入端和参考地之间，其中所述复位开关13进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器114的输出端子接收时钟信号CLK。当时钟信号CLK为低电平时，复位开关13被断开，则充电电流源11给充电电容器12充电，充电电容器12两端的电压线性增大，当其增大至频率比较器114反相输入端的频率参考信号Vfr的电压值时，频率比较器114输出的时钟信号CLK变为高电平。相应地，复位开关13被闭合。于是充电电容器12被拉至地，其两端的电压被迅速复位为零，即频率比较器114同相输入端的电压被复位为零。随后，时钟信号CLK变为低电平，复位开关13被断开，充电电流源11重新开始给充电电容器12充电，直至充电电容器12两端电压再次达到频率比较器114反相输入端的频率参考信号Vfr的电压值而触发时钟信号CLK变为高电平。锯齿波产生器115和频率比较器114如前所述周而复始地工作，从而产生周期性变化的锯齿波信号Vsw和时钟信号CLK。时钟信号CLK、锯齿波信号Vsw、频率参考信号Vfr和输出电压Vo的时序波形示意图参见图3。

优选地，所述整流单元103包括由四个二极管组成的整流桥电路。

优选地，所述反馈组件包括光电耦合器。

优选地，所述箝位器113包括第二齐纳二极管，且具有箝位电压Vz

优选地，所述反激式开关电路100还包括：补偿电容器117，耦接在误差放大器112的输出端子和反相输入端之间。

在反激式开关电路100正常运行时，当时钟信号CLK输出高电平信号，则控制及驱动电路116输出的开关驱动信号控制原边功率开关105导通，输入电压Vin经由整流单元103、变压器的原边绕组104-1和原边功率开关105至原边参考地。原边绕组104-1开始存储能量。

在反激式开关电路100的负载相对较重时，输出电压Vo相对较小，反馈电压Vfb也相对较小。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较小，则误差放大信号Vc比较小。即在重载状态下，频率比较器114反相输入端的信号其电压值较小。锯齿波信号Vsw可以较早的达到其峰值，而使时钟信号CLK较早地转换为高电平，缩小了时钟信号CLK的周期，也即此时的开关频率较高。并且随着负载的变化，误差放大信号Vc缓慢地变化，使得开关频率也缓慢的变化，如图3所示，在重载状态下时钟信号CLK的周期为T2。

在反激式开关电路100的负载相对较轻时，输出电压Vo相对较大，反馈电压Vfb也相对较大。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较大，则误差放大信号Vc比较大。即在轻载状态下，频率比较器114反相输入端的信号其电压值较大。锯齿波信号Vsw较晚地达到其峰值，而使时钟信号CLK较晚地转换为高电平，延长了时钟信号CLK的周期，也即此时的开关频率较低。此时反馈电压Vfb和参考电压Vref的差值较小，则误差放大信号Vc比较小。当误差放大信号Vc增大到箝位器113的箝位电压Vz时，误差放大信号Vc被箝位在箝位电压Vz处。此时开关频率达到最小值，从而避免开关频率进入人耳可听到的频率，造成噪声。

如图3所示，在轻载状态下时钟信号CLK的周期为T1；在负载从重载变为轻载时，时钟信号CLK的周期为Ti。由图3可见T2＜Ti＜T1，且在负载跳变的过程中，开关周期逐渐增大。即反激式开关电路100在重载状态下的开关频率大于其在轻载状态下的频开关频率，且在负载跳变的过程中其开关频率逐渐减小。

由上可见，反激式开关电路100在轻载状态下，开关频率被减小，因此降低了其轻载状态下的损耗。进一步地，由于箝位器的应用，反激式开关电路100开关频率的最小值得到限制，避免了噪声。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种反激式开关电路，其特征在于，包括：

输入端口，接收输入电压；

输出端口，提供输出电压；

整流单元，耦接至输入端口接收输入电压，产生整流电压；

变压器，包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组和副边绕组各具有第一端子和第二端子，原边绕组的第一端子耦接至整流单元接收整流电压，副边绕组的第二端子接副边参考地；

原边功率开关，耦接在原边绕组的第二端子和原边参考地之间；

副边二极管，耦接在副边绕组的第一端子和输出端口之间；

输出电容器，耦接在输出端口和副边参考地之间；

反馈组件，包括副边部分和原边部分；

副边连接电阻、第一齐纳二极管和原边连接电阻，其中反馈组件的副边部分、副边连接电阻以及第一齐纳二极管串联耦接在输出端口和副边参考地之间，以在反馈组件的原边部分产生反馈电压；

误差放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端接收参考电压，其同相输入端经由反馈组件的原边部分和原边连接电阻耦接至原边参考地，以接收反馈电压，其输出端子产生误差放大信号；

箝位器，耦接在误差放大器的输出端子和参考地之间；

频率比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端子，其反相输入端耦接至误差放大器的输出端子接收误差放大信号，其输出端子提供时钟信号；

锯齿波产生器，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号提供锯齿波信号至频率比较器的同相输入端；

控制及驱动电路，耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号，并基于时钟信号，产生开关驱动信号，以控制原边功率开关的通断。

2.如权利要求1所述的反激式开关电路，其特征在于，其中所述箝位器包括第二齐纳二极管。

3.如权利要求1所述的反激式开关电路，其特征在于，还包括：

补偿电容器，耦接在误差放大器的输出端子和反相输入端之间。

4.如权利要求1所述的反激式开关电路，其特征在于，所述反馈组件包括光电耦合器。

5.如权利要求1所述的反激式开关电路，其特征在于，所述锯齿波产生器包括：

充电电流源、充电电容器和复位开关，三者并联耦接在频率比较器的同相输入端和参考地之间，其中

所述复位开关进一步包括控制端子，所述控制端子耦接至频率比较器的输出端子接收时钟信号。

6.如权利要求1所述的反激式开关电路，其特征在于，所述整流单元包括由四个二极管组成的整流桥电路。