CN103208926A - 空载功耗仅3毫瓦的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空载功耗仅3毫瓦的开关电源。本发明包括输入整流滤波电路、启动电路、开关管、正反馈电路、电流取样电路、最大输出电流限制电路、输出电压稳定电路、光电隔离电路、输出电压取样电路、输出整流滤波电路。输入整流滤波电路，将220V市电整流并由电容滤波转换为310V直流电。启动电路，为电源起振提供初始电流。电流取样电路及最大输出电流限制电路，用于电源最大输出电流取样和控制。输出电压取样电路及输出电压稳定电路，对次级输出电压进行取样。输出整流滤波电路，输出高频整流滤波。本发明不仅满足每天24小时工作的小功率电器的工作电流要求，而且空载功耗降低到3毫瓦。

Description

空载功耗仅3毫瓦的开关电源

技术领域

本发明属于电源技术领域，涉及一种空载功耗仅几毫瓦的小功率开关电源，主要用途是为长时间小功率工作的用电器供电。

背景技术

任何电器都离不开电源。电源分为两大类：电池和交流电源。其中电池用于自由移动的电器如手机、无线话筒、MP3、遥控器等，由于电池的环保痼疾，高功耗电器通常选择第二类供电方式------交流电源供电。

交流电源供电又可以分为三种具体形式：

一是效率最低的电阻降压（限流）式。如声控灯及机械版的电风扇、电饭煲、电熨斗、电源插座、开关的指示灯等等（每个指示灯及电阻共计耗电300毫瓦左右）。

二是效率居中的电容降压（限流）式。如简单的充电式LED电筒、夜光灯、部分型号的电子式家用电能表，这种电路除了众所周知的稳压二极管耗电，还有大多数人始料未及的降压电容产生的有功功耗。大量的实验测量表明，不论是何种无极性电容，也不论其容量大小，用在工频电路中，其功率因数COSφ并不等于0，而是COSφ= 0.0073左右，据此易得一个105（1μF）的降压电容自身有功功耗超过100毫瓦，一个104（0.1μF）也超过10毫瓦（这些小电容的有功功耗，我们用多款精度为1mW，分辨率为0.1mW的数字功率表实际测量，全部得到证实），还要说明的是，这仅仅是降压电容的功耗，不包括耗电更大的稳压二极管的功耗。另外，此方式中的关键元件——降压（限流）电容，存在随通电时间增加而电容值逐渐衰减的规律，这将导致此供电方式不能用于不间断电源上。

三是工频变压器或者开关电源。其中工频变压器空载有功功耗都在500毫瓦以上，而市场上既有的小功率开关电源空载有功功耗都在120毫瓦以上，国家专利局公开的开关电源空载功耗最低的也要30毫瓦。

综合上述可见，既有技术中还没有空载功耗仅几毫瓦而输出功率达几瓦的电源。 

精密理论计算和大量实际检测都证明，开关电源空载功耗不能够减小到毫瓦级的原因一是使用具有较大自身功耗的电源管理芯片，二是半导体元件工作在具有静态电流的状态，三是启动电阻耗电太大。

发明内容

为了解决具有实用价值的空载功耗低至3毫瓦的电源技术问题，本发明提供了一种切实可行的技术方案以及根据这个方案构建的空载功耗仅几毫瓦的开关电源的最基本电路。

本发明包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第一三极管V1、第二三极管V2、光耦N1和变压器T1。第一二极管VD1的阳极作为开关电源的输入端，阴极分别与第一电容C1的正极、第一电阻R1的一端、变压器T1的初级绕组的一端连接；第一电容C1负极接地；第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一三极管V1基极、第二三极管V2集电极、光耦N1的接收器输入端连接；第一三极管V1的集电极接变压器T1初级绕组的另一端，第一三极管V1的发射极接第二三极管V2的基极、第三电阻R3的一端、光耦N1的接收器输出端，第三电阻R3的另一端接地；第二三极管V2的发射极接地；第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与变压器T1次级绕组一端连接，变压器T1的次级绕组另一端接地。

变压器T1输出绕组的一端接第三二极管VD3的阳极，第三二极管VD3的阴极分别与第二二极管VD3的阴极、第三电容C3的正极连接，第二二极管VD3的阳极接光耦N1的发射器输入端，光耦N1的发射器输出端接隔离地，第三电容C3的负极接地，第三二极管VD3的阳极作为开关电源的输出端。

本发明有益效果：不仅满足每天24小时工作的小功率电器的工作电流要求，而且空载功耗降低到3毫瓦。本发明设计简明、易于实现，满足了开关电源一直追求的低成本、低功耗和高可靠性要求。

附图说明

图1 为发明结构示意图；

图2 为图1中的实施例电路结构图。

具体实施方式

下面接合附图对空载功耗仅3毫瓦的开关电源加以详细的说明。

在附图1中，各功能框名称说明：1.输入整流滤波电路、2.启动电路、3.开关管、4.正反馈电路、5.电流取样电路、6.最大输出电流限制电路、7.输出电压稳定电路、8.光电隔离电路、9.输出电压取样电路、10.输出整流滤波电路。

下面就附图1中，各功能框的作用进行简要描述：

1.输入整流滤波电路，将220V市电整流并由电容滤波转换为310V直流电，如果电源的最大输出功率很小，可以采用半波整流，以进一步降低功耗。

2.启动电路，为电源起振提供初始电流，为本发明的第一特征，一般采用30M以上的极大阻值的电阻（简称：巨阻启动电路）。

3.开关管，耐压400V以上小功率管。

4.正反馈电路，开关管在进入饱和和截止状态时起加速作用，适当选择参数可以使上升下降缘更加陡峭，以提高电源效率。

5. 6.电流取样电路及最大输出电流限制电路，用于电源最大输出电流取样和控制，同时起输出短路保护作用，工作在无静态电流状态，为本发明的第二特征。 

9. 7.输出电压取样电路及输出电压稳定电路，对次级输出电压进行取样，可以提高输出电压的稳定度，输出电压稳定电路也工作在无源状态（同为本发明的第二特征），可以明显地减小电源的空载自耗。

8.光电隔离电路，考虑到输出电压与交流电网隔离，为了安全必需，特殊情况可以省略，而输出电压稳定度要求不高时，可以在开关变压器上加独立绕组取出输出电压馈送至输出电压稳定电路。

9.用电磁隔离代替光电隔离。

10.输出整流滤波电路，输出高频整流滤波，常规电路常规参数。

附图2，是本发明空载功耗仅3毫瓦的开关电源的一个最基本电路实例，该电路输出电压稳定、具有输出短路保护、在输出功率600毫瓦及以下时，可长期稳定工作且对外辐射很小。

该实施例由输入输出整流滤波电路、启动电路、开关管、正反馈电路、电流电压取样控制电路及开关变压器组成。

输入整流滤波电路包含二极管VD1、电容C1。整流二极管VD1的阳极是输入端，阴极与滤波电容C1的正极和变压器T1的初级绕组连接，C1负极接输入另一端（以下称地端）。

启动电路包含大阻值电阻R1、三极管V1、电阻R3。电阻R1另一端与电阻R2、三极管V1基极、三极管V2集电极、光耦N1接收器的输入端连接。三极管V1的集电极接变压器T1初级绕组的另一端，发射极接三极管V2的基极、电阻R3、光耦N1接收器的输出端。电阻R3的另一端接地端。

开关管是三极管V1。

正反馈电路包含电阻R2、电容C2和变压器T1。电阻R2另一端与电容C2连接，C2另一端与变压器T1次级第二绕组一端连接。变压器T1的次级第二绕组另一端与地端连接。

电流取样控制电路包含三极管V2、电阻R3、三极管V1。三极管V2的发射极接地。

电压取样控制电路包含稳压二极管VD2、光耦N1、三极管V1。稳压管VD2阴极接二极管VD3的阴极、电容C3的正极和输出端口，阳极接光耦N1的发射器输入端。光耦的发射器输出端接隔离地。

输出整流滤波电路包含二极管VD3、电容C3。二极管的阳极接变压器T1的次级第一绕组的一端。电容C3的负极接隔离地。

变压器是T1，T1的第一输出绕组的另一端接隔离地。

附图2中各元器件与附图1中各个功能框的对应关系：

1.输入整流滤波电路-----------VD1、C1

2.启动电路-------------------R1

3.开关管---------------------V1

4.正反馈电路-----------------R2、C2

5.电流取样电路---------------R3

6.最大输出电流限制电路-------V2

7.输出电压稳定电路-----------N1内部的光电三极管

8.光电隔离电路---------------N1

9.输出电压取样电路-----------VD2、N1内部的发光二极管

10.输出整流滤波电路-----------VD3、C3

11.开关变压器-----------------T1

本发明设计了以下方案：1.电源启动电路采用阻值极大的电阻（简称：巨阻）组成，其大小根据开关管放大系数及电源的最低工作电压的不同要求选择，一般取值为10兆欧姆～800兆欧姆；2.输出电压稳压电路采用无源直接控制电路；3.最大输出电流限制电路采用无源直接控制电路。

根据以上技术方案，其开关电源的空载功耗可轻而易举地达到几毫瓦以下，且实践证明它在输出功率5瓦及以下时，可以24小时不间断地长期稳定工作。主要技术指标：输入电压：220V交流电；输出电压：12V直流电。

Claims (2)

1. 空载功耗仅3毫瓦的开关电源，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第一三极管V1、第二三极管V2、光耦N1和变压器T1，其特征在于：第一二极管VD1的阳极作为开关电源的输入端，阴极分别与第一电容C1的正极、第一电阻R1的一端、变压器T1的初级绕组的一端连接；第一电容C1负极接地；第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一三极管V1基极、第二三极管V2集电极、光耦N1的接收器输入端连接；第一三极管V1的集电极接变压器T1初级绕组的另一端，第一三极管V1的发射极接第二三极管V2的基极、第三电阻R3的一端、光耦N1的接收器输出端，第三电阻R3的另一端接地；第二三极管V2的发射极接地；第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与变压器T1次级绕组一端连接，变压器T1的次级绕组另一端接地；

变压器T1输出绕组的一端接第三二极管VD3的阳极，第三二极管VD3的阴极分别与第二二极管VD3的阴极、第三电容C3的正极连接，第二二极管VD3的阳极接光耦N1的发射器输入端，光耦N1的发射器输出端接隔离地，第三电容C3的负极接地，第三二极管VD3的阳极作为开关电源的输出端。

2.根据权利要求1所述的空载功耗仅3毫瓦的开关电源，其特征在于：第一电阻R1的阻值为10兆欧姆～800兆欧姆。

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