一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及电源设计技术领域，具体涉及一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路及开关电源。

背景技术

开关电源的多路输出一般只对主输出回路采用闭环反馈稳压，对于辅助输出回路则是开环不反馈。其中，辅助输出电压是通过在变压器的输出侧增加辅助输出绕组来实现的。并且，该辅助输出绕组与主输出绕组的匝数分别与主输出电压和辅助输出电压成正比。

在理想的情况下，辅助输出电压与主输出电压满足变压器的匝数比关系，只要主输出电压保持稳定，则辅助输出电压也会保持稳定。但由于开关电源的变压器不是理想型器件，也存在漏感、寄生电容等参数；因此，辅助输出回路的输出电压会随着输出负载的变化而变化，特别是当主输出回路和辅助输出回路中的一路带满载而另一路(多路)带轻载或不带载时，带轻载或不带载的那路的输出电压则会上升并远远超过器件的耐压值，进而损坏器件。为了防止这种情况的发生，现有的开关电源往往还会在变压器的辅助输出回路增设一稳压二极管来稳定辅助输出电压；但由于稳压二极管与输出负载并联时，稳压二极管两端会产生功率损耗；因此该稳压二极管的设置会影响开关电源的效率，进而导致开关电源的效率降低。

综上，现有技术中的开关电源仍有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路及开关电源，以在改善开关电源输出调整率的同时确保开关电源的效率。

为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路，开关电源包括主输出回路、辅助输出回路、电压检测模块和均衡模块；电压检测模块用于串接在辅助输出回路中，并在辅助输出回路的输出电压大于设定阈值时输出导通电压信号；均衡模块用于跨接在主输出回路和辅助输出回路的电压输出端之间并接收导通电压信号；其中，均衡模块接收到导通电压信号时连通主输出回路和辅助输出回路的电压输出端。

进一步地，电压检测模块包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；第一电阻串接于辅助输出回路的电压输出端和第一三极管的基极之间；第二电阻串接于第一三极管的基极和地之间；第一三极管的集电极接地，且其发射极用于输出导通电压信号。

进一步地，均衡模块由一个分流电路或两个以彼此并联的分流电路组成；分流电路用于跨接在主输出回路和辅助输出回路的电压输出端之间，且分流电路由三极管和电阻组成。

进一步地，均衡模块由一个第一分流电路组成；第一分流电路包括第三电阻和第二三极管；第二三极管的基极用于接收导通电压信号并经过第三电阻与辅助输出回路的电压输出端连接，其发射极与主输出回路的电压输出端连接，其集电极与辅助输出回路的电压输出端连接。

进一步地，均衡模块由两个彼此并联的第二分流电路和第三分流电路组成；第二分流电路包括第四电阻和第三三极管；第三三极管的基极用于接收导通电压信号并经过第四电阻与辅助输出回路的电压输出端连接，其发射极与主输出回路的电压输出端连接，其集电极与第三分流电路的输入端连接；第三分流电路包括第五电阻和第四三极管；第四三极管的基极作为第三分流电路的输入端经过第五电阻与辅助输出回路的电压输出端连接，其集电极与主输出回路的电压输出端连接，其发射极与辅助输出回路的电压输出端连接。

一种开关电源，包括变压器、主输出回路、辅助输出回路、脉冲宽度调制电路、稳压电路、开关电路和上述任一技术方案提及的一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路；变压器包括初级绕组和分别串接于主输出回路和辅助输出回路的主输出绕组和辅助输出绕组；稳压电路串接在主输出回路的电压输出端和脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端之间；脉冲宽度调制电路用于根据其电压信号反馈端接收的电信号控制开关电路的通断；开关电路的输出端与初级绕组的同名端连接；电压检测模块串接在辅助输出回路中，并在辅助输出回路的输出电压大于设定阈值时输出导通电压信号；均衡模块跨接在主输出回路和辅助输出端的电压输出端之间并接收导通电压信号；其中，均衡模块接收到导通电压信号时连通主输出回路和辅助输出回路的电压输出端。

进一步地，还包括第一次整流滤波整流电路和第二次级滤波整流电路；第一次级滤波整流电路包括第一整流模块和第一滤波模块；第一整流模块的输入端与辅助输出绕组的同名端连接，其输出端与串接在辅助输出回路中的第一滤波模块连接；第二次级滤波整流电路包括第二整流模块和第二滤波模块；第二整流模块的输入端与主输出绕组的同名端连接，其输出端与串接在主输出回路中的第二滤波模块连接。

进一步地，还包括初级滤波整流电路和RCD吸收电路；初级滤波整流电路用于接入和滤除市电中的干扰信号并将市电转换为直流信号至初级绕组的非同名端；RCD吸收电路用于吸收开关电路中的开关管在通断过程中产生的尖峰电压，且其串接在初级绕组的非同名端和开关电路中的开关管的漏极之间。

由上述对本实用新型的描述可知，相对于现有技术，本实用新型具有的如下有益效果：

1、通过在电路中设置电压检测模块和均衡模块的方式，改善开关电源输出调整率并确保开关电源的效率。实现该效果的具体工作原理如下：由于电压检测模块串接在辅助输出回路中。因此，电压检测模块能够通过辅助输出回路的输出电压是否大于设定阈值的方式来判断辅助输出回路的输出电压是否上升；并且，由于电压检测模块仅在辅助输出回路的输出电压大于设定阈值时才输出导通电压信号，且均衡模块接收到导通电压信号时才连通主输出回路和辅助输出回路的电压输出端；因此，当辅助输出回路的输出电压在小范围内波动时，均衡模块不会连通两输出回路的电压输出端，降低损耗以提高开关电源的稳定性和效率；当均衡模块连通两路电压输出端时，辅助输出回路的电流经均衡模块能够流入主输出回路以稳定辅助输出回路的输出电压，避免辅助输出回路的输出电压受负载变化而上升。

2、通过将电压检测模块设置成第一电阻、第二电阻和第一三极管的方式，实现均衡模块仅在辅助输出回路的输出电压大于设定阈值时才连通主输出回路和辅助输出回路的电压输出端，以在改善开关电源输出调整率的同时确保开关电源的效率。实现该效果的具体工作原理如下：由于第一三极管的基极分别经过第一电阻和第二电阻与辅助输出回路的电压输出端和地连接；因此，第一电阻和第二电阻能够为第一三极管的基极提供偏置电流，使得第一三极管能够始终保持导通状态并检测辅助输出回路的输出电压是否上升；其中，当辅助输出回路的输出电压上升时，第一三极管的基极和发射极的电压均上升，且在开关特性作用下，第一三极管的发射结正偏，集电结反偏；如此一来，则可避免第一三极管的发射极在辅助输出回路的输出电压仅小范围波动时就输出导通电压信号的情况；该设置有利于提高电源的稳定性和效率。

3、通过将均衡模块设置成有一个分流电路或两个以上彼此并联的分流电路组成，且将各分流电路设置成是由串接在主输出回路和辅助输出回路的电压输出端的三极管和电阻组成的方式，使得用户可根据主输出回路和辅助输出回路的电压输出端的电压差值来选择分流电路的数量；其中，当两路输出电压的差值较大时，则可在两路的电压输出端并联多路分流电路以实现辅助输出回路的输出电压的稳定。

4、通过将均衡模块设置成由一个第一分流电路组成，并将第一分流电路设置成第三电阻和第二三极管的方式，实现均衡模块仅在辅助输出回路的输出电压上升至一定程度时才连通两个输出回路的电压输出端以改善输出调整率。其中，由于第二三极管的发射极与主输出回路的电压输出端连接，其基极与第一三极管的发射极连接，且当两路输出电压稳定时，第一三极管的发射极的电压(第二三极管的基极电压)小于主输出回路的输出电压(第二三极管的发射极电压)；因此，当两路输出回路的输出电压稳定时，第二三极管处于截止状态，不连通两路输出回路的电压输出端以降低损耗、提高效率；当辅助输出回路的输出电压上升时，第一三极管的发射极电压输出导通电压信号，以使第二三极管导通；此时，辅助输出回路的电压输出端的电流经过第二三极管流向主输出回路的电压输出端，以维持辅助输出回路的输出电压。此外，由于三极管具有放大功能，只需在第二三极管的基极注入一个很小的电流，就可通过三极管的放大作用产生一个很大的电流，即：在均衡模块在工作时(即第二三极管导通时)，只需损耗一个很小的电流，就可以有一个大电流从辅助输出回路的电压输出端流向主输出回路的电压输出端；因此，该均衡模块的内部电路结构的设置不仅能够改善开关电源输出调整率还能够进一步确保开关电源的效率。

5、通过将均衡模块设置成由两个彼此并联的第二分流电路和第三分流电阻组成，将第二分流电路设置成第四电阻和第三三极管，并将第三分流电路设置成第五电阻和第四三极管的方式，使得主输出回路和辅助输出回路的输出电压的差值较大时，能够允许辅助输出回路的电压输出端有更大的电流流入主输出回路的电压输出端以进一步提升改善开关电源输出调整率的效果并确保开关电源的效率。

6、通过在主输出回路的电压输出端和脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端之间设置稳压电路的方式，稳定主输出回路的输出电压；该设置可避免辅助输出回路增加负载而主输出回路依然带轻载或不带载时，主输出电压上升并损坏器件的情况；其中，当主输出回路的输出电压上升时，稳压电路会将输出电压反馈至脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端中，脉冲宽度调制电路根据其电压信号反馈端的电压值调整开关电路中开关管的通断时间的方式来稳定主输出回路的输出电压。

7、通过在辅助输出回路和主输出回路与变压器的输出侧之间分别设置第一次级滤波整流电路和第二次级整流滤波电路的方式，对变压器输出侧的信号进行整流并进一步滤除干扰信号，以提升电源的稳定性。

8、通过在变压器的输入侧设置初级滤波整流电路和RCD吸收电路的方式，进一步滤除干扰信号，以提升开关电源的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路的模块连接示意图；

图2为本实用新型所述的一种改善开关的电源输出负载交叉调整率的电路的实施例一的电路原理图；

图3为本实用新型所述的一种改善开关的电源输出负载交叉调整率的电路的实施例二的电路原理图；

图4为本实用新型所述的一种开关电源的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“中向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1至图4所示，本实用新型公开了一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路及开关电源。该开关电源包括变压器T1、主输出回路、辅助输出回路、改善开关电源输出负载交叉调整率的电路、稳压电路、脉冲宽度调制电路、辅助供电电路、开关电路、RCD吸收电路、第一次级滤波整流电路、第二次级滤波整流电路和初级滤波整流电路；在本实用新型的实施例中，主输出回路的输出电压为+5V；辅助输出回路的输出电压为+7V。

变压器T1包括初级绕组、反馈绕组、主输出绕组和辅助输出绕组；主输出绕组的串接于主输出回路；辅助输出绕组串接于辅助输出回路。

如图1所示，改善开关电源输出负载交叉调整率的电路包括电压检测模块1和均衡模块2。

电压检测模块1用于串接在辅助输出回路中，并在辅助输出回路的输出电压大于设定阈值时输出导通电压信号CV；在本实用新型的实施例中，电压检测模块1包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1；第一电阻R1串接于辅助输出回路的电压输出端和第一三极管Q1的基极之间；第二电阻R2串接于第一三极管Q1的基极和地之间；第一三极管Q1的集电极接地，且其发射极用于输出导通电压信号CV。

在本实用新型的实施例中，第一三极管Q1为PNP型三极管，第一电阻R1和第二电阻R2为第一三极管Q1的基极提供偏置电流，以使第一三极管Q1导通始终处于导通状态并检测辅助输出回路的输出电压是否上升。其中，当辅助输出回路的输出电压上升时，第一三极管Q1的基极和发射极的电压均上升，且在开关特性作用下，第一三极管Q1的发射结正偏，集电结反偏；如此一来，则可避免第一三极管Q1的发射极在辅助输出回路的输出电压仅小范围波动时就输出导通电压信号CV的情况；该设置有利于提高电源的稳定性和效率。

均衡模块2用于跨接在主输出回路和辅助输出回路的电压输出端之间并接收导通电压信号CV；其中，均衡模块2接收到导通电压信号CV时连通主输出回路和辅助输出回路的电压输出端。其中，均衡模块2由一个分流电路或两个以上彼此并联的分流电路组成；该分流电路由串接在主输出回路和辅助输出回路的电压输出端之间的三极管和电阻组成；该设置使得用户可根据主输出回路与辅助输出回路的电压输出端之间的电压差值来选择需要并联的分流电路的数量；其中，当两路输出电压的差值较大时，则可在两路的电压输出端并联多路分流电路以实现辅助输出回流的输出电压的稳定。

如图2所示，在本实用新型的实施例一中，均衡模块2由一个第一分流电路组成；第一分流电路包括第三电阻R3和第二三极管Q2；第二三极管Q2的基极用于接收导通电压信号CV并经过第三电阻R3与辅助输出回路的电压输出端连接，其发射极与主输出回路的电压输出端连接，其集电极与辅助输出回路的电压输出端连接。其中，当两路输出回路的输出电压稳定时，第二三极管Q2截止，不连通两路输出回路的电压输出端以降低损耗、提高效率；当辅助输出回路的输出电压上升时，第一三极管Q1的发射极输出导通电压信号CV(导通电压信号CV的电压值大于主输出回路的输出电压值)以使第二三极管Q2导通；此时，辅助输出回路的电压输出端的电流经过第二三极管Q2流向主输出回路的电压输出端，以维持辅助输出回路的输出电压。此外，由于三极管具有放大功能，只需在第二三极管Q2的基极注入一个很小的电流，就可以通过三极管的放大作用产生一个很大的电流，即：在均衡模块2工作时(即第二三极管Q2导通时)，只需损耗一个很小的电流就可以有一个大电流从辅助输出回路的电压输出端流向主输出回路的电压输出端；因此，该均衡模块2的设置不仅能够改善开关电源输出调整率还能够进一步确保开关电源的效率。

如图3所示，在本实用新型的实施例二中，均衡模块2由两个彼此并联的第二分流电路和第三分流电路组成；第二分流电路包括第四电阻R4和第三三极管Q3；第三三极管Q3的基极用于接收导通电压信号CV并经过第四电阻R4与辅助输出回路的电压输出端连接，其发射极与主输出回路的电压输出端连接，其集电极与第三分流电路的输入端连接；第三分流电路包括第五电阻R5和第四三极管Q4；第四三极管Q4的基极作为第三分流电路的输入端经过第五电阻R5与辅助输出回路的电压输出端连接，其集电极与主输出回路的电压输出端连接，其发射极与辅助输出回路的电压输出端连接；且如图4所示，本实用新型的实施例中的开关电源电路以实施例二中的均衡模块2为例。

其中，由于第三三极管Q3的基极与第一三极管Q1的发射极连接，且第三三极管Q3的发射极连接+5V的主输出电压，假设当两路输出电压稳定时，第一三极管Q1的基极分得的第一电压信号的电压值为3.5V，则此时其发射极的电压值则为4.2V；由于第三三极管Q3为NPN型三极管，4.2V小于其发射极的+5v电压；因此，当两路输出电压稳定时，第一三极管Q1的发射极能够将第三三极管Q3的基极电压钳位在4.2V，以使第三三极管Q3在两路输出电路稳定时截止；第四三极管Q4同理，在两路输出电压稳定时截止不连通两路输出回路的电压输出端；但当辅助输出电压上升且第一三极管Q1的发射极电压大于主输出回路的电压输出端电压(即第三三极管的发射极电压)时，第一三极管Q1的发射极输出导通电压信号CV，以使由第三三极管Q3和第四三极管Q4导通；如此一来，则可实现均衡模块仅在辅助输出回路的输出电压上升至设定阈值时才连通两路电压输出端以降低损耗、提升效率；且相较于一个分流电路，两个彼此并联的分流电路的设置能够允许更大的电流流过以更好地改善开关电源的输出调整率。

需要注意的是，当电路中有多路主输出回路或多路辅助输出回路均可通过在任意两个主输出回路和辅助输出回路中各设置一组由、电压检测模块1和均衡模块2组成的电路来改善开关电源输出负载交叉调整率。

如图4所示，稳压电路串接在主输出回路的电压输出端和脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端之间，并用于将主输出回路的输出电压反馈至脉冲宽度调制模块。

在本实用新型的实施例中，稳压电路由第六电阻R6、光电耦合器PH1、三端稳压芯片IC1、第七电阻R7、第一电容C1、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一稳压二极管Z1和第二电容C2组成；其中，第六电阻R6的一端作为稳压电路的输入端与主输出回路的电压输出端连接；第十二电阻R12的一端作为稳压电路的输出端与脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端连接。

脉冲宽度调制电路用于根据其电压信号反馈端接收的电信号控制开关电路的通断。在本实用新型的实施例中，脉冲宽度调制电路由主控芯片IC2、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一电解电容CD1、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第一二极管D1、第十八电阻R18、第三电容C3、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第四电容C4、第五电容C5和第二稳压二极管Z2组成；在本实用新型的实施例，主控芯片IC2的型号为OB2281；其中，主控芯片IC2的第二引脚作为脉冲宽度调制电路的电压信号反馈端，其第四引脚作为电流信号反馈端经过第十九电阻R19和第二十电阻R20检测开关电路中的开关管Q5的源极电流，其第五引脚作为电源输入端依序经过第十四电阻R14和第十三电阻R13接入供电电压信号；第十六电阻R16的一端作为脉冲信号输出端与开关电路中的开关管Q5的栅极连接。

辅助供电电路与反馈绕组串接并用于为主控芯片IC2供电；在本实用新型的实施例中，辅助供电电路由第一电感L1、第二二极管D2、第三二极管D3和第二电解电容CD2组成；其中，第一电压的一端作为辅助供电电压的输入端与反馈绕组的同名端连接，且其另一端与第二二极管D2的阳极连接；第二二极管D2的阴极经过第二电解电容CD2接地，还与第三二极管D3的阳极连接；第三二极管D3的阳极作为辅助供电电路的输出端与主控芯片IC2的第五引脚连接。

开关电路的输出端与初级绕组的同名端连接；在本实用新型的实施例中，开关电路包括开关管Q5、第六电容C6和第二十一电阻R21；其中，开关管Q5的漏极作为开关电路的输出端经过第六电容C6与其源极连接；开关管Q5的栅极作为开关管Q5的输入端与脉冲宽度调制电路的脉冲信号输出端连接；开关管Q5的源极经过第二十一电阻R21接地。

RCD吸收电路用于吸收开关管Q5在通断过程中产生的尖峰电阻并串接在初级绕组的非同名端和开关管Q5的漏极之间；在本实用新型的实施例中，RCD吸收电路由第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第七电容C7、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27和第四二极管D4组成；其中，初级绕组的非同名端经过彼此串接的第二十二电阻R22和第二十三电阻R23与第四二极管D4的阴极连接；第二十四电阻R24与第二十二电阻R22并联；第二十五电阻R25与第二十三电阻R23并联；第四二极管D4的阳极与开关管Q5的漏极连接，其阴极经过依序串接的第七电容C7和第二十六电阻R26与初级绕组的非同名端连接；第二十七电阻R27与第二十六电阻R26并联。

第一次级滤波整流电路包括第一整流模块和第一滤波模块；第一整流模块的输入端与辅助输出绕组的同名端连接，其输出端与串接在辅助输出回路中的第一滤波模块连接。

在本实用新型的实施例中，第一整流模块由第五二极管D5、第二十八电阻R28和第八电容C8组成；第一滤波模块由第三电解电容CD3组成；其中，第五二极管D5的阳极与辅助输出绕组的同名端连接；第三电解电容CD3串接于辅助输出回路中，且其正极与辅助输出电压端连接。

第二次级滤波整流电路包括第二整流模块和第二滤波模块；第二整流模块的输入端与主输出绕组的同名端连接，其输出端与串接在主输出回路中的第二滤波模块连接。

在本实用新型的实施例中，第二整流模块由第六二极管D6、第二十九电阻R29和第九电容C9组成；第二滤波模块由第四电解电容CD4组成；其中，第六二极管D6的阳极与主输出绕组的同名端连接；第四电解电容CD4串接于主输出回路中，且其正极与主输出电压端连接。

初级滤波整流电路用于接入和滤除市电中的干扰信号并将市电转换为直流信号至初级绕组的非同名端；在本实用新型的实施例中，初级滤波整流电路包括EMC电路和整流滤波电路；其中，EMC电路由保险丝F1、热敏电阻RT1、压敏电阻VDR1、第十电容C10、第三十电阻R30、第三十一电阻R31和电感器LF1组成；其中，第三十电阻R30与第三十一电阻R31共同连接的一端用于输出供电电压信号并经过第十三电阻R13和第十四电阻R14与主控芯片IC2的第五引脚连接；在本实用新型的实施例中，整流滤波电路由整流桥DB1、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33和第五电解电容CD5组成；其中，整流桥DB1的第二引脚与电感器LF1的第二引脚连接；第五电解电容CD5的正极与初级绕组的非同名端连接。

综上，本实用新型提供的一种改善开关电源输出负载交叉调整率的电路及开关电源，能够在改善开关电源输出调整率的同时确保开关电源的效率。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。