СХЕМА ОБРАТНОХОДОВОГО ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И ДРАЙВЕР ПОДСВЕТКИ, В КОТОРОМ ОНА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
CIRCUIT OF FLYBACK SWITCHED MODE POWER SUPPLY AND LIGHTING DRIVER IN WHICH IT IS USED

Область техники
Настоящее раскрытие относится к технической области электропитания и, в частности, к схеме обратноходового импульсного источника питания и к драйверу подсветки, в котором она используется.
Предпосылки для создания изобретения
В последние годы при быстром развитии технологии электропитания импульсные источники стабилизированного электропитания проявляют тенденцию к миниатюризации, повышенной частоте и интеграции, и широко применяются высокоэффективные импульсные источники электропитания. Схема обратноходового источника электропитания является одним из маломощных импульсных источников электропитания, подходящих, в частности, для бытовых приборов, зарядных устройств и многих других конструкций из-за ряда ее преимуществ, например простоты схемы, способности эффективно подавать выходной постоянный ток и т.д.
Обратноходовой импульсный источник электропитания - это импульсный источник электропитания с обратноходовым высокочастотным трансформатором, разделяющим входную и выходную цепи. Термин "обратноходовой" конкретно относится к тому, что индукторы, соединенные последовательно в выходной цепи, находятся в состоянии разрядки, когда подводимое напряжение имеет высокий уровень (переключающий диод включен), и находятся в состоянии зарядки, когда подводимое напряжение низкое (переключающий диод отключен). На Фиг. 1 показана схема обратноходового импульсного источника питания, используемого в известном жидкокристаллическом дисплее. Как показано на Фиг. 1, схема импульсного источника электропитания, в основном, включает цепь подвода напряжения, управляющую ИС, силовой МОП-транзистор, трансформатор, выпрямительный диод и выходной конденсатор.
Более конкретно, МОП-транзистор работает под управлением управляющей ИС и включается или отключается посредством сигнала ШИМ, генерируемого управляющей ИС. Когда силовой МОП-транзистор включен, индуктивный ток в первичной обмотке трансформатора начинает повышаться. В этот момент выпрямительный диод отключается из-за вторичной обмотки, и, таким образом, энергия сохраняется в трансформаторе. Когда силовой МОП-транзистор отключается, индуктивное напряжение первичной обмотки трансформатора инвертируется. В этот момент выпрямительный диод включается, и энергия из трансформатора подается на нагрузку через выпрямительный диод.
Однако в топологии вышеописанной схемы обратноходового импульсного источника питания управляющая ИС используется для прямого управления включением и отключением МОП-транзистора. Из-за действия паразитной емкости в трансформаторе, после того как МОП-транзистор отключится, сток (D) МОП-транзистора не может быть мгновенно стабилизирован, но будет стабилизироваться посредством затухающих колебаний (как показано на Фиг. 2). Поскольку действие затухающих колебаний в этом процессе не учитывается, МОП-транзистор теряет переключающую способность.
Соответственно, одна из задач, стоящих в этой области, заключается в поиске решения вышеуказанных проблем, чтобы уменьшить потерю переключающей способности МОП-транзистора в обратноходовом импульсном источнике электропитания.
Раскрытие изобретения
Одна из технических задач, решаемых настоящим изобретением, заключается в том, чтобы предложить схему обратноходового импульсного источника питания, которая может эффективно уменьшить потерю переключающей способности МОП-транзистора. Помимо этого настоящее изобретение также предлагает драйвер подсветки, в котором используется такая схема.
1) Для того чтобы решить вышеупомянутую техническую задачу, настоящее изобретение предлагает схему обратноходового импульсного источника питания, включающую трансформатор с первичной обмоткой, вторичной обмоткой и вспомогательной обмоткой, расположенной на одной стороне первичной обмотки; выходной выпрямитель, соединенный с выходным выводом схемы обратноходового импульсного источника питания от вторичной обмотки трансформатора; переключающий транзистор, предназначенный для управления напряжением на первичной обмотке, при этом сток переключающего транзистора соединен с одним выводом первичной обмотки; контроллер, предназначенный для подачи сигнала ШИМ для возбуждения затвора переключающего транзистора, при этом контроллер включает вывод GATE, соединенный с затвором переключающего транзистора; и цепь фиксации задержки, предназначенную для фиксации потенциала затвора переключающего транзистора на низком потенциале, чтобы переключающий транзистор включался на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока, при этом цепь фиксации задержки соединена с затвором переключающего транзистора от вспомогательной обмотки.
2) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1) цепь фиксации задержки, кроме того, включает:
конденсатор стабилизации напряжения, заряжаемый согласно напряжению, генерируемому вспомогательной обмоткой, при этом конденсатор стабилизации напряжения подсоединен параллельно вспомогательной обмотке и один вывод конденсатора стабилизации напряжения и первый вывод вспомогательной обмотки подсоединены вместе к опорному заземлению;
диод, подсоединенный к другому выводу конденсатора стабилизации напряжения от второго вывода вспомогательной обмотки;
цепь деления напряжения, предназначенную для деления напряжения, хранящегося в конденсаторе стабилизации напряжения, и подсоединенную параллельно конденсатору стабилизации напряжения;
триод, предназначенный для фиксации потенциала затвора переключающего транзистора на низком потенциале во включенном состоянии, так что переключающий транзистор включается на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока, при этом база триода соединена с цепью деления напряжения и коллектор триода соединен с затвором переключающего транзистора.
3) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1) или (2) цепь деления напряжения выполнена путем последовательного соединения первого резистора деления напряжения с вторым резистором деления напряжения, и база триода подсоединена между первым резистором деления напряжения и вторым резистором деления напряжения.
4) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(3), когда контроллер выводит низкий потенциал, переключающий транзистор отключается, тогда вспомогательная обмотка заряжает конденсатор стабилизации напряжения и включает триод посредством деления напряжения первым резистором деления напряжения и вторым резистором деления напряжения, и триод фиксирует потенциал затвора переключающего транзистора на низком потенциале, так что переключающий транзистор включается на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока.
5) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(4), когда контроллер выводит высокий потенциал, переключающий транзистор включается, и цепь фиксации задержки не работает.
6) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(5) схема, кроме того, включает первый резистор, соединенный с затвором переключающего транзистора от вывода GATE контроллера.
7) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(6) схема, кроме того, включает второй резистор, подсоединенный к опорному заземлению от истока переключающего транзистора.
8) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(7) схема, кроме того, включает выходной конденсатор, предназначенный для фильтрации выходного напряжения, при этом один вывод выходного конденсатора соединен с выходным выводом схемы обратноходового импульсного источника питания и другой вывод соединен с опорным заземлением.
9) В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения (1)-(8) выходным выпрямителем является выпрямительный диод.
10) Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, также предлагается драйвер подсветки, включающий вышеописанную схему обратноходового импульсного источника питания.
По сравнению с известным уровнем техники один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения могут иметь следующие преимущества. Цепь фиксации задержки расположена в схеме обратноходового импульсного источника питания, вспомогательная обмотка добавлена в трансформатор, потенциал затвора МОП-транзистора фиксируется на низком потенциале посредством вышеупомянутой схемы, когда МОП-транзистор снова включается после отключения, и включение МОП-транзистора осуществляется на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока, так что напряжение, накопленное во включенном состоянии МОП-транзистора, снижается, что позволяет избежать пикового напряжения и уменьшить потерю переключающей способности МОП-транзистора.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут проиллюстрированы в описании ниже и станут частично очевидными из этого описания или же могут быть поняты посредством реализации настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы и получены посредством конструкций, указанных в описании, формуле изобретения и прилагаемых чертежах.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи предназначены для более глубокого понимания настоящего изобретения, являются частью описания и используются для толкования настоящего изобретения вместе с его вариантами осуществления, а не для ограничения настоящего изобретения. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - принципиальная схема схемы обратноходового импульсного источника питания, известного из уровня техники.
Фиг. 2 - схема затухающих колебаний на стоке (D) МОП-транзистора в схеме обратноходового импульсного источника питания.
Фиг. 3 - принципиальная схема схемы обратноходового импульсного источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
Для разъяснения целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения оно будет более подробно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
Со ссылкой на Фиг. 3, где показана схема обратноходового импульсного источника питания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Схема обратноходового импульсного источника питания может уменьшить потерю переключающей способности переключающего транзистора посредством включенной в нее цепи фиксации задержки, чтобы повысить эффективность работы схемы.
Как показано на Фиг. 3, схема обратноходового импульсного источника питания, в основном, включает вывод для входного напряжения Vin, трансформатор 200, выпрямительный диод D2, выходной конденсатор С2, вывод для выходного напряжения Vo, полевой транзистор с n-каналом (именуемый просто МОП-транзистором) Q1, управляющую ИС 100 и цепь фиксации задержки 300.
Можно легко понять, что на Фиг. 3 показан один пример переключающего транзистора, выполненного как полевой транзистор с n-каналом, и очевидно, что переключающий транзистор не ограничен вышеуказанным.
В данном случае трансформатор 200 включает первичную обмотку, вторичную обмотку и вспомогательную обмотку, расположенную на одной стороне первичной обмотки. Можно легко понять, что число витков вспомогательной обмотки может зависеть от фактических потребностей трансформатора. Согласно тому принципу, что фазы точечных выводов одинаковые, вспомогательная обмотка, таким образом, действует согласованно с вторичной обмоткой и начинает выводить напряжение, когда МОП-транзистор Q1 отключается.
Выходной диод D2 соединен с выводом для выходного напряжения Vo схемы обратноходового импульсного источника питания от вторичной обмотки трансформатора 200. Как показано на Фиг. 3, анод выходного диода D2 соединен с вторым выводом (Вывод 3) вторичной обмотки, и катод выходного диода D2 соединен с выводом для выходного напряжения Vo схемы обратноходового импульсного источника питания.
Выходной конденсатор С2 предназначен для фильтрации выходного напряжения, один вывод выходного конденсатора С2 соединен с выходным выводом схемы обратноходового импульсного источника питания и другой вывод соединен с опорным заземлением.
МОП-транзистор Q1 предназначен для управления напряжением на первичной обмотке трансформатора 200, при этом сток МОП-транзистора Q1 соединен с вторым выводом (Вывод 2) первичной обмотки. Исток МОП-транзистора Q1 соединен с опорным заземлением через резистор R4. Когда сигнал ШИМ отключается, напряжение обратного хода луча наводится от вторичной обмотки на первичную обмотку и вспомогательную обмотку.
Вывод VCC управляющей ИС 100 предназначен для подачи сигнала ШИМ для возбуждения затвора МОП-транзистора Q1, при этом управляющая ИС 100 включает вывод VCC для получения напряжения, вывод GATE, соединенный с затвором МОП-транзистора Q1, и вывод GND, соединенный с опорным заземлением. Когда напряжение, получаемое управляющей ИС 100, превышает исходное пороговое напряжение, управляющая ИС 100 генерирует сигнал ШИМ, который подается с вывода GATE, соединенного с затвором МОП-транзистора Q1. Сигнал ШИМ возбуждает затвор (G) МОП-транзистора Q1 для широтно-импульсной модуляции.
Цепь фиксации задержки 300 предназначена для фиксации потенциала затвора МОП-транзистора Q1 на низком потенциале, так что МОП-транзистор Q1 включается на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока, при этом цепь фиксации задержки 300 соединена с затвором МОП-транзистора Q1 от вспомогательной обмотки. Цепь фиксации задержки 300 включает триод Т1, первый резистор деления напряжения R1, второй резистор деления напряжения R2, конденсатор стабилизации напряжения С1 и диод D1.
Конденсатор стабилизации напряжения С1 заряжается согласно напряжению, генерируемому вспомогательной обмоткой, конденсатор стабилизации напряжения С1 подсоединен параллельно вспомогательной обмотке трансформатора 200, и один вывод конденсатора стабилизации напряжения С1 и первый вывод (Вывод 6) вспомогательной обмотки вместе подсоединены к опорному заземлению.
Диод D1 подсоединен к другому выводу конденсатора стабилизации напряжения С1 от второго вывода (Вывод 5) вспомогательной обмотки трансформатора 200. Как показано на Фиг. 3, анод диода D1 соединен с вторым выводом вспомогательной обмотки трансформатора 200 и катод диода D1 соединен с одним выводом конденсатора стабилизации напряжения С1. Первый резистор деления напряжения R1 и второй резистор деления напряжения R2 соединены последовательно, чтобы сформировать цепь деления напряжения, и цепь деления напряжения подсоединена параллельно конденсатору стабилизации напряжения С1. Цепь деления напряжения предназначена для деления напряжения, хранящегося в конденсаторе стабилизации напряжения С1. То есть напряжение, хранящееся в конденсаторе стабилизации напряжения С1, делится с помощью первого резистора деления напряжения R1 и второго резистора деления напряжения R2. Конечно, вышеупомянутая цепь деления напряжения является просто предпочтительным примером, и величина сопротивления деления напряжения может быть соответственно отрегулирована по фактическим условиям специалистов в данной области техники, чтобы получить наилучший результат.
Триод Т1 предназначен для фиксации потенциала затвора МОП-транзистора Q1 на низком потенциале во включенном состоянии, так что МОП-транзистор Q1 включается на впадине волны затухающих колебаний его стока. База триода Т1 соединена с цепью деления напряжения (т.е. подсоединена между первым резистором деления напряжения R1 и вторым резистором деления напряжения R2), и коллектор триода Т1 соединен с затвором МОП-транзистора Q1.
Помимо этого, схема обратноходового импульсного источника питания также включает первый резистор R3, который соединен с затвором МОП-транзистора Q1 от вывода GATE управляющей ИС 100, чтобы участвовать в ограничении тока, таким образом, контролируя скорость включения и отключения МОП-транзистора Q1. Схема обратноходового импульсного источника питания также включает второй резистор R4, который подсоединен к опорному заземлению от истока МОП-транзистора Q1 и также участвует в ограничении тока в схеме.
Далее будет подробно описана работа схемы обратноходового импульсного источника питания. Сначала, со ссылкой на Фиг. 3, управляющая ИС 100 определяет, превышает ли напряжение на ее входном выводе VCC исходное пороговое напряжение, и если да, то управляющая ИС 100 генерирует сигнал ШИМ и посылает сигнал ШИМ с вывода GATE, соединенного с затвором МОП-транзистора Q1.
Когда управляющая ИС 100 выводит высокий потенциал на затвор МОП-транзистора Q1, МОП-транзистор Q1 включается. В этот момент на выводе 1 первичной обмотки трансформатора 200 существует высокий потенциал, на выводе 6 вспомогательной обмотки трансформатора 200 также существует высокий потенциал, диод D1 отключается, и цепь фиксации задержки 300 не работает.
Когда управляющая ИС 100 выводит низкий потенциал на затвор МОП-транзистора Q1, МОП-транзистор Q1 отключается. Когда МОП-транзистор Q1 отключается, на выводе 1 первичной обмотки трансформатора 200 существует низкий потенциал, на выводе 5 вспомогательной обмотки существует высокий потенциал, и форма волны напряжения МОП-транзистора Q1 также подобна форме волны затухающих колебаний, показанной на Фиг. 2. В этот момент диод D2 включается, и цепь фиксации задержки 300 начинает работать.
Более конкретно, поскольку величины первого резистора деления напряжения R1, второго резистора деления напряжения R2 и конденсатора стабилизации напряжения С1 установлены соответственно, вспомогательная обмотка трансформатора 200 заряжает С1, триод Т1 включается посредством деления напряжения первым резистором деления напряжения R1 и вторым резистором деления напряжения R2, тогда на затворе МОП-транзистора Q1 фиксируется низкий потенциал, и МОП-транзистор Q1 устанавливается на включение на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока.
В основном, считается, что из-за действия паразитной емкости в трансформаторе 200 после отключения МОП-транзистора Q1 потенциал стока МОП-транзистора Q1 мгновенно не стабилизируется, но стремится к стабилизации по затухающим колебаниям. Потенциал затвора МОП-транзистора фиксируется на низком потенциале посредством вышеупомянутой схемы, когда МОП-транзистор снова включается после отключения, и включение МОП-транзистора осуществляется на впадине волны затухающих колебаний потенциала на его стоке, так что напряжение, накопленное во включенном состоянии МОП-транзистора, снижается, что позволяет избежать пикового напряжения и, таким образом, уменьшить потерю переключающей способности МОП-транзистора. Это происходит, поскольку потеря переключающей способности приблизительно равна ΔV⋅ΔI/4, где ΔV является минимумом на впадине волны, так что потерю переключающей способности можно уменьшить.
Помимо этого, настоящее изобретение также относится к драйверу подсветки, включающему вышеописанную схему обратноходового импульсного источника питания.
В заключение, цепь фиксации задержки расположена в схеме обратноходового импульсного источника питания, и вспомогательная обмотка добавлена в трансформатор, так что потерю переключающей способности переключающего транзистора можно уменьшить, используя цепь фиксации задержки, и таким образом повысить эффективность работы схемы.
Описанное выше представляет просто предпочтительные конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, но они не ограничивают объем охраны настоящего изобретения. Изменения или замены, легко очевидные любому специалисту в данной области техники в раскрытом техническом объеме настоящего изобретения, считаются включенными в объем охраны настоящего изобретения. Соответственно, объем охраны настоящего изобретения должен соответствовать объему охраны формулы изобретения.