一种推挽开关电源电路

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种推挽开关电源电路。

背景技术

开关电源是一种电能转换装置，其功能是将一种电压电平转换为另一种电压电平，通常，在开关电源中，需要有一个周期性的振荡源来驱动主功率回路工作。

现有的开关电源中，振荡源中通常设置有电源控制芯片来产生脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)，以驱动主功率回路工作，这种方式成本高，且电源控制芯片在印制电路板上的占用面积大，不适合大规模应用。

发明内容

本申请针对上述现有技术中的不足，提供一种推挽开关电源电路，以便解决现有技术中存在的问题。

本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种推挽开关电源电路，包括：变压器、电压输入端、电压输出端、第一推挽开关电路和第二推挽开关电路；

所述变压器的第一原边绕组的同名端和第二原边绕组的异名端均连接所述电压输入端，所述第一原边绕组的异名端连接所述第一推挽开关电路的正电压端，所述第一推挽开关电路的负电压端接地，所述第一推挽开关电路的控制端连接所述第二原边绕组的同名端；

所述第二原边绕组的同名端连接所述第二推挽开关电路的正电压端，所述第二推挽开关电路的负电压端接地，所述第二推挽开关电路的控制端连接所述第一原边绕组的异名端；

所述变压器的副边绕组连接所述电压输出端。

在一实施例中，所述第一推挽开关电路包括：第一开关单元、第二开关单元、第一充放电单元和第二充放电单元；

所述第一充放电单元的输入端和所述第二充放电单元的输入端为所述第一推挽开关电路的控制端，所述第一充放电单元的电压端和所述第二充放电单元的电压端分别连接所述第一开关单元的第一端和所述第二开关单元的第一端，所述第一充放电单元的输出端和所述第二充放电单元的输出端接地；所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端为所述第一推挽开关电路的负电压端，用于接地；所述第一开关单元的第三端为所述第一推挽开关电路的正电压端，用于连接所述第一原边绕组的异名端，所述第二开关单元的第三端还连接所述第一充放电单元的电压端。

在一实施例中，所述第二推挽开关电路包括：第三开关单元、第四开关单元、第三充放电单元和第四充放电单元；

所述第三充放电单元的输入端和所述第四充放电单元的输入端为所述第二推挽开关电路的控制端，所述第三充放电单元的电压端和所述第四充放电单元的电压端分别连接所述第三开关单元的第一端和所述第四开关单元的第一端，所述第三充放电单元的输出端和所述第四充放电单元的输出端接地；所述第三开关单元的第二端和所述第四开关单元的第二端为所述第二推挽开关电路的负电压端，用于接地；所述第三开关单元的第三端为所述第二推挽开关电路的正电压端，用于连接所述第二原边绕组的同名端，所述第四开关单元的第三端还连接所述第三充放电单元的电压端。

在一实施例中，所述第一开关单元为第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极为所述第一开关单元的第一端，所述第一NMOS管的源极为所述第一开关单元的第二端，所述第一NMOS管的漏极为所述第一开关单元的第三端；

所述第二开关单元为第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极为所述第二开关单元的第一端，所述第二NMOS管的源极为所述第二开关单元的第二端，所述第二NMOS管的漏极为所述第二开关单元的第三端。

在一实施例中，所述第一充放电单元包括：第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的一端为所述第一充放电单元的输入端，所述第一电阻的另一端为所述第一充放电单元的电压端，所述第一电容的一端连接所述第一电阻的另一端，所述第一电容的另一端为所述第一充放电单元的输出端，用于接地；

所述第二充放电单元包括：第二电阻和第二电容；

所述第二电阻的一端为所述第二充放电单元的输入端，所述第二电阻的另一端为所述第二充放电单元的电压端，所述第二电容的一端连接所述第二电阻的另一端，所述第二电容的另一端为所述第二充放电单元的输出端，用于接地。

在一实施例中，所述第三开关单元为第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极为所述第三开关单元的第一端，所述第三NMOS管的源极为所述第三开关单元的第二端，所述第三NMOS管的漏极为所述第三开关单元的第三端；

所述第四开关单元为第四NMOS管，所述第四NMOS管的栅极为所述第四开关单元的第一端，所述第四NMOS管的源极为所述第四开关单元的第二端，所述第四NMOS管的漏极为所述第四开关单元的第三端。

在一实施例中，所述第三充放电单元包括：第三电阻和第三电容；

所述第三电阻的一端为所述第三充放电单元的输入端，所述第三电阻的另一端为所述第三充放电单元的电压端，所述第三电容的一端连接所述第三电阻的另一端，所述第三电容的另一端为所述第三充放电单元的输出端，用于接地；

所述第四充放电单元包括：第四电阻和第四电容；

所述第四电阻的一端为所述第四充放电单元的输入端，所述第四电阻的另一端为所述第四充放电单元的电压端，所述第四电容的一端连接所述第四电阻的另一端，所述第四电容的另一端为所述第四充放电单元的输出端，用于接地。

在一实施例中，所述推挽开关电源电路还包括：整流电路；

所述整流电路的输入端连接所述变压器的副边绕组，所述整流电路的输出端连接所述电压输出端。

在一实施例中，所述第一电阻和所述第三电阻的阻值均为3.3KΩ，所述第一电容和所述第三电容的容值均为100pF。

在一实施例中，所述第二电阻和所述第四电阻的阻值均为10KΩ，所述第二电容和所述第四电容的容值均为1nF。

本申请的有益效果是：本申请提供一种推挽开关电源电路，包括变压器、电压输入端、电压输出端、第一推挽开关电路和第二推挽开关电路；变压器的第一原边绕组的同名端和第二原边绕组的异名端均连接电压输入端，第一原边绕组的异名端连接第一推挽开关电路的正电压端，第一推挽开关电路的负电压端接地，第一推挽开关电路的控制端连接第二原边绕组的同名端；第二原边绕组的同名端连接第二推挽开关电路的正电压端，第二推挽开关电路的负电压端接地，第二推挽开关电路的控制端连接第一原边绕组的异名端；变压器的副边绕组连接电压输出端。

本申请无需电源控制芯片，仅需将变压器、第一推挽开关电路和第二推挽开关电路按照上述连接关系连接起来，利用变压器磁耦合即可产生高频自激振荡，由于无需使用电源控制芯片，成本低，且在印制电路板上的占用面积小，有利于电路集成封装，适合大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之一；

图2为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之二；

图3为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之三。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，本申请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，以便这里描述的本申请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，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请的描述中，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，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

开关电源是一种电能转换装置，其功能是将一种电压电平转换为另一种电压电平，在开关电源中，需要有一个周期性的振荡源来驱动主功率回路工作，一般地，若振荡源是由专用的集成电路、或者是分立器件组成的专用振荡电路，则称开关电源为它激型开关电源；与此相对，如果振荡功能是开关电源的主功率回路自身完成的，则为自激型开关电源。

现有方式中，无论是它激型开关电源还是自激型开关电源，振荡源中均需要电源控制芯片来产生产生脉冲宽度调制信号，以驱动主功率回路工作，这种方式成本高，且电源控制芯片在印制电路板上的占用面积大，不利于电路集成封装，不适合大规模应用。

因此，本申请提供了一种推挽开关电源电路，无需电源控制芯片，仅需利用变压器磁耦合即可产生高频自激振荡，成本低，且在印制电路板上的占用面积小，适合大规模生产。

以下结合附图通过多个示例对本申请提供的推挽开关电源电路进行具体的示例说明。

图1为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之一，如图1所示，本申请的推挽开关电源电路包括变压器T1、电压输入端VIN、电压输出端VOUT、第一推挽开关电路和第二推挽开关电路。

变压器的第一原边绕组N1的同名端和第二原边绕组N2的异名端均连接电压输入端VIN，本实施例中电压输入端VIN的电压为9V；第一原边绕组N1的异名端连接第一推挽开关电路的正电压端，第一推挽开关电路的负电压端接地，第一推挽开关电路的控制端连接第二原边绕组N2的同名端；第二原边绕组N2的同名端连接第二推挽开关电路的正电压端，第二推挽开关电路的负电压端接地，第二推挽开关电路的控制端连接第一原边绕组N1的异名端；变压器的副边绕组N3连接电压输出端。第一推挽开关电路和第二推挽开关电路的导通或断开，分别是由其控制端决定的。

图1中C1是滤波电容，电压输出端VOUT实际上在滤波电容两端，电压输出端VOUT用于连接负载；第一推挽开关电路和第二推挽开关电路中，各个元器件是对称设置的，但在上电初始，由于第一推挽开关电路和第二推挽开关电路不可能完全一致，存在微弱不一致性，第一推挽开关电路和第二推挽开关电路中，必然有一个先导通。

假设第一推挽开关电路先导通，则第一原边绕组N1的异名端接地，由于第二推挽开关电路的控制端连接第一原边绕组N1的异名端，此时第二推挽开关电路控制端的电压为0，第二推挽开关电路断开；反过来，如果第二推挽开关电路先导通，则第二原边绕组N2的同名端接地，由于第一推挽开关电路的控制端连接第二原边绕组N2的同名端，此时第一推挽开关电路控制端的电压为0，第一推挽开关电路断开。

上述导通或断开并不是恒定的，第一推挽开关电路和第二推挽开关电路中设置有充放电单元，以第一推挽开关电路先导通为例，上电初始，在第一推挽开关电路导通时，第一推挽开关电路中的充放电单元开始充电，到一定程度时，流向第一推挽开关电路的电流I1开始减小，由于变压器磁耦合的原因，I1减小会产生感应电压，这个感应电压会使得第一原边绕组N1异名端的电压升高，而第二原边绕组N2同名端的电压降低，这种变化会导致I1进一步减小并使第一推挽开关电路进入断开状态，而第一原边绕组N1异名端的电压升高，会使第二推挽开关电路由断开向导通变化，最后，第一推挽开关电路断开，第二推挽开关电路导通，完成一次变流切换。之后，在第二推挽开关电路导通时，自动重复上述过程，可以再完成一次变流切换。

上述变流切换反复、周期性地发生，形成振荡后，完成变压器原边的推挽驱动，也即，仅需将变压器、第一推挽开关电路和第二推挽开关电路按照上述连接关系连接起来，利用变压器磁耦合即可产生高频自激振荡，由于无需使用电源控制芯片，成本低，且在印制电路板上的占用面积小，有利于电路集成封装，适合大规模生产。

在一个实施例中，第一推挽开关电路包括第一开关单元、第二开关单元、第一充放电单元和第二充放电单元。

第一充放电单元的输入端和第二充放电单元的输入端为第一推挽开关电路的控制端，第一充放电单元的电压端和第二充放电单元的电压端分别连接第一开关单元的第一端和第二开关单元的第一端，第一充放电单元的输出端和第二充放电单元的输出端接地；第一开关单元的第二端和第二开关单元的第二端为第一推挽开关电路的负电压端，用于接地；第一开关单元的第三端为第一推挽开关电路的正电压端，用于连接第一原边绕组的异名端，第二开关单元的第三端还连接第一充放电单元的电压端。

图2为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之二，如图2所示，第一开关单元例如可以为第一NMOS管Q1，第一NMOS管的栅极为第一开关单元的第一端，第一NMOS管的源极为第一开关单元的第二端，第一NMOS管的漏极为第一开关单元的第三端；第二开关单元例如可以为第二NMOS管Q2，第二NMOS管的栅极为第二开关单元的第一端，第二NMOS管的源极为第二开关单元的第二端，第二NMOS管的漏极为第二开关单元的第三端。

第一充放电单元可以包括第一电阻R1和第一电容C2，第一电阻的一端为第一充放电单元的输入端，第一电阻的另一端为第一充放电单元的电压端，第一电容的一端连接第一电阻的另一端，第一电容的另一端为第一充放电单元的输出端，用于接地。第二充放电单元可以包括第二电阻R2和第二电容C3，第二电阻的一端为第二充放电单元的输入端，第二电阻的另一端为第二充放电单元的电压端，第二电容的一端连接第二电阻的另一端，第二电容的另一端为第二充放电单元的输出端，用于接地。

在一个实施例中，第二推挽开关电路包括第三开关单元、第四开关单元、第三充放电单元和第四充放电单元。

第三充放电单元的输入端和第四充放电单元的输入端为第二推挽开关电路的控制端，第三充放电单元的电压端和第四充放电单元的电压端分别连接第三开关单元的第一端和第四开关单元的第一端，第三充放电单元的输出端和第四充放电单元的输出端接地；第三开关单元的第二端和第四开关单元的第二端为第二推挽开关电路的负电压端，用于接地；第三开关单元的第三端为第二推挽开关电路的正电压端，用于连接第二原边绕组的同名端，第四开关单元的第三端还连接第三充放电单元的电压端。

继续参照图2，第三开关单元例如可以为第三NMOS管Q3，第三NMOS管的栅极为第三开关单元的第一端，第三NMOS管的源极为第三开关单元的第二端，第三NMOS管的漏极为第三开关单元的第三端；第四开关单元例如可以为第四NMOS管Q4，第四NMOS管的栅极为第四开关单元的第一端，第四NMOS管的源极为第四开关单元的第二端，第四NMOS管的漏极为第四开关单元的第三端。

第三充放电单元可以包括第三电阻R3和第三电容C4，第三电阻的一端为第三充放电单元的输入端，第三电阻的另一端为第三充放电单元的电压端，第三电容的一端连接第三电阻的另一端，第三电容的另一端为第三充放电单元的输出端，用于接地。第四充放电单元可以包括第四电阻R4和第四电容C5，第四电阻的一端为第四充放电单元的输入端，第四电阻的另一端为第四充放电单元的电压端，第四电容的一端连接第四电阻的另一端，第四电容的另一端为第四充放电单元的输出端，用于接地。

图2中，Q1和Q2为一组，Q3和Q4为一组，可知，图2所示的推挽开关电源电路中，原边主要由变压器T1和NMOS管Q1~Q4组成，以下结合图2，对本申请的推挽开关电源电路的工作原理进行说明。

上电初始，由于器件的微弱不一致性，Q1~Q4总是呈现一组先导通、另一组不导通的状态。假设Q1先进入导通状态，此时第一原边绕组N1的异名端接地，U1被拉低，使得Q3、Q4截止，同时由于R2、C3的存在，Q2也保持截止；反过来，如果Q2先导通，则U2被拉低，使得Q1、Q2、Q4截止。

Q1~Q4的导通或截止状态并不是恒定的，假设Q1导通、Q2、Q3和Q4截止，此时R2、C3是一个充电回路，Q2的门极电压Ug2会逐渐升高，当Ug2升高到Q2的导通阈值，Q2会从截止转为导通，而Q2的导通会瞬间拉低Q1的门极，导致I1开始减小；因为变压器磁耦合的原因，I1减小会产生感应电压，这个感应电压会使得U1增加而U2减小，这种变化会导致I1进一步减小并使Q1进入截止状态，而U1的增加会使得Q3从截止态向导通态变化，最后，Q1截止、Q3导通，完成一次变流切换。

上述的过程对Q1、Q3完全是对称的，这种切换反复、周期性地发生，形成振荡后完成变压器原边的推挽驱动。

在推挽类开关电源电路中，要求上下管换流时需要有一段较小的时间间隙，比如从上管开下管关，切换到上管关下管开，必须在上管完全关断后再延时数十纳秒(即时隙死区)后，下管才能打开，从而避免上下管直通的问题。本实施例的推挽开关电源电路自带时隙死区，满足该要求。

在图2所示的电路中，第一电阻R1和第三电阻R3的阻值均为3.3KΩ，第一电容C2和第三电容C4的容值均为100pF，第二电阻R2和第四电阻R4的阻值均为10KΩ，第二电容C3和第四电容C5的容值均为1nF。

每次变流切换过程中，Q1和Q3的状态转变并不是同时发生，Q1从导通到截止的过程中，Q3始终是截止的，这是因为R3和C4的参数选择，总是可以使得Q3门级到达开通阈值的时间，大于Q1从导通到截止的切换时间（因为Q2的导通，使得这个时间极短）；所以完整的换流是在Q1截止一小段时间后才完成，反过来从Q3到Q1的切换同理，这一小段时间即为时隙死区。

因此，R1、C2和R3、C4决定了时隙死区时间值，R2、C3和R4、C5决定了开关电源的振荡周期，选择合适的值，即可设计出满足设计目标的开关电源电路。

图3为本申请一实施例提供的推挽开关电源电路的结构示意图之三，如图3所示，推挽开关电源电路还可以包括整流电路，整流电路的输入端连接变压器的副边绕组N3，整流电路的输出端连接电压输出端。

整流电路的作用是将交流电转换为直流电，在本实施例中，整流电路为全桥整流电路D1，作用是将变压器的副边绕组N3输出的交流电转换为直流电，这样，电压输出端连接的负载就能够使用直流电。

综上，本申请提供了一种推挽开关电源电路，优点如下：

1、无需专用的电源控制芯片，利用变压器磁耦合即可产生高频自激振荡，成本低，且在印制电路板上的占用面积小，有利于电路集成封装，适合大规模生产。

2、自带时隙死区，推挽开关电源变流切换时，能产生时隙死区避免上下管直通。

3、电路器件少，应用在要求小体积的工业场景中更有优势。

还需要说明的是，Q1~Q4的MOS型器件并不是唯一选择，还可以使用三极管作为替代方案。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。