CN106685212B - 一种直流电源供电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流电源供电电路，用以向负载供电，该直流电源供电电路包括:直流供电模块、滤波模块、感测模块以及第一驱动单元；该直流供电模块，具有电源开关控制单元；该滤波模块，与该电源开关控制单元配合以控制该直流供电模块的供电周期；该感测模块，耦接于该直流供电模块与该负载之间，以获取该直流供电模块的电流变化率并输出第一检测信号；该第一驱动单元，耦接该感测模块与该滤波模块，该第一驱动单元将该第一检测信号转换为第一驱动信号以控制该滤波模块。以快速响应负载变化，同时兼顾工作速率与电磁干扰的抑制。
Description
技术领域
本发明涉及直流电源供电电路领域，尤其涉及一种能够控制直流电源供电周期的供电电路。
背景技术
目前，越来越多的电子产品利用开关电源供电，这取决于开关电源本身所具有的良好特性，开关电源的工作频率一般在几十千赫兹以上，利用半导体器件的导通、关闭来传递能量，因此具有体积小、重量轻、转换效率高等有点。参见图1所示，为现有技术直流开关电源电路示意图，该直流开关电源电路包括直流供电模块1a、反馈单元2a及功率因数控制器3a，电源开关控制单元11a耦接于变压器T1及整流二极管12a之间，电压输入信号Vin被耦接到变压器T1，再经过整流二极管12a和电容C的滤波，最终得到恒值电压输出信号Vout,反馈单元2a检测直流供电模块1a的电压输出信号Vout，经过功率因数控制器3a后传输至电源开关控制单元11a以控制直流开关电源的开关速度。
开关电源供电不同与线性电源供电的这种高频速度工作特征，当内部开关元件动作时，会产生强大的输出电压、输出电流的变化，因此会产生许多高频噪音，进而对周边电子设备形成电磁干扰；现有技术中，业界抑制这些噪音采用的方法，如尝试调式开关速度，又会使电流经过元件的时间拉长，进而导致元件温度上升。
因此，有必要设计一种新型的直流电源供电电路，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供直流电源供电电路，其能够同时兼顾电磁干扰的抑制及工作效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种直流电源供电电路，用以向负载供电，该直流电源供电电路包括:直流供电模块、滤波模块、感测模块以及第一驱动单元；该直流供电模块，具有电源开关控制单元；该滤波模块，与该电源开关控制单元配合以控制该直流供电模块的供电周期；该感测模块，耦接于该直流供电模块与该负载之间，以获取该直流供电模块的电流变化率并输出第一检测信号；该第一驱动单元，耦接该感测模块与该滤波模块，该第一驱动单元将该第一检测信号转换为第一驱动信号以控制该滤波模块。
较佳的，该直流电源供电电路还包括反馈单元，该反馈单元检测该直流供电模块的电压输出信号并反馈至该电源开关控制单元以控制该直流供电模块的该供电周期。
较佳的，该直流电源供电电路还包括第一开关模块，该第一开关模块将该第一检测信号与该电压输出信号配合以控制该电源开关控制单元。
较佳的，该第一开关模块具有开关控制单元及第二驱动单元，该开关控制单元分别与该反馈单元的输出端、该第二驱动单元的输出端以及该电源开关控制单元耦接，该第二驱动单元的输入端耦接于该感测模块。
较佳的，该第二驱动单元为第二比较器，该第二比较器的正相输入端耦接至该感测模块的输出端以获取该第一检测信号，该第二比较器的反相输入端输入一基准电压，该第二比较器的输出端耦接该开关控制单元，其中，该第一检测信号与该基准电压进行比较以形成第二驱动信号。
较佳的，该直流电源供电电路还包括功率因数控制器，该功率因数控制器耦接于该反馈单元及该开关控制单元之间。
较佳的，该电源开关控制单元为第一金属氧化物半导体晶体管,该滤波模块具有第一电容及第二金属氧化物半导体晶体管；
该第一电容的一端串接至该第二金属氧化物半导体晶体管的漏极，该第一电容的另一端耦接至该第一金属氧化物半导体晶体管的漏极，该第二金属氧化物半导体晶体管的源极耦接至该第一金属氧化物半导体晶体管的源极，以使该滤波模块并联于该电源开关控制单元。
其中，该第一金属氧化物半导体晶体管的栅极接收该反馈单元检测的该电压输出信号，该第二金属氧化物半导体晶体管的栅极接收该第一驱动单元的该第一驱动信号。
较佳的，该感测模块具有感测单元及差分比较器，该直流供电模块具有整流单元及电源输出端，该感测单元耦接于该整流单元与该电源输出端之间，该差分比较器用以检测该感测单元的输入端与输出端的电压差并输出该第一检测信号。
较佳的，该第一驱动单元具有第一比较器及反相器，该第一比较器的正相输入端耦接至该感测模块的输出端以获取该第一检测信号，该第一比较器的反相输入端输入一基准信号，其中该第一检测信号与该基准信号进行比较并经过该反相器以形成该第一驱动信号。
较佳的，该电源开关控制单元为第一金属氧化物半导体晶体管，该直流供电模块具有变压单元及整流单元，该变压单元的输出端耦接该整流单元的输入端，该第一金属氧化物半导体晶体管的漏极耦接该变压单元的输出端及该整流单元的输入端。
与现有技术相比，本发明提供的直流电源供电电路通过感测模块检测开关电源的电流变化率并输出第一检测信号，在将该第一检测信号转换为第一驱动信号控制并联在电源开关控制单元一侧的滤波模块，以控制该直流电源的供电周期，进而实现对负载变化的快速响应，兼顾开关速率的同时减少电流流经时间，抑制电磁干扰。
附图说明
图1为现有技术的直流开关电源电路的结构示意图；
图2为本发明实施例的直流电源供电电路立体结构示意图；
图3为本发明实施例负载变化状态对应电路中各信号变化的时序图；
图4为现有技术中电源开关控制单元工作周期与本发明实施例的电源开关控制单元工作周期的对比示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
参照图2所示，揭示了本发明实施例的直流电源供电电路001的结构示意图，图3示意为直流电源供电电路001持续轻载或者持续重载时负载发生变化的信号时序图以及，图4示意了图3所示时序图的第一周期的前段部分工作周期的变化状态，直流电源供电电路001用以向负载供电，直流电源供电电路001包括直流供电模块1、反馈单元2、感测模块4、第一驱动单元5以及滤波模块6，直流供电模块1电压具有电源开关控制单元11、变压单元T1、整流单元12以及滤波单元C1，变压单元T1的输出端耦接整流单元12的输入端，整流单元12的输出端耦接滤波单元C1，电源开关控制单元11耦接于变压单元T1及整流单元12之间，电压输入信号Vin被耦接到变压单元T1，再经过整流单元12和滤波单元C1的滤波，最终得到直流电压输出信号Vout；具体的，变压单元T1为变压器，滤波单元C1为电容器。反馈单元2耦接至直流供电模块1的输出端，反馈单元2检测直流供电模块1的电压输出信号Vout并反馈至电源开关控制单元11以控制直流供电模块1的供电周期。滤波模块6与电源开关控制单元11并联，滤波模块6与电源开关控制单元11配合以控制直流供电模块1的供电周期；感测模块4耦接于直流供电模块1与该负载之间，以获取直流供电模块1的电流变化率并输出第一检测信号A-B；第一驱动单元5耦接感测模块4与滤波模块6，第一驱动单元5将第一检测信号A-B转换为第一驱动信号driver1以控制滤波模块6。借此，可借助滤波模块6对电源开关控制单元11的控制讯号起到抑制作用。
于本实施例中，直流供电模块1还包括第一开关模块7，第一开关模块7将第一检测信号A-B与电压输出信号Vout配合以控制电源开关控制单元11,优选的，第一开关模块7具有开关控制单元71及第二驱动单元72，开关控制单元71分别与反馈单元2的输出端、第二驱动单元72的输出端以及电源开关控制单元11耦接，第二驱动单元72的输入端耦接于感测模块4。于本实施例中，直流供电模块1还具有功率因数控制器3，功率因数控制器3耦接于反馈单元2及电源开关控制单元11之间。
于本实施例中，感测模块4具有感测单元41及差分比较器42，直流供电模块1还具有电源输出端，感测单元41耦接于整流单元12与该电源输出端之间，差分比较器42用以检测感测单元41的输入端与输出端的电压差并输出第一检测信号A-B，优选的，感测单元41可为电阻元件，该第一检测信号A-B为该电阻元件两端的电压差值信号，当直流供电模块1的负载发生变化时，感测单元41的电流亦发生变化，通过检测电压差值可快速感测到电流变化率，并不以此为限，感测模块4亦可为直接感测电流的装置，并输出反应电流变化速率的信号。
第一驱动单元5具有第一比较器51及反相器52，第一比较器51的正相输入端耦接至感测模块4的输出端,于本实施例中，第一比较器51的正相输入端耦接至差分比较器42的输出端以获取第一检测信号A-B，第一比较器51的反相输入端输入一基准信号PWM，其中第一检测信号A-B与基准信号PWM进行比较并经过反相器52以形成第一驱动信号driver1；参见图3，示意了基准信号PWM，并确定出轻载及重载对应的基准电压Va、Vb，负载持续轻载并发生变化时对应形成第一驱动信号driver1(a),负载持续重载并发生变化时对应形成第一驱动信号driver1(b)，当负载处于轻重载交替变化时的示意图对应截取便可，此处不再示出。
第二驱动单元72为第二比较器，该第二比较器的正相输入端耦接至感测模块4的输出端以获取第一检测信号A-B，该第二比较器的反相输入端输入一基准电压Vef，该第二比较器的输出端耦接开关控制单元71，第一检测信号A-B与该基准电压Vef进行比较以形成第二驱动信号driver2。
优选的，电源开关控制单元11为第一金属氧化物半导体晶体管(MOS管)Q1,滤波模块6具有第一电容C2及第二金属氧化物半导体晶体管(MOS管)Q2；第一电容C2的一端串接至第二金属氧化物半导体晶体管Q2的漏极，第一电容C2的另一端a1耦接至该第一金属氧化物半导体晶体管Q1的漏极a2，参见图2，第二金属氧化物半导体晶体管Q2的源极b1耦接至第一金属氧化物半导体晶体管Q1的源极b2，以使滤波模块6并联于电源开关控制单元11。其中，第一金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极接收反馈单元2检测的电压输出信号Vout与第二驱动信号driver2经由开关控制单元71生成的控制信号，第二金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极接收第一驱动单元5的第一驱动信号driver1。第一金属氧化物半导体晶体管Q1的漏极a2耦接该变压单元T1的输出端及整流单元12的输入端。再请参见图4，图4示意了图3所示负载变化时序图对应第一金属氧化物半导体晶体管Q1第一周期的前段部分工作周期的变化状态,其中，时序信号Original Q1对应图1所示现有技术工作周期,时序信号Improve Q1为本发明改善之后对应的工作周期。
与现有技术相比，本发明提供的直流电源供电电路通过感测模块检测开关电源的电流变化率并输出第一检测信号，在将该第一检测信号转换为第一驱动信号控制并联在电源开关控制单元一侧的滤波模块，以控制该直流电源的供电周期，进而实现对负载变化的快速响应，兼顾开关速率的同时减少电流流经时间，抑制电磁干扰。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种直流电源供电电路，用以向负载供电，其特征在于，该直流电源供电电路包括:
直流供电模块，具有电源开关控制单元；
滤波模块，与该电源开关控制单元配合以控制该直流供电模块的供电周期；
感测模块，耦接于该直流供电模块与该负载之间，以获取该直流供电模块的电流变化率并输出第一检测信号；以及
第一驱动单元，耦接该感测模块与该滤波模块，该第一驱动单元将该第一检测信号转换为第一驱动信号以控制该滤波模块。
2.如权利要求1所述的直流电源供电电路，其特征在于，还包括反馈单元，该反馈单元检测该直流供电模块的电压输出信号并反馈至该电源开关控制单元以控制该直流供电模块的该供电周期。
3.如权利要求2所述的直流电源供电电路，其特征在于，还包括第一开关模块，该第一开关模块将该第一检测信号与该电压输出信号配合以控制该电源开关控制单元。
4.如权利要求3所述的直流电源供电电路，其特征在于，该第一开关模块具有开关控制单元及第二驱动单元，该开关控制单元分别与该反馈单元的输出端、该第二驱动单元的输出端以及该电源开关控制单元耦接，该第二驱动单元的输入端耦接于该感测模块。
5.如权利要求4所述的直流电源供电电路，其特征在于，该第二驱动单元为第二比较器，该第二比较器的正相输入端耦接至该感测模块的输出端以获取该第一检测信号，该第二比较器的反相输入端输入一基准电压，该第二比较器的输出端耦接该开关控制单元，其中，该第一检测信号与该基准电压进行比较以形成第二驱动信号。
6.如权利要求4所述的直流电源供电电路，其特征在于，还包括功率因数控制器，该功率因数控制器耦接于该反馈单元及该开关控制单元之间。
7.如权利要求2所述的直流电源供电电路，其特征在于，该电源开关控制单元为第一金属氧化物半导体晶体管,该滤波模块具有第一电容及第二金属氧化物半导体晶体管；
该第一电容的一端串接至该第二金属氧化物半导体晶体管的漏极，该第一电容的另一端耦接至该第一金属氧化物半导体晶体管的漏极，该第二金属氧化物半导体晶体管的源极耦接至该第一金属氧化物半导体晶体管的源极，以使该滤波模块并联于该电源开关控制单元；
其中，该第一金属氧化物半导体晶体管的栅极接收该反馈单元检测的该电压输出信号，该第二金属氧化物半导体晶体管的栅极接收该第一驱动单元的该第一驱动信号。
8.如权利要求1所述的直流电源供电电路，其特征在于，该感测模块具有感测单元及差分比较器，该直流供电模块具有整流单元及电源输出端，该感测单元耦接于该整流单元与该电源输出端之间，该差分比较器用以检测该感测单元的输入端与输出端的电压差并输出该第一检测信号。
9.如权利要求1所述的直流电源供电电路，其特征在于，该第一驱动单元具有第一比较器及反相器，该第一比较器的正相输入端耦接至该感测模块的输出端以获取该第一检测信号，该第一比较器的反相输入端输入一基准信号，其中该第一检测信号与该基准信号进行比较并经过该反相器以形成该第一驱动信号。
10.如权利要求1所述的直流电源供电电路，其特征在于，该电源开关控制单元为第一金属氧化物半导体晶体管，该直流供电模块具有变压单元及整流单元，该变压单元的输出端耦接该整流单元的输入端，该第一金属氧化物半导体晶体管的漏极耦接该变压单元的输出端及该整流单元的输入端。
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