开关电源电路及电源适配器的制作方法

1.本发明涉及开关电源领域，具体而言，涉及一种开关电源电路及电源适配器。


背景技术：

2.开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关占空比，维持输出稳定电压的一种电源。由于具有体积小、重量轻、效率高等诸多方面的优点，被广泛应用于智能终端、自动化产品及仪器仪表等电子产品中。近些年，开关电源尤其是小功率反激式开关电源的市场占有率逐年提升。
3.相关技术中，一般的开关电源电路由高频变压器初级绕组和主开关器件串联，高频变压器两次级绕组连接负载。其中交流低阻抗旁路电路作用是为共模干扰提供旁路路径，一般采用一个或多个串联电容组成。开关电源在使用时，由于变压器带辅助绕组，体积相对较大，漏感高，电路复杂，回路元器件多，成本高，而且次级绕组连接的负载会带来emi(electromagnetic interference)电磁干扰。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种开关电源电路及电源适配器，以至少解决相关技术中开关电源电路中的变压器设置有辅助绕组，导致体积大，成本高的技术问题。
6.根据本发明实施例的一个方面，提供了开关电源10，整流电路20，变压器30和负载电路40，其中，所述开关电源10包括主开关器件和控制电路，所述控制电路一端与所述变压器30的初级绕组的输出端相连，所述控制电路的另一端与所述整流电路20的输出端相连，所述主开关器件的栅极与所述控制电路相连，所述主开关器件的漏极与所述整流电路20的输出端相连，所述主开关器件的源极接地；所述整流电路20的输入端连接有电源，所述整流电路20的输出端与所述变压器30的初级绕组的输入端相连；所述变压器30包括一个初级绕组和一个次级绕组，所述初级绕组与所述整流电路20的输出端相连，所述次级绕组与所述负载电路40相连。
7.可选的，所述变压器30包括：磁芯、所述初级绕组、所述次级绕组以及屏蔽绕组；所述磁芯包括多个用于设置所述初级绕组或所述次级绕组的磁芯骨架；所述初级绕组和所述次级绕组分别设置在不同的磁芯骨架上，所述屏蔽绕组设置在所述初级绕组和所述次级绕组之间的磁芯骨架上，其中，所述初级绕组，所述次级绕组和所述屏蔽绕组均采用绝缘材料包裹。
8.可选的，所述初级绕组包括：第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分分别设置在不同的磁芯骨架上，所述第一部分的一端与所述开关电源10相连，所述第一部分的另一端与所述第二部分的一端相连，所述第二部分的另一端与所述整流电路20的输出端相连。
9.可选的，所述第一部分的一端与所述开关电源10的控制电路相连。
10.可选的，所述磁芯与所述次级绕组的静点连接。
11.可选的，所述主开关器件漏极，通过吸收电路与所述整流电路20的输出端相连。
12.可选的，所述负载电路40包括：续流电路，滤波电路，其中，所述续流电路与所述次级绕组的输入端相连，所述滤波电路的输入端与所述续流电路的输出端相连；所述滤波电路的输出端与负载相连。
13.可选的，所述整流电路20的输入端与交流电源相连，所述整流电路20的输出端为直流母线输出端；所述直流母线输出端包括直流母线正端和直流母线负端，所述直流母线负端接地。
14.可选的，所述控制电路的另一端与所述直流母线正端相连；所述主开关器件的漏极与所述直流母线正端相连；所述初级绕组与所述直流母线正端相连。
15.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电源适配器，其特征在于，所述电源适配器包括上述中任意一项所述的开关电源电路。
16.在本发明实施例中，采用开关电源10包括主开关器件和控制电路，控制电路一端与变压器30的初级绕组的输出端相连，控制电路的另一端与整流电路20的输出端相连，主开关器件的栅极与控制电路相连，主开关器件的漏极与整流电路20的输出端相连，主开关器件的源极接地；整流电路20的输入端连接有电源，整流电路20的输出端与变压器30的初级绕组的输入端相连；变压器30包括一个初级绕组和一个次级绕组，初级绕组与整流电路20的输出端相连，次级绕组与负载电路40相连的方式，达到了开关电源的控制电路直接从整流电路或主开关器件的漏极取电，取消变压器的辅助绕组，变压器只包括一个初级绕组和一个次级绕组的目的，从而实现了减小变压器体积，减低漏感，简化电路，降低成本的技术效果，进而解决了相关技术中开关电源电路中的变压器设置有辅助绕组，导致体积大，成本高的技术问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本发明实施例的一种开关电源电路的示意图；
19.图2是根据本发明实施方式的相关技术的开关电源电路的示意图；
20.图3是根据本发明实施方式的变压器绕组的示意图；
21.图4
‑
1是根据本发明实施方式的开关电源电路的emi测试曲线的示意图；
22.图4
‑
2是根据本发明实施方式的开关电源电路的emi测试结果的示意图。
23.上述附图中的附图标记如下：
24.10—开关电源，20—整流电路，30—变压器，40—负载电路。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列结构的电路、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些具体的结构，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些电路、系统、产品或设备固有的其它结构。
27.图1是根据本发明实施例的一种开关电源电路的示意图，如图1所示，根据本发明实施例的一个方面，提供了开关电源10，整流电路20，变压器30和负载电路40，
28.其中，开关电源10包括主开关器件和控制电路，控制电路一端与变压器30的初级绕组的输出端相连，控制电路的另一端与整流电路20的输出端相连，主开关器件的栅极与控制电路相连，主开关器件的漏极与整流电路20的输出端相连，主开关器件的源极接地；整流电路20的输入端连接有电源，整流电路20的输出端与变压器30的初级绕组的输入端相连；变压器30包括一个初级绕组和一个次级绕组，初级绕组与整流电路20的输出端相连，次级绕组与负载电路40相连。
29.通过上述电路，采用开关电源10包括主开关器件和控制电路，控制电路一端与变压器30的初级绕组的输出端相连，控制电路的另一端与整流电路20的输出端相连，主开关器件的栅极与控制电路相连，主开关器件的漏极与整流电路20的输出端相连，主开关器件的源极接地；整流电路20的输入端连接有电源，整流电路20的输出端与变压器30的初级绕组的输入端相连；变压器30包括一个初级绕组和一个次级绕组，初级绕组与整流电路20的输出端相连，次级绕组与负载电路40相连的方式，达到了开关电源的控制电路直接从整流电路或主开关器件的漏极取电，取消变压器的辅助绕组，变压器只包括一个初级绕组和一个次级绕组的目的，从而实现了减小变压器体积，减低漏感，简化电路，降低成本的技术效果，进而解决了相关技术中开关电源电路中的变压器设置有辅助绕组，导致体积大，成本高的技术问题。
30.上述开关电源10包括主开关器件和控制电路，上述主开关器件可以为晶体管或晶闸管，其包括漏极，源极和栅极，上述控制电路与主开关器件的栅极相连，上述主开关器件的漏极与整流电路20的输出端相连，则控制电路可以通过该主开关器件的漏极取电。
31.上述控制电路一端与变压器30的初级绕组的输出端相连，其初级绕组与整流电路20的输出端相连，而且控制电路的另一端与整流电路20的输出端相连，从而使控制电路与整流电路20的输出线路形成回路，控制电路可以直接从整流电路20输出端进行取电。
32.通过将开关电源10的控制电路从整流电路20的输出端或者主开关器件的漏极取电，避免控制电路从变压器30的辅助绕组取电，会导致变压器30体积较大，成本较高，也会导致电路复杂的情况，有效减小变压器30体积，简化电路，降低成本。
33.上述主开关器件的栅极与控制电路相连，主开关器件的漏极与整流电路20的输出端相连，在栅极与漏极导通时，控制电路可以通过主开关器件与整流电路20的输出电路形成回路，通过主开关器件的漏极从整流电路20的输出电路取电。主开关器件的源极接地，从而方便后续对主开关器件的控制。
34.上述整流电路20的输入端连接有电源，该电源可以为交流电源，通过正极输入端和负极输入端，将交流电源输入到整流电路20中，可选的，整流电路20的输入端与交流电源相连，整流电路20的输出端为直流母线输出端；直流母线输出端包括直流母线正端和直流母线负端，直流母线负端接地，直流母线正端作为上述正路电路20的输出端，与上述控制电路，变压器30的初级绕组，以及上述主开关器件的栅极相连。则上述整流电路20的输出端与变压器30的初级绕组的输入端相连，可以为整流电路20的直流母线正端与上述变压器30的初级绕组的输入端相连。
35.则变压器30包括一个初级绕组和一个次级绕组，取消了用于与控制电路相连的辅助绕组，可以降低变压器的体积，简化电路，并降低成本。初级绕组与整流电路20的输出端相连，也即是初级绕组的输入端与上述整流电路20的直流母线正端相连，次级绕组与负载电路40相连，用于对直流母线正端的直流电流进行变压后，为负载供电。
36.可选的，变压器30包括：磁芯、初级绕组、次级绕组以及屏蔽绕组；磁芯包括多个用于设置初级绕组或次级绕组的磁芯骨架；初级绕组和次级绕组分别设置在不同的磁芯骨架上，屏蔽绕组设置在初级绕组和次级绕组之间的磁芯骨架上，其中，初级绕组，次级绕组和屏蔽绕组均采用绝缘材料包裹。
37.如图3所示，上述磁芯包括一个半包围结构的矩形框，也即是图3中白色的框型结构，其中间设置的多个横向的黑色线段，也即是上述用于设置初级绕组或次级绕组的磁芯骨架。上述初级绕组和次级绕组分别设置在不同的磁芯骨架上，屏蔽绕组设置在初级绕组和次级绕组之间的磁芯骨架上，其中，初级绕组，次级绕组和屏蔽绕组均采用绝缘材料包裹保证初级绕组和次级绕组以及屏蔽绕组之间不会由于距离或者电压过大而发生导通，保证了各个绕组上电流的正常运行，也保证了变压器的正常运行，提高了变压器工作的稳定性和可靠性。
38.可选的，初级绕组包括：第一部分和第二部分，第一部分和第二部分分别设置在不同的磁芯骨架上，第一部分的一端与开关电源10相连，第一部分的另一端与第二部分的一端相连，第二部分的另一端与整流电路20的输出端相连。
39.上述初级绕组包括第一部分和第二部分，如图3所示，第一部分和第二部分分别设置在不同的磁芯骨架上，第一部分的实心圆圈4为第一部分绕组的起始位置，该起始位置与上述开关电源10的控制电路相连，上述第一部分的空心圆圈2也即是变压器的中间点，其实际上与第二部分的实心圆圈2连通，用于将经过第一部分绕组的电流传递到第二部分，以增加初级绕组的线圈匝数，第二部分的输出端1与上述整流电路20的直流母线正端相连。
40.将初级绕组分为第一部分和第二部分，可以有效分散初级绕组的对次级绕组的影响，由于初级绕组的线圈都是串联的，则电压会累加，在初级绕组的线圈数量较多的情况下，电压较大，增加击穿绝缘的风险，因此，将初级绕组分为第一部分和第二部分，在保证初级绕组的线圈匝数的同时，降低变压器的安全风险，提高变压器的可靠性。
41.可选的，第一部分的一端与开关电源10的控制电路相连。
42.如图3所示，上述第一部分的绕组开始的一端上述开关电源10的控制电路相连，上述第一部分和第二部分串联，则第一部分与上述整流电路20的直流母线正端相连，控制电路的另一端与整流电路20的直流母线正端相连，从而将控制电路接入直流母线正端，从直流母线正端取电。避免控制电路从变压器30的辅助绕组取电，会导致变压器30体积较大，成
本较高，也会导致电路复杂的情况。
43.可选的，磁芯与次级绕组的静点连接。
44.上述变压器的磁芯与次级绕组的静点连接，而且变压器没有辅助绕组，使得初级绕组的电路和次级绕组的电路高度隔离，有效抑制来自负载端的emi干扰。
45.可选的，主开关器件漏极，通过吸收电路与整流电路20的输出端相连。
46.上述主开关器件的漏极通过吸收电路与整流电路20的输出端相连，也即是主开关器件的漏极通过吸收电路与整流电路20的直流母线正端相连，上述吸收电路也即是缓冲电路，用于对主开关器件进行电路保护。一般由电阻、电容和二极管组成。
47.可选的，负载电路40包括：续流电路，滤波电路，其中，续流电路与次级绕组的输入端相连，滤波电路的输入端与续流电路的输出端相连；滤波电路的输出端与负载相连。
48.上述负载电路40包括续流电路和滤波电路，上述续流电路可以设置有其对应的吸收电路对续流电路进行保护，续流电路与次级绕组相连，可以包括续流二极管，用于对次级绕组的输出电路进行续流，使次级绕组的输出电流更加稳定。从而对负载进行有效安全的供电。上述滤波电路的输入端与续流电路的输出端相连，滤波电路的输出端与负载相连，对续流电路之后的电流进行滤波，消除其纹波，避免纹波对负载工作产生影响。
49.可选的，控制电路的另一端与直流母线正端相连；主开关器件的漏极与直流母线正端相连；初级绕组与直流母线正端相连。
50.由于控制电路的一端与变压器30的初级绕组相连，初级绕组与整流电路20的直流母线正端相连，控制电路的另一端与直流母线正端相连，就可以将控制电路接入直流母线正端，控制电路可以直接从直流母线正端取电，避免从变压器的辅助绕组取电导致的变压器体积增大的问题。
51.主开关器件的漏极与直流母线正端相连，主开关器件的栅极与控制电路相连，控制电路与直流母线正端相连，则控制电路也可以通过主开关器件的漏极从直流母线正端取电。避免从变压器的辅助绕组取电导致的变压器体积增大的问题。
52.需要说明的是，本技术实施例还提供了一种可选的实施方式，下面对该实施方式进行详细说明。
53.本实施方式一种电磁干扰隔离开关电源电路及电源适配器，通过对变压器以及电路结构进行优化，设计出一种无辅助绕组，通过原边取电和反馈的开关电源电路。针对变压器带辅助绕组，体积相对较大，漏感高；电路复杂，回路元器件多，成本高；以及隔离次级负载带来的emi干扰的问题。通过将主功率器件的控制电路从直流母线或漏极取电，变压器无辅助绕组，变压器体积相对减小，漏感降低，电路结构简化。通过变压器绕组的特殊设计，省去y电容，使初次级电路高度隔离，有效抑制来自负载端的emi干扰。
54.图2是根据本发明实施方式的相关技术的开关电源电路的示意图，如图2所示，相关技术中一般的开关电源电路包括整流滤波电路、吸收电路、功率变换电路、高频变压器及低阻抗旁路电路、辅助绕组供电电路、主开关器件及其控制电路。交流电源输入连接至所述整流滤波电路，整流滤波电路连接高频变压器初级绕组和主开关器件串联组成的电路，高频变压器两次级绕组经续流及其吸收电路后串联连接输出滤波电路，输出滤波电路连接负载。其中交流低阻抗旁路电路作用是为共模干扰提供旁路路径，一般采用一个或多个串联电容组成。特别地，本实施方式中采用2个2.2nf陶瓷电容串联。
55.如图1所示的本实施方式的电磁干扰隔离开关电源电路取消了辅助绕组供电电路及交流低阻抗旁路回路，并将反馈方式由副边反馈改为从母线上取电的原边反馈，大大减少了初次级连通的环路及干扰的耦合路径。
56.图3是根据本发明实施方式的变压器绕组的示意图，变压器的绕组结构，如图3所示，图3中实心圆圈表示该绕组的绕组起始位置，也可以表示电气上的相位，具体，实心圆圈4表示初级绕组的第一部分的绕组起始位置，实心圆圈1表示屏蔽绕组的绕组起始位置，实心圆圈2表示初级绕组的第二部分的绕组起始位置，实心圆圈6、8表示次级绕组的绕组起始位置。其中，由外至内依次为初级绕组第二部分、次级绕组、屏蔽绕组、初级绕组第一部分，绕组绕制在变压器骨架上，各绕组间采用绝缘胶带绝缘，通常胶带圈数为1
‑
3圈。初级绕组第二部分只绕1层，采用密绕或疏绕的方式铺满整层，初级绕组第二部分一端连接直流母线正极，另一端连接变压器中间节点。次级绕组根据输出路数、电流、电压确定绕组个数、线径、匝数。屏蔽绕组采用金属箔、金属带或者金属线绕制，绕满1层，可采用多股并绕的形式；屏蔽绕组接直流母线正端，屏蔽绕组首末端不能短路。初级绕组第一部分与第二部分采用同样的线材，通常绕满整数层，第一部分的层数、匝数不必与第二部分接近或相等；初级绕组第一部分一端连接变压器中间节点，另一端连接主功率器件。特别地，磁芯通过引线接到次级的静点gnd，把干扰引导回次级，并通过屏蔽绕组隔离初次级之间的干扰，阻断了干扰的传播路径。
57.主功率器件及其控制电路可以是集成在一块芯片内，也可以采用分立器件。如附图1所示，控制电路可通过直流母线或漏极电压供电。输出电压以采用原边反馈。
58.本实施方式的整体电路较为简洁，便于后期pcb布局，器件选型有利于自动化装配，在控制电路低成本的同时能够保证较为优异的emc性能。图4
‑
1是根据本发明实施方式的开关电源电路的emi测试曲线的示意图，图4
‑
2是根据本发明实施方式的开关电源电路的emi测试结果的示意图，如图4
‑
1和图4
‑
2所示，为采用本实施方式的开关电源电路传导emi实测结果，在150khz
‑
30 mhz的频段内裕量高于6.46db，完全满足国标要求。
59.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电源适配器，其特征在于，所述电源适配器包括上述中任意一项所述的开关电源电路。
60.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
61.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
62.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述电路的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统或者电路，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
63.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
64.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。