一种辅助电源电路

摘要

本发明涉及一种辅助电源电路，包括：功率变换模块，用于接收输入电压并对所述输入电压进行变换，以及副边输出模块，用于输出变换后的电压；其中所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换。实施本发明的辅助电源电路，所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换，因此所述辅助电源电路可以在反激模式时工作在硬开关状态从而保证宽输入范围，也可在LLC模式下工作在软开关状态，从而保证高转换效率和功率密度。

权利要求

1.一种辅助电源电路，包括：

功率变换模块，用于接收输入电压并对所述输入电压进行变换，以及

副边输出模块，用于输出变换后的电压；

其特征在于，所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换；

所述功率变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管，变压器、谐振电感、谐振电容，所述第一开关管的栅极连接LLC驱动信号和反激驱动信号，所述第二开关管的栅极连接所述LLC驱动信号，所述第三开关管的栅极连接所述反激驱动信号，所述第一开关管的漏极连接所述输入电压的正极，所述第一开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，所述第一开关管的源极还经所述谐振电感连接所述变压器的原边绕组的第一端，所述第二开关管的源极连接所述输入电压的负极，所述第三开关管的漏极连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述第三开关管的源极连接所述输入电压的负极，所述谐振电容的第一端连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述输入电压的负极，所述变压器的副边绕组连接所述副边输出模块；

所述变压器包括第一副边绕组，所述副边输出模块包括第一副边输出单元，所述第一副边输出单元包括第一输出电容、第二输出电容、第一输出电感、第一输出电阻和第一输出二极管，所述变压器的第一副边绕组的第一端接地、第二端连接所述第一输出二极管的阳极，所述第一输出二极管的阴极经所述第一输出电容接地，所述第一输出二极管的阴极还经所述第一输出电感连接所述副边输出模块的第一电压输出端和所述第二输出电容的第一端，所述第二输出电容的第二端接地，所述第一输出电阻的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第一电压输出端；

其中在反激模式中，所述第二开关管一直是关闭状态；所述第三开关管是交替开通/关断状态，所述第一开关管是交替开通/关断或者是一直保持开通状态；在LLC模态中，所述第三开关管一直处于关断状态，所述第一开关管和所述第二开关管是交替开通/关断状态。

2.根据权利要求1所述的辅助电源电路，其特征在于，所述功率变换模块进一步包括第四开关管，所述第四开关管的栅极连接所述反激驱动信号、源极连接所述输入电压的负极、漏极连接所述谐振电容的第二端。

3.根据权利要求1所述的辅助电源电路，其特征在于，所述功率变换模块进一步包括吸收限流电阻，所述吸收限流电阻的第一端连接所述第三开关管的漏极、第二端连接所述变压器的原边绕组的第二端。

4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的辅助电源电路，其特征在于，所述谐振电感为独立的电感或集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感为所述变压器的漏感。

5.根据权利要求4所述的辅助电源电路，其特征在于，所述辅助电源电路进一步包括连接所述功率变换模块的原边吸收模块。

6.根据权利要求5所述的辅助电源电路，其特征在于，所述原边吸收模块包括吸收电阻、吸收二极管和吸收电容，所述吸收二极管的阴极经所述吸收电阻连接所述输入电压的正极、阳极连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述吸收电容的第一端连接所述输入电压的正极、第二端连接所述吸收二极管的阴极。

7.根据权利要求1所述的辅助电源电路，其特征在于，所述变压器还包括第二副边绕组，所述副边输出模块还包括第二副边输出单元，所述第二副边输出单元包括第三输出电容、第四输出电容、第二输出电感、第二输出电阻和第二输出二极管，所述变压器的第二副边绕组的第一端接地、第二端连接所述第二输出二极管的阳极，所述第二输出二极管的阴极经所述第三输出电容接地，所述第二输出二极管的阴极还经所述第二输出电感连接所述副边输出模块的第二电压输出端和所述第四输出电容的第一端，所述第四输出电容的第二端接地，所述第二输出电阻的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第二电压输出端。

说明书

一种辅助电源电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种辅助电源电路。

背景技术

[0002] 辅助电源是电子电路十分基础也非常重要的部分。辅助电源电路，普遍采用反激变换电路。反激变换电路具有如下明显的优点：电路简单，输入范围宽。但是同时，反激电路也有如下明显的缺点：变换效率很低，一般只有70％左右。因此，亟待一种高变换效率的辅助电源电路。

[0003] 针对上述问题，现有技术采用的解决方案是，在电路中采用高性能的开关器件和高性能的磁性器件，同时降低开关频率，以降低变换过程的损耗。该方案的优点是，辅助电源的变换效率有一定程度的提高，可以做到75％-80％左右。但该方法也有两个明显的缺点，一是，采用了高性能的器件，大幅度增加了电路成本；二是，因为降低开关频率，而大幅增加了电路的体积，因而功率密度低。

[0004] 现阶段，随着电子产品功率密度越来越高，节能环保的要求越来越高，对辅助电源的转换效率和功率密度的要求越来越高。因此亟待一种既能从根本上提高转换效率、功率密度，又能保证宽输入范围的辅助电源电路。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的辅助电源电路，要么转换效率低、要么成本高且功率密度低的缺陷，提供一种既能从根本上提高转换效率、功率密度，又能保证宽输入范围的辅助电源电路。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种辅助电源电路，包括：

[0007] 功率变换模块，用于接收输入电压并对所述输入电压进行变换，以及[0008] 副边输出模块，用于输出变换后的电压；

[0009] 其中所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换。

[0010] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述功率变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管，变压器、谐振电感、谐振电容，所述第一开关管的栅极连接LLC驱动信号和反激驱动信号，所述第二开关管的栅极连接所述LLC驱动信号，所述第三开关管的栅极连接所述反激驱动信号，所述第一开关管的漏极连接所述输入电压的正极，所述第一开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，所述第一开关管的源极还经所述谐振电感连接所述变压器的原边绕组的第一端，所述第二开关管的源极连接所述输入电压的负极，所述第三开关管的漏极连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述第三开关管的源极连接所述输入电压的负极，所述谐振电容的第一端连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述输入电压的负极，所述变压器的副边绕组连接所述副边输出模块。

[0011] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述功率变换模块进一步包括第四开关管，所述第四开关管的栅极连接所述反激驱动信号、源极连接所述输入电压的负极、漏极连接所述谐振电容的第二端。

[0012] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述功率变换模块进一步包括吸收限流电阻，所述吸收限流电阻的第一端连接所述第三三极管的漏极、第二端连接所述变压器的原边绕组的第二端。

[0013] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述谐振电感为独立的电感或集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感为所述变压器的漏感。

[0014] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述辅助电源电路进一步包括连接所述功率变换模块的原边吸收模块。

[0015] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述原边吸收模块包括吸收电阻、吸收二极管和吸收电容，所述吸收二极管的阴极经所述吸收电阻连接所述输入电压的正极、阳极连接所述变压器的原边绕组的第二端，所述吸收电容的第一端连接所述输入电压的正极、第二端连接所述吸收二极管的阴极。

[0016] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述变压器包括至少一个副边绕组，所述副边输出模块包括连接在所述变压器的所述至少一个副边绕组的至少一个副边输出单元。

[0017] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述变压器包括第一副边绕组，所述副边输出模块包括第一副边输出单元，所述第一副边输出单元包括第一输出电容、第二输出电容、第一输出电感、第一输出电阻和第一输出二极管，所述变压器的第一副边绕组的第一端接地、第二端连接所述第一输出二极管的阳极，所述第一输出二极管的阴极经所述第一输出电容接地，所述第一输出二极管的阴极还经所述第一输出电感连接所述副边输出模块的第一电压输出端和所述第二输出电容的第一端，所述第二输出电容的第二端接地，所述第一输出电阻的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第一电压输出端。

[0018] 在本发明所述的辅助电源电路中，所述变压器还包括第二副边绕组，所述副边输出模块还包括第二副边输出单元，所述第二副边输出单元包括第三输出电容、第四输出电容、第二输出电感、第二输出电阻和第二输出二极管，所述变压器的第二副边绕组的第一端接地、第二端连接所述第二输出二极管的阳极，所述第二输出二极管的阴极经所述第三输出电容接地，所述第二输出二极管的阴极还经所述第二输出电感连接所述副边输出模块的第二电压输出端和所述第四输出电容的第一端，所述第四输出电容的第二端接地，所述第二输出电阻的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第二电压输出端。

[0019] 实施本发明的辅助电源电路，所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换，因此所述辅助电源电路可以在反激模式时工作在硬开关状态从而保证宽输入范围，也可在LLC模式下工作在软开关状态，从而保证高转换效率和功率密度。

附图说明

[0020] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0021] 图1是本发明的辅助电源电路的第一实施例的逻辑框图；

[0022] 图2是本发明的辅助电源电路的第二实施例的电路原理图；

[0023] 图3是图2所示实施例的反激模式的第一工作状态的工作原理图；

[0024] 图4是图2所示实施例的反激模式的第二工作状态的工作原理图；

[0025] 图5是图2所示实施例的LLC模式的第一工作状态的工作原理图；

[0026] 图6是图2所示实施例的LLC模式的第二工作状态的工作原理图；

[0027] 图7是本发明的辅助电源电路的第三实施例的电路原理图；

[0028] 图8是图2所示实施例的仿真波形图；

[0029] 图9是本发明的辅助电源电路的第四实施例的电路原理图；

[0030] 图10是本发明的辅助电源电路的第五实施例的电路原理图；

[0031] 图11是本发明的辅助电源电路的第六实施例的电路原理图；

[0032] 图12是本发明的辅助电源电路的第七实施例的电路原理图；

[0033] 图13是本发明的辅助电源电路的第八实施例的电路原理图。

具体实施方式

[0034] 如图1所示，在本发明的辅助电源电路包括功率变换模块100和副边输出模块200。该功率变换模块100与输入电压连接，并对所述输入电压进行变换。所述副边输出模块200从所述功率变换模块100接收变换后的电压并将其输出。在本发明中，所述功率变换模块
100基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换。在所述输入电压低于或者等于设定值(例如0-300V)的时候，所述功率变换模块100切换到反激模式，这时整个辅助电源电路可以在反激模式时工作在硬开关状态从而保证宽输入范围。当所述输入电压高于设定值(例如300-400V)时，所述功率变换模块100切换到LLC模式，这时整个辅助电源电路可以在LLC模式下工作在软开关状态，从而保证高转换效率和功率密度。

[0035] 在本发明中，所述功率变换模块100和所述副边输出模块200可以根据本领域中任何已知的模块、电路或者芯片构建。下面列出了多种功率变换模块100和所述副边输出模块200的实施例，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。

[0036] 图2是本发明的辅助电源电路的第二实施例的电路原理图。如图2所示，辅助电源电路包括功率变换模块100、副边输出模块200和原边吸收模块。该功率变换模块100与输入电压连接，并对所述输入电压进行变换。所述副边输出模块200从所述功率变换模块100接收变换后的电压并将其输出。所述原边吸收模块与所述功率变换模块100连接以吸收漏感冲击电压。

[0037] 如图2所示，所述功率变换模块100包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3，变压器T1、吸收限流电阻Rs、谐振电感Lr、谐振电容Cr。所述开关管Q1的栅极连接LLC驱动信号和反激驱动信号ga。所述开关管Q2的栅极连接所述LLC驱动信号gb，所述开关管Q3的栅极连接所述反激驱动信号gc。所述开关管Q1的漏极连接所述输入电压的正极Vin。所述开关管Q1的源极连接所述开关管Q2的漏极。所述开关管Q1的源极还经所述谐振电感Lr连接所述变压器T1的原边绕组的第一端pp。所述开关管Q2的源极连接所述输入电压的负极。所述输入电压的负极接地。所述开关管Q3的漏极经吸收限流电阻Rs连接所述变压器T1的原边绕组的第二端pm。所述开关管Q3的源极连接所述输入电压的负极。所述谐振电容Cr的第一端连接所述变压器T1的原边绕组的第二端pm，所述谐振电容Cr的第二端连接所述输入电压的负极。

[0038] 所述原边吸收模块包括吸收电阻R2、吸收二极管D2和吸收电容C3。所述吸收二极管D2的阴极经所述吸收电阻R2连接所述输入电压的正极、阳极连接所述变压器的原边绕组的第二端pm，所述吸收电容C3的第一端连接所述输入电压的正极、第二端连接所述吸收二极管D2的阴极。

[0039] 在本实施例中，所述变压器T包括一个副边绕组，所述副边输出模块包括连接在所述变压器T的所述副边绕组的副边输出单元。所述第一副边输出单元包括输出电容C1、输出电容C2、输出电感L1、输出电阻R1和输出二极管D1。所述变压器T1的副边绕组的第一端sp接地、第二端sm连接所述输出二极管D1的阳极。所述输出二极管D1的阴极经所述输出电容C1接地。所述输出二极管D1的阴极还经所述输出电感L1连接所述副边输出模块的电压输出端Vo和所述输出电容C2的第一端。所述输出电容C2的第二端接地，所述输出电阻R1的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的电压输出端Vo。

[0040] 在本发明中，所述谐振电感Lr可以是独立的电感，如上述图2所示。所述谐振电感Lr也可以是集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感还可以为所述变压器的漏感，如图7所示。

[0041] 在本发明中，由于吸收限流电阻Rs和谐振电容Cr具有很强的吸收作用。因此在本发明的简化实施例中，也可以省略上述原边吸收模块，即吸收电阻R2、吸收二极管D2和吸收电容C3。在本发明其他实施例中，由于吸收限流电阻Rs在反激模式下有一定损耗，因此可以省略或者采用其他损害较小的元件替代。

[0042] 图3-6是图2所示实施例的反激模式和LLC模式的工作原理图。图8是图2所示实施例的仿真波形图。下面结合图3-6和8，对本发明的辅助电源电路说明如下。

[0043] 反激模式下本发明的辅助电源电路有2个工作模态。在反激模式中，开关管Q2一直是关闭状态；开关管Q3是斩波状态(交替开通/关断)。开关管Q1是斩波状态(交替开通/关断)，或者是一直保持开通状态。

[0044] 图3是图2所示实施例的反激模式的第一工作状态的工作原理图。如图3所示，开关管Q1、开关管Q3开通，变压器T1通过开关管Q1→谐振电感Lr→变压器T1原边绕组→吸收限流电阻Rs→开关管Q3回路进行储能。图4是图2所示实施例的反激模式的第二工作状态的工作原理图。如图4所示，开关管Q1保持开通、开关管Q3关断，变压器T1原边绕组通过开关管Q1→谐振电感Lr→变压器T1原边绕组→吸收二极管D2→吸收电容C3/吸收电阻R2回路进行续流，变压器T1副边绕组通过输出二极管D1→输出电感L1→输出电容C1/输出电容C2对负载电阻R1供电。

[0045] LLC模式下本发明的辅助电源电路有2个工作模态。在LLC模态中，开关管Q3一直处于关断状态，开关管Q1、开关管Q2处于斩波状态。由于谐振电感Lr、谐振电容Cr的谐振，可以实现开关管Q1、开关管Q2的软开关，同时，输出二极管D1电流也是自然过零后关断，反向恢复损耗小。开关管Q1、开关管Q2的软开关，加上输出二极管D1的零反向恢复，使得整个辅助电源电路的损耗大幅降低，从而实现很高的变换效率(96％左右)。

[0046] 图5是图2所示实施例的LLC模式的第一工作状态的工作原理图。如图2所示，开关管Q1开通、开关管Q2关断，变压器T1原边绕组通过开关管Q1→谐振电感Lr→变压器T1原边绕组→谐振电容Cr进行谐振，谐振过程中，变压器T1原边绕组进行储能。图6是图2所示实施例的LLC模式的第二工作状态的工作原理图。如图6所示，开关管Q1关断、开关管Q2开通，谐振通路为：谐振电容Cr→谐振电感Lr→变压器T1原边绕组→谐振电感Lr→开关管Q2进行谐振。谐振过程中，变压器T1原边绕组电流反向过零，变压器T1副边绕组通过输出二极管D1→输出电感L1→输出电容C1/输出电容C2向负载电阻R1供电。

[0047] 图8是图2所示实施例的仿真波形图。如图8所示，En_llc波形是控制模块发出的使能信号。基于该使能信号，可以控制ga、gb和gc。其中，ga在LLC模式是LLC驱动信号gb，在反激模式是反激驱动信号gc。对于En_llc波形，高电平时是LLC模式使能，低电平是反激模式使能。Vin波形是电路的输入电压波形，输入电压从100V左右-400V左右，在很宽的范围内变化。V5、V15分别是5V输出电压波形、15V输出电压波形。

[0048] 通过这组波形可以看出：在输入电压变化4倍的情况下，辅助电源电路在反激模式和LLC模式自适应的进行工作，保证输出电压处于非常稳定的水平。在本实施例中，当输入电压低于300V时，辅助电源电路在反激模式工作。当输入电压高于300V时，辅助电源电路在LLC模式工作。在实际的应用电路中，输入电压处于低压区间(0V-300V)的情况很少，属于瞬态，一般是在开机及关机过程中才会出现，这个过程中，辅助电源电路工作于反激模式，获得很宽的输入电压适应范围。在实际的应用电路中，输入电压处于高压区间(300V-400V)的情况很多，属于常态，一般是在产品正常工作的过程中，这个过程中，辅助电源电路工作于LLC模式，获得最佳的变换效率(一般在96％左右)。这样，辅助电源电路在两种工作模式之间自适应切换，各自发挥其优势，相得益彰。通过合理的切换控制设计，可以保证切换过程非常的平滑，如图8所示，在输入电压刚超过300V时，V15切换过程中的过冲只有0.3V左右(2％)。

[0049] 因此，实施本发明的辅助电源电路，所述功率变换模块基于所述输入电压在反激模式和LLC模式之间切换，因此所述辅助电源电路可以在反激模式时工作在硬开关状态从而保证宽输入范围，也可在LLC模式下工作在软开关状态，从而保证高转换效率和功率密度。

[0050] 图9是本发明的辅助电源电路的第四实施例的电路原理图。图9所示实施例与图2所示的实施例近似，其区别在于，与三极管Q3串联的吸收限流电阻Rs被与谐振电容Cr串联的开关管Q4取代。如图9所示，所述开关管Q4的栅极连接所述反激驱动信号gd、源极连接所述输入电压的负极、漏极连接所述谐振电容Cr的第二端。图9所示的实施例的工作原理与图2所示的实施例类似，在此就不再累述了。

[0051] 在本发明中，如图9所示，所述谐振电感Lr可以是独立的电感。在本发明的其他实施例中，所述谐振电感Lr也可以是集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感还可以为所述变压器的漏感，如图10所示。

[0052] 图11是本发明的辅助电源电路的第六实施例的电路原理图。图11所示实施例与图2所示的实施例近似，其区别在于，在本实施例中，所述变压器T1包括第一副边绕组和第二副边绕组。所述副边输出模块包括第一副边输出单元和第二副边输出单元。如图11所示，所述第一副边输出单元包括输出电容C100、输出电容C101、输出电感L1、输出电阻R1和输出二极管D1。所述第二副边输出单元包括输出电容C200、输出电容C201、输出电感L2、输出电阻R2和输出二极管D2。所述变压器T1的第一副边绕组的第一端p2接地、第二端m2连接所述输出二极管D1的阳极。所述输出二极管D1的阴极经所述输出电容C100接地.所述输出二极管D1的阴极还经所述输出电感L1连接所述副边输出模块的第一电压输出端和所述输出电容C101的第一端。所述输出电容C101的第二端接地，所述输出电阻R1的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第一电压输出端。所述变压器T1的第二副边绕组的第一端p3接地、第二端p4连接所述输出二极管D2的阳极，所述输出二极管D2的阴极经所述输出电容C200接地，所述输出二极管D2的阴极还经所述输出电感L2连接所述副边输出模块的第二电压输出端和所述输出电容C201的第一端，所述输出电容C201的第二端接地，所述输出电阻R2的一端接地，另一端连接所述副边输出模块的第二电压输出端。

[0053] 在本实施例中，所述第一电压输出端是5V电压输出端，而第二电压输出端是15V电压输出端。在本发明的其他实施例中，所述第一电压输出端和所述第二电压输出端可以输出各个相同或者不同的电压。在本发明的进一步的实施例中，所述变压器T1可以包括多个副边绕组，而对应的，所述副边输出模块可以包括多个副边输出单元。所述多个副边输出单元可以相同也可以不同。在本领域中已知的任何副边输出单元都可以用于本发明。

[0054] 图11所示的实施例的工作原理与图2所示的实施例类似，在此就不再累述了。在本发明中，所述谐振电感Lr可以是独立的电感。在本发明的其他实施例中，所述谐振电感Lr也可以是集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感还可以为所述变压器的漏感。

[0055] 图12是本发明的辅助电源电路的第七实施例的电路原理图。图12所示实施例与图11所示的实施例近似，其区别在于，与三极管Q3串联的吸收限流电阻Rs被与谐振电容Cr串联的开关管Q4取代。如图12所示，所述开关管Q4的栅极连接所述反激驱动信号gd、源极连接所述输入电压的负极、漏极连接所述谐振电容Cr的第二端。图12所示的实施例的工作原理与图11所示的实施例类似，在此就不再累述了。

[0056] 在本发明中，如图12所示，所述谐振电感Lr可以是独立的电感。在本发明的其他实施例中，所述谐振电感Lr也可以是集成在所述变压器的原边绕组的集成电感，或所述谐振电感还可以为所述变压器的漏感，如图13所示。

[0057] 虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。