CN107979292A - 一种反激式开关电源及供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种反激式开关电源及供电系统，包括：控制模块、监测模块和变压器；控制模块与变压器的一次侧绕组的一端连接，用于根据在位于预设频率范围内的当前频率控制所述一次侧绕组内产生对应的第一脉冲信号。其中，所述当前频率在预设频率范围内成周期性波动；监测模块与所述控制模块连接，所述监测模块，用于通过所述控制模块所述第一脉冲信号进行采样，将获得的采样信号发送至所述电源管理芯片。通过反激式开关电源，能够有效的降低供电线路产生的电磁干扰，且结构小易于维护，并且能够根据实时负载来调节电压，避免因为过载而出现供电电压降低的情况发生。

Description

一种反激式开关电源及供电系统
技术领域
本发明涉及电子设备制造及领域，具体而言，涉及一种反激式开关电源及供电系统。
背景技术
现有的反激式开关电源因其电路简单，能高效提供多路直流输出，并且转换效率高，损失小.而且变压器匝数比值较小。最主要的时输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在85～265V间。无需切换而达到稳定输出的要求。因此，反激式开关电源广受制造业的喜爱。但是现有的反激式开关电源中存在着电磁干扰的影响，以及当负载过大时，有效电压降低的不足之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反激式开关电源及供电系统，以有效解决上述不足之处。
第一方面，本发明实施例提供了一种反激式开关电源，所述反激式开关电源包括：控制模块、监测模块和变压器；所述控制模块与所述变压器的一次侧绕组的一端连接，用于根据在位于预设频率范围内的当前频率控制所述一次侧绕组内产生对应的第一脉冲信号，其中，所述当前频率在预设频率范围内成周期性波动；所述监测模块与所述控制模块连接，所述监测模块，用于通过所述控制模块所述第一脉冲信号进行采样，将获得的采样信号发送至所述控制模块；所述控制模块，还用于判断所述采样信号中的频率是否大于所述预设频率范围内的最大值，在为是时，将控制所述一次侧绕组的所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。
进一步的，所述控制模块还包括：电源控制芯片和开关管；所述电源控制芯片分别与所述一次侧绕组和所述开关管的控制端连接，所述开关管的输入端与所述一次侧绕组的连接，所述开关管的输出端连接所述监测模块。
进一步的，为场效应管，所述场效应管的栅极为所述开关管的控制端，所述场效应管的源极为所述开关管的输入端，所述场效应管的漏极为所述开关管的输出端。
进一步的，所述电源控制芯片为PWM控制芯片。
进一步的，所述监测模块包括：高电流触发单元、过载触发单元、频率采集单元；所述高电流触发单元分别与所述开关管的输出端和所述电源控制芯片连接且接地，所述高电流触发单元，用于通过所述开关管对所述第一脉冲信号中的电流进行采样并输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述电流大于预设电流阈值时关断所述开关管；所述过载触发单元与所述电源控制芯片连接且接地，所述过载触发单元还用于与外部负载连接，用于将从所述外部负载采样到的电压输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述电压低于预设电压阈值时调高所述第一脉冲信号的占空比；所述频率采集单元分别所述高电流触发单元和所述电源控制芯片连接且接地，用于将通过所述高电流触发单元采样到的所述第一脉冲信号的频率输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述频率高于所述预设频率范围内的最大值时控制所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。
进一步的，所述反激式开关电源，还包括：滤波整流模块；所述滤波整流模块与所述变压器的一次侧绕组连接。
进一步的，所述滤波整流模块包括：滤波单元和整流单元；所述滤波单元的输入端与外部电源连接，所述滤波单元的输出端与所述整流单元的输入端连接。
进一步的，所述滤波单元为共模滤波器。
进一步的，所述二次侧绕组为多个二次侧绕组，所述对个二次侧绕组中的每个二次侧绕组均与所述一次侧绕组电磁耦合，所述多个二次侧绕组中至少一个二次侧绕组用于连接一对应的外部负载。
第二方面，本发明实施例还提供了一种供电系统，所述供电系统包括：外部电源、负载和上述的反激式开关电源，所述外部与所述反激式开关电源，所述反激式开关电源与所述负载连接。
本发明实施例的有益效果是：通过使所述第一脉冲的当前频率在一定范围内呈周期性波动，使电磁干扰分散的分布在各个频率中，可以有效降低电磁干扰的影响。同时，监测负载电压的变化，及时调整开关管的占空比，使反激式开关电源保持稳定的电压输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供一种供电系统的模块图；
图2为本发明第二实施例提供一种反激式开关电源的一种结构框图；
图3为本发明第二实施例提供一种反激式开关电源的检测模块的模块示意图；
图4为本发明第二实施例提供一种应用于该开关电源的另一种结构框图。
图标：10-供电系统；11-外部电源；12-负载；100-反激式开关电源；110-控制模块；111-电源控制芯片；112-开关管；120-监测模块；121-高电流触发单元；122-过载触发单元；123-频率采集单元；130-变压器；140-滤波整流模块；141-滤波单元；142-整流单元；150-内部供电模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种供电系统10，所述供电系统10包括：反激式开关电源100、外部电源11和负载12。
外部电源11与反激式开关电源100连接，反激式开关电源100与负载12连接。可选的，外部电源11为普通的民用或者工业用的交流电输出线路，负载12为通用类型的用电设备，如冰箱、电视或空调等用电设备。
第二实施例
请参阅图2、图3和图4，本发明第二实施例提供了一种反激式开关电源100。所述反激式开关电源100包括：控制模块110、检测模块和变压器130。
所述控制模块110与所述变压器130的一次侧绕组的一端连接，用于根据在位于预设频率范围内的当前频率控制所述一次侧绕组内产生对应的第一脉冲信号，其中，所述当前频率在预设频率范围内成周期性波动。因此EMI(Electromagnetic Interference、电磁干扰)发射分布在较广的频率范围内，可以有效降低EMI，这使得反激式开关电源100内部其他部件受干扰可能性及驱动器对其他外部用电器的影响有效降低。
监测模块120与控制模块110连接，监测模块120，用于通过所述控制模块110所述第一脉冲信号进行采样，将获得的采样信号发送至所述电源管理芯片；所述控制模块110，还用于判断所述采样信号中的频率是否大于所述预设频率范围内的最大值，在为是时，将控制所述一次侧绕组的所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。控制模块110还包括：电源控制芯片111和开关管112；所述电源控制芯片111分别与所述一次侧绕组和所述开关管112的控制端连接，所述开关管112的输入端与所述一次侧绕组的连接，所述开关管112的输出端连接所述监测模块120。
其中，电源控制芯片111与开关管112连接，控制开关管112以一定的频率闭合然后断开，实现在一次测绕组中产生第一脉冲信号的效果。因为一些侧绕组为电感线圈，因电源控制芯片111控制开关管112的闭合与断开，因电流的连续突变，势必会在一次侧绕组中产生一个脉冲信号，即第一脉冲信号。
同时，在本实施例中，外置为mos管的开关管112，且外围电路可以根据电源不同的应用场合进行调整，且可以通过调整其外围电路实现降低在各种不同使用方式下的震荡，有效提高电源的稳定性从而提高使用寿命，降低后期维护成本。
此外，电源控制芯片111为PWM控制芯片。PWM控制芯片是用来控制和调节占空比的芯片。可选的，在本实施例中，为PWM控制芯片的电源控制芯片111为数字芯片(俗称单片机)或者模拟芯片，数字芯片可以人工编写程序的，如PIC16F72。模拟芯片的程序内置不可修改，如MC33035。调节占空比，即对第一脉冲信号进行脉冲宽度调制。脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
监测模块120包括：高电流触发单元121、过载触发单元122、频率采集单元123；高电流触发单元121分别与开关管112的输出端和所述电源控制芯片111连接且接地，所述高电流触发单元121，用于通过所述开关管112对所述第一脉冲信号中的电流进行采样并输出至所述电源控制芯片111，以使所述电源控制芯片111在所述电流大于预设电流阈值时关断所述开关管112。高电流触发单元121与一次侧绕组串联，高电流触发单元121上的电流等于一次侧绕组中的电流，当高电流触发单元121上的电流高于预设电流阈值，电源控制芯片111会断开开关管112，避免反激式开关电源100上电子元器件因为过高的电流而损坏。在图4中的，可以看到，高电流触发单元121，依靠一个电压采样电阻，并通过电源控制芯片111上的cs引脚，读取与该采样电阻并联的电容上的电荷值，以此来获取该采样电阻的电压。因为该采样电阻的阻值是基本恒定的，所以可以通过该采样电阻的电压来获知线路中的电流强度。
过载触发单元122与电源控制芯片111连接且接地，所述过载触发单元122还用于与外部负载12连接，用于将从所述外部负载12采样到的电压输出至所述电源控制芯片111，以使所述电源控制芯片111在所述电压低于预设电压阈值时调高所述第一脉冲信号的占空比。当外部负载12的功率比较高的时候，反激式开关电源100中的电流会相应增大，外部电源11提供的电压不变，反激式开关电源100中导线以及其他元器件的电压就会相应增大，所以一次侧绕组上的呈周期性波动的第一脉冲信号的最大值会降低，为了保证负载12上的电压低于正常电压，电源控制芯片111控制开关管112，调高梭胡脉冲信号的占空比，使得第一脉冲信号的等效电压变大，进而实现二次侧绕组上的输出的等效电压增大，以改善因为过载而导致的工作电压下降的问题。
所述频率采集单元123分别所述高电流触发单元121和所述电源控制芯片111连接且接地，用于将通过所述高电流触发单元121采样到的所述第一脉冲信号的频率输出至所述电源控制芯片111，以使所述电源控制芯片111在所述频率高于所述预设频率范围内的最大值时控制所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值，并控制所述当前频率进入新的波动周期。可选的，预设频率范围内的最小值为零，在新周期开始时插入一个0.6微妙的延迟，即在新周期开始前，开关管112会在0.6微妙的时间内断开，开新周期开始时，再次检测所述频率是否高于所述预设频率范围内的最大值，若是，在此触发重置所述频率的操作。
这样使电源工作可以根据负载12的轻重进行逐周期调整工作频率，因为在轻载时电源工作频率只有22K，在较低的频率时可以获得较低的电磁干扰。
此外，反激式开关电源100还包括：滤波整流模块140；所述滤波整流模块140与所述变压器130的一次侧绕组连接。所述滤波整流模块140包括：滤波单元141和整流单元142；所述滤波单元141的输入端与外部电源11连接，所述滤波单元141的输出端与所述整流单元142的输入端连接。滤波单元141为共模滤波器，共模滤波器通常采用铁氧体磁心，双线并绕。低差模噪声信号抑制干扰源，在高速信号中难以变形。杂讯抑制对策佳，高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制，消除开关电源特有的“开关干扰”，以保证其它设备免除干扰。
反激式开关电源100还包括：内部供电模块150。内部供电模块150由光耦和两个二次侧绕组连接组成，为电源控制芯片111提供工作电源。由于是光耦的存在，实现了光电分离的效果，实现了对电源控制芯片111的有效保护。
再者，所述二次侧绕组为多个二次侧绕组，所述对个二次侧绕组中的每个二次侧绕组均与所述一次侧绕组电磁耦合，所述多个二次侧绕组中至少一个二次侧绕组用于连接一对应的外部负载12。
综上所述：本发明实施例提供了一种反激式开关电源100及供电系统10，涉及电子设备制造及领域，反激式开关电源100应用于供电系统10。一种反激式开关电源100，包括：控制模块110、监测模块120和变压器130；控制模块110与变压器130的一次侧绕组的一端连接，用于根据在位于预设频率范围内的当前频率控制所述一次侧绕组内产生对应的第一脉冲信号，其中，所述当前频率在预设频率范围内成周期性波动；监测模块120与所述控制模块110连接，所述监测模块120，用于通过所述控制模块110所述第一脉冲信号进行采样，将获得的采样信号发送至所述电源管理芯片；控制模块110，还用于判断所述采样信号中的频率是否大于所述预设频率范围内的最大值，在为是时，将控制所述一次侧绕组的所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。通过反激式开关电源100，能够有效的降低供电线路产生的电磁干扰，且结构小易于维护，并且能够根据实时负载12来调节电压，避免因为过载而出现供电电压降低的情况发生。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反激式开关电源，其特征在于，包括：控制模块、监测模块和变压器；
所述控制模块与所述变压器的一次侧绕组的一端连接，用于根据在位于预设频率范围内的当前频率控制所述一次侧绕组内产生对应的第一脉冲信号，其中，所述当前频率在预设频率范围内成周期性波动；
所述监测模块与所述控制模块连接，所述监测模块，用于通过所述控制模块所述第一脉冲信号进行采样，将获得的采样信号发送至所述控制模块；
所述控制模块，还用于判断所述采样信号中的频率是否大于所述预设频率范围内的最大值，在为是时，将控制所述一次侧绕组的所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述控制模块还包括：电源控制芯片和开关管；
所述电源控制芯片分别与所述一次侧绕组和所述开关管的控制端连接，所述开关管的输入端与所述一次侧绕组的连接，所述开关管的输出端连接所述监测模块。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述开关管为场效应管，所述场效应管的栅极为所述开关管的控制端，所述场效应管的源极为所述开关管的输入端，所述场效应管的漏极为所述开关管的输出端。
4.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述电源控制芯片为PWM控制芯片。
5.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述监测模块包括：高电流触发单元、过载触发单元、频率采集单元；
所述高电流触发单元分别与所述开关管的输出端和所述电源控制芯片连接且接地，所述高电流触发单元，用于通过所述开关管对所述第一脉冲信号中的电流进行采样并输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述电流大于预设电流阈值时关断所述开关管；
所述过载触发单元与所述电源控制芯片连接且接地，所述过载触发单元还用于与外部负载连接，用于将从所述外部负载采样到的电压输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述电压低于预设电压阈值时调高所述第一脉冲信号的占空比；
所述频率采集单元分别所述高电流触发单元和所述电源控制芯片连接且接地，用于将通过所述高电流触发单元采样到的所述第一脉冲信号的频率输出至所述电源控制芯片，以使所述电源控制芯片在所述频率高于所述预设频率范围内的最大值时控制所述当前频率调节至所述预设频率范围内的最小值。
6.根据权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，还包括：滤波整流模块；所述滤波整流模块与所述变压器的一次侧绕组连接。
7.根据权利要求6所述的反激式开关电源，其特征在于，所述滤波整流模块包括：滤波单元和整流单元；所述滤波单元的输入端与外部电源连接，所述滤波单元的输出端与所述整流单元的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的反激式开关电源，所述滤波单元为共模滤波器。
9.根据权利要求8所述的反激式开关电源，其特征在于，所述二次侧绕组为多个二次侧绕组，所述对个二次侧绕组中的每个二次侧绕组均与所述一次侧绕组电磁耦合，所述多个二次侧绕组中至少一个二次侧绕组用于连接一对应的外部负载。
10.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括：外部电源、负载和权利要求1-9任意一项所述的反激式开关电源，所述外部与所述反激式开关电源，所述反激式开关电源与所述负载连接。
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