[实用新型]具有能量回收功能的电源转换电路及具有其的电源

说明书

本实用新型公开了一种具有能量回收功能的电源转换电路及具有其的电源，电源转换电路与外部的启动电路和驱动电路配合使用，电源转换电路包括功率开关器件、MOS管、第一二极管，MOS管的门极与驱动电路的VG端连接，MOS管的源极与功率开关器件的门极连接，功率开关器件的源极与MOS管的漏极连接，第一二极管的正极连接在功率开关器件的源极与MOS管的漏极之间，第一二极管的负极与驱动电路的VCC端连接；响应于VG端输出的驱动信号，MOS管关断，功率开关器件关断；当V_DS大于VCC端的电压时，第一二极管导通，使得V_DS通过第一二极管向驱动电路供电。本实用新型降低了电源操作中的功耗，在实现高功率密度的同时实现高效率操作。

技术领域

本实用新型涉及电源领域，特别涉及一种具有能量回收功能的电源转换电路及具有其的电源。

背景技术

随着电子产品的日趋小型化，便携式电子设备像智能手机、手提电脑等越来越广泛地进入到人们的生活中，而每一台便携式电子设备都需要配备一个电池充电器。由于各种便携式电子设备的电池容量的不同和充电接口的不兼容性，几乎每个人或每个家庭都需要有多个不同的充电器，而且由于老一代的充电器的效率和功率密度比较低，充电器的体积和重量都比较大，充电速度也比较慢，这一现象极需要随着技术的进步得到改进。

与此同时，随着快充电源在体积、重量、性能等方面日趋激烈的竞争，对设计的挑战性也越来越高。为了减小尺寸、增加功率密度电源的开关频率和转换效率需要同时提高，并且要保证优良的工作温度、电磁干扰等性能指标。由于在通常情况下电源的开关损耗和开关频率成正比关系，特别在采用反激式电路拓扑时，隔离变压器的漏感损耗在高频开关操作过程中往往比功率开关器件的损耗还要大，这些损耗使得电源的效率随着开关频率的增高呈下降趋势，进一步引起功率器件和整个产品的过热，所以如何能够在提高开关频率的同时保持高效率就成为新一代快充电源设计的一个挑战。再者，由于新一代快充电源要能够满足所有便携式电子设备的电池充电要求，输出电压范围非常宽，最少需要覆盖5V到20V的范围，而且负载电流变化范围也非常宽，如何在这种情况下保持最佳电源效率和功率器件的可靠工作也是一个挑战性的设计课题。另外，因为新一代快充电源的空间设计非常紧凑，元器件之间和导线之间的电磁干扰耦合也相对比较强，从而使得电磁兼容性设计也更具挑战性。

现有技术中一般采用如图1所示的设计，该种电路拓扑使用功率元器件最少，有利于紧凑型电源设计，材料成本也最低，在快充电源的设计中是一个比较好的选择，但是如所周知，反激式开关电路的开关损耗比较大，而且开关操作过程中的电压过冲等所产生的电磁干扰也比较高，对于高效率低噪音干扰的设计要求是一个极大的挑战。具体地，图1所示的电路操作的开关损耗主要由两部分组成，一部分是功率开关的开关损耗，另一部分是变压器初级绕组的漏电感所形成的开关损耗。因为在反激操作过程中，储存在初级漏电感中的电磁能量无法传递到次级来形成有效的输出，而且会在功率开关关断时形成很强的电压过冲和振荡，严重时会使功率开关处于过电压状态，同时增加开关损耗并产生强烈的电磁干扰。为了减缓这种效应，除了有源钳位式反激电路以外(该种电路需要使用两个功率开关器件和悬浮驱动电路，成本较高)的反激电路都需要使用吸收电路来抑制上述电压过冲和振荡，吸收电路的吸收强度随漏电感储能的大小来定，漏电感储能越多，吸收强度就要越高，但由此而产生的功耗也越大。同时，如图 1所示，电源的控制及驱动电路通常需要由一个开机启动电路来启动Q1和Q2的开关操作，随着Q1和Q2的操作启动，辅助电源能够通过Q1和Q2的开关操作取得能量并建立起控制驱动电路所需要的工作电压，开机启动电路则在控制驱动电路启动后自动关断，因为开机启动电路一般需要从功率电路的输入电压通过降压转换后向控制驱动电路提供启动电压，耗能比较高，所以在电路启动后需要关断，然后辅助电源则一般通过变压器T1的辅助绕组通过整流后产生控制驱动电路所需的电压，开机启动电路和辅助电源如图3所示。如所周知，当电源的输出电压需要在大范围变化时，辅助电源的电压也会像样的大幅度变化，在这种情况下为了把控制驱动电路的工作电压保持在适当的范围内，那么辅助电源就还要包含稳压电路，这样一来，电路的能耗和成本也会随着增加。