CN111049362A - 可实现频率切换的开关电源控制电路、方法及空调设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实现频率切换的开关电源控制电路、方法及空调设备。其中，该电路包括：所述电路包括：电源芯片、执行单元以及MCU；所述MCU，输入端连接设备，输出端连接所述执行单元，用于检测所述设备的工作状态，并根据所述设备的工作状态向所述执行单元发送控制信号，进而控制开关电源的工作频率；所述执行单元，用于控制与所述电源芯片内部的导通关系，以实现不同的开关电源工作频率；所述电源芯片连接开关电源的正极。通过本发明，能够在设备待机状态下，控制开关电源以较低频率工作，降低功耗，使设备实现低功耗待机。

Description

可实现频率切换的开关电源控制电路、方法及空调设备

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种可实现频率切换的开关电源控制电路、方法及空调设备。

背景技术

随着电器设备的广泛应用和普及，大众对电器设备的要求已不仅仅停留在应用效果，还逐渐地考虑到了电器设备的功耗问题。

然而现在电器设备的待机和正常运行阶段都会存在功耗的问题，开关电源在设计时，不可避免的产生开关损耗。在设备运行过程中，开关电源通过反馈回路调节后端输出平衡。目前市场上的空调控制器，一般采用一种固定频率开关。无法根据负载调节开关频率，仅能够调节占空比。而固定频率的开关，在设备待机过程中，会产生较大损耗。

针对现有技术中由于开关频率固定导致的设备待机过程中仍存在较大功耗的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供一种可实现频率切换的开关电源控制电路、方法及空调设备，以解决现有技术中由于开关频率固定导致的设备待机过程中仍存在较大功耗的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可实现频率切换的开关电源控制电路，其中，所述电路包括：电源芯片、执行单元以及MCU；

所述MCU，输入端连接设备，输出端连接所述执行单元，用于检测所述设备的工作状态，并根据所述设备的工作状态向所述执行单元发送控制信号，进而控制开关电源的工作频率；

所述执行单元，用于实现与所述电源芯片之间不同的导通关系，以实现不同的开关电源工作频率；

所述电源芯片连接开关电源的正极。

进一步地，所述电源芯片包括频率接脚、控制接脚和源极接脚；

所述导通关系包括：所述频率接脚与所述源极接脚导通，或者，所述频率接脚与所述控制接脚导通。

进一步地，所述频率接脚与所述源极接脚导通时，开关电源的工作频率是第一频率；

所述频率接脚与所述控制接脚导通时，开关电源的工作频率是第二频率；

所述第二频率大于所述第一频率。

进一步地，所述MCU包括：

第一控制单元，用于在所述设备处于待机状态时，控制所述频率接脚与所述源极接脚导通，进而控制开关电源以第一频率工作；

第二控制单元，用于在所述设备处于正常运行状态时，控制所述频率接脚与所述控制接脚导通，进而控制开关电源以第二频率工作。

进一步地，所述电路还包括：

反馈电路，其输入端连接MCU，输出端分别连接开关电源的正极和开关电源芯片的控制接脚，用于控制负载的输入电压保持稳定。

进一步地，所述反馈电路包括：

光电耦合器，输入侧的第一端和第二端连接所述MCU，输出侧的第一端连接所述电源芯片的电源电压输入端，第二端连接所述电源芯片的控制接脚。

进一步地，所述电路还包括：

电压转换模块，一端连接开关电源的正极，另一端连接所述MCU，用于将所述开关电源输出的电压降低后输出至所述MCU。

进一步地，所述电压转换模块为变压器。

本发明还提供一种空调设备，包括上述开关电源控制电路。

本发明还提供了一种可实现频率切换的开关电源控制方法，应用于上述可实现频率切换的开关电源控制电路，其中，该方法包括：

监测设备的运行状态，其中所述运行状态包括：待机状态和正常运行状态；

根据所述设备的运行状态，控制开关电源的工作频率。

进一步地，根据所述设备的运行状态，控制开关电源的工作频率，包括：

如果设备处于待机状态，则控制开关电源以第一频率工作；

如果设备处于正常运行状态，则控制开关电源以第二频率工作；

其中，所述第二频率大于所述第一频率。

进一步地，控制开关电源以第一频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与源极接脚导通；

控制开关电源以第二频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与控制接脚导通。

进一步地，所述执行单元是内置双控型开关，分别连接电源芯片、MCU。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法。

应用本发明的技术方案，通过检测设备的工作状态，根据设备所处的工作状态控制执行单元的频率切换，在设备待机状态下，控制执行单元以较低频率工作，降低功耗，使设备实现低功耗待机。

附图说明

图1为根据本发明实施例的开关电源控制电路的结构图；

图2为根据本发明另一实施例的开关电源控制电路的结构图；

图3为根据本发明又一实施例的开关电源控制电路的结构图；

图4为根据本发明实施例的开关电源控制电路的具体结构图；

图5为根据本发明实施例的开关电源控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述不同的频率，但这些频率不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同的频率区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一频率也可以被称为第二频率，类似地，第二频率也可以被称为第一频率。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种可实现频率切换的开关电源控制电路，图1为根据本发明实施例的开关电源控制电路的结构图，如图1所示，所述电路包括：电源芯片11、执行单元12以及MCU13，所述MCU13，输入端连接设备，输出端连接所述执行单元12，用于检测所述设备的工作状态，并根据所述设备的工作状态向执行单元12发送控制信号，进而控制所述开关电源的工作频率；所述执行单元12，可以为内置双控型开关，与所述电源芯片11之间不同的导通关系对应不同的工作频率。

在具体实施时，检测所述设备的工作状态通过检测设备中的负载14的电流、电压或者功率实现，由于设备待机状态下和正常工作状态下，负载的电流、电压或者功率等不相同，一般来说，设备待机状态下，负载的电流、电压和功率要比设备正常工作状态低得多，因此所述MCU13可以通过检测负载14的电流、电压或者功率等来判断所述设备处于待机状态还是正常工作状态，具体通过哪种方式实现设备工作状态的判断，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本发明不作具体限定，另外，此处的负载数量可以是一个，也可以是多个，当完成设备工作状态的判断后，MCU13根据不同的判断结果，向执行单元12发出不同的控制信号，以控制执行单元12内部的导通关系，进而控制所述电源芯片11内部的导通关系，由于不同的导通关系对应不同的执行单元工作频率，因此，可以实现根据设备的工作状态控制开关电源的工作频率，所述MCU13还用于为所述执行单元12供电。

需要说明的是，所述设备优选为空调设备，也可以是热水器、除湿机、加湿器、离心机等其他需要采用电源芯片进行控制的任意电器设备，本发明中不作具体限定。

本实施例的可实现频率切换的开关电源控制电路，通过检测设备的工作状态，根据设备所处的工作状态控制开关电源的频率切换，在设备待机状态下，控制开关电源以较低频率工作，降低功耗，使设备实现低功耗待机。

实施例2

本实施例提供另一种可实现频率切换的开关电源控制电路，图2为根据本发明另一实施例的开关电源控制电路的结构图，为了进一步实现所述电源芯片11与所述执行单元12的在根据设备的工作状态切换导通关系，本实施例在实施例1的基础上进一步改进，在如图2所示，所述电源芯片包括频率接脚F和控制接脚C和源极接脚S；所述频率接脚F与所述执行单元12的第一接脚1连接，所述控制接脚C与所述执行单元12的第二接脚2连接，所述源极接脚S与执行单元12的第三接脚3连接，所述导通关系具体包括：所述执行单元12内部的第三接脚3与所述第一接脚1导通，进而实现频率接脚F与源极接脚S导通，或者，所述执行单元12内部的所述一接脚1与所述第二接脚2导通，进而实现频率接脚F与控制接脚C导通，所述电源芯片连接开关电源的正极。

在本实施例中，需要实现执行单元的工作频率需要根据设备的不同工作状态进行切换，因此，当所述频率接脚F与源极接脚S导通时，开关电源的工作频率是第一频率；频率接脚F与控制接脚C导通时，开关电源的工作频率是第二频率；其中，所述第二频率大于所述第一频率，也就是说，当频率接脚F与源极接脚S导通时，开关电源以较低的频率工作，当频率接脚F与控制接脚C导通时，开关电源以较高的频率工作。

在本实施例中，为了实对所述电源芯片11与所述执行单元12的导通状态的控制，如图2所示，所述MCU13包括：第一控制单元131，用于在所述设备处于待机状态时，向执行单元12的控制接口IO发送第一控制信号，控制频率接脚F与所述源极接脚S导通，进而控制开关电源以第一频率工作，即实现控制开关电源以较低频率工作，降低功率损耗，同时还能够避免开关电源频繁地断开和导通，减低器件的损耗；所述MCU13还包括第二控制单元132，用于在所述设备处于正常运行状态时，向执行单元12的控制接口IO发送第二控制信号，控制所述频率接脚F与所述控制接脚C导通，进而控制开关电源以第二频率工作，即实现开关电源以较高的频率工作，以满足开关电源高频段的高效输出需求。

为了根据MCU反馈的设备电压对开关电源的输出进行控制，实现稳定的电压输出，如图2所示，所述电路还包括：反馈电路15，输入端连接MCU，输出端分别连接开关电源的正极和开关电源芯片11的控制接脚C，用于控制负载的输入电压保持稳定，具体地，所述反馈电路15可以包括：光电耦合器，本领域技术人员应当知晓，光电耦合器包括输入侧和输出侧，输入侧和输出侧个包括两个连接端，分别形成导通回路，实现强弱电的隔离，在本实施例中，所述光电耦合器的输入侧的第一端和第二端连接分别所述MCU13的其中两个接脚，用于接收MCU反馈的负载的电压，输出侧的第一端连接开关电源正极，第二端接入所述电源芯片11的控制接脚C。

在具体实施时，由于MCU13实质是控制芯片，芯片的工作电压一般较低，为了实现将电源提供的较高的电压转换成较低电压，输出至MCU13，所述电路还包括：电压转换模块16，电压转换模块16的一端连接电源，另一端连接所述MCU13，用于将所述开关电源输出的电压降低后输出至所述MCU13，具体地，所述电压转换模块为变压器，所述变压器初级线圈的第一端连接开关电源正极，第二端连接所述光电耦合器的输出侧的第一端，次级线圈的两端连接所述MCU13的其中两个接脚，通过该变压器，可以实现将电源提供的较高的电压转换为较低的电压，输出至所述MCU13。

在具体实施时，为了向执行单元12输入电压信号，实现对执行单元12的供电，所述MCU13分别连接所述执行单元12的VCC接脚、GND接脚。

需要说明的是，为了突出本发明的重点，因此，上述实施例中仅详细介绍了控制开关电源频率切换的方案，本领域技术人员应当理解，通过开关电源实现对负载的供电还需要结合其他相应的电路实现，这部分电路是本领域公知技术，因此此处不再赘述。

实施例3

下面以应用场景为空调为例，详细说明本发明的另一可选实施例，图3为根据本发明又一实施例的开关电源控制电路的结构图，如图3所示，本实施例的开关电源控制电路包括开关电源芯片311(即上述实施例中的电源芯片11)、内置双控开关312(即上述实施例中的执行单元12)、主控芯片313(即上述实施例中的MCU13)、空调设备的负载314(即上述实施例中的负载14)、反馈模块315(即上述实施例中的反馈电路15)、以及变压器316(即上述实施例中的电压转换模块16)，所述主控芯片313输入端连接空调设备的负载314，输出端连接内置双控开关312，用于获取空调设备的负载运行状态，并根据所述空调设备的负载314的工作状态，向内置双控开关312发出不同的控制信号，控制所述内置双控开关312内部的导通关系，进而控制所述开关电源芯片311内部的导通关系，具体地，所述导通关系包括：所述开关电源芯片311的频率接脚F与所述源极接脚S导通，或者，所述开关电源芯片311的频率接脚F与控制接脚C导通，当所述开关电源芯片311的频率接脚F与源极接脚S导通时，开关电源以较低频率(例如66KHZ)工作，当所述开关电源芯片311的频率接脚F与控制接脚C导通时，开关电源以较高频率(例如132HZ)工作，根据公式周期t＝1/频率f，开关电源的执行单元频率f越大，周期t越短，即在同一时间内执行单元导通和关闭的次数越多，进而导致空调功率损耗越大，但是，在空调处于待机的状态下，是不需要开关电源频繁地导通和关闭的，因此，在空调处于待机的状态下，可以适当降低开关电源的工作频率，以降低功耗，同时，避免开关电源自身的损耗。

图4为根据本发明实施例的开关电源控制电路的具体结构图，如图4所示，在本发明的一个实施例中，所述反馈模块315为光电耦合器，该光电耦合器的输入侧的两个连接端分别连接所述主控芯片313的其中两个接脚，输出侧的第一连接端连接依次通过电容C、整流器317连接开关电源的零线L，输出侧的第二端连接开关电源芯片311的控制接脚，用于根据主控芯片313反馈的空调的负载电压，输出稳定的电压信号。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，所述开关电源芯片311的频率接脚F、控制接脚C、以及源极接脚S1～S6分别与所述内置双控开关312的第一接脚31，第二接脚32以及第三接脚33连接。

在本发明的一个实施例中，所述变压器316的初级线圈两端分别连接所述电容C和反馈模块315的输出侧的第一端，次级线圈的两连段分别连接主控芯片313的两个接脚。

在本发明的一个实施例中，为了向所述内置双控开关312输入控制信号，实现对所述内置双控开关312的控制，所述主控芯片313分别通过内置双控开关312的VCC接脚、GND接脚对其供电，通过IO接脚连接向内置双控开关312发送控制信号。

现有开关电源的控制方案是通过调节开关的占空比来实现执行单元的导通和断开状态，根据不同负载需求，占空比会不断调节，即开关电源在不停导通和关断，从而为后端绕组T储能，以实现对负载314的供电，基于该控制方案，当空调系统处于待机状态时，固定频率的开关，仍频繁的导通和断开，产生不必要的能耗。

本实施例的控制原理包括：当空调系统上电时，主控芯片313检测到空调此时为待机状态，通过主控芯片313按照其内部逻辑，控制电子执行单元内部的导通关系，进而控制开关电源芯片311的频率脚F与源极接脚S导通，此时开关电源以较低频率工作，例如66KHZ，开关电源的工作频率比空调正常运行时低，从而降低了开关电源损耗；

当到空调系统接收到外部指令而开机时，主控芯片313控制空调执行负载输出命令；

空调执行负载输出命令，使负载开始运行后，主控芯片313检测到空调负载功率增大，进而改变内置双控开关312内部的导通关系，实现开关电源芯片311的频率脚F与控制脚C接通，开关电源以较高频率，例如132KHZ运行，从而满足开关电源高频段的高效输出；

当空调再次进入待机状态时，主控芯片313再次控制开关电源以较低频率工作。

根据外部指令信息，主控制芯片314控制内置双控开关312执行相应动作，从而使开关电源工作在最有效的频率段。达到待机状态低功耗的目的。

本实施例的开关电源控制电路，通过主控芯片313、内置双控开关312和开关电源芯片311实现空调在待机状态下减低执行单元频率来达到空调的低功耗控制，此外，在空调接到负载输出指令时，主控制芯片314控制负载执行相应动作，负载功率增大，进而电流或电压增大，反馈模块接收到负载的电流或电压变化，反馈模块315根据负载的电流或电压变化控制开关电源的输出稳定电压至负载，满足开关电源高频段的高效输出，通过本实施例的方案，能够实现避免空调待机状态功耗损耗严重，节约电能，从而提升空调在市场的竞争力。

实施例4

本实施例提供一种空调设备，包括上述可实现频率切换的开关电源控制电路。

实施例5

本实施例提供一种可实现频率切换的开关电源控制方法，应用于上述可实现频率切换的开关电源控制电路，图5为根据本发明实施例的开关电源控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括：

S501，监测设备的运行状态，其中所述运行状态包括：待机状态和正常运行状态，由于设备待机状态下和正常工作状态下，设备中的负载的电流、电压或者功率等不相同，一般来说，设备待机状态下，设备中的负载的电流、电压和功率要比设备正常工作状态低得多，因此可以通过检测负载的电流、电压或者功率等来判断所述设备处于待机状态还是正常工作状态，具体通过哪种方式实现设备工作状态的判断，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本发明不作具体限定；

S502，根据所述设备的运行状态，控制开关电源的工作频率，为了进一步实现根据设备的工作状态切换开关电源的工作频率，S502具体包括：如果设备处于待机状态，则控制开关电源以第一频率工作；如果设备处于正常运行状态，则控制开关电源以第二频率工作；其中，所述第二频率大于所述第一频率。具体地，控制开关电源以第一频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与源极接脚导通；控制开关电源以第二频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与控制接脚导通。

在本实施例中，为了实现电源芯片和执行单元导通状态的切换，所述执行单元是内置双控型开关，分别连接电源芯片、MCU。

实施例6

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法。

以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种开关电源控制电路，其特征在于，所述电路包括：电源芯片、执行单元以及MCU；

所述MCU，输入端连接设备，输出端连接所述执行单元，用于检测所述设备的工作状态，并根据所述设备的工作状态向所述执行单元发送控制信号，进而控制开关电源的工作频率；

所述执行单元，用于控制与所述电源芯片内部的导通关系，以实现不同的开关电源工作频率；

所述电源芯片连接开关电源的正极。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述电源芯片包括频率接脚、控制接脚和源极接脚；

所述导通关系包括：所述频率接脚与所述源极接脚导通，或者，所述频率接脚与所述控制接脚导通。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述频率接脚与所述源极接脚导通时，开关电源的工作频率是第一频率；

所述频率接脚与所述控制接脚导通时，开关电源的工作频率是第二频率；

所述第二频率大于所述第一频率。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述MCU包括：

第一控制单元，用于在所述设备处于待机状态时，控制所述频率接脚与所述源极接脚导通，进而控制开关电源以第一频率工作；

第二控制单元，用于在所述设备处于正常运行状态时，控制所述频率接脚与所述控制接脚导通，进而控制开关电源以第二频率工作。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

反馈电路，其输入端连接MCU，输出端分别连接开关电源的正极和开关电源芯片的控制接脚，用于控制负载的输入电压保持稳定。

6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

光电耦合器，输入侧的第一端和第二端连接所述MCU，输出侧的第一端连接所述电源芯片的电源电压输入端，第二端连接所述电源芯片的控制接脚。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

电压转换模块，一端连接开关电源的正极，另一端连接所述MCU，用于将所述开关电源输出的电压降低后输出至所述MCU。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述电压转换模块为变压器。

9.一种空调设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的开关电源控制电路。

10.一种开关电源控制方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述方法包括：

监测设备的运行状态，其中所述运行状态包括：待机状态和正常运行状态；

根据所述设备的运行状态，控制开关电源的工作频率。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述设备的运行状态，控制开关电源的工作频率，包括：

如果设备处于待机状态，则控制开关电源以第一频率工作；

如果设备处于正常运行状态，则控制开关电源以第二频率工作；

其中，所述第二频率大于所述第一频率。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

控制开关电源以第一频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与源极接脚导通；

控制开关电源以第二频率工作，包括：控制电源芯片的频率接脚与控制接脚导通。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述执行单元是内置双控型开关，分别连接电源芯片、MCU。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求10至13中任一项所述的方法。

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