CN104734516A - 开关电源电路和计算机电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种开关电源电路,包括变压器、输入电路、输出电路、控制IC、反馈环路和管理电路,反馈环路连接于所述控制IC和所述输出电路之间,通过一光电耦合器将反馈信号传输到所述控制IC,所述控制IC根据所述反馈信号的控制所述输入电路工作;管理电路输入端接入计算机系统发出的控制信号,输出端与所述光电耦合器连接,所述管理电路在接收到所述控制信号时调节流过所述光电耦合器的输入端的电流,以使所述控制IC反馈端接收到的信号达到极限值从而关断其输出端输出的PWM信号。与传统的电源电路相比,省略了用作传输管理电路发出的控制信号的光电耦合器,使得电路简单,解决了具有多个光电耦合器,PCB布局困难的问题。

Description

开关电源电路和计算机电源
技术领域
本发明涉及设备电源技术,特别是涉及一种开关电源电路和计算机电源。
背景技术
目前,给计算机系统供电的开关电源由主路电源和辅助电源组成,主路电源的输出是由计算机系统主板发出的ON/OFF(开/关)信号来控制主路电源的输出。参考图1,用一个单独光耦1来传递管理电路的ON/OFF信号,控制一次侧(INPUT)主路控制IC(integrated circuit,集成电路)的工作电源的开或关,从而达到主路电源输出(OUTPUT)的开或关,并且主路电源的反馈电路的反馈信号也是单独光耦2传输,同时在一次侧实现软起动,控制主路的ON/OFF信号要用一个单独的光耦1来实现一次侧与二次侧(OUTPUT)的传递,这样带来电路复杂、PCB布板困难,成本高等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种开关电源电路,旨在解决现有的开关电源电路PCB布局困难、电路复杂的问题。
本发明提供了一种开关电源电路,用于向计算机系统供电,包括变压器、设于变压器一次侧的输入电路、设于变压器二次侧的输出电路和控制IC,所述输入电路包括至少一个开关器件,所述控制IC通过其输出端输出的PWM信号控制所述开关器件的通断以控制所述输出电路输出端的输出电压,还包括:
反馈环路,连接于所述控制IC的反馈端和所述输出电路输出端之间,通过一光电耦合器输入端和输出端的光电隔离将所述输出电路输出端的输出电压反馈到所述控制IC的反馈端;
管理电路,输入端接收所述计算机系统发出的控制信号,输出端与所述光电耦合器的输入端连接,所述管理电路在接收到所述控制信号时调节流过所述光电耦合器的输入端的电流,以使所述控制IC反馈端接收到的信号达到极限值从而关断其输出端输出的PWM信号。
进一步地,所述反馈环路包括所述光电耦合器和对输出电压电流进行采样的误差放大模块,所述误差放大模块的输入端接所述输出电路的输出端,输出端接所述光电耦合器的输入端,所述光电耦合器的输出端的集电极接所述控制IC的反馈端,所述光电耦合器的输出端的发射极接地。
进一步地,所述误差放大模块包括可控精密稳压源,所述可控精密稳压源的阴极接所述光电耦合器输入端的阴极,所述可控精密稳压源的阳极接地,所述可控精密稳压源的控制端通过第一电阻接所述输出电路的输出端,并通过第二电阻接地;所述光电耦合器输入端的阳极通过第三电阻接一直流电源,所述光电耦合器输入端的阴极连接所述管理电路的输出端。
进一步地,所述反馈环路还包括谐波补偿模块,包括吸收电容和阻尼电阻,所述吸收电容一端通过所述第一电阻接所述输出电路的输出端,另一端接所述阻尼电阻的一端,所述阻尼电阻的另一端接所述光电耦合器输入端的阴极,并通过第五电阻接所述光电耦合器输入端的阳极。
进一步地,所述管理电路包括第一三极管、第二三极管和输入电阻,其中:
所述第一三极管为NPN型三极管,所述第二三极管为PNP型三极管,所述第一三极管的基极通过第六电阻接入所述控制信号,发射极接地,集电极接所述第二三极管的基极、并通过所述输入电阻接电源,所述第一三极管的基极和发射极之间串接有第七电阻,所述第二三极管发射极作为启动电路的输出端接所述光电耦合器,集电极接地。
进一步地,所述管理电路还包括储能电容,所述第一三极管的集电极通过所述储能电容接地。
本发明还提供了一种计算机电源,包括上述的开关电源电路。
上述的开关电源电路中的启动电路通过接收管理电路发出的控制信号,调节光电耦合器中传输的反馈信号的电性能,与传统的电源电路相比,省略了用作传输管理电路发出的控制信号的光电耦合器,使得电路简单,解决了具有多个光电耦合器,PCB布局困难的问题。
附图说明
图1为现有的开关电源电路的模块图;
图2为本发明较佳实施例中开关电源电路的模块图;
图3为本发明较佳实施例中开关电源电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明中开关电源的基本拓扑结构可以为正激、反激等具有变压器隔离的开关电源。
请参阅图2及图3,本发明较佳实施例中一种计算机电源,其设有的开关电源电路包括变压器T1、设于变压器T1一次侧的输入电路100、设于变压器T1二次侧的输出电路200、控制IC 300、反馈环路400和管理电路500。输入电路100包括至少一个开关器件,控制IC 300通过其输出端输出的PWM(PulseWidth Modulation,脉冲宽度调制)信号控制所述开关器件的通断以控制输出电路200输出端的输出电压Output。控制IC 300为开关电源控制器,具体型号依所选用的开关电源的电路拓扑而定。
反馈环路400连接于控制IC 300的反馈端和输出电路200的输出端之间,通过一光电耦合器输入端和输出端的光电隔离将输出电路200输出端的输出电压Output反馈到控制IC 300的反馈端。
管理电路500输入端接收计算机系统发出的控制信号(ON/OFF信号与电源内部的保护信号,其中ON/OFF信号可认为是高低电平,保护信号可认为是关闭控制信号的输出),管理电路500输出端与光电耦合器的输入端连接,所述管理电路500接收到控制信号时调节流过光电耦合器的输入端的电流,以使控制IC 300的反馈端接收到的信号达到极限值从而关断其输出端输出的PWM信号。极限值是控制IC 300所能处理的信号的最大值或最小值,当控制IC 300反馈端接收到的信号达到极限值时输出端输出的占空比达到极小值,极小值占空比一般为0,因而相当于关断PWM信号,从而关断输出电压。具体地,管理电路500用作软启动,在控制信号的控制下,调节光电耦合器的传输的反馈信号的电流大小,控制IC 300根据反馈信号的电流大小调节其输出的PWM信号的占空比以调节输出电路200所输出的电流电压。
请参阅图3,本实施例中,反馈环路400包括光电耦合器U1(如图3所示,U1包括U1A和U1B)和对输出电压电流进行采样的误差放大模块410,误差放大模块410的输入端接输出电路200的输出端,输出端接光电耦合器U1的输入端,光电耦合器U1的输出端的集电极接控制IC 300的反馈端,光电耦合器U1的输出端的发射极接地。
进一步地,反馈环路400还包括谐波补偿模块420,谐波补偿模块420与误差放大模块410并联。谐波补偿模块420用作主要调节零极点,保证反馈环路400的反馈信号正常。误差放大模块410对输出电路200的输出进行采样。
误差放大模块410包括可控精密稳压源D1,可控精密稳压源D1的阴极接光电耦合器U1输入端的阴极,可控精密稳压源D1的阳极接地,可控精密稳压源D1的控制端通过第一电阻R1接输出电路200的输出端,并通过第二电阻R2接地;光电耦合器U1包括发光源和受光器,光电耦合器U1输入端的阳极(发光源的输入端)通过第三电阻R3接一直流电源,光电耦合器输入端的阴极连(发光源的输出端)接管理电路500的输出端。本实施例中,可控精密稳压源D1为TL431器件。
本实施例中,第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4可以是单个电阻器,也可以是多个电阻器串并联实现,本文中所描述的其他电阻器也如此,电容器也可以通过一个或多个串并联实现。第一电阻R1和第二电阻R2作为采样分压电阻,构成分压网络,对输出电路200的输出进行采样。第三电阻R3和第四电阻R4为限流电阻。
谐波补偿模块510包括吸收电容C1和阻尼电阻R11,吸收电容C1一端通过第一电阻接输出电路200的输出端,另一端接阻尼电阻R11的一端,阻尼电阻R11的另一端接光电耦合器U1输入端的阴极,并通过第五电阻R5接光电耦合器U1输入端的阳极。
管理电路500包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和输入电阻R12。第一三极管Q1为NPN型三极管,第二三极管Q2为PNP型三极管,第一三极管Q1的基极通过第六电阻R6接入控制信号,第一三极管Q1的发射极接地,第一三极管Q1的集电极接第二三极管Q2的基极、并通过输入电阻R12接电源,第一三极管Q1的基极和发射极之间串接有第七电阻R7,第二三极管Q2的发射极作为管理电路500的输出端接光电耦合器U1的第二输入端,第二三极管Q2的集电极接地。第六电阻R6和第七电阻R7构成分压网络接收控制信号。
进一步地,管理电路500还包括储能电容C2,所述第一三极管Q1的集电极通过所述储能电容C2接地。储能电容C2的充电过程用作实现计算机电源的软启动,在第一三极管Q1关断的情况下,储能电容C2充电,第二三极管Q2缓慢导通,其输出的上升沿时间由C2*R12决定,C2为储能电容C2的电容量,R12为输入电阻R12的阻值。第二三极管Q2缓慢导通则可以调节光电耦合器U1的电流大小。
本实施例中,输入电路100包括整流桥BD1、滤波电容C3、mos管Q3(即上述开关器件),整流桥BD1和滤波电容C3对交流电源AC进行整流滤波后接入到变压器T1一次侧的一端,mos管Q3接变压器T1一次侧的另一端,在控制IC 300的PWM信号控制下控制输入电路100的回路通断频率以调整变压器T1二次侧的输出感应电压。
输出电路200包括整流二极管D2和D3、电感器L1和滤波电容C4,整流二极管D2的阳极接变压器T1二次侧的一端,整流二极管D3的阴极接整流二极管D2的阴极,阳极接地,电感器L1的一端接整流二极管D2的阴极,另一端作为输出电路200的输出并通过滤波电容C4接地。
下面描述开关电源电路的工作原理。
计算机系统输出的控制信号(ON/OFF信号与电源内部的保护信号)为低电平时,管理电路500不工作,第二三极管Q2处于关断状态,光电耦合器U1和可控精密稳压源D1组成的反馈回路400工作在反馈状态,控制IC 300通过接收到反馈信号控制PWM信号的占空比从而使输出电路200输出端的电压稳定在电路设定值上。
计算机系统输出的控制信号为高电平时,第一三极管Q1的基极高电平,第一三极管Q1导通,第二三极管Q2的基极低电平,第二三极管Q2导通,光电耦合器U1经第二三极管Q2旁路到接地点,直接导通,流过光电耦合器U1原边的电流值远远大于未旁路时的电流,使得控制IC 300反馈端的电压很小,从而控制IC 300输出端输出的PWM信号占空比为0从而关掉控制IC 300的输出,则计算机电源被关闭。
计算机系统输出的控制信号为低电平或去掉时,第一三极管Q1的基极低电平,第一三极管Q1关断,由于储能电容C2需要冲电,所以第二三极管Q2还在慢慢导通的过程中,光电耦合器U1传送的反馈信号的电流值逐渐变小,关掉控制IC 300的输出的PWM信号占空比为逐渐变大,输出电路200的输出电压逐渐变大,达到了软起动的作用。当储能电容C2冲满电时,第二三极管Q2的基极为高电平,则关断,光电耦合器U1的电流由误差放大模块410决定,反馈环路400正常运转。
上述的开关电源电路中的管理电路500通过接收计算机系统输出的发出的控制信号,调节光电耦合器U1中传输的反馈信号的电性能,与传统的电源电路相比,省略了用作传输管理电路400发出的控制信号的光电耦合器U1,使得电路简单,解决了具有多个光电耦合器U1,PCB布局困难的问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种开关电源电路,用于向计算机系统供电,包括变压器、设于变压器一次侧的输入电路、设于变压器二次侧的输出电路和控制IC,所述输入电路包括至少一个开关器件,所述控制IC通过其输出端输出的PWM信号控制所述开关器件的通断以控制所述输出电路输出端的输出电压,其特征在于,还包括:
反馈环路,连接于所述控制IC的反馈端和所述输出电路输出端之间,通过一光电耦合器输入端和输出端的光电隔离将所述输出电路输出端的输出电压反馈到所述控制IC的反馈端;
管理电路,输入端接收所述计算机系统发出的控制信号,输出端与所述光电耦合器的输入端连接,所述管理电路在接收到所述控制信号时调节流过所述光电耦合器的输入端的电流,以使所述控制IC反馈端接收到的信号达到极限值从而关断其输出端输出的PWM信号。
2.如权利要求1所述的开关电源电路,其特征在于,所述反馈环路包括所述光电耦合器和对输出电压电流进行采样的误差放大模块,所述误差放大模块的输入端接所述输出电路的输出端,输出端接所述光电耦合器的输入端,所述光电耦合器的输出端的集电极接所述控制IC的反馈端,所述光电耦合器的输出端的发射极接地。
3.如权利要求2所述的开关电源电路,其特征在于,所述误差放大模块包括可控精密稳压源,所述可控精密稳压源的阴极接所述光电耦合器输入端的阴极,所述可控精密稳压源的阳极接地,所述可控精密稳压源的控制端通过第一电阻接所述输出电路的输出端,并通过第二电阻接地;所述光电耦合器输入端的阳极通过第三电阻接一直流电源,所述光电耦合器输入端的阴极连接所述管理电路的输出端。
4.如权利要求3所述的开关电源电路,其特征在于,所述反馈环路还包括谐波补偿模块,包括吸收电容和阻尼电阻,所述吸收电容一端通过所述第一电阻接所述输出电路的输出端,另一端接所述阻尼电阻的一端,所述阻尼电阻的另一端接所述光电耦合器输入端的阴极,并通过第五电阻接所述光电耦合器输入端的阳极。
5.如权利要求1至4任一项所述的开关电源电路,其特征在于,所述管理电路包括第一三极管、第二三极管和输入电阻,其中:
所述第一三极管为NPN型三极管,所述第二三极管为PNP型三极管,所述第一三极管的基极通过第六电阻接入所述控制信号,发射极接地,集电极接所述第二三极管的基极、并通过所述输入电阻接电源,所述第一三极管的基极和发射极之间串接有第七电阻,所述第二三极管发射极作为启动电路的输出端接所述光电耦合器,集电极接地。
6.如权利要求5所述的开关电源电路,其特征在于,所述管理电路还包括储能电容,所述第一三极管的集电极通过所述储能电容接地。
7.一种计算机电源,其特征在于,包括权利要求1至6任一项所述的开关电源电路。
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