CN103904899A - 一种开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种开关电源，包括：开关电源模块；检测模块与开关电源模块的输出端相连，用于检测开关电源模块的输出电流以生成检测信号；基准电压提供模块用于提供基准电压；比较模块分别与检测模块和基准电压提供模块相连，用于对检测信号和基准电压进行比较以生成比较信号；驱动模块与比较模块相连，用于根据比较信号生成驱动信号；控制模块与驱动模块和开关电源模块相连，用于根据驱动信号调整开关电源模块的工作频率。本发明的开关电源，能够改变开关频率，使开关器件工作于最佳高效状态，延长了开关器件的寿命，改善了开关电源的EMC问题。

Description

一种开关电源

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，特别涉及一种开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定的输出电压的一种电源。开关电源一般由PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）控制IC（Integrated Circuit，集成电路）和开关器件如MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管）、BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）等构成。

如图1所示，为现有的开关电源电路结构示意图。交流电通过AVIN端输入，然后经过由二极管D01和电容C01组成的整流滤波电路进行整流滤波，稳压二极管ZD01和二极管D02组成的吸收网络用于吸收开关变压器T01在工作期间初级的尖峰电压，经过开关变压器T01进行电压变化传输到次级，经过稳压二极管ZD02和电阻R03进行稳压采样，并由光耦U02反馈信号，控制开关器件的开关，其中，二极管D03和电容C02为开关电源启动二次供电部分。

图1中的相关符号的意义如下：

U01和U02为芯片位置号；

U01：开关电源芯片；

U01各个管脚为：D为集成于芯片内部的功率管漏极，S为源极，X为功能保护，F为频率设定，V为开关芯片的供电端，C为开关电源的电压调节端；

AVIN：开关电源的交流电输入；

DC-OUT+：开关电源的直流电压输出正压端；

DC-OUT-：开关电源的直流电压输出负压端；

VCC+：开关电源的直流电压输出正压端，与DC-OUT+相同端点；

GND：电路中的接地端；

D：为二极管符号；

ZD：为稳压二极管；

R：为电阻符号；

C：为电容符号；

T01：为开关变压器。

目前开关电源芯片的工作频率是通过外部设定电子器件的参数或电平确定一个正常工作的频率，例如可设定为66KHz或132KHz，这种方式不够智能化，不能使开关电源工作在最佳状态。开关电源的效率正好与开关频率成负相关，即开关电源的工作频率越高，其开关变压器体积越小，相应地开关电源的效率下降，电路的电磁干扰变大，开关器件温升效高，所以说开关电源在保证功率输出的前提下，应该尽可能地降低工作频率。

综上所述，现有技术存在的缺点是：在开关电源输出从小功率到额定功率的整个变化过程中其开关频率是固定不变的，所以随着开关电源输出功率的减少，它的输出效率是降低的。当开关电源的输出功率明显小于额定功率时，便降低了开关电源在较小功率输出时的效率，增加了开关电源的器件能量损耗，降低了器件的寿命，同时也进一步加重了开关电源的EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种开关电源，该开关电源能够改变开关频率，使开关器件工作于最佳高效状态，延长了开关器件的寿命，改善了开关电源的EMC问题。

为达到上述目的，本发明实施例提出一种开关电源，包括：开关电源模块；检测模块，所述检测模块与开关电源模块的输出端相连，用于检测所述开关电源模块的输出电流以生成检测信号；基准电压提供模块，用于提供基准电压；比较模块，所述比较模块分别与所述检测模块和所述基准电压提供模块相连，用于对所述检测信号和所述基准电压进行比较以生成比较信号；驱动模块，所述驱动模块与所述比较模块相连，用于根据所述比较信号生成驱动信号；控制模块，所述控制模块与所述驱动模块和开关电源模块相连，用于根据所述驱动信号调整所述开关电源模块的工作频率。

根据本发明实施例的开关电源，通过检测模块检测开关电源的输出电流，并提供电压值，由比较模块将此电压值与基准电压进行比较，生成比较信号，由驱动模块根据比较信号生成驱动信号传输到控制模块，通过控制模块根据驱动信号调节开关电源的工作频率，能够保证在一定的空间，最大程度地发挥电子元器件的性能及使其工作于最佳效率状态，降低了温升，延长了开关器件的寿命。使开关电源随着输出功率的减少，提高了效率。此外，还改善了开关电源的EMC问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的一种开关电源结构电路示意图；

图2为根据本发明实施例的开关电源结构示意图；以及

图3为根据本发明的一个实施例的开关电源电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图2至图3描述根据本发明实施例提出的一种开关电源。

如图2所示，本发明实施例的开关电源，包括开关电源模块201、检测模块202、基准电压提供模块203、比较模块204、驱动模块205和控制模块206。其中，检测模块202与开关电源模块201的输出端相连，用于检测开关电源模块201的输出电流以生成检测信号。基准电压提供模块203用于提供基准电压。比较模块204分别与检测模块202和基准电压提供模块203相连，用于对检测信号和基准电压进行比较以生成比较信号。驱动模块205与比较模块204相连，用于根据比较信号生成驱动信号。控制模块206分别与驱动模块205和开关电源模块201相连，用于根据驱动信号调整开关电源模块201的工作频率。

本发明的基本思路为，通过改变开关电源模块201的功率控制管脚的电平改变开关频率，即通过检测模块202检测开关电源模块201的输出电流生成检测信号，检测信号与基准电压进行比较获得比较信号，驱动模块205根据比较信号生成驱动信号，控制模块206根据驱动信号来控制开关电源模块201的功率控制管脚的电平以改变开关频率。开关电源模块201根据其的输出电流计算得到开关电源模块201的输出功率，使开关电源模块201的工作频率根据开关电源模块201的输出功率进行高低频率切换，在本发明的一个实施例中，高频率可以为132KHZ，低频率可以为66KHZ。

在本发明的一个实施例中，控制模块206在开关电源模块201的输出功率大于功率阈值时根据驱动信号将开关电源模块201的工作频率调整到第一频率。控制模块206在开关电源模块201的输出功率小于等于功率阈值时根据驱动信号将开关电源模块201的工作频率调整到第二频率，其中，第二频率小于第一频率。在本实施例，第一频率可以为132KHZ，第二频率可以为66KHZ，功率阈值可以为开关电源模块201的额定功率值的一半。当开关电源模块201的输出功率大于额定功率值的一半时，比较模块204输出高电平，通过驱动模块205生成驱动信号，控制模块206根据驱动信号将开关电源模块201的频率调整到132KHZ，如果输出功率等于或小于额定功率值的一半，则控制模块206根据驱动信号将开关电源模块201的频率调整至66KHZ。开关电源模块201在第一频率或者第二频率工作时，通过改变开关电源模块201中开关器件的驱动脉冲占空比来细调节开关电源模块201的输出功率，当开关器件的驱动脉冲占空比从小到大变化时，开关电源模块201的输出功率也相应地从小到大变化。

在本发明的一个实施例中，检测模块202进一步包括第一电阻301，第一电阻301连接在开关电源模块201的直流电压负压端。如图3中所示电阻R1,电阻R1对开关电源模块201的输出点的电压进行采样，为改变开关频率提供参考电压。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，基准电压提供模块203包括第二电阻302和稳压二极管303。其中第二电阻302的一端与开关电源模块201的直流电压正压端相连。稳压二极管303的负向端与第二电阻302的另一端相连，稳压二极管303的正向端接地。如图2所示的电阻R2和稳压二极管ZD1，由R2和ZD1共同产生基准电压，为检测模块202提供比较电压值。

如图3所示，在本发明的另一个实施例中，比较模块204包括比较器304，比较器304的正输入端与第二电阻302的一端相连，比较器304的负输入端与第二电阻302和稳压二极管303之间的节点相连。比较器304用于对检测模块202中第一电阻301采样的电压值与基准电压提供模块203提供的基准电压进行比较，如果第一电阻301提供的电压值大于基准电压值，比较器304输出一个高电平经过驱动模块205和控制模块206改变控制开关电源模块201的工作频率。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，驱动模块205包括第三电阻305和驱动光耦306。其中，第三电阻305的一端与比较器304的输出端相连。驱动光耦306分别与第三电阻305的另一端和控制模块206相连。驱动模块205包括如图3所示的电阻R3和U03。

在本发明的一个实施例中，通过检测模块202检测开关电源模块201的输出电流来设定频率的切换功率点，开关电源模块201根据输出电流计算得到开关电源模块的输出功率。也可以说，通过检测模块202检测开关电源模块201的输出电流决定是否启动更高的开关频率。如图3所示，具体过程为：由检测模块202中的第一电阻301即R1得到的电压值与基准电压提供模块203中的稳压二极管ZD1上的基准电压进行比较，如果R1提供的电压值大于基准电压值，则比较模块204中的比较器304输出高电压到驱动光耦306，通过驱动光耦306生成的驱动信号来驱动控制模块206的频率控制管脚注入电流，此管脚的电压从低电平变为高电平，控制开关电源模块201的芯片工作频率从低频变为高频，即从66KHZ的频率变为132KHZ的频率。如果R1提供的电压值等于或小于基准电压值，则比较模块204中的比较器304输出低电平到驱动光耦306，通过驱动光耦306不能驱动控制模块206的频率控制管脚注入电流，此管脚的电压为低电平，控制开关电源模块201的芯片工作频率保持在低频率即66KHZ频率工作。

本发明实施例的开关电源在输出功率小于功率阈值时，工作于较低的开关频率，例如66KHZ，由于输出功率小，所以降低开关频率，开关变压器能够满足输出功率的要求；当开关电源的输出功率大于功率阈值，接近当前开关变压器输出的最大功率时，会自动切换开关频率，将当前的开关频率切换到较高的开关频率，例如132KHZ，在132KZH的开关频率下，可以使开关电源输出最大满载功率。根据开关电源模块201的输出电流来调节开关的频率，能够使开关器件处于最佳工作状态。并且开关电源随着输出功率的减少，其效率不会降低，反而提高。因为，开关电源中开关器件工作于较低频率比工作于较高的频率下的损耗小，温度上升速率也低，这有利于延长开关器件的寿命，也有利于改善开关电源的EMC问题。另外，当开关频率降低后，开关变压器的效率也有明显的提升，也有利于改善EMC问题。此外，在空间允许情况下，需要尽可能降低开关频率，因为开关电源工作于低频的效率比高频高，例如，空间允许情况下开关电源设计人员会把开关频率设计为66KHZ而不是132KHZ。

综上所述，根据本发明实施例的开关电源，通过检测模块检测开关电源模块的输出电流，并提供电压值，由比较模块将此电压值与基准电压进行比较，生成比较信号，由驱动模块根据比较信号生成驱动信号传输到控制模块，通过控制模块根据驱动信号调节开关电源的工作频率，能够保证在一定的空间，最大程度地发挥电子元器件的性能及使其工作于最佳效率状态，降低了温升，延长了开关器件的寿命。使开关电源随着输出功率的减少，提高了效率。此外，还改善了开关电源的EMC问题。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：

开关电源模块；

检测模块，所述检测模块与开关电源模块的输出端相连，用于检测所述开关电源模块的输出电流以生成检测信号；

基准电压提供模块，用于提供基准电压；

比较模块，所述比较模块分别与所述检测模块和所述基准电压提供模块相连，用于对所述检测信号和所述基准电压进行比较以生成比较信号；

驱动模块，所述驱动模块与所述比较模块相连，用于根据所述比较信号生成驱动信号；

控制模块，所述控制模块与所述驱动模块和开关电源模块相连，用于根据所述驱动信号调整所述开关电源模块的工作频率。

2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源模块根据所述输出电流计算得到所述开关电源模块的输出功率。

3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，控制模块还用于在所述开关电源模块的输出功率大于功率阈值时根据所述驱动信号将所述开关电源模块的工作频率调整到第一频率。

4.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，控制模块还用于在所述开关电源模块的输出功率小于等于功率阈值时根据所述驱动信号将所述开关电源模块的工作频率调整到第二频率，其中，所述第二频率小于所述第一频率。

5.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述检测模块进一步包括：

第一电阻，所述第一电阻连接在所述开关电源模块的直流电压负压端。

6.如权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述基准电压提供模块包括：

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述开关电源模块的直流电压正压端相连；

稳压二极管，所述稳压二极管的负向端与所述第二电阻的另一端相连，所述稳压二极管的正向端接地。

7.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述比较模块包括：

比较器，所述比较器的正输入端与所述第二电阻的一端相连，所述比较器的负输入端与所述第二电阻和所述稳压二极管之间的节点相连。

8.如权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述驱动模块包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述比较器的输出端相连；

驱动光耦，所述驱动光耦分别与所述第三电阻的另一端和所述控制模块相连。

9.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述第一频率为132KHZ，所述第二频率为66KHZ。

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