CN112838747B - 开关电源 - Google Patents

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Abstract

一种开关电源，包括：电源芯片，所述电源芯片包括电源脚、反馈控制脚和电流检测脚；变压器，所述变压器的输出端连接所述电源芯片的电源脚；检流电阻，串联在所述变压器的输入端的电流回路中，所述检流电阻的第一端接地，所述检流电阻的第二端连接到所述电源芯片的电流检测脚；以及直流偏置电路，所述直流偏置电路的第一端与检流电阻的第二端连接，所述直流偏置电路的第二端与所述电源芯片的电流检测脚连接，所述直流偏置电路的控制端与所述电源芯片的反馈控制脚连接，所述直流偏置电路根据所述电源芯片的反馈控制脚的输出信号调整自身的偏置电压值。本申请的开关电源可以降低在轻载情况下的所述变压器输入端的电流，从而降低噪声。

Description

开关电源
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种开关电源。
背景技术
常规的开关电源，在轻载模式下通过降低工作频率的方式来降低系统待机功耗。但此时频率降到几百HZ，进入人耳可听范围，造成产品轻载时可听噪音超标，降低客户体验。较好的开关电源，在降频满足功耗要求的同时，降低初级线圈的电流，从而减小轻载噪音源变压器的电流振幅，减少噪音。但是，这种降幅都是在峰值电流基础上等比例降低。在一些应用场景，如音响电源，为了满足数倍的峰值功率必须把初级线圈的电流设置的足够大，这样即使下降了30％-40％后的电流幅值依然可观，从而使得变压器中还有噪音产生。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种开关电源，以有效对现有技术中的开关电源在轻载模式下的噪声进行抑制。
本发明实施例提供了一种开关电源，包括：
电源芯片，所述电源芯片包括电源脚、反馈控制脚和电流检测脚；
变压器，所述变压器的输出端连接所述电源芯片的电源脚；
检流电阻，串联在所述变压器的输入端的电流回路中，所述检流电阻的第一端接地，所述检流电阻的第二端连接到所述电源芯片的电流检测脚；以及
直流偏置电路，所述直流偏置电路的第一端与检流电阻的第二端连接，所述直流偏置电路的第二端与所述电源芯片的电流检测脚连接，所述直流偏置电路的控制端与所述电源芯片的反馈控制脚连接，所述直流偏置电路根据所述电源芯片的反馈控制脚的输出信号调整自身的偏置电压值。
可选地，所述直流偏置电路包括偏置电阻和补偿电流源，所述偏置电阻的一端连接到所述检流电阻的第二端，所述偏置电阻的另一端连接所述电源芯片的电流检测脚，所述补偿电流源根据所述电源芯片的反馈控制脚的输出信号调节流经所述偏置电阻的电流。
可选地，所述补偿电流源包括第一三极管、第一电阻、第二电阻以及电压源，所述第一三极管的集电极连接所述电源芯片的反馈控制脚，所述第一电阻的一端连接所述电源芯片的反馈控制脚，所述第一电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第二电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的另一端连接所述电压源。
可选地，所述电压源包括稳压管、第一电容和第三电阻，所述稳压管的正极接地，所述稳压管的负极连接到所述第二电阻，所述第一电容与所述稳压管并联连接，所述第三电阻的一端连接到所述第二电阻，另一端连接到所述变压器的输出端。
可选地，所述稳压管的稳压值满足以下关系：VZD<VBE+VFB_MAX，其中，VZD为稳压管的稳压值，VBE为所述第一三极管的开启电压，VFB_MAX为所述电源芯片满载时反馈控制脚的输出电压。
可选地，所述变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈的一端为所述变压器的输入端，所述初级线圈的另一端通过开关电路连接到所述检流电阻，所述次级线圈的一端为所述变压器的输出端，所述次级线圈的另一端接地。
可选地，所述开关电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接所述初级线圈，所述第一MOS管的漏极连接所述检流电阻，所述第一MOS管的栅极连接外部控制端。
可选地，所述开关电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第一MOS管的栅极，所述第四电阻的另一端连接所述第一MOS管的漏极。
可选地，所述开关电源还包括第一整流滤波电路，用于为所述直流偏置电路提供电源，所述第一整流滤波电路包括第一二极管和第一电解电容，所述第一二极管的正极连接所述变压器的输出端，所述第一二极管的负极连接所述第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极接地。
可选地，所述开关电源还包括第二整流滤波电路，用于为所述电源芯片提供电源，所述第二整流滤波电路包括第二二极管和第二电解电容，所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的负极，所述第二二极管的负极连接所述电源芯片的电源脚，所述第二电解电容的正极连接所述电源芯片的电源脚，所述第二电解电容的负极接地。
在本发明实施例提供的开关电源中，通过设置直流偏置电路，并使得所述直流偏置电路的第一端与检流电阻的第二端连接，所述直流偏置电路的第二端与所述电源芯片的电流检测脚连接，所述直流偏置电路的控制端与所述电源芯片的反馈控制脚连接。在轻载情况下，所述直流偏置电路的偏置电压较高，从而可以抑制所述变压器的输入端的输入电流的峰值。在满载情况下，所述直流偏置电路的偏置电压较低，从而不会对所述开关电源的负载驱动能力造成影响。
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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的开关电源的模块示意图。
图2是图1中的开关电源的具体电路图。
图3是常规的开关电源的初级线圈中MOS管的电压和电流测试图。
图4是本发明实施例提供的开关电源的初级线圈中MOS管的电压和电流测试图。
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的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参见图1及图2，本发明实施例提供了一种开关电源100，包括电源芯片110、变压器120、检流电阻R6以及直流偏置电路130。所述开关电源100可以应用在各种电子设备中，如手机、音响、电视等，以降低系统待机时的功耗。
所述电源芯片110包括电源脚VDD、反馈控制脚FB和电流检测脚SENSE。具体地，所述电源芯片110的电源脚VDD为所述电源芯片110的供电端，其连接外部电源用于为芯片供电。所述电源芯片110的反馈控制脚FB为所述电源芯片110输出端的电压反馈信号。在轻载情况下，所述电源芯片110的输出电压偏高。此时，所述电源芯片110的输出电压将会通过反馈网络传递到反馈控制脚FB，从而使反馈控制脚FB的电压值降低。当控制芯片接收到反馈控制脚FB的电压值降低的信息时，会减小占空比以降低所述电源芯片110的输出电压，从而使所述电源芯片110的输出电压维持稳定。在满载情况下，所述电源芯片110的输出电压被负载拉至偏低。此时，反馈控制脚FB的输出电压越高。当控制芯片接收到反馈控制脚FB的电压值升高的信息时，会加大占空比以提升所述电源芯片110的输出电压，从而提高所述电源芯片110的负载输出能力。
所述变压器120的输出端连接所述电源芯片110的电源脚VDD。在本实施例中，所述变压器120包括初级线圈T1和次级线圈T2。所述初级线圈T1的一端为所述变压器120的输入端，用于连接外部的电压输入。所述初级线圈T1的另一端通过开关电路121连接到所述检流电阻R6。所述次级线圈T2的一端为所述变压器120的输出端，用于给所述电源芯片110和所述直流偏置电路130供电。所述次级线圈T2的另一端接地。具体地，所述开关电路121包括第一MOS管Q2。所述第一MOS管Q2的源极连接所述初级线圈T1。所述第一MOS管Q2的漏极连接所述检流电阻R6。所述第一MOS管Q2的栅极连接外部控制端Vgate。通过外部控制端Vgate控制所述第一MOS管Q2的开启和关闭，从而使流经所述初级线圈T1的电流产生变化，进而在所述次级线圈T2的输出端产生相应的感应电压。根据需要，所述开关电路121还包括第四电阻R7。所述第四电阻R7的一端连接所述第一MOS管Q1的栅极，所述第四电阻R7的另一端连接所述第一MOS管Q1的漏极。
所述检流电阻R6串联在所述变压器120的输入端的电流回路中，用于检测所述变压器120的输入电流，并将所述变压器120的输入电流转换为电压信号输出至所述电源芯片110的电流检测脚SENSE。具体地，所述检流电阻R6的第一端接地。所述检流电阻R6的第二端连接到所述电源芯片110的电流检测脚SENSE。
所述直流偏置电路130的第一端与检流电阻R6的第二端连接。所述直流偏置电路130的第二端与所述电源芯片110的电流检测脚SENSE连接。所述直流偏置电路130的控制端与所述电源芯片110的反馈控制脚FB连接。所述直流偏置电路130根据所述电源芯片110的反馈控制脚FB的输出信号调整自身的偏置电压值。此时，所述电源芯片110的电流检测脚SENSE所检测的电压值即为所述检流电阻R6的电压值和所述直流偏置电路130的偏置电压值之和。
在本发明实施例提供的开关电源100中，通过设置直流偏置电路130，并使得所述直流偏置电路130的第一端与检流电阻R6的第二端连接；所述直流偏置电路130的第二端与所述电源芯片110的电流检测脚SENSE连接；所述直流偏置电路130的控制端与所述电源芯片110的反馈控制脚FB连接。在轻载情况下，所述电源芯片110的反馈控制脚FB的电压值较低，从而使所述直流偏置电路130的偏置电压较高，从而可以抑制所述变压器120的输入端的输入电流的峰值，从而使得轻载情况下的噪声减小。在满载情况下，所述电源芯片110的反馈控制脚FB的电压值较高，从而使所述直流偏置电路130的偏置电压较低。此时，所述直流偏置电路130不会对所述开关电源100的负载驱动能力造成影响。
具体地，所述直流偏置电路130包括偏置电阻R5和补偿电流源131。所述偏置电阻R5的一端连接到所述检流电阻R6的第二端。所述偏置电阻R5的另一端连接所述电源芯片110的电流检测脚SENSE。所述补偿电流源131根据所述电源芯片110的反馈控制脚FB的输出信号调节流经所述偏置电阻R5的电流。
具体地，所述补偿电流源131包括第一三极管Q1、第一电阻R3、第二电阻R4以及电压源132。所述第一三极管Q1的集电极连接所述电源芯片110的反馈控制脚FB。所述第一电阻R3的一端连接所述电源芯片110的反馈控制脚FB，所述第一电阻R3的另一端连接所述第一三极管Q1的基极。所述第二电阻R4的一端连接所述第一三极管Q1的发射极，所述第二电阻R4的另一端连接所述电压源132。
具体地，所述电压源132包括稳压管ZD1、第一电容C1和第三电阻R2。所述稳压管ZD1的正极接地，所述稳压管ZD1的负极连接到所述第二电阻R4。所述第一电容C1与所述稳压管ZD1并联连接。所述第三电阻R2的一端连接到所述第二电阻R4，另一端连接到所述变压器120的输出端。所述电压源132用于为所述补偿电流源131提供恒定的电压。在本实施例中，所述电压源132所提供的恒定电压值为所述稳压管ZD1的稳压值VZD。
在具体工作过程中，所述电源芯片110在轻载情况下，其输出电压较高。此时，所述电源芯片110的反馈控制脚FB的输出电压值VFB较低。在本实施例中，所述电源芯片110在轻载情况下，其反馈控制脚FB的输出电压值为1.2V左右，并且该输出电压值会随着所述电源芯片110型号的不同会略有差异。由于第一电阻R3、第一三极管Q1和第二电阻R4共同构成补偿电流源131，此时所述补偿电流源131的幅值电流为Isource＝(VZD-VFB-VBE)/R4，其中，VBE为第一三极管的开启电压，VFB为所述电源芯片110在轻载情况下，其反馈控制脚FB的输出电压值，VZD为所述稳压管ZD1的稳压值。在此情况下，所述直流偏置电路130自身的偏置电压为Isource*R5。
例如说，在没有所述直流偏置电路130的情况下，当所述电源芯片110的电流检测脚SENSE所检测的电压值超过预设阈值Vth时，所述电源芯片110将会关断输出。此时，所述变压器120的输入电流的最大值IPK与预设阈值Vth存在以下关系：Vth＝IPK*R6。在增加所述直流偏置电路130后，所述变压器120的输入电流的最大值IPK与预设阈值Vth的关系变成：Vth＝IPK*R6+Isource*R5。由于所述电源芯片110的电流检测脚SENSE的预设阈值Vth基本维持不变，在增加所述直流偏置电路130后，所述变压器120的输入电流的最大值IPK的幅值将会减小，从而改善了所述开关电源100的噪声情况。
在所述电源芯片110为满载的情况下，所述电源芯片110的反馈控制脚FB的输出电压值VFB升高，此时不需要对所述变压器120的输入电流的最大值IPK进行限值，否则会影响所述电源芯片110的峰值功率输出能力。此时，可以通过选择所述稳压管ZD1的稳压值来使的所述电源芯片110在满载前关闭所述补偿电流源131即可。此时，所述稳压管的稳压值满足以下关系：VZD<VBE+VFB_MAX，其中，VZD为稳压管的稳压值，VBE为所述第一三极管的开启电压，VFB_MAX为所述电源芯片满载时反馈控制脚的输出电压。即，在所述电源芯片110满载时，所述电压源132的电压值不足以使得所述第一三极管Q1导通。即所述补偿电流源131关闭，不输出电流，从而使得所述直流偏置电路130的偏置电压为0，从而不会对系统的峰值带载能力造成影响。
根据需要，所述开关电源100还包括第一整流滤波电路140，用于为所述直流偏置电路130提供电源。所述第一整流滤波电路140包括第一二极管D1和第一电解电容CE2。所述第一二极管D1的正极连接所述变压器120的输出端，所述第一二极管D1的负极连接所述第一电解电容CE2的正极。所述第一电解电容CE2的负极接地。所述变压器120的输出端的交流电压经过所述第一整流滤波电路140转换成直流电压传输至所述直流偏置电路130。
根据需要，所述开关电源100还包括第二整流滤波电路150，用于为所述电源芯片110提供电源。所述第二整流滤波电路150包括第二二极管D2和第二电解电容CE1。所述第二二极管D2的正极连接所述第一二极管D1的负极，所述第二二极管D2的负极连接所述电源芯片110的电源脚VDD。所述第二电解电容CE1的正极连接所述电源芯片110的电源脚VDD，所述第二电解电容CE1的负极接地。所述变压器120的输出端的交流电压经过所述第二整流滤波电路150转换成直流电压传输至所述电源芯片110。
根据需要，所述开关电源100还包括第二电容C5，所述第二电容C5的一端连接所述电源芯片110的电流检测端SENSE，所述第二电容C5的另一端接地。所述第二电容C5用于滤除输入至所述电源芯片110的电流检测端SENSE的信号的交流部分。
表1为本发明实施例提供的开关电源100与传统的开关电源的噪音测试数据比对表。从表1中可以看出，本发明实施例提供的开关电源100在轻载情况下，其噪音水平有明显改善。
I<sub>load</sub>＝0.1A I<sub>load</sub>＝0.2A I<sub>load</sub>＝0.3A 轻载I<sub>PK</sub>
传统开关电源 25.3dB 27.5dB 30dB 2.77A
本申请开关电源 22dB 23.7dB 25dB 2.07A
请一并参见图3和图4，图3为传统的开关电源的变压器中初级线圈中MOS管的Vds电压以及相应的电流的测试波形；图4为本发明实施例提供的开关电源的变压器中初级线圈中MOS管的Vds电压以及相应的电流的测试波形。从图中可以看出，在传统的开关电源中，在轻载情况下，其流经初级线圈中MOS管的电流峰值为2.77A；而在本发明实施例提供的开关电源100中，在轻载情况下，其流经初级线圈中MOS管的电流峰值为2.07A。可见，本发明实施例提供的开关电源100在轻载情况下噪音水平明显比传统的开关电源要低。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：
电源芯片，所述电源芯片包括电源脚、反馈控制脚和电流检测脚；
变压器，所述变压器的输出端连接所述电源芯片的电源脚；
检流电阻，串联在所述变压器的输入端的电流回路中，所述检流电阻的第一端接地，所述检流电阻的第二端连接到所述电源芯片的电流检测脚；以及
直流偏置电路，所述直流偏置电路的第一端与检流电阻的第二端连接，所述直流偏置电路的第二端与所述电源芯片的电流检测脚连接，所述直流偏置电路的控制端与所述电源芯片的反馈控制脚连接，所述直流偏置电路根据所述电源芯片的反馈控制脚的输出信号调整自身的偏置电压值。
2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述直流偏置电路包括偏置电阻和补偿电流源，所述偏置电阻的一端连接到所述检流电阻的第二端，所述偏置电阻的另一端连接所述电源芯片的电流检测脚，所述补偿电流源根据所述电源芯片的反馈控制脚的输出信号调节流经所述偏置电阻的电流。
3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述补偿电流源包括第一三极管、第一电阻、第二电阻以及电压源，所述第一三极管的集电极连接所述电源芯片的反馈控制脚，所述第一电阻的一端连接所述电源芯片的反馈控制脚，所述第一电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第二电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的另一端连接所述电压源。
4.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述电压源包括稳压管、第一电容和第三电阻，所述稳压管的正极接地，所述稳压管的负极连接到所述第二电阻，所述第一电容与所述稳压管并联连接，所述第三电阻的一端连接到所述第二电阻，另一端连接到所述变压器的输出端。
5.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述稳压管的稳压值满足以下关系：VZD<VBE+VFB_MAX，其中，VZD为稳压管的稳压值，VBE为所述第一三极管的开启电压，VFB_MAX为所述电源芯片满载时反馈控制脚的输出电压。
6.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈的一端为所述变压器的输入端，所述初级线圈的另一端通过开关电路连接到所述检流电阻，所述次级线圈的一端为所述变压器的输出端，所述次级线圈的另一端接地。
7.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述开关电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接所述初级线圈，所述第一MOS管的漏极连接所述检流电阻，所述第一MOS管的栅极连接外部控制端。
8.如权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述开关电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第一MOS管的栅极，所述第四电阻的另一端连接所述第一MOS管的漏极。
9.如权利要求1-8任意一项所述的开关电源，其特征在于，还包括第一整流滤波电路，用于为所述直流偏置电路提供电源，所述第一整流滤波电路包括第一二极管和第一电解电容，所述第一二极管的正极连接所述变压器的输出端，所述第一二极管的负极连接所述第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极接地。
10.如权利要求9所述的开关电源，其特征在于，还包括第二整流滤波电路，用于为所述电源芯片提供电源，所述第二整流滤波电路包括第二二极管和第二电解电容，所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的负极，所述第二二极管的负极连接所述电源芯片的电源脚，所述第二电解电容的正极连接所述电源芯片的电源脚，所述第二电解电容的负极接地。
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