[发明专利]一种PFM控制的buck型辅助电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高功率密度电源模块中，为控制电路供电的PFM控制、非隔离低功率输出辅助电源。

背景技术

在传统的高功率密度电源模块中，因采取的电路拓扑不同，辅助电源通常由以下几种方法构成：一是由绕在大功率电感上的辅助绕组提供辅助源电压；二是由绕在主变压器上的辅助绕组提供辅助源电压；三是采用专用PWM(脉宽调制)控制器的串连开关电路提供辅助源电压。这三种典型的辅助源电路如图1所示。

采用图1(a)中电路的辅助源，多用于正激电路拓扑的中、大功率模块电源。在使用平板电感的大功率电源模块中，电感绕组和辅助源绕组通常无法采用三明治绕法进行绕制，绕组间耦合程度低，其输出电压随着输出电流的增大而升高，增大了整流器件的电压应力，降低可靠性，在严重情况下，辅助源电压会超过芯片最大工作电压，使控制电路带来不可修复的损坏。

采用图1(b)中电路的辅助源，多用于反激电路拓扑的小功率模块电源。这种辅助源电路的输出电压不随输入变化而变化，但在输出电压大范围可调的场合中，其输出电压会随输入电压和负载的变化而变化，为使辅助源提供稳定的工作电压，通常在辅助电源的输出电路中使用简单的线性稳压电路稳定输出电压，但是线性电路功耗大，降低了模块电源的变换效率。

采用图1(c)中电路的辅助源，多用于大功率全砖模块电源中。采用该方案的辅助电源，无辅助绕组，其供电电路为独立电路，输出电压不随输入电压和负载的变化而变化。由于其功率器件与控制电路集成在一起，虽然体积较小，但是其应用场合受到功率器件耐压的限制，无法应用到48V母线系统中；另外，这种控制芯片其工作频率为固定值，工作方式为PWM控制，相对于频率可变的PFM控制，其空载特性和轻载特性较差。

发明内容

在传统的辅助电源电路中，采用辅助绕组的辅助电源，其输出电压随输出电压和负载电流的变化而变化；采用专用PWM控制器的串连开关辅助电源，其应用场合适用性差，且空载和轻载相应特性较差，本发明的目的就是解决这些辅助源方案中存在的问题，提供一种采用运算放大器构成PFM控制的buck(非隔离的降压开关电源电路)型辅助电源。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种PFM控制的buck型辅助电源，包括一个与输入电压+VIN连接Buck变换主电路，其特征在于，Buck变换主电路的控制输入端连接一个PFM控制电路，该PFM控制电路包括一个由运算放大器构成的弛张振荡器，其输出脉冲控制buck变换主电路中主开关管的导通和关断，使buck变换主电路输出辅助源电压VCC，辅助源电压VCC通过一个反馈电路连接弛张振荡器，当辅助源电压高于设定的输出电压时，反馈电路使弛张振荡器输出脉冲占空比下降，控制buck变换主电路输出电压降低；当辅助源电压低于设定的输出电压时，反馈电路使弛张振荡器输出脉冲占空比增大，控制buck变换主电路输出电压升高，从而保持辅助源输出电压的稳定。

上述方案中，所述输入电压+VIN通过一个线性稳压电路连接PFM控制电路，为PFM控制电路提供稳定的工作电压。

所述弛张振荡器包括一个高速运算放大器、充放电电阻R6和充放电电容C4，充放电电容一端接地，另一端接运算放大器的反相输入端；充放电电阻一端接运算放大器的反相输入端，另一端接运算放大器的输出端；运算放大器正相输入端通过分压电阻接工作电压V+，运算放大器的正相输入端和输出端之间并接一个可提高电路稳定性的滞环电阻R4。

所述反馈电路包括包括一个三极管、一个稳压二极管，稳压二极管的阴极接辅助源电压VCC，稳压二极管的阳极接三极管的基极，三极管的集电极输出一个反馈信号至运算放大器的反相输入端。

与现有技术相比，本发明不需要辅助绕组，输出电压稳定，解决了传统单端正激变换器中，辅助电源电压随输入电压和负载电流变化而变化的问题，且具有轻载特性好的优点，外围电路简单，便于集成，适用于各种高功率密度的电源模块中。

附图说明

图1为三种传统的辅助源电路结构图。其中图1(a)为在滤波电感上绕制辅助源绕组；图1(b)为在主变压器上绕制辅助源绕组；图1(c)为用专用串连开关做辅助源。

图2为本发明PFM控制buck型辅助电源结构框图。

图3为图2中Buck变换主电路原理图。

图4为图2中弛张振荡器原理图。

图5为输入电压变化时的PFM驱动波形。其中图5a为额定负载下，输入为18V时的PFM驱动波形；图5b为36V输入下的PFM驱动波形。