CN106329938B - 开关电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源技术领域，本发明提供开关电源及其控制方法，在现有的反激式开关电源中设置变压器调节模块，变压器调节模块连接直流输入模块和变压器，根据直流输入模块的输出电压调节变压器初级线圈的匝数以调节开关器件的占空比，通过检测直流输入模块输出的不同电压，调节变压器输入线圈的匝数，使变压器的匝比不同，从而调节开关器件的占空比，改善反激式开关电源的性能和效率。

Description

开关电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及开关电源及其控制方法。

背景技术

目前，在反激式开关电源中，其变压器的匝比n是固定不变的，这种设计的缺点是在高压(240VAC)和低压(100VAC)输出条件下，反激式开关电源不能发挥出其最大的性能，通过调节开关电源的占空比D，可以调节其性能和效率。反激式开关电源的占空比D＝n*(Vo+Vf)/[Vin+n*(Vo+Vf)]，匝比n主要受两个的影响，一个是MOS管上的耐压和整流二极管上的耐压。加载在MOS管上的电压等于Vin+n*(Vo+Vf)，加载在整流二极管上的电压等于Vin/n+(Vo+Vf)。在高压(240VAC)下，也就是Vin较大时，受MOS管上耐压的影响，匝比n不能做到很大；而在低压(100VAC)下，也就是Vin较小时，从MOS管上耐压来看，n可以做到较大，但是由于目前的匝比n是固定不变，所以只能取最小值，因而限制了开关电源的性能和效率。综上所述，现有技术中存在由于开关电源中变压器的匝比不能变化导致开关电源的性能和效率受到限制的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供开关电源及其控制方法，旨在解决现有技术中存在由于开关电源中变压器的匝比不能变化导致开关电源的性能和效率受到限制的问题。

本发明是这样实现的，第一方面，提供一种开关电源，所述开关电源包括直流输入模块、储能器件、变压器、整流滤波模块、开关器件以及控制芯片，所述直流输入模块、所述储能器件、所述变压器以及所述整流滤波模块依次相连，所述开关器件连接所述变压器和所述控制芯片，所述开关电源还包括变压器调节模块，所述变压器调节模块连接所述直流输入模块和所述变压器；

所述变压器调节模块根据所述直流输入模块的输出电压调节所述变压器初级线圈的匝数以调节所述开关器件的占空比。

第二方面，提供了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括直流输入模块、储能器件、变压器、整流滤波模块、开关器件以及控制芯片，所述直流输入模块、所述储能器件、所述变压器以及所述整流滤波模块依次相连，所述开关器件连接所述变压器和所述控制芯片，所述开关电源还包括变压器调节模块，所述变压器调节模块连接所述直流输入模块和所述变压器；

所述控制方法包括以下步骤：

所述变压器调节模块根据所述直流输入模块的输出电压调节所述变压器初级线圈的匝数，以调节所述开关器件的占空比。

本发明提供开关电源及其控制方法，在现有的反激式开关电源中设置变压器调节模块，变压器调节模块连接直流输入模块和变压器，根据直流输入模块的输出电压调节变压器初级线圈的匝数以调节开关器件的占空比，通过检测直流输入模块输出的不同电压，调节变压器输入线圈的匝数，使变压器的匝比不同，从而调节开关器件的占空比，改善反激式开关电源的性能和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的开关电源的结构示意图；

图2是本发明另一种实施例提供的开关电源的结构示意图；

图3是本发明一种实施例提供的开关电源中的变压器调节模块的结构示意图；

图4是本发明一种实施例提供的开关电源中的变压器的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供一种开关电源，如图1和图2所示，开关电源包括直流输入模块101、储能器件102、变压器103、整流滤波模块104、开关器件107以及控制芯片106，直流输入模块101、储能器件102、变压器103以及整流滤波模块104依次相连，开关器件107连接变压器103和控制芯片106，开关电源还包括变压器调节模块105，变压器调节模块105连接直流输入模块101和变压器103；

变压器调节模块105根据直流输入模块101的输出电压调节变压器103初级线圈的匝数以调节开关器件107的占空比。

其中，直流输入模块101将直流电或者交流电转换成直流电输出给储能器件102，可选的，直流输入模块101可以为交流电源1011和硅桥电路1012。

其中，整流滤波电路将变压器103输出的电压进行整流和滤波后进行输出直流电压，可选的，整流滤波电路包括整流二极管1041和滤波电路1042。

其中，控制芯片106根据直流输入模块101输出的电压或者变压器103输出的电压对开关器件107进行PWM控制，以获取预设的占空比。

其中，变压器调节模块105检测直流输入模块101输出的电压，将不同的电压下，调节变压器103输入线圈的匝数，使变压器103的匝比不同，从而调节开关器件107的占空比，可参见背景技术中提供的占空比公式，当匝比发生变化时，占空比也发生变化，改善反激式开关电源的性能和效率。

具体的，变压器调节模块105根据直流输入模块101输出的电压与预设电压之间的大小关系调节变压器103输入线圈的匝数。

可选的，变压器调节模块105在直流输入模块101的输出电压大于预设值时，调节变压器103初级线圈的匝数为第一匝数；

变压器调节模块105在直流输入模块101的输出电压不大于预设值时，调节变压器103初级线圈的匝数为第二匝数；

其中，第一匝数大于第二匝数。

具体的，变压器调节模块105通过调节变压器103的初级线圈的中输入端处于短路状态以调节初级线圈的匝数。

可选的，变压器调节模块105在直流输入模块101的输出电压大于预设值时，调节变压器103初级线圈的两个输入端处于非短路状态，以使变压器103初级线圈的匝数为第一匝数；

变压器调节模块105在直流输入模块101的输出电压不大于预设值时，调节变压器103初级线圈的两个输入端处于短路状态，以使变压器103初级线圈的匝数为第二匝数。

具体的，如图3所示，变压器调节模块105包括分压模块1051、第一开关模块1052、稳压器件1053以及第二开关模块1054；

分压模块1051的输入端连接直流输入模块101的输出端，分压模块1051的输出端连接第一开关模块1052的控制端，第一开关模块1052的输入端连接稳压器件1053的输出端和第二开关模块1054的第一输入端，第一开关模块1052的输入端与地连接，稳压器件1053的输入端连接电源电压和第二开关模块1054的第二输入端，第二开关模块1054的第一输出端和第二输出端连接变压器103的两个输入端；

分压模块1051对直流输入模块101的输出电压进行分压；

第一开关模块1052在分压电压不大于预设电压时处于导通状态，稳压器件1053接通电源电压，第二开关模块1054的第一输出端和第二输出端短路连接以使变压器103初级线圈的两个输入端处于短路状态；

第一开关模块1052在分压电压大于预设电压时处于关断状态，稳压器件1053处于不工作状态，第二开关模块1054的第一输出端和第二输出端断开以使变压器103初级线圈的两个输入端处于非短路状态。

如图4所示，变压器103包括第一初级线圈和第二初级线圈，第一初级线圈包括第一输入端1、第二输入端2以及第三输入端3，第二输入端2位于第一输入端1和第三输入端2之间，第二输入端2连接第二开关模块1054的第一输出端，第三输入端3连接第二开关模块1054的第二输出端。

本发明的工作原理如下：变压器103的初级线圈的绕法为第一输入端1到第二输入端2有Np1圈，第二输入端2到第三输入端3有Np2圈，也即初级有(Np1+Np2)圈，次级线圈的绕法为第一输出端8、第二输出端9到第三输出端10、第四输出端11有Ns圈，当输入的电压低于某一值时，第一开关模块1052，稳压器件1053具有压降使第二开关模块1054导通，第二开关模块1054的第一输出端和第二输出端断开断开，变压器103的第二输入端2到第三输入端3不短路，即初级变为(Np1+Np2)圈，匝数比n2＝(Np1+Np2)/Ns，当输入的电压高于某一值时，第一开关模块1052不导通，第二开关模块1054不工作，变压器103的第二输入端2到第三输入端3短路，此时初级线圈的匝数为Np，匝数比n1＝Np1/Ns。

本发明另一种实施例提供一种开关电源的控制方法，开关电源包括直流输入模块、储能器件、变压器、整流滤波模块、开关器件以及控制芯片，直流输入模块、储能器件、变压器以及整流滤波模块依次相连，开关器件连接变压器和控制芯片，开关电源还包括变压器调节模块，变压器调节模块连接直流输入模块和变压器；

控制方法包括以下步骤：

变压器调节模块根据直流输入模块的输出电压调节变压器初级线圈的匝数，以调节开关器件的占空比。

具体的，变压器调节模块根据直流输入模块的输出电压调节变压器初级线圈的匝数，包括：

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节变压器初级线圈的匝数为第二匝数；

其中，第一匝数大于第二匝数。

进一步的，变压器调节模块在直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节变压器初级线圈的匝数为第一匝数，包括：

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态，以使变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节变压器初级线圈的匝数为第二匝数，包括：

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态，以使变压器初级线圈的匝数为第二匝数。

进一步的，变压器调节模块包括分压模块、第一开关模块、稳压器件以及第二开关模块；

分压模块的输入端连接直流输入模块的输出端，分压模块的输出端连接第一开关模块的控制端，第一开关模块的输入端连接稳压器件的输出端和第二开关模块的第一输入端，第一开关模块的输入端与地连接，稳压器件的输入端连接电源电压和第二开关模块的第二输入端，第二开关模块的第一输出端和第二输出端连接变压器的两个输入端；

分压模块对直流输入模块的输出电压进行分压；

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态，包括：

第一开关模块在分压电压不大于预设电压时处于导通状态，稳压器件接通电源电压，第二开关模块的第一输出端和第二输出端短路连接以使变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态；

变压器调节模块在直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态，包括：

第一开关模块在分压电压大于预设电压时处于关断状态，稳压器件处于不工作状态，第二开关模块的第一输出端和第二输出端断开以使变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态。

本发明提供开关电源及其控制方法，在现有的反激式开关电源中设置变压器调节模块，变压器调节模块连接直流输入模块和变压器，根据直流输入模块的输出电压调节变压器初级线圈的匝数以调节开关器件的占空比，通过检测直流输入模块输出的不同电压，调节变压器输入线圈的匝数，使变压器的匝比不同，从而调节开关器件的占空比，改善反激式开关电源的性能和效率。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，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单元中，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单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种开关电源，所述开关电源包括直流输入模块、储能器件、变压器、整流滤波模块、开关器件以及控制芯片，所述直流输入模块、所述储能器件、所述变压器以及所述整流滤波模块依次相连，所述开关器件连接所述变压器和所述控制芯片，其特征在于，所述开关电源还包括变压器调节模块，所述变压器调节模块连接所述直流输入模块和所述变压器；

所述变压器调节模块根据所述直流输入模块的输出电压调节所述变压器初级线圈的匝数以调节所述开关器件的占空比，所述变压器调节模块根据所述直流输入模块输出的电压与预设电压之间的大小关系调节变压器输入线圈的匝数；

所述变压器调节模块包括分压模块、第一开关模块、稳压器件以及第二开关模块；

所述分压模块的输入端连接所述直流输入模块的输出端，所述分压模块的输出端连接所述第一开关模块的控制端，所述第一开关模块的输入端连接所述稳压器件的输出端和所述第二开关模块的第一输入端，所述第一开关模块的输入端与地连接，所述稳压器件的输入端连接电源电压和所述第二开关模块的第二输入端，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端连接所述变压器的两个输入端；

所述变压器包括第一初级线圈和第二初级线圈，所述第一初级线圈包括第一输入端、第二输入端以及第三输入端，所述第二输入端位于所述第一输入端和所述第三输入端之间，所述第二输入端连接所述第二开关模块的第一输出端，所述第三输入端连接所述第二开关模块的第二输出端；

所述变压器的初级线圈的绕法为第一输入端到第二输入端有Np1圈，第二输入端到第三输入端有Np2圈，次级线圈的绕法为第一输出端、第二输出端到第三输出端、第四输出端有Ns圈，当输入的电压低于所述预设电压时，第一开关模块导通，稳压器件具有压降使第二开关模块导通，第二开关模块的第一输出端和第二输出端断开，变压器的第二输入端到第三输入端不短路，初级变为(Np1+Np2)圈，匝数比为(Np1+Np2)/Ns，当输入的电压高于所述预设电压时，第一开关模块不导通，第二开关模块不工作，变压器的第二输入端到第三输入端短路，初级线圈的匝数为Np1，匝数比为Np1/Ns。

2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第二匝数；

其中，第一匝数大于所述第二匝数。

3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态，以使所述变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态，以使所述变压器初级线圈的匝数为第二匝数。

4.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，

所述分压模块对所述直流输入模块的输出电压进行分压；

所述第一开关模块在分压电压不大于预设电压时处于导通状态，所述稳压器件接通所述电源电压，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端短路连接以使所述变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态；

所述第一开关模块在分压电压大于预设电压时处于关断状态，所述稳压器件处于不工作状态，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端断开以使所述变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态。

5.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述整流滤波模块包括整流二极管和滤波模块，所述整流二极管的输入端为所述整流滤波模块的输入端，所述整流二极管的输出端连接所述滤波模块，所述滤波模块的输出端为所述整流滤波模块的输出端。

6.一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括直流输入模块、储能器件、变压器、整流滤波模块、开关器件以及控制芯片，所述直流输入模块、所述储能器件、所述变压器以及所述整流滤波模块依次相连，所述开关器件连接所述变压器和所述控制芯片，其特征在于，所述开关电源还包括变压器调节模块，所述变压器调节模块连接所述直流输入模块和所述变压器；

所述控制方法包括以下步骤：

所述变压器调节模块根据所述直流输入模块的输出电压调节所述变压器初级线圈的匝数，以调节所述开关器件的占空比，所述变压器调节模块根据所述直流输入模块输出的电压与预设电压之间的大小关系调节变压器输入线圈的匝数；

所述变压器调节模块包括分压模块、第一开关模块、稳压器件以及第二开关模块；

所述分压模块的输入端连接所述直流输入模块的输出端，所述分压模块的输出端连接所述第一开关模块的控制端，所述第一开关模块的输入端连接所述稳压器件的输出端和所述第二开关模块的第一输入端，所述第一开关模块的输入端与地连接，所述稳压器件的输入端连接电源电压和所述第二开关模块的第二输入端，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端连接所述变压器的两个输入端；

所述变压器包括第一初级线圈和第二初级线圈，所述第一初级线圈包括第一输入端、第二输入端以及第三输入端，所述第二输入端位于所述第一输入端和所述第三输入端之间，所述第二输入端连接所述第二开关模块的第一输出端，所述第三输入端连接所述第二开关模块的第二输出端；

所述变压器的初级线圈的绕法为第一输入端到第二输入端有Np1圈，第二输入端到第三输入端有Np2圈，次级线圈的绕法为第一输出端、第二输出端到第三输出端、第四输出端有Ns圈，当输入的电压低于所述预设电压时，第一开关模块导通，稳压器件具有压降使第二开关模块导通，第二开关模块的第一输出端和第二输出端断开，变压器的第二输入端到第三输入端不短路，初级变为(Np1+Np2)圈，匝数比为(Np1+Np2)/Ns，当输入的电压高于所述预设电压时，第一开关模块不导通，第二开关模块不工作，变压器的第二输入端到第三输入端短路，初级线圈的匝数为Np1，匝数比为Np1/Ns。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述变压器调节模块根据所述直流输入模块的输出电压调节所述变压器初级线圈的匝数，包括：

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第二匝数；

其中，第一匝数大于所述第二匝数。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第一匝数，包括：

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态，以使所述变压器初级线圈的匝数为第一匝数；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的匝数为第二匝数，包括：

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态，以使所述变压器初级线圈的匝数为第二匝数。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

所述分压模块对所述直流输入模块的输出电压进行分压；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压不大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态，包括：

所述第一开关模块在分压电压不大于预设电压时处于导通状态，所述稳压器件接通所述电源电压，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端短路连接以使所述变压器初级线圈的两个输入端处于短路状态；

所述变压器调节模块在所述直流输入模块的输出电压大于预设值时，调节所述变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态，包括：

所述第一开关模块在分压电压大于预设电压时处于关断状态，所述稳压器件处于不工作状态，所述第二开关模块的第一输出端和第二输出端断开以使所述变压器初级线圈的两个输入端处于非短路状态。