CN103280978A

CN103280978A - 一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路

Info

Publication number: CN103280978A
Application number: CN2013102643434A
Authority: CN
Inventors: 晁新库
Original assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开了一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，包括：开关电源电路，用于通过对矩形开关信号占空比进行调整，控制开关管的导通时间，并将转换后的电能从电源输出端输出；负载主板，用于在负载由运行状态转为待机状态时，发送反馈信号；反馈电路，用于接入所述反馈信号并对其进行调整；反馈控制电路，用于根据调整后的待机控制信号，控制所述开关电源电路减小所述开关信号的占空比，以减小所述开关管的导通时间，降低所述电源输出端的输出电压。采用本发明提供的技术方案，电路设计简洁灵活，可有效降低电子设备整机的待机功耗，其中电视机整机待机功耗可达到小于0.3W的需求。

Description

一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路。

背景技术

通常可以将电子产品整机分为电源板与负载主板两部分。通过单独设计电源板与负载主板，可以丰富负载主板的实际功能，并且使电源板可根据负载主板上的负载需要进行供电。

针对开关电源，其在待机状态下的主要功耗（功率损耗）类型包括：功率管开关损耗、驱动损耗、变压器磁芯损耗、输出整流管反向恢复损耗等。其中，功率管开关损耗为主要因素，其大小与开关频率相关，所以降低开关频率可以减少开关损耗。

负载主板的功率损耗主要在于主板上的负载在通电运行的损耗。而开关电源部分与负载主板部分的功率损耗之和，即为电子产品的整机功率损耗。

在待机功耗要求越来越严格的今天，电子设备供应商提供了许多方案予以应对。

在目前常用方案中，电子产品在开机和待机后大都保持主板供电电压不变，通过电源部分降低电源主芯片输出的信号占空比，来实现电源部分的待机功率损耗控制在0.5W（瓦）以下。但这个功耗标准在实际难以满足要求越来越高的电子产品功耗需求。

因此，现有技术还提供了一种技术方案，通过含有BURST（升压式可控脉冲）模式或降频功能的电源控制芯片，在待机状态下使芯片进入BURST或降频工作区间，以满足功耗需求；或使用增加了高压启动功能以及取消了X电容的放电电阻，通过高压启动电阻实现X电容（一种安规电容）的关断放电的电源控制芯片等控制IC（Integrated Circuit，集成电路）进一步降低电源部分的待机功耗。虽然这一类IC已经极大地减小了电子产品的待机功耗，如液晶电视机中的整机待机功耗在交流240V（伏）输入的条件下小于0.5W，但在实际批量应用时，该方案为了解决EMI（Electro-Magnetic Interference，电磁干扰），一般X电容的电容值比较大，从而放电时电阻值会减小，导致待机功耗增大。

在电子设备广泛应用的今天，目前产品的整机待机功耗指标已难以满足待机功耗为更低（如0.3W）的新要求。

发明内容

为了解决以上所述的技术问题，需要提供一种设计灵活的低功耗待机电路，进一步有效降低所述开关电源电路与通过该开关电源电路进行供电的负载主板，以及整机的功耗，以满足电子设备日益严格的功耗要求。

本发明提供的一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，包括：

开关电源电路，用于通过对输入至开关管的矩形开关信号占空比进行调整，控制所述开关管的导通时间，以对输入电能进行转换，并将转换后的电能从电源输出端输出；

负载主板，用于从所述电源输出端接入电压信号，以对所述负载主板上的负载进行供电；并在所述负载由运行状态转为待机状态时，向待机控制端发送反馈信号；

反馈电路，用于在所述负载由运行状态转为待机状态时，接入所述反馈信号并对其进行调整；

反馈控制电路，用于根据调整后的待机控制信号，控制所述开关电源电路对所述矩形开关信号的占空比进行调整，以降低所述电源输出端的输出电压。

具体地，所述控制所述开关电源电路对所述矩形开关信号的占空比进行调整，具体为：

控制所述开关电源电路降低所述矩形开关信号的占空比，以减小所述开关管的导通时间。

进一步地，所述开关电源电路包括：开关管、变压器、原边反馈控制电路和光电耦合电路；

所述开关电源电路的电源输入端经由所述开关管连接至所述变压器；

所述变压器用于将所述电源输入端的电能进行转换，并将转换后的电能输出至所述开关电源电路的电源输出端；

所述开关管的控制端接入所述原边反馈控制电路输出的矩形开关信号；

所述原边反馈控制电路，用于根据所述光电耦合电路的光耦电流的大小，调整所述矩形开关信号的占空比；

所述光电耦合电路，用于根据所述反馈控制电路的基准电压，对光耦电流进行调整。

具体地，所述根据所述光电耦合电路的光耦电流的大小，调整所述矩形开关信号的占空比，包括：当所述光耦电流增加时，减小所述矩形开关信号的占空比；当所述光耦电流减小时，增大所述矩形开关信号的占空比。

更进一步地，所述反馈控制电路包括可调基准源元件；

所述可调基准源元件的参考端连接在所述反馈电路的输出端，在所述负载由运行状态转为待机状态时，通过所述反馈电路接入所述负载主板的反馈信号；并根据所述反馈信号，调整所述反馈控制电路的基准电压，以调整所述光电耦合电路的光耦电流。

在一种优选的实现方式中，所述反馈电路由电阻器与二极管的串联电路组成。

所述反馈电路的输入端连接在所述负载主板的待机控制端上，所述反馈电路的输出端连接在所述可调基准源元件的参考端上；

在所述负载由运行状态转为待机状态时，所述反馈信号经由所述反馈电路，将所述反馈信号传送至所述可调基准源元件的参考端。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

通过在负载主板与开关电源电路之间添加一个反馈电路，在负载主板上的负载由运行状态转为待机状态时，通过所述负载主板经由所述反馈电路向开关电源电路发送一个反馈信号，降低所述开关电源电路的输出电压，以降低所述开关电源电路与通过开关电源电路进行供电的负载主板的功耗，从而降低整机的功耗。

附图说明

图1是本发明提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的第一实施例的电路方框图；

图2是本发明第一实施例提供的可调基准源元件的电路原理示意图；

图3是本发明第一实施例提供的反馈电路的一种实现电路原理图；

图4是本发明提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的第二实施例的电路原理图。

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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的第一实施例的电路方框图。

在本实施例中，该基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路包括：开关电源电路101、负载主板102、反馈电路103和反馈控制电路104，其中：

开关电源电路101，用于通过对输入至开关管的矩形开关信号占空比进行调整，控制所述开关管的导通时间，以对输入电能进行转换，并将转换后的电能从电源输出端输出；

负载主板102，用于从所述电源输出端接入电压信号，以对所述负载主板上的负载进行供电；并在所述负载由运行状态转为待机状态时，向待机控制端发送反馈信号；

反馈电路103，用于在所述负载由运行状态转为待机状态时，接入所述反馈信号并对其进行调整；

反馈控制电路104，用于根据调整后的待机控制信号，控制所述开关电源电路对所述矩形开关信号的占空比进行调整，以降低所述电源输出端的输出电压。

具体地，所述反馈控制电路104控制所述开关电源电路对所述矩形开关信号的占空比进行调整，具体为：

控制所述开关电源电路101降低所述矩形开关信号的占空比，以减小所述开关管的导通时间。

具体实施时，开关电源电路101主要用于完成电能的转换，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压。

在本实施例中，开关电源电路101包括：开关管、变压器、原边反馈控制电路和光电耦合电路。

所述开关电源电路101的电源输入端经由所述开关管，连接至所述变压器。变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要由初级线圈、铁芯（磁芯）和次级线圈组成。在开关管导通时，所述变压器用于将所述电源输入端的电能进行转换，并将转换后的电能输出至所述开关电源电路的电源输出端。具体实施时，可通过将变压器设置有多个匝数不同的次级线圈，以得到多个输出电压值不同的电源输出端。

所述开关管的控制端接入所述原边反馈控制电路输出的矩形开关信号。开关管的控制端由矩形开关信号控制所述开关管工作在导通状态或截止状态；控制变压器次级线圈生成的电压整流平滑为输出电压，并从电源输出端输出。矩形信号（即方波信号）具有一定的占空比。在一串理想的方波脉冲周期序列中，占空比即为正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

所述原边反馈控制电路，用于根据所述光电耦合电路的光耦电流的大小，调整所述矩形开关信号的占空比。

在本实施例中，原边反馈控制电路根据所述光电耦合电路的光耦电流的大小，调整所述矩形开关信号的占空比的具体过程，包括：当所述光耦电流增加时，减小所述矩形开关信号的占空比；当所述光耦电流减小时，增大所述矩形开关信号的占空比。

所述光电耦合电路，用于根据所述反馈控制电路的基准电压，对光耦电流进行调整。在开关电源中，通过反馈控制电路104改变光电耦合电路中流经的光耦电流，以通过光耦电流影响原边反馈控制电路的工作，调整对开关管进行开关控制的矩形开关信号的占空比，从而改变开关管的导通时间和截止时间。

具体地，当所述矩形开关信号的占空比减小时，开关管的导通时间减小而截止时间增大，从而使变压器的工作时间缩短，开关电源电路的电源输出端电压减小；当所述矩形开关信号的占空比增大时，开关管的导通时间增大而截止时间减少，从而使变压器的工作时间变长，开关电源电路的电源输出端电压增大。

在本实施例中，在负载主板102由运行状态转为待机状态时，由于矩形开关信号的占空比减小，开关管的导通时间缩短，因此，开关管的导通功耗相应降低，而开关管的功耗又是开关电源电路101功率耗损的主要因素，从而开关电源电路101的功率损耗也相应降低。

在本实施例中，负载主板102从开关电源电路101的电源输出端接入电能，为主板上的运行的负载进行供电。当主板上的负载由运行状态转为待机状态时，负载主板102通过反馈电路103向反馈控制电路104发送反馈信号，控制反馈控制电路104的工作状态，以提高光耦电流，从而降低开关电源电路101的电源输出端的电压值。此时，由于负载主板102上的电流为恒定电流，且负载主板102通过开关电源电路101输入的电压减小，因此，负载主板102的功耗也得到了有效控制。

进一步地，在本实施例提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路中，所述反馈控制电路包括可调基准源元件。

所述可调基准源元件的参考端连接在所述反馈电路的输出端，在所述负载由运行状态转为待机状态时，通过所述反馈电路接入所述负载主板的反馈信号；并根据所述反馈信号，降低所述反馈控制电路的基准电压，以增大所述光电耦合电路的光耦电流。

在本实施例中，所述可调基准源元件为热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从参考端2.5V~36V的任意值。具体地，可调基准源元件具有3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。

参看图2，是本发明第一实施例提供的可调基准源元件的电路原理示意图。

可调基准源元件内部含有一个基准电压，接在运放的反相输入端；只有当REF端（运放的同相端）的电压非常接近基准电压时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管的电流将从1到100mA（毫安）变化。当在参考端（REF端）引入信号时，器件可以通过从阴极（CATHODE）到阳极（ANODE）很宽范围的分流。

在本实施例中，可调基准源元件的阴极与光电耦合电路连接；当反馈电路103引入负载主板102输出的反馈信号的电压值大于可调基准源元件的基准电压时，可调基准源元件与周边的电阻器等器件，其阴极输出的电流增大，从而促使光电耦合电路中流经的光耦电流增大，以引起开关电源电路101等的一系列相应变化。具体地，在本实施例中，所述反馈信号为3.3伏的电压信号。

优选地，所述可调基准源元件为型号为TL431的稳压电源芯片。TL431是德州仪器公司生产的一种有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，其内部具有2.5V的基准源，可等效为一只稳压二极管。

更进一步地，在本实施例中，所述反馈电路由电阻器与二极管的串联电路组成。所述反馈电路的输入端连接在所述负载主板的待机控制端上，所述反馈电路的输出端连接在所述可调基准源元件的参考端上；

参看图3，是本发明第一实施例提供的反馈电路的一种实现电路原理图。

反馈电路103由电阻器R1和二极管D1串联而成，其中，电阻器R1的一端为反馈电路103的输入端，另一端与二级管D1的正极连接；二极管D1的负极为反馈电路103的输出端，用于连接反馈控制电路104。当反馈控制电路104包括可调基准源元件时，二极管D1的负极为反馈电路103的输出端连接至可调基准源元件的参考端。

在本实施例中，所述由电阻器与二极管的串联电路的输入端连接在所述负载主板的待机控制端上，所述由电阻器与二极管的串联电路的输出端连接在所述可调基准源元件的参考端上。在所述负载由运行状态转为待机状态时，所述反馈信号经由所述电阻器传送至所述二极管，由所述二极管将所述反馈信号传送至所述可调基准源元件的参考端。在所述负载处于运行状态时，由于所述二极管处于截止状态，其作用是防止电源输出端的电压信号灌输至负载主板，以避免反馈的电压信号烧毁负载主板上的控制IC电路；在所述负载由运行状态转为待机状态时，所述二极管处于导通状态，可将负载主板的反馈信号传输至可调基准源元件的参考端。

优选地，在本实施例中，所述电阻器R1为可调电阻器，通过设置所述可调电阻器的阻值大小对所述负载主板的反馈信号的电压值进行调整。

在本实施例中，进一步地，所述负载主板102包括微处理器；所述微处理器用于监控所述负载的工作状态，并在所述负载由运行状态转为待机状态时，向所述反馈电路发送反馈信号。

优选地，所述负载主板102为电视机主板。

下面为方便说明，仅以电视机为例对本发明实施例的技术方案进行描述，本发明提供的技术方案不限于应用于电视机产品。

参见图4，是本发明提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的第二实施例的电路原理图（负载主板未画出）。

在本实施例中，开关电源电路101主要包括型号为LD7765的电源控制芯片，光电耦合器（包括发光器D3和受光器D4）、开关管UB1、变压器TB1以及相应外围电路。

反馈电路103由电阻器R1和二极管D1的串联电路组成。其中，电阻器R1的一端为反馈电路103的输入端V_in，用于接入负载主板102（图中未画出）的反馈信号；电阻器R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接反馈控制电路104中的可调基准源元件D2的参考端。通过图4所示的电路连接，在负载主板102上的负载由运行状态转为待机状态时，通过待机控制端，即输入端V_in，可以将负载主板102发出的反馈信号经由所述反馈电路103传输到反馈控制电路104的可调基准源元件D2的参考端。

具体地，所述反馈信号为3.3V的电压信号；可调基准源元件D2的型号为TL431，内部基准电压为2.5V。

在本实施例中，基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的工作原理是：当负载主板102上的负载处于正常运行状态时，待机控制端V_in的电压值为0V，二极管D1处于截止状态，因此，可调基准源元件D2的参考端与负载主板102之间没有电连接；当负载主板102上的负载转为待机状态时，负载主板102上的微处理器向待机控制端V_in发出一个3.3V的电压信号，其流经电阻器R1后，触发二极管D1导通，为可调基准源元件D2的参考端注入参考电压，该参考电压与可调基准源元件D2的内部基准电压2.5V进行比较，使得可调基准源元件D2的阴极输出电流增大，从而使得流经光电耦合器的光耦电流增大。参看图4所示，光电耦合器中的受光器与电源控制控制芯片LD7765的比较端COMP连接，光耦电流增大时，电源控制控制芯片LD7765的信号输出端OUT所输出的矩形开关信号的占空比减小，以减小开关管UB1的导通时间，从而降低开关管的功率损耗以及开关电源电路的功率损耗。

进一步地，开关管UB1控制变压器TB1对电源输入端V_bridge的输入电能的转换过程，使得开关电源电路101的电源输出端V_out1和电源输出端V_out2的输出电压减小。在该电路中，开关电源电路101通过电源输出端V_out1和电压输出端V_out2对负载主板102进行供电，由于负载主板102上的负载所流经的电流不会因输入电压的改变而改变，因此，根据功率计算公式P=U*I（其中P为功率，U为电压，I为电流），负载主板102的待机功率损耗得到了有效降低。

具体实施时，负载主板102中可设置有BUCK DC/DC电路（降压式直流电压转换电路），用于对直流参数进行变换。在负载主板102上的负载由运行状态转为待机状态时，负载主板102的功率损耗来源主要来自于所述的降压式直流电压转换电路。

由于该BUCK DC/DC电路中包含有开关管等功率器件（如三极管），因此该电路的待机功率损耗主要来源于开关管等功率器件。当开关电源电路101的电压输出端V_out1或V_out2对BUCK DC/DC电路的供电电压降低时，其内部的开关管的导通功率损耗也相应降低，从而降低BUCK DC/DC电路的待机功率损耗，提高其工作效率。因此，主板负载102上的负载的损耗不变的条件下，设有BUCK DC/DC电路的负载主板102上的负载由运行状态转为待机状态时，由于BUCK DC/DC电路功耗降低，因此其负载主板102的待机功耗也得到有效控制，从而也间接地降低了整机的待机功耗。

因此，实施本实施例中的技术方案，可降低开关电源电路和负载主板的功率损耗，从而降低整机的待机功率损耗。

譬如，电路在优化以前，开关电源电路101的电源输出端V_out1的输出电压为12V、电源输出端V_out2的输出电压为50V，经调整后可分别达到6V和20V，而电路的待机电流为5mA（毫安），则：优化前的待机功耗为P1=（12+50）*0.005=0.31W，优化后的待机功耗为P2=（6+20）*0.005=0.13W。对于负载主板102部分，电视机主板优化前的待机功耗目前已达到0.15W，经过本发明优化后，由于电视机主板上的负载的供电电压可进一步降低，可使得主板的待机功耗小于0.15W。因此，电视机整机的待机功耗可调整为小于：0.13W+0.15W=0.28W，达到了电视机技术领域中的电源与主板组合设计的待机功耗新要求（低于0.3W）。

优选地，所述反馈电路103中的电阻器R1为可调电阻器。在负载主板102上的负载由运行状态转为待机状态时，通过改变电阻器R1的电阻值，来改变输入至可调基准源元件D2的参考端的反馈信号，从而改变开关电源电路101的输出电压值，可进一步根据实际应用需要降低整机的待机功耗。

需要说明的是，上述实施例提供应用在电视机的低功耗待机电路，仅仅是本发明提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路的一种具体实施方式，本发明提供的技术方案可应用在任一采用电源与主板两部分进行组合设计的整机应用场合。且上述实施例中提供的电源控制芯片的型号包括但不限定为LD7765；开关管UB1除了采用场效应管之外，还可以替换为普通三极管、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。

本发明实施例提供的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，采用负载主板向开关电源电路发送反馈信号的方式，通过在负载主板与开关电源电路之间添加一个反馈电路，在负载主板上的负载由运行状态转为待机状态时，通过所述负载主板经由所述反馈电路向开关电源电路发送一个反馈信号，通过对输入至开关管的矩形开关信号占空比进行调整，降低开关电源电路上的开关管的导通时间和待机功耗，从而降低所述开关电源电路的输出电压，以降低所述开关电源电路与通过开关电源电路进行供电的负载主板的功耗，从而达到降低整机的功耗的目的。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.在一种基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述控制所述开关电源电路对所述矩形开关信号的占空比进行调整，具体为：

3.如权利要求2所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述开关电源电路包括：开关管、变压器、原边反馈控制电路和光电耦合电路；

4.如权利要求3所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述根据所述光电耦合电路的光耦电流的大小，调整所述矩形开关信号的占空比，包括：当所述光耦电流增加时，减小所述矩形开关信号的占空比；当所述光耦电流减小时，增大所述矩形开关信号的占空比。

5.如权利要求4所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括可调基准源元件；

6.如权利要求5所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述反馈电路由电阻器与二极管的串联电路组成；

7.如权利要求6所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述电阻器为可调电阻器，通过设置所述可调电阻器的阻值大小对所述负载主板的反馈信号的电压值进行调整。

8.如权利要求1~7任一项所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述反馈信号为3.3伏的电压信号。

9.如权利要求8所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述负载主板包括微处理器；

所述微处理器用于监控所述负载的工作状态，并在所述负载由运行状态转为待机状态时，向所述反馈电路发送反馈信号。

10.如权利要求9所述的基于负载主板反馈信号的低功耗待机电路，其特征在于，所述负载主板为电视机主板。