CN102594326A - 一种电源稳压开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源稳压开关电路，包括：电子开关电路和稳压开关控制电路，所述电子开关电路包括电压输入端、电压输出端和控制端，所述稳压开关控制电路连接所述电子开关电路的控制端，输出控制信号。在电子开关的基础上设计增加了稳压功能，不用增加昂贵的功率元件的条件下，提高了多路输出的电压调整率，降低了产品的成本。由于电压调整率的提高，不用采用特殊工艺的变压器，也不用加大型的变压器，进一步降低了产品的成本；不用特别考虑其它方法来稳压，减少了产品设计的复杂程度，同时也有较大弹性来优化电源的电器性能。本发明的电源稳压开关电路根据输入电压值，自动在稳压模式及全导通模式之间切换，大大改善了电源的交叉调整率及效率。

Description

一种电源稳压开关电路

技术领域

本发明涉及电源控制的技术领域，尤其涉及一种电源稳压开关电路。

背景技术

目前具备多路输出的电源产品，为实现特定的待机功率要求，输出功率最大的一路电源(主功率回路)在输出到主板前，基本都会增加一个电子开关元件，如功率三极管或FET等，来控制该路电源的通断。例如在STANDBY省能模式下，主板发出一个OFF信号去关断所述电子开关，主功率回路断开，输入功率将大幅度下降，从而达到待机功率的要求；相反在正常工作模式下，主板发出ON信号，开通该电子开关，主功率回路输出到主板，整机开始正常工作。

但是目前这种带ON/OFF电子开关的多路输出电源，在设计时该电子开关只是被设计成ON/OFF功能，也就是只起着一个简单通断的作用，在实际的多路输出应用中存在一个非常明显的不足：就是对该电源电路的输出电压没有稳定作用。众所周知的是多路输出的电源，由于在设计中只能保证电压被取样反馈的该路输出电压的稳定，而对于其它路的输出电压则无法调整，特别是在交叉负载时更难保证，这就使得多路输出的电源电压的调整率变得非常差。

提高多路输出电源的电压调整率，常用一些措施进行改进，但都会产生一些不良的副作用，例如：

1.在后级增加稳压器，其缺点是使电路成本增加，效率下降；

2.采取各种手段减少变压器漏感的影响，例如：

2.1.减少磁芯的中柱GAP长度，如反激式电源，其缺点是限制了电源的输出功率；

2.2.采用低漏感的变压器工艺，其缺点是使工艺复杂程度增加，变压器成本增加；

2.3.采用大一级的变压器，其缺点是使变压器成本增加；

3.采用提高调整率的变压器工艺，其缺点是工艺复杂程度增加，变压器成本增加；

由此可见，现有技术中并未出现一种成本较低且具有较高的电压调整率的电源稳压开关电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种成本较低且具有较高的电压调整率的电源稳压开关电路。

一种电源稳压开关电路，包括：电子开关电路和稳压开关控制电路，所述电子开关电路包括电压输入端、电压输出端和控制端，所述稳压开关控制电路连接所述电子开关电路的控制端，输出控制信号；

所述稳压开关控制电路包括：开关信号输入电路、开关器件电路、比较电压输入电路、输出电压反馈电路和比较器电路；所述开关器件电路一端接地，另一端连接所述比较电压输入电路，并且经过一个二极管连接所述比较器电路的比较电压输入端，其控制端连接所述开关信号输入电路；所述输出电压反馈电路也连接至所述比较器电路的所述比较电压输入端，所述比较器电路的输出端连接所述电子开关电路的控制端。

与现有技术相比较，本发明的电源稳压开关电路中，所述开关信号输入电路输入开关信号，所述开关器件电路根据所述开关信号执行导通或者关断，当输入开信号时，所述开关器件电路导通，将所述比较电压输入电路接地，因此其连接的所述二极管截止。所述比较器电路的比较电压输入端不受所述比较电压输入电路的影响，所述比较器电路的输出端输出导通信号至所述电子开关电路的控制端，将所述电子开关导通，使电源电压正常输出。当所述开关信号输入电路输入关信号时，所述开关器件电路截止，所述比较电压输入电路输入的参考电源经过所述二极管后叠加到所述比较器电路的比较电压输入端，使所述比较器电路的输出端输出关断信号至所述电子开关电路的控制端，将所述电子开关关断，使电源电压不会输出。因此，能够实现电源电路正常的开关控制功能。

同时，输出电压的反馈信号通过所述输出电压反馈电路后同样叠加到所述比较器电路的比较电压输入端。当输出电压过大时，所述比较电压输入端的电压升高，所述比较器电路的输出的导通信号下降，令所述电子开关的导通率下降，为稳压模式，从而降低输出电压；当输出电压过小时，所述比较电压输入端的电压降低，所述比较器电路的输出的导通信号增强，令所述电子开关的导通率提高，为全导通模式，从而提高输出电压。因此，又可以达到稳定电压的作用。

本发明的电源稳压开关电路首先是在电子开关的基础上设计增加了稳压功能，不用增加昂贵的功率元件的条件下，提高了多路输出的电压调整率，降低了产品的成本。其次，由于电压调整率的提高，不用采用特殊工艺的变压器，如低漏感工艺或高耦合工艺，也不用加大型的变压器，进一步降低了产品的成本；又由于电压调整率的提高，从电路上不用特别考虑其它方法来稳压，减少了产品设计的复杂程度，同时也有较大弹性来优化电源的电器性能，例如可以获得更高效率或者更低的EMI等；最后，本发明的电源稳压开关电路可根据输入电压值，自动在稳压模式及全导通模式之间切换，大大改善了电源的交叉调整率及效率。

附图说明

图1是本发明电源稳压开关电路的结构示意图；

图2是本发明电源稳压开关电路一种优选实施方式的结构示意图；

图3是本发明的电源稳压开关电路在两路输出的电源电路中应用的示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明电源稳压开关电路的结构示意图。

所述电源稳压开关电路包括：电子开关电路10和稳压开关控制电路20，所述电子开关电路10包括电压输入端11、电压输出端12和控制端13，所述稳压开关控制电路20连接所述电子开关电路10的控制端13，输出控制信号。所述电子开关电路10的电压输入端11用于连接变压器副边的电源电压输出；所述控制端13输入的控制信号控制所述电子开关电路10的导通或者关断。

当所述控制端13输入关断信号时，所述子开关电路10的电压输入端11、电压输出端12之间断开，所述子开关电路10的电压输出端12无电压输出。

当所述控制端13输入导通信号时，所述子开关电路10的电压输入端11、电压输出端12之间导通，变压器输出的电源电压通过所述输出端13输出；并且，可通过改变所述导通信号的电压值，改变所述子开关电路10的导通程度。从而调整所述输出端13的输出电压的大小。所述稳压开关控制电路20输出的控制信号即为输出至所述电子开关电路10的控制端13的电压信号。

所述稳压开关控制电路20包括：开关信号输入电路21、开关器件电路22、比较电压输入电路23、输出电压反馈电路24和比较器电路25；所述开关器件电路22一端接地，另一端连接所述比较电压输入电路23，并且经过一个二极管连接所述比较器电路25的比较电压输入端01，所述开关器件电路22的控制端连接所述开关信号输入电路21；所述输出电压反馈电路24也连接至所述比较器电路25的所述比较电压输入端01，所述比较器电路25的输出端连接所述电子开关电路10的控制端13。

本发明的电源稳压开关电路正常工作时，所述电子开关电路10的电压输入端11接入电源电压输出，所述稳压开关控制电路20中的开关信号输入电路21接入电源系统的开关on/off控制信号。

以下具体说明本发明电源稳压开关电路实现开关控制，以及稳压控制的工作原理：

1.开关控制：

所述开关信号输入电路21输入电源系统的开关on/off控制信号，所述开关器件电路22根据所述开关on/off控制信号执行导通或者关断。

当所述开关on/off控制信号为on时，所述开关器件电路22导通，将所述比较电压输入电路23的输出接地，因此所述二极管截止。所述比较器电路25的比较电压输入端01不受所述比较电压输入电路23的影响，使所述比较器电路25输出的控制信号导通所述电子开关电路10。所述电子开关电路10的电压输出端12有电源电压输出；

当所述开关on/off控制信号为off时，所述开关器件电路22截止，将所述比较电压输入电路23输入的比较电压通过所述二极管导通施加到所述比较器电路25的比较电压输入端01上，使所述比较器电路25输出的控制信号关闭所述电子开关电路10。所述电子开关电路10的电压输出端12无电压输出。

因此本发明电源稳压开关电路能够实现电源电压的开关控制。

2.稳压控制：

所述开关on/off控制信号为on时，所述电子开关电路10的电压输出端12有电压输出。

当输出电压过大时，所述输出电压反馈电路24反馈的电压提高所述比较器电路25的比较电压输入端01的电压值，使所述比较器电路25输出的导通控制信号降低，从而使所述电子开关电路10的导通程度减少，降低输出电压；

当输出电压过小时，所述输出电压反馈电路24反馈的电压降低所述比较器电路25的比较电压输入端01的电压值，使所述比较器电路25输出的导通控制信号增大，从而使所述电子开关电路10的导通程度提高，甚至处于全导通状态，压降最小，一定程度上补偿了偏低的输出电压。

因此，本发明电源稳压开关电路能够使导通时的电源电压保持稳定。

请参阅图2，图2是本发明电源稳压开关电路一种优选实施方式的结构示意图。

在本实施方式中，所述开关信号输入电路21包括依次串联连接的开关信号输入端10#、第一电阻R226和第二电阻R225，所述第二电阻R225接地，所述开关器件电路22的控制端连接在所述第一电阻R226和所述第二电阻R225之间。

所述开关器件电路22包括晶体管Q202，所述晶体管Q202的基极为所述开关器件电路22的控制端，所述晶体管Q202的发射极接地，其集电极连接所述二极管D205的阳极以及所述比较电压输入电路23。

所述比较电压输入电路23包括第三电阻R224，所述第三电阻R224的一端连接稳定的+5V参考电源，另一端依次经过二极管D205的阳极、阴极连接所述比较器电路25的所述比较电压输入端3。

所述输出电压反馈电路24包括串联连接的第四电阻R211和第五电阻R223，所述第四电阻R211一端连接+24V输出电压的反馈信号，另一端经过所述第五电阻R223后接地，所述比较器电路25的所述比较电压输入端3连接在所述第四电阻R211和所述第五电阻R223之间。

所述比较器电路25包括比较器U201B、第六电阻R209和稳压管U202，所述第六电阻R209一端连接所述+5V参考电源，另一端经过所述稳压管U202后接地；所述比较器U201B的一个电压输入端为所述比较器电路25的比较电压输入端3，其另一个电压输入端2连接至所述第六电阻R209和所述稳压管U202之间，其输出端为所述比较器电路25的输出端。所述第六电阻R209和所述稳压管U202提供稳定的参考电压给所述比较器U201B，所述比较器U201B将所述稳压管U202提供的稳定电压与其比较电压输入端3的电压比较，从而根据比较结果改变输出信号。

进一步地，所述电子开关电路10包括场效应晶体管Q201、第七电阻R202和第八电阻R203，所述第七电阻R202和所述第八电阻R203串联连接在所述场效应晶体管Q201的源极和栅极之间，所述稳压开关控制电路20中的比较器U201B的输出端连接至所述第七电阻R202和所述第八电阻R203之间，输出所述控制信号。

所述电子开关电路10还可以包括一滤波电容C205，所述电子开关电路10中的场效应晶体管Q201的电压输出端通过所述滤波电容C205接地，过滤掉输出电压中的干扰信号，提高输出电压的稳定性。

作为一种具体的应用举例，所述晶体管Q202可选用2N3904芯片实现，所述比较器U201B可选用LM358芯片实现，所述场效应晶体管Q201可选用AP9561GI芯片实现。

在本实施方式中，所述电源稳压开关电路的工作原理如下：

(1)开关控制原理：

当输入ON/OFF信号为高电位时，Q202的基极高电位导通，集电极电压下降，D205反向截止，U201B的PIN3脚电压不受影响，PIN1电压正常输出，Q201导通，+24V有电压输出；

相反当输入ON/OFF信号为低电位时，Q202基极低电位截止，集电极电压上升，D205正向导通，+5Vin电压通过R224及D205加到U201B的PIN3脚，PIN3脚电压被抬高，PIN1脚输出高电压，Q201截止，+24V没有电压输出；

(2)稳压控制原理：

当电子开关Q201的输入电压+24Vo较高时，例如，高于R211及R223设定的电压值25.23V。+24V输出电压也会上升，导致R211及R223的分压也会上升，即U201B的PIN3脚电压也上升，则运放输出PIN1脚电压上升，电子开关Q201导通程度减少，+24V输出电压下降，这个负反馈过程使得输出电压稳定在设定值25.23V；

相反当电子开关Q201的输入电压+24Vo较低时，例如，低于R211及R223设定的电压值25.23V。R211及R223的分压下降，即U201B的PIN3脚电压也下降，则运放输出PIN1脚电压下降，电子开关Q201处于全导通状态，压降最小，一定程度上补偿了偏低的输出电压。

因此，实现了电子开关电路根据输入电压的高低自动改变工作模式的效果。

模式1为：输入电压高时，电子开关工作在稳压状态，提高了电压调整率；

模式2为：输入电压低时，电子开关工作在全导通状态，一定程度上补偿了稍低的输出电压。

通过所述稳压开关控制电路20的控制，使所述电子开关电路10在两种工作模式下自动切换，对改善多路输出应用中交叉负载调整时减少电子开关的功率耗损有明显的效果，提升了效率。

以下面两种负载条件为例：

负载条件1：+5V输出负载电流最大，+24V输出负载电流最小时。

这时+24Vo输出电压最高，这时电子开关电路10进入稳压模式，由于这时+24V负载较轻，电子开关电路10损耗很小；如果此时增加+24V的负载电流，+24Vo会下降，所以一定程度上也限制了由于负载电流的增加电子开关电路10损耗加大的现象；

负载条件2：+5V输出负载电流最小，+24V输出负载电流最大时。

这时+24Vo输出电压最低，这时电子开关电路10进入全导通模式，压降最低，所以也一定程度上限制了由于负载电流最大时电子开关电路10损耗较大的现象.

综上所述，本发明的电源稳压开关电路实现了提高输出电压调整率的目的，同时也是一种高效率的方案。

请参阅图3，图3是本发明的电源稳压开关电路在两路输出的电源电路中应用的示意图。

本发明的电源稳压开关电路在不影响电源电路的ON/OFF功能的前提下，将电子开关，如三极管或FET等功率器件，设计成具备稳压功能，使该电子开关不但具有开关的功能，还起着稳定输出电压的作用。

同时，电子开关仍然受ON/OFF信号的控制，在ON信号作用下，电子开关开通，输出端有电压输出；在OFF信号作用下，电子开关关断，输出端没有电压输出。

而且，在ON信号作用下，电子开关开通，并且会根据输入电压的高低自动进入稳压模式或全导通模式。

如果输入电压过高，则电子开关起稳压作用，输出电压会被稳定在某一设定的稳压值，从而提高了输出电压的调整率。如果输入电压较低，低于设定的稳压值，电子开关的稳压电路不工作，电子开关处于全导通的ON状态，这时电子开关的压降最低，一定程度上也补偿了较低的输入电压值，使到达输出端的电压最大化，从而也提高了输出电压的调整率。

由于现有的电源电路中电子开关这个主要功率器件本身已经存在，将其设计成一个稳压电路，只需要外加一些价格相对低廉的控制元件就可以了，所以在提高了电压调整率的同时，也实现了低成本的设计。

本发明的电源稳压开关电路不仅适用于两路输出，对单路或两路以上的输出也适用。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电源稳压开关电路，其特征在于，包括：电子开关电路和稳压开关控制电路，所述电子开关电路包括电压输入端、电压输出端和控制端，所述稳压开关控制电路连接所述电子开关电路的控制端，输出控制信号；

所述稳压开关控制电路包括：开关信号输入电路、开关器件电路、比较电压输入电路、输出电压反馈电路和比较器电路；所述开关器件电路一端接地，另一端连接所述比较电压输入电路，并且经过一个二极管连接所述比较器电路的比较电压输入端，其控制端连接所述开关信号输入电路；所述输出电压反馈电路也连接至所述比较器电路的所述比较电压输入端，所述比较器电路的输出端连接所述电子开关电路的控制端。

2.如权利要求1所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述开关信号输入电路包括依次串联连接的开关信号输入端、第一电阻和第二电阻，所述第二电阻接地，所述开关器件电路的控制端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间。

3.如权利要求1所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述开关器件电路包括晶体管，所述晶体管的基极为所述开关器件电路的控制端，所述晶体管的发射极接地，其集电极连接所述二极管的阳极以及所述比较电压输入电路。

4.如权利要求1所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述比较电压输入电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接稳定的参考电源，另一端依次经过所述二极管的阳极、阴极连接所述比较器电路的所述比较电压输入端。

5.如权利要求1所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括串联连接的第四电阻和第五电阻，所述第四电阻一端连接输出电压的反馈信号，另一端经过所述第五电阻后接地，所述比较器电路的所述比较电压输入端连接在所述第四电阻和所述第五电阻之间。

6.如权利要求1所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述比较器电路包括比较器、第六电阻和稳压管，所述第六电阻一端连接所述参考电源，另一端经过所述稳压管后接地；所述比较器的一个电压输入端为所述比较器电路的比较电压输入端，其另一个电压输入端连接至所述第六电阻和所述稳压管之间，其输出端为所述比较器电路的输出端。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述电子开关电路包括场效应晶体管、第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和所述第八电阻串联连接在所述场效应晶体管的源极和栅极之间，所述稳压开关控制电路连接至所述第七电阻和所述第八电阻之间，输出所述控制信号。

8.如权利要求7所述的电源稳压开关电路，其特征在于，所述电子开关电路还包括一滤波电容，所述电子开关电路的电压输出端通过所述滤波电容接地。

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