一种小型灵活的辅助供电电路及方法

技术领域

本发明涉及辅助电路领域，具体是一种小型灵活的辅助供电电路及方法。

背景技术

目前国内外在电子系统产品内部辅助供电方面，广泛采用多个隔离型的DC-DC变换器来满足辅助供电要求，采用这种方式，输出电压稳定可靠，具有隔离功能，但体积较大，同时成本偏高。

除上述方式之外，也有采用多个非隔离电压芯片进行不同电压供电的方式，来满足系统辅助供电需求，但这种方式的输出电压单一、结构复杂、成本较高。

此外，还存在隔离型DC-DC变换器结合非隔离型电压芯片同时使用的方式，以进一步满足辅助供电需求，但这种方式的种类繁琐。

航空航天兵器等电子技术的飞速发展和系统小型化的提升，对系统的辅助供电功能化及集成化提出了更高的要求，采用上述几种方式使系统体积偏大，成本偏高，无法满足某些低成本小型化系统场合。

针对不同电子系统内部电子产品的辅助供电需求，还没有一个明确的深入研究，因此，申请人针对上述技术背景提出改进方案。

方法内容

本发明的目的在于提供一种小型灵活的辅助供电电路及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小型灵活的辅助供电电路，包括变压器T，变压器T包括初级绕组TA、TB以及N个次级绕组TCn(N≥1，n＝1，2，...，N)；次级绕组TCn的其中一端分别连接有二极管Dn，另外一端分别接地，且其中存在M个次级绕组的地与任意N-1个次级绕组的地均隔离(N≥M≥0)；初级绕组TB包括开关三级管V、稳压管ZD、二极管D0、第一储能元件C1以及第二储能元件C2；初级绕组TA的同名端连接电阻R1的第一端，非同名端连接开关三极管V的集电极；电阻R1的第二端与开关三级管V的基极、第一储能元件C1的第一端及稳压二极管ZD的阴极连接；初级绕组TB的同名端连接电阻R2的第二端与二极管D0的阴极，非同名端连接第二储能元件C2的正极与开关三级管V的发射极；第一储能元件C1的第二端连接电阻R2的第一端，二极管D0的阳极连接稳压二极管ZD的阳极与第二储能元件C2的负极。

作为本发明的改进方案，次级绕组TCn的两端之间还连接有滤波电容C

上述供电电路的供电方法，包括以下步骤：

步骤1：获取次级绕组TCn需要提供的输出电压Un(1≤n≤N)，同时获取初级绕组TB的匝数以及初级绕组TA、TB中各器件的型号参数；

步骤2：分析电路，获取输出电压Un的计算公式：

其中，U

步骤3：根据需求的输出电压Un确定次级绕组TCn的匝数；

步骤4：判断次级绕组TCn的地是否需要隔离：如果是，执行步骤5；如果否，执行步骤6；

步骤5：对次级绕组TCn的地设置电位隔离；

步骤6：次级绕组TCn输出电压Un。

有益效果：本发明只需改变次级绕组的匝数和稳压二极管的稳压值即可实现不同的辅助供电输出，与常规采用多个变压器来满足多路辅助供电要求相比，有效地减小了系统体积，提高了系统实用性，设计简洁，结构简单灵活，成本低廉，工作可靠，具有显著的经济效应。

附图说明

图1为本发明中多路输出辅助供电原理示意图；

图2为本发明中双路输出非隔离辅助供电原理示意图；

图3为本发明中双路输出隔离辅助供电原理示意图；

图4为本发明实施方法的流程图；

图5为本发明中恒流电源辅助供电实施示例结构框图；

图6为本发明中DC-DC变换器辅助供电实施示例结构框图；

图7为本发明中伺服控制系统辅助供电实施示例结构框图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种小型灵活的辅助供电电路，包括变压器T，包括变压器T，变压器T包括初级绕组TA、TB以及N个次级绕组TCn(N≥1，n＝1，2，...，N)；次级绕组TCn的其中一端分别连接有二极管Dn，另外一端分别接地，且其中存在M个次级绕组的地与任意N-1个次级绕组的地均隔离(N≥M≥0)。

具体地，当N＝1时，仅有一个次级绕组TC1输出电压U1，不需要隔离。

当N＝2时，存在次级绕组TC1、TC2分别输出电压U1、U2，当M＝1时，次级绕组TC1与TC2的地隔离，即地不连接在一起。

当N＝4而M＝1时，其中一个次级绕组的地与其他三个次级绕组的地均隔离，此三个不要隔离的次级绕组的地连接在一起，为公共端，当M＝2时，其中2个任意一个需隔离的次级绕组的地与除其之外的另外3个次级绕组的地均隔离，也即，两个需要隔离的次级绕组的地单独设置，另外两个不需隔离的次级绕组的地连接。

因此，当N个次级绕组中存在M个次级绕组需要隔离时，M个中的任意一个需隔离的次级绕组的地与除其之外的另外N-1个次级绕组的地均隔离。

具体地，初级绕组TB包括开关三级管V、稳压管ZD、二极管D0、第一储能元件C1以及第二储能元件C2；其中，第一储能元件C1与第二储能元件C2均为电容，初级绕组TA的同名端连接电阻R1的第一端，非同名端连接开关三极管V的集电极；电阻R1的第二端与开关三级管V的基极、第一储能元件C1的第一端及稳压二极管ZD的阴极连接。

初级绕组TB的同名端连接电阻R2的第二端与二极管D0的阴极，非同名端连接电容C2的正极与开关三级管V的发射极；第一储能元件C1的第二端连接电阻R2的第一端，二极管D0的阳极连接稳压二极管ZD的阳极与第二储能元件C2的负极。

具体地，二极管Dn为整流二极管，串联在次级绕组的同名端或非同名端处，次级绕组的两端之间还连接有滤波电容C

上述供电电路的供电方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1：获取次级绕组TCn需要提供的输出电压Un(1≤n≤N)，同时获取初级绕组TB的匝数以及初级绕组TA、TB中各器件的型号参数；

步骤2：分析电路，获取输出电压Un的计算公式：

其中，U

步骤3：根据需求的输出电压Un确定次级绕组TCn的匝数；

步骤4：判断次级绕组TCn的地是否需要隔离：如果是，执行步骤5；如果否，执行步骤6；

步骤5：对次级绕组TCn的地设置电位隔离，相隔离的地之间可通过电容实现，不需隔离的地直接连接。

步骤6：次级绕组TCn输出电压Un。

实施例1，以双路输出非隔离的辅助供电电路为例，如图2所示，当次级绕组为两个时，依次称为TC1、TC2，次级绕组TC1连接的二极管为D1，其阳极连接次级绕组TC1的非同名端，阴极连接滤波电容C3，次级绕组TC2连接的二极管为D2，其阴极连接次级绕组TC1的同名端，阳极连接滤波电容C4。

通过分析电路，可以获取其工作原理在于：

(1)当输入电压接入后，电阻R1给开关三级管V提供启动电流，使开关三级管V开始导通，其集电极C的电流I

(2)同时，感应电压给电容C1充电，随着电容C1充电电压的增加，开关三极管V基极电位逐渐降低，致使开关三极管V退出饱和区，集电极C电流I

(3)在开关三极管V截止时，初级绕组TB中没有感应电压，直流输入电压又经电阻R1给电容C1反向充电，逐渐提高开关三极管V的基极B电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去；

(4)在开关三极管V截止时，次级绕组TC1、TC2处的二极管D1和二极管D2导通，变压器T初级绕组中的储能释放给负载，输出电压U1和U2。

当二极管D1导通时，次级绕组TC1感应电动势为上正下负，由于同名端的关系，初级绕组TB感应电动势为上负下正，则得到输出电压U1为：

此时初级绕组TB通过二极管D0给电容C2充电，电容C2的耐压值至少要大于稳压管ZD的稳压值。根据图2箭头所示可得出：

V

V

式中，NB、N1分别为初级绕组TB和次级绕组TC1的匝数；V

综合公式(1)、(2)、(3)可得输出电压U1为：

推广到N个次级绕组中，可以获得TCn的输出电压Un：

进一步地，若忽略V

由以上分析可以得出：采用此辅助供电方法输出电压主要与稳压二极管ZD的稳压值、反馈绕组TB和次级绕组的匝数有关。

本实施方式中，可简化得到输出电压U1为：

同理可以推算出输出电压U2为：

式中，N2为次级绕组TC2的匝数。

如图5所示，当该恒流源电路需要12V的辅助供电电压时，此时可采用稳压值V

U1＝12V；U2＝-12V

此时即可作为辅助供电电路应用到该恒流电源中。

当该恒流源电路需要15V的辅助供电电压时，此时可采用稳压值V

U1＝15V；U2＝-15V

实施例2，以实现隔离的双路等电压输出为例，如图3所示，次级绕组TC1的地GND1与TC2的地GND2隔离，同理可推出：

当采用稳压值V

U1＝12V；U2＝-12V

如图6所示，当次级绕组设置TC1～TC4四组，该四组的次级绕组的匝数与初级绕组TB的匝数比均为2时，即可输出四路12V的相隔离的电压到该DC-DC变换器作为辅助供电电路。

当采用稳压值V

U1＝15V；U2＝-15V

当采用稳压值V

U1＝12V；U2＝-5V

实施例3，如图7所示，在该伺服控制系统中，辅助供电电路具有6路输出，即包括TC1～TC6共6个次级绕组。在稳压值V

在稳压值V

当初级绕组TB的匝数固定，且次级绕组TCn与初级绕组TB的匝数比为不是整数时，此时可以通过选用不同导通压降的整流用的二极管Dn，通过二极管Dn的导通压降值使辅助电压输出达到期望值。

输出电压U1、U2之间以及U5、U6之间不需隔离，则次级绕组TC1、TC2的地电位相等，TC5、TC6的地电位相等。输出电压U3、U4、U5需要隔离，则次级绕组TC3的地与其他5个次级绕组的地均隔离，同理，次级绕组TC4、TC5的地与其他任意5个次级绕组的地也隔离。

可见，当需要更多路输出时，可以选择器件的参数值，增加次级绕组的数量，根据所需的输出电压选择次级绕组的匝数，也可以通过改变稳压二极管ZD的稳压值输出不同的电压。而通过选用不同稳压值的稳压二极管ZD、改变不同反馈绕组TB和次级绕组TCn的匝数比、采用输出GND不同连接方式，可以灵活输出多路不同功能的辅助供电电压，而且由于只采用一台变压器，体积和重量也得到了减小，更适合小型化应用。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本发明的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、发明、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、发明、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、发明、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。