本发明专利技术公布了一种隔离式高轻载效率的低输出电压大电流开关电源，包括有源钳位初级开关电路（１）、隔离变压器（２）、同步整流电路（３）、输出滤波电路（５）、输出采样电路（６）、误差放大隔离电路（７）和脉宽调制控制电路（１０），还包括辅助续流管（４）、负载检测电路（８）和隔离驱动电路（９）。本发明专利技术大大降低了开关变换器的轻载功耗，而且其结构简单，成本低，可靠性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种开关电源，尤其涉及一种隔离式高轻载效率的低输出电压大电流开关电源。
技术介绍
目前，无论是CPU、 DSP等处理器，还是其他数字集成电路，其供电电压已经越来越 低，内核电压大约为1V左右，并且随着半导体工艺的进步，该电压仍有下降的趋势。由于电 压的降低，在同功率情况下，必然带来电流的增加。比如一个50W功率1V供电的CPU，其电 流将达到50A。所以低压大电流的开关电源目前正是一个飞速发展的研究热点。 CPU等处理器的电源，由于输入电压较低，一般为12V左右，普遍采用非隔离的多 相BUCK结构。而针对通信电源等领域，一般输入电压为48V，考虑到效率等因素，一般需采 用隔离式的电源结构，如有源钳位、半桥、双管正激等等。以上各种电源结构，如果是低压大 电流输出情况，则一般在输出级都会采用同步整流电路以提高电源在大负荷时的效率。虽 然同步整流电路能够大大提高电源重载时的效率，但是其轻载效率却很低，这也是这种结 构的一个普遍缺点。之所以轻载效率低，是因为由于同步整流开关管的存在，电源始终工作 在连续模式，使得轻载时输出电感会产生反方向的电流，该电流流过开关管、电感、隔离变 压器等都会带来多余的损耗，因而降低效率，重载时将不会产生这种反向电流。然而，大多 数数字芯片经常会处于待机等轻载状态，所以提高该类电源的轻载效率是非常有必要的。 目前，针对CPU供电的非隔离式电源，考虑轻载效率优化的设计比较多，而针对隔 离式低压大电流电源，则少有提高其轻载效率的有效方法。从已有技术来看，大部分都是基 于集成电路，采用专用集成电路的复杂控制，以达到轻载时开关电源模式的切换，提高轻载 效率，但是一般这样的集成电路成本都比较高，外围电路复杂，只适合于高端电源的应用。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种隔离式高轻载效率的低输出电 压大电流开关电源。 本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案 本专利技术一种隔离式高轻载效率的低输出电压大电流开关电源，包括有源钳位初级 开关电路、隔离变压器、同步整流电路、输出滤波电路、输出采样电路、误差放大隔离电路和 脉宽调制控制电路，其中有源钳位初级开关电路依次串接隔离变压器和同步整流电路，有 源钳位初级开关电路依次串接脉宽调制控制电路、误差放大隔离电路、输出采样电路和输 出滤波电路，有源钳位初级开关电路和脉宽调制控制电路公共接输入端地，输出滤波电路 和输出采样电路接输入端地，还包括辅助续流管、负载检测电路和隔离驱动电路，其中辅助 续流管分别与同步整流电路和输出滤波电路连接，负载检测电路分别与有源钳位初级开关 电路、隔离驱动电路和脉宽调制控制电路连接，隔离驱动电路分别与有源钳位初级开关电 路、同步整流电路和脉宽调制控制电路连接。 本专利技术具有如下优点 1)在不影响重载效率的情况下，大大提高隔离式有源钳位同步整流电路的轻载效率。2)电路简单，无需专用集成电路的复杂控制，成本低，可靠性好。 3)电流检测电路不需要电阻采样，大大降低了功耗，而且其结构简单，只由一个运放、电阻、电容组成，成本很低。 4)采用肖特基二极管作为续流管可减小二极管损耗，并有效防止反向电流带来的 电压尖峰而保护同步整流MOS管的安全。 5)互感隔离驱动电路结构简单可靠，方便实现S3栅极的隔离浮置驱动以及S4的 栅极隔离驱动信号控制，成本低。附图说明图1:本专利技术整体结构原理图。图2:本专利技术电路原理图。图3:本专利技术实施例电路原理图。图4:电流检测波形图。图5:CCM电流，M0S管的开关信号波形图。图6:DCM电流，M0S管的开关信号波形图。图7:轻载时的效率比较图。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明 如图1所示，一种隔离式高轻载效率的低输出电压大电流开关电源，包括有源钳 位初级开关电路1、隔离变压器2、同步整流电路3、输出滤波电路5、输出采样电路6、误差 放大隔离电路7和脉宽调制控制电路IO，其中有源钳位初级开关电路1依次串接隔离变压 器2和同步整流电路3，有源钳位初级开关电路1依次串接脉宽调制控制电路10、误差放大 隔离电路7、输出采样电路6和输出滤波电路5，有源钳位初级开关电路1和脉宽调制控制 电路10公共接输入端地，输出滤波电路5和输出采样电路6接输入端地，还包括辅助续流 管4、负载检测电路8和隔离驱动电路9，其中辅助续流管4分别与同步整流电路3和输出 滤波电路5连接，负载检测电路8分别与有源钳位初级开关电路1、隔离驱动电路9和脉宽 调制控制电路10连接，隔离驱动电路9分别与有源钳位初级开关电路1、同步整流电路3和 脉宽调制控制电路10连接。 如图2所示，所述辅助续流管4由肖特基二极管Ds构成。 所述负载检测电路8由第一电阻Rl、蓄能电容CD和运算放大器组成，其中运算放 大器的负输入端接基准电压，运算放大器的正输入端分别接第一电阻Rl和蓄能电容& 一 端，蓄能电容C。的另一端接输入端地，第一电阻R1的另一端分别与有源钳位初级开关电路 1 、隔离驱动电路9和脉宽调制控制电路10连接，运算放大器的输出端接隔离驱动电路9的 输入端。 所述隔离驱动电路9由开关Sw和第一、第二变压器^、 L构成，第一、第二变压器1\、T2的原边绕组分别与同步整流电路3连接，第一变压器1\的负边绕组的异名端接输入端 地，第一变压器1\的负边绕组的同名端分别接有源钳位初级开关电路1、负载检测电路8和 脉宽调制控制电路IO，第二变压器T2负边绕组的同名端分别接有源钳位初级开关电路1， 第二变压器T2负边绕组的异名端串接开关Sw后接输入端地。 模块1、2、3、、5、6、7、10构成了基本的有源钳位同步整流电源结构。其具体工作原 理如下 1)在1中，S1为主开关管，S2为辅助钳位管，两者交替开关，S1导通时，变压器TR 初级绕组正向偏压，初级输入电压Vin的能量传递给次级，S2导通时，通过钳位电容Cc上 的存储电压，给变压器绕组加反向偏压，帮助变压器退磁。由于S2是PMOS管，需要负压驱 动，所以要通过CB和DB组成的电路将outb输出的P丽波滤除直流后钳位为负压。 2)2为隔离变压器，起到隔离变压及初次级传递能量作用。 3)3为同步整流电路，S3称为整流管，与S1同步开关，SI导通时，S3也开通，传递 能量至输出滤波电路5， S4为续流管，与S2同步开关，S2导通时，Sl、 S3肯定是关断的，初 级电压的能量无法传递过来，靠5中的Lo，Co所储存能量为负载供电，此时S4导通，为该回 路提供续流通路，由于S4是M0S管，其导通电阻比续流二极管小很多，所以同步整流电路在 大电流的重载情况下，功耗很低。 4)5为输出滤波电路，由电感Lo及电容Co组成，两者都有储能作用，当SI关断时 刻，负载电流及电压由这两者来保证。 5)6为输出电压采样电路，由R2和R3分压而来，采样信号通过7进行误差的隔离 放大，提供给脉宽调制控制电路10，由10产生对应的脉宽调制信号outa和outb，用来控制 开关管的导通及截止，形成闭环控制，保证输出电压的稳定。 6)加入4辅助续流管的作用是，当电源进入轻载情况下，通过8、9的控制，关断续 流管S4，利用肖特基二极管Ds进行续流，这样由于Ds的反向阻断作用，使得电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种隔离式高轻载效率的低输出电压大电流开关电源，包括有源钳位初级开关电路（１）、隔离变压器（２）、同步整流电路（３）、输出滤波电路（５）、输出采样电路（６）、误差放大隔离电路（７）和脉宽调制控制电路（１０），其中有源钳位初级开关电路（１）依次串接隔离变压器（２）和同步整流电路（３），有源钳位初级开关电路（１）依次串接脉宽调制控制电路（１０）、误差放大隔离电路（７）、输出采样电路（６）和输出滤波电路（５），有源钳位初级开关电路（１）和脉宽调制控制电路（１０）公共接输入端地，输出滤波电路（５）和输出采样电路（６）接输出端地，其特征在于：还包括辅助续流管（４）、负载检测电路（８）和隔离驱动电路（９），其中辅助续流管（４）分别与同步整流电路（３）和输出滤波电路（５）连接，负载检测电路（８）分别与有源钳位初级开关电路（１）、隔离驱动电路（９）和脉宽调制控制电路（１０）连接，隔离驱动电路（９）分别与有源钳位初级开关电路（１）、同步整流电路（３）和脉宽调制控制电路（１０）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐申，孙大鹰，孙伟锋，阚明建，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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