CN105932645A - 一种开关电源以及电子设备 - Google Patents

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李志勇
张培
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Abstract

本发明公开了一种开关电源以及电子设备，该开关电源包括：整流桥电路、过压保护电路以及调制输出电路；整流桥电路通过过压保护电路与调制输出电路连接。当整流输出电压的幅值大于预设电压值时，整流桥电路与调制输出电路断路；当整流输出电压的幅值小于预设电压值时，整流桥电路与调制输出电路导通；调制输出电路包括储能电容；当调制输出电路与整流桥电路导通时，储能电容处于充电状态，调制输出电路向负载供电；当调制输出电路与整流桥电路断路时，储能电容处于放电状态，调制输出电路用于通过储能电容的放电向输出预设幅值的直流电压，向负载供电。该开关电源可以通过储能电容向负载供电，在储能电容放电过程中，仍可以保证负载的正常使用。

Description

一种开关电源以及电子设备
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，更具体的说，涉及一种开关电源以及电子设备。
背景技术
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源用于将供电电网输入的交流电压转换为预设的直流电供负载使用。一般的，为了避免供电电网输入的交流电压过高导致开关电源中元件的损坏，开关电源设置有过压保护线路，在交流电压超过预设阈值时，关断开关电源中所有开关元件，停止向负载供电。
现有的开关电源在供电电网的交流电压超过预设阈值时，需要直接关断开关电源中所有开关元件，停止向负载供电，影响负载的正常使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种开关电源以及电子设备，所述开关电源在供电电网的交流输入电压超过预设阈值时，可以通过过压保护电路控制整流桥电路与调制输出电路断路，切断交流输入电压的输入，通过储能电容向负载供电，在储能电容放电过程中，仍可以保证负载的正常使用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种开关电源，该开关电源包括：整流桥电路、过压保护电路以及调制输出电路；所述整流桥电路通过所述过压保护电路与所述调制输出电路连接；
所述整流桥电路用于输入交流输入电压，输出整流电压；
所述过压保护电路具有导通状态以及关断状态；当所述整流输出电压的幅值大于预设电压值时，所述过压保护电路处于关断状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路断路；当所述整流输出电压的幅值小于所述预设电压值时，所述过压保护电路处于导通状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路导通；
所述调制输出电路包括储能电容；当所述调制输出电路与所述整流桥电路导通时，所述储能电容处于充电状态，所述调制输出电路用于根据所述整流电压输出预设幅值的直流电压，向负载供电；当所述调制输出电路与所述整流桥电路断路时，所述储能电容处于放电状态，所述调制输出电路用于通过所述储能电容的放电向输出预设幅值的直流电压，向负载供电。
优选的，在上述开关电源中，所述整流桥电路包括：第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端；所述第一输入端以及所述第二输入端用于输入所述交流输入电压；所述第一输出端以及所述第二输出端用于输出所述整流电压。
优选的，在上述开关电源中，所述整流桥电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及整流电容；
其中，所述第一二极管的正极以及所述第四二极管的负极连接所述第一输入端；所述第二二极管的正极以及所述第三二极管的负极连接所述第二输入端；所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的负极连接所述第一输出端；所述第四二极管的正极以及所述第三二极管的正极连接所述第二输出端；所述整流电容的一个极板连接所述第一输出端，另一个极板连接所述第二输出端。
优选的，在上述开关电源中，所述过压保护电路包括：第一分压电阻、第二分压电阻、比较控制电路以及第一开关管；
所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻串联在所述第一输出端以及所述第二输出端之间；
所述比较控制电路用于采集所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻之间的电压信息，根据所述电压信息判断所述整流输出电压是否大于所述预设电压值，在所述整流输出电压大于所述预设电压值时，输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述第一开关管关断，使得所述调制输出电路与所述整流桥电路断路；在所述整流输出电压小于所述预设电压值时，输出第二开关控制信号，所述第二开关控制信号用于控制所述第一开关导通，使得所述调制输出电路与所述整流桥电路导通。
优选的，在上述开关电源中，所述调制输出电路包括：功率因素校正电路以及脉冲调制电路；所述功率因素校正电路包括所述储能电容；
所述功率因素校正电路具有第三输入端、第四输入端、第三输出端以及第三输出端；
所述第三输入端与所述第一输出端连接，所述第四输入端通过所述第一开关管与所述第二输出端连接。
优选的，在上述开关电源中，所述功率因素校正电路包括：电感、第五二极管、第二开关管以及所述储能电容；
所述电感的一端与所述第三输入端连接，另一端通过所述第二开关管与所述第四输入端连接；
所述第五二极管的正极通过所述电感与所述第三输入端连接，其负极与所述第三输出端连接；
所述储能电容的一个极板与所述第三输出端连接，另一个基板与所述第四输出端连接。
优选的，在上述开关电源中，所述脉冲调制电路包括：第三开关管、第四开关管以及变压器；所述变压器具有原边线圈以及副边线圈；
所述第三开关管的第一极与所述第三输出端连接，其第二极与所述第四开关管的第一极连接；
所述第四开关管的第二极与所述第四输出端连接；
所述原边线圈的一端与所述第三开关管的第二极连接，另一端与所述第四输出端连接；
所述副边线圈用于与所述负载连接。
优选的，在上述开关电源中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管均为NMOS。
优选的，在上述开关电源中，所述预设电压值为450V。
本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括：上述开关电源。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的开关电源包括：整流桥电路、过压保护电路以及调制输出电路；所述整流桥电路通过所述过压保护电路与所述调制输出电路连接；所述整流桥电路用于输入交流输入电压，输出整流电压；所述过压保护电路具有导通状态以及关断状态；当所述整流输出电压的幅值大于预设电压值时，所述过压保护电路处于关断状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路断路；当所述整流输出电压的幅值小于所述预设电压值时，所述过压保护电路处于导通状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路导通；所述调制输出电路包括储能电容；当所述调制输出电路与所述整流桥电路导通时，所述储能电容处于充电状态，所述调制输出电路用于根据所述整流电压输出预设幅值的直流电压，向负载供电；当所述调制输出电路与所述整流桥电路断路时，所述储能电容处于放电状态，所述调制输出电路用于通过所述储能电容的放电向输出预设幅值的直流电压，向负载供电。
可见，所述开关电源在供电电网的交流输入电压超过预设阈值时，可以通过过压保护电路控制整流桥电路与调制输出电路断路，切断交流输入电压的输入，通过储能电容向负载供电，在储能电容放电过程中，仍可以保证负载的正常使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为常见的一种开关电源的电路图；
图2为本发明实施例提供的一种开关电源的电路图。
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做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。
参考图1，图1为常见的一种开关电源的电路图，图1所示开关电源包括：整流桥电路11、功率因素校正电路12、脉冲调制电路13以及过压保护电路14。整流桥电路11与供电电网连接，输入供电电网提供的交流输入电压Vac。设定储能电容C2两端的电压为Vbulk。如果在交流输入电压Vac小于设定阈值时，
交流输入电压Vac经过整流桥电路11整流，再经过功率因素校正电路12升压后，在储能电容C2上产生电压Vbulk。正常交流输入电压Vac范围内，电压Vbulk不会超过400Vdc。
如果交流输入电压Vac出现较大幅度的异常高压时，会导致储能电容C2两端的电压Vbulk大于储能电容C2的额定电压(通常是450Vdc)，此时，过压保护电路14被触发，过压保护电路14的比较控制电路会关断开关管Q1、Q2以及Q3，切断供电电网向负载供电，此时负载停止工作，给客户带来不好的使用体验。其中，脉冲调制电路13的输出电压Vout用于为负载供电。当开关管Q1、Q2以及Q3关断后，输出电压Vout为零。
如果出现高电压却不保护，则会造成开关电源内部零件损坏，例如导致开关管Q1、Q2以及Q3损坏。而且，在现有的开关电源中，即使切断供电电网向负载供电，使得负载停止工作，如果交流输入电压Vac的异常高压作用时间较长，会导致过高的电压Vbulk仍存在于储能电容C2上。如果电压Vbulk长时间超过储能电容C2的额定电压，也会造成储能电容C2被击穿损坏，甚至会击穿开关管Q1，导致开关管Q1的损坏。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种开关电源，所述开关电源包括：整流桥电路、过压保护电路以及调制输出电路；所述整流桥电路通过所述过压保护电路与所述调制输出电路连接；
所述整流桥电路用于输入交流输入电压，输出整流电压；
所述过压保护电路具有导通状态以及关断状态；当所述整流输出电压的幅值大于预设电压值时，所述过压保护电路处于关断状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路断路；当所述整流输出电压的幅值小于所述预设电压值时，所述过压保护电路处于导通状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路导通；
所述调制输出电路包括储能电容；当所述调制输出电路与所述整流桥电路导通时，所述储能电容处于充电状态，所述调制输出电路用于根据所述整流电压输出预设幅值的直流电压，向负载供电；当所述调制输出电路与所述整流桥电路断路时，所述储能电容处于放电状态，所述调制输出电路用于通过所述储能电容的放电向输出预设幅值的直流电压，向负载供电。
可见，在本发明实施例所述开关电源中，如果交流输入电压出现异常高压导致整流输出电压的幅值大于预设电压值，所述过压保护电路处于关断状态，进而使得所述整流电路与所述调制输出电路断路。即使所述交流输入电压长时间处于异常高压，由于所述整流电路与所述调制输出电路断路，所以避免了整流输出电压的异常高压作用在调制输出电压上，进而避免了储能电容的两端电压超过额定工作电压，因此，避免了储能电容被击穿损坏。
同时，当所述整流电路与所述调制输出电路断路，可以通过储能电容的放电为负载供电，故在交流输入电压出现异常高压导致整流输出电压的幅值超过预设电压值时，在储能电容放电过程中，仍可以保证负载的正常工作。
为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，下面结合附图对上述方案进行详细描述。
参考图2，图2为本发明实施例提供的一种开关电源的电路图，所示开关电源包括：整流桥电路21、过压保护电路22以及调制输出电路23；所述整流桥电路21通过所述过压保护电路22与所述调制输出电路23连接。
所述整流桥电路21用于输入交流输入电压Vac，输出整流电压。所述整流桥电路21与供电电网连接。所述供电电网用于提供所述交流输入电压Vac。
所述过压保护电路22具有导通状态以及关断状态。当所述整流输出电压的幅值大于预设电压值时，所述过压保护电路22处于关断状态，所述整流桥电路21与所述调制输出电路23断路。当所述整流输出电压的幅值小于所述预设电压值时，所述过压保护电路22处于导通状态，所述整流桥电路21与所述调制输出电路23导通。
所述调制输出电路23包括储能电容C2。当所述调制输出电路23与所述整流桥电路21导通时，所述储能电容C2处于充电状态，所述调制输出电路23用于根据所述整流电压输出预设幅值的直流电压Vout，向负载供电；当所述调制输出电路23与所述整流桥电路21断路时，所述储能电容C2处于放电状态，所述调制输出电路23用于通过所述储能电容C2的放电向输出预设幅值的直流电压Vout，向负载供电。
所述整流桥电路21包括：第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端。所述第一输入端以及所述第二输入端用于输入所述交流输入电压Vac。所述第一输出端以及所述第二输出端用于输出所述整流电压。
具体的，所述整流桥电路21包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4以及整流电容C1。
其中，所述第一二极管D1的正极以及所述第四二极管D4的负极连接所述第一输入端。所述第二二极管D2的正极以及所述第三二极管D3的负极连接所述第二输入端。所述第一二极管D1的负极以及所述第二二极管D2的负极连接所述第一输出端。所述第四二极管D4的正极以及所述第三二极管D3的正极连接所述第二输出端；所述整流电容C1的一个极板连接所述第一输出端，另一个极板连接所述第二输出端。在图2所示实施方式中，所述整流电容C1的上极板连接所述第一输出端，所述整流电容C1的下极板连接所述第二输出端。所述第二输出端接地。
所述过压保护电路包括：第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、比较控制电路241以及第一开关管Q1。所述第一分压电阻R1以及所述第二分压电阻R2串联在所述第一输出端以及所述第二输出端之间。
所述比较控制电路241用于采集所述第一分压电阻R1以及所述第二分压电阻R2之间的电压信息，根据所述电压信息判断所述整流输出电压是否大于所述预设电压值，在所述整流输出电压大于所述预设电压值时，输出第一开关控制信号K1，所述第一开关控制信号K1用于控制所述第一开关管Q1关断，使得所述调制输出电路23与所述整流桥电路21断路。在所述整流输出电压小于所述预设电压值时，输出第二开关控制信号K2，所述第二开关控制信号K2用于控制所述第一开关Q1导通，使得所述调制输出电路23与所述整流桥电路21导通。
所述调制输出电路23包括：功率因素校正电路231以及脉冲调制电路232；所述功率因素校正电路231包括所述储能电容C2。所述功率因素校正电路231具有第三输入端、第四输入端、第三输出端以及第三输出端。所述第三输入端与所述第一输出端连接，所述第四输入端通过所述第一开关管Q1与所述第二输出端连接。
可选的，所述功率因素校正电路231包括：电感L、第五二极管D5、第二开关管Q2以及所述储能电容C2。所述电感L的一端与所述第三输入端连接，另一端通过所述第二开关管Q2与所述第四输入端连接。所述第五二极管D5的正极通过所述电感L与所述第三输入端连接，其负极与所述第三输出端连接。所述储能电容C2的一个极板与所述第三输出端连接，另一个基板与所述第四输出端连接。
可选的，所述脉冲调制电路232包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4以及变压器。所述变压器具有原边线圈以及副边线圈。所述脉冲调制电路232中左边的线圈为原边线圈，右边的线圈为副边线圈。所述第三开关管Q3的第一极与所述第三输出端连接，其第二极与所述第四开关管Q4的第一极连接。所述第四开关管Q4的第二极与所述第四输出端连接。所述原边线圈的一端与所述第三开关管Q3的第二极连接，另一端与所述第四输出端连接。所述副边线圈用于与所述负载连接。
其中，所述副边线圈具有接线端J1、接线端J2以及接线端J3。其中接线端J3位于接线端J1与接线端J2之间。可以设置接线端J3接地，接线端J1与接线端J2通过整流电路后输出直流电压Vout，为负载供电。所述脉冲调制电路232的输出端用于输出直流电压Vout，所述脉冲调制电路232的输出端通过输出电容Cout接地。
可选的，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4均是三极管。具体的，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4均为NMOS。
第一开关管Q1的第一极连接第四输入端，其第二极连接第二输出端，其控制端用于与比较控制电路241连接，用于接收第一开关控制信号K1和第二开关控制信号K2。
所述第二开关管Q2的第一极连接第五二极管D5的正极，其第二极连接第四输入端，其控制端用于输入开关控制信号。
所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4的控制端输入开关控制信号。所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3以及所述第四开关管Q4的控制端可以通过所述比较控制电路提供对应的开关控制信号。
一般的，供电电网的交流输入电源Vac的正常幅值不会超过450V。因此，本发明实施例所述开关电源中，所述预设电压值为450V。
通过上述描述可知，本发明实施例所述开关电源中，如果交流输入电压Vac出现异常高压，导致整流桥电路21的整流电压的幅值大于预设电压值，所述过压保护电路22可以在第一时间检测到异常结果，并控制所述整流桥电路21与所述调制输出电路23断路，从而可以在出现异常高压的第一时间使得所述整流桥电路21与所述调制输出电路23断路，避免高于储能电容C2额定工作电压的高压长时间作用在储能电容C2的两端，进而避免了储能电容C2被高压击穿损坏。
同时，在所述整流桥电路21与所述调制输出电路23断路时，可以通过储能电容C2放电为负载供电，在储能电容C2放电过程中保持负载的正常工作。在出现异常高压的第一时间通过开关管Q1控制整流桥电路21与调制输出电路23断路，储能电容C2不会长时间处于高压状态，避免了储能电容C2被击穿损坏，同时也避免了储能电容放电时导致开关管Q2的损坏。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供给了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例所述的开关电源。
所述电子设备能够在交流输入电压出现异常高压时避免储能电容以及开关管被击穿损坏，可以通过储能电容放电为负载供电。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：整流桥电路、过压保护电路以及调制输出电路；所述整流桥电路通过所述过压保护电路与所述调制输出电路连接；
所述整流桥电路用于输入交流输入电压，输出整流电压；
所述过压保护电路具有导通状态以及关断状态；当所述整流输出电压的幅值大于预设电压值时，所述过压保护电路处于关断状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路断路；当所述整流输出电压的幅值小于所述预设电压值时，所述过压保护电路处于导通状态，所述整流桥电路与所述调制输出电路导通；
所述调制输出电路包括储能电容；当所述调制输出电路与所述整流桥电路导通时，所述储能电容处于充电状态，所述调制输出电路用于根据所述整流电压输出预设幅值的直流电压，向负载供电；当所述调制输出电路与所述整流桥电路断路时，所述储能电容处于放电状态，所述调制输出电路用于通过所述储能电容的放电向输出预设幅值的直流电压，向负载供电。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述整流桥电路包括：第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端；所述第一输入端以及所述第二输入端用于输入所述交流输入电压；所述第一输出端以及所述第二输出端用于输出所述整流电压。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述整流桥电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及整流电容；
其中，所述第一二极管的正极以及所述第四二极管的负极连接所述第一输入端；所述第二二极管的正极以及所述第三二极管的负极连接所述第二输入端；所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的负极连接所述第一输出端；所述第四二极管的正极以及所述第三二极管的正极连接所述第二输出端；所述整流电容的一个极板连接所述第一输出端，另一个极板连接所述第二输出端。
4.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述过压保护电路包括：第一分压电阻、第二分压电阻、比较控制电路以及第一开关管；
所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻串联在所述第一输出端以及所述第二输出端之间；
所述比较控制电路用于采集所述第一分压电阻以及所述第二分压电阻之间的电压信息，根据所述电压信息判断所述整流输出电压是否大于所述预设电压值，在所述整流输出电压大于所述预设电压值时，输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述第一开关管关断，使得所述调制输出电路与所述整流桥电路断路；在所述整流输出电压小于所述预设电压值时，输出第二开关控制信号，所述第二开关控制信号用于控制所述第一开关导通，使得所述调制输出电路与所述整流桥电路导通。
5.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述调制输出电路包括：功率因素校正电路以及脉冲调制电路；所述功率因素校正电路包括所述储能电容；
所述功率因素校正电路具有第三输入端、第四输入端、第三输出端以及第三输出端；
所述第三输入端与所述第一输出端连接，所述第四输入端通过所述第一开关管与所述第二输出端连接。
6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述功率因素校正电路包括：电感、第五二极管、第二开关管以及所述储能电容；
所述电感的一端与所述第三输入端连接，另一端通过所述第二开关管与所述第四输入端连接；
所述第五二极管的正极通过所述电感与所述第三输入端连接，其负极与所述第三输出端连接；
所述储能电容的一个极板与所述第三输出端连接，另一个基板与所述第四输出端连接。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述脉冲调制电路包括：第三开关管、第四开关管以及变压器；所述变压器具有原边线圈以及副边线圈；
所述第三开关管的第一极与所述第三输出端连接，其第二极与所述第四开关管的第一极连接；
所述第四开关管的第二极与所述第四输出端连接；
所述原边线圈的一端与所述第三开关管的第二极连接，另一端与所述第四输出端连接；
所述副边线圈用于与所述负载连接。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管均为NMOS。
9.根据权利要求1-8任一项所述的开关电源，其特征在于，所述预设电压值为450V。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的开关电源。
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