CN114448262B - 一种基于mos管的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MOS管的开关电源，涉及配电控制技术领域，包括：整流滤波模块，用于将交流电转换为直流电；PFC模块，用于控制电压变化，检测电流信号并通过辅助开关降低工作损耗和开关噪声；反激电源输出模块，用于进行整流、稳压和电压变换处理；隔离电压检测模块，用于检测反激电源输出模块输出的电压信号并隔离传输；数字控制模块，用于接收信号，设定保护阈值并控制模块工作；开关控制模块，用于电路保护自锁并控制开关电源工作。本发明基于MOS管的开关电源通过辅助开关降低钳位电路在工作时的损耗和开关噪声，提高开关电源的转换效率，并采用电路自锁进行故障保护，即使脱离数字控制模块的控制仍可保持开关电源保护的状态。

Description

一种基于MOS管的开关电源

技术领域

本发明涉及配电控制技术领域，具体是一种基于MOS管的开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术稳定输出电压的一种电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式，传统的开关电源采用RCD钳位电路确保MOS管（MOSFET，金氧半场效应管）正常工作，对钳位二极管要求高，并且钳位二极管的散热容易增加电源转换的功率损耗，并且对于开关电源进行有效的保护也是必要的，能够确保开关电源突发故障时避免开关电源的损坏，但是通过微控制器控制的保护电路在微控制器断电后，保护也将停止，导致开关电源保护出现漏洞。

发明内容

本发明实施例提供一种基于MOS管的开关电源，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，提供一种基于MOS管的开关电源，该基于MOS管的开关电源包括：整流滤波模块，PFC模块，反激电源输出模块，隔离电压检测模块，数字控制模块，开关控制模块；

所述整流滤波模块，用于将输入的交流电转换为平滑的直流电；

所述PFC模块，与所述整流滤波模块和反激电源输出模块连接，用于控制所述整流滤波模块输出的直流电转换为高频脉冲电压并输入所述反激电源输出模块，用于检测工作时的电流信号，用于通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声；

所述反激电源输出模块，用于接收所述高频脉冲电压并进行整流、稳压和DC-DC处理；

所述隔离电压检测模块，与所述反激电源输出模块连接，用于检测所述反激电源输出模块输出的电压信号，用于稳定电压信号并隔离传输给所述数字控制模块；

所述数字控制模块，与所述隔离电压检测模块和PFC模块连接，用于接收所述隔离电压检测模块输出的电压信号和所述PFC模块输出的电流信号，用于设定保护阈值并输出控制信号并控制各个模块的工作；

所述开关控制模块，与所述数字控制模块连接，用于接收所述数字控制模块输出的控制信号，用于进行电路自锁并输出驱动信号，与所述整流滤波模块和PFC模块连接，用于接收所述驱动信号并控制所述PFC模块进行DC-DC变换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于MOS管的开关电源在PFC模块通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声，降低对RCD电路的要求，减小RCD电路的电流变化率，避免RCD电路过热影响开关电源的转换效率，开关控制模块采用电路自锁的方式在开关电源故障时进行有效保护，通过数字控制模块设定的保护阈值进行控制，即使脱离数字控制模块的控制仍然可保持开关电源保护的状态，有助于提高开关电源的智能度和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的基于MOS管的开关电源的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的PFC模块和开关控制模块的连接示意图。

图3为本发明实例提供的基于MOS管的开关电源的电路图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1，本发明实施例提供一种基于MOS管的开关电源，该基于MOS管的开关电源包括：整流滤波模块1，PFC模块2，反激电源输出模块3，隔离电压检测模块4，数字控制模块5，开关控制模块6；

具体地，所述整流滤波模块1，用于将输入的交流电转换为平滑的直流电；

PFC模块2，与所述整流滤波模块1和反激电源输出模块3连接，用于控制所述整流滤波模块1输出的直流电转换为高频脉冲电压并输入所述反激电源输出模块3，用于检测工作时的电流信号，用于通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声；

反激电源输出模块3，用于接收所述高频脉冲电压并进行整流、稳压和DC-DC处理；

隔离电压检测模块4，与所述反激电源输出模块3连接，用于检测所述反激电源输出模块3输出的电压信号，用于稳定电压信号并隔离传输给所述数字控制模块5；

数字控制模块5，与所述隔离电压检测模块4和PFC模块2连接，用于接收所述隔离电压检测模块4输出的电压信号和所述PFC模块2输出的电流信号，用于设定保护阈值并输出控制信号并控制各个模块的工作；

开关控制模块6，与所述数字控制模块5连接，用于接收所述数字控制模块5输出的控制信号，用于进行电路自锁并输出驱动信号，与所述整流滤波模块1和PFC模块2连接，用于接收所述驱动信号并控制所述PFC模块2进行DC-DC变换。

在具体实施例中，上述整流滤波模块1可采用整流器和滤波器将输入的交流电转换为平滑的直流电，具体不做赘述；上述PFC模块2采用RCD钳位电路，并采用辅助开关配合RCD电路的工作，还可采用MOS管控制PFC模块2进行DC-DC变换；上述反激电源输出模块3可采用高频整流电路，利用整流二极管的单相导电性将高频脉冲电压转换为单相脉动直流电；上述隔离电压检测模块4可采用采样电阻、稳压电路和光电隔离传输电路进行电压信号的采用和稳压隔离传输；上述数字控制模块5可采用数字信号处理器（DSP），具体型号不做限定，实现对数据的处理，保护阈值的设定并输出控制信号控制各个模块的工作；上述开关控制模块6可采用逻辑控制电路完成电路保护自锁功能，实现对开关电源的异常保护。

实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2，在本发明所述的基于MOS管的开关电源的一个具体实施例中，所述PFC模块2包括有源钳位输出单元201和MOS管控制单元202；

具体地，所述MOS管控制单元202，用于控制所述整流滤波模块1输出的直流电转换为高频脉冲电压并输入所述反激电源输出模块3，用于检测工作时的电流信号；

有源钳位输出单元201，用于通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声；

该有源钳位输出单元201的输入端连接所述整流滤波模块1的输出端，有源钳位输出单元201的控制端连接MOS管控制单元202的一端，有源钳位输出单元201的输出端连接所述反激电源输出模块3，MOS管控制单元202的另一端与所述数字控制模块5连接。

在具体实施例中，上述有源钳位输出单元201可采用辅助开关和RCD钳位电路控制；上述MOS管控制单元202可采用MOS控制电路，通过调节MOS管的导通角实现有源钳位输出单元201进行DC-DC变换，并采用电阻对MOS管控制单元202的电流进行检测。

进一步地，所述开关控制模块6包括逻辑控制单元601和开关控制单元602；

具体地，所述逻辑控制单元601，用于接收所述数字控制模块5输出的控制信号，用于进行电路自锁并输出驱动信号；

开关控制单元602，用于接收所述逻辑控制单元601输出的驱动信号并控制所述PFC模块2进行DC-DC变换；

该逻辑控制单元601的一端与所述数字控制模块5连接，逻辑控制单元601的另一端连接开关控制单元602的一端，开关控制单元602的另一端连接所述整流滤波模块1的输出端和有源钳位输出单元201的输入端。

在具体实施例中，上述逻辑控制单元601可采用三极管的相互控制实现逻辑自锁控制功能；上述开关控制单元602可采用MOS管控制。

实施例3：在实施例2的基础上，请参阅图3，在本发明所述的基于MOS管的开关电源的一个具体实施例中，所述有源钳位输出单元201包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第一二极管D1、变压器W1、智能开关S1；

具体地，所述第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端和第一电容C1的一端均与变压器W1的第一端连接，第一电阻R1的另一端连接第三电阻R3的另一端、第二电阻R2的一端和第四电阻R4的一端，第二电阻R2的另一端和第四电阻R4的另一端均连接第一电容C1的另一端、第一二极管D1的阴极和智能开关S1的一端，智能开关S1的另一端连接第一二极管D1的阳极和变压器W1的第二端。

进一步地，所述MOS管控制单元202包括第一功率管M1、第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2和第七电阻R7；

具体地，所述第一功率管M1的漏极连接所述第一二极管D1的阳极并通过第三电容C3连接第二二极管D2的阳极和第七电阻R7的一端，第二二极管D2的另一端和第七电阻R7的另一端均接地，第一功率管M1的栅极与所述数字控制模块5连接，第一功率管M1的源极连接第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端和第二电容C2的一端均接地，第二电容C2的另一端和第五电阻R5的另一端均与所述数字控制模块5连接。

在具体实施例中，上述变压器W1可选用高频变压器W1，具体型号不做限定；上述第一功率管M1可选用N勾搭增强型MOS管；上述智能开关S1可选用ZVS（零电压）开关，由数字控制模块5控制，在输入所述PFC模块2的峰值电流达到反馈环感应电流阈值（自主设定）时，MOS管控制单元202将导通工作，第一二极管D1承受反向偏置电压而关断，第一电容C1储能，第一功率管M1的漏极电压上升，在漏极电压达到第一电容C1电压和输入电压之和时，第一二极管D1导通，并由于零电压工作条件，智能开关S1将闭合导通，第一电容C1放电，第一二极管D1处于零电压状态，以保护第一二极管D1稳定工作；上述第五电阻R5、第二电容C2和第六电阻R6组成电流检测电路，检测第一功率管M1源极的电流信号；上述第三电容C3、第二二极管D2和第七电阻R7组成第一功率管M1的旁路电路，减小MOS管关断时的尖峰电压。

进一步地，所述开关控制单元602包括第十电阻R10、第九电阻R9、第八电阻R8、稳压管VD1、第十一电阻R11、第一开关管VT1、第二功率管M2；

具体地，所述第十电阻R10的一端、稳压管VD1的阴极和第九电阻R9的一端均与第二功率管M2的源极连接，第二功率管M2的漏极连接所述变压器W1的第一端，第二功率管M2的栅极通过第八电阻R8连接第九电阻R9的另一端、稳压管VD1的阳极、第十电阻R10的另一端、第十一电阻R11的第一端和第一开关管VT1的集电极，第一开关管VT1的基极连接第十一电阻R11的第二端，第一开关管VT1的发射极接地。

进一步地，所述逻辑控制单元601包括第三开关管VT3、第十二电阻R12、第二开关管VT2、第十三电阻R13、第一电源VCC1、第十四电阻R4、第十五电阻R15、第四开关管VT4、第五开关管VT5、第十六电阻R16和第十七电阻R17；

具体地，所述第三开关管VT3的集电极连接所述第十一电阻R11的第一端，第三开关管VT3的发射极接地，第三开关管VT3的基极、第十二电阻R12的一端和第十五电阻R15的一端均接地，第十五电阻R15的另一端连接第四开关管VT4的基极，第十二电阻R12的另一端连接第二开关管VT2的集电极，第二开关管VT2的发射极连接第一电源VCC1并通过第十三电阻R13连接第二开关管VT2的基极和第十四电阻R4的一端，第十四电阻R4的另一端连接第四开关管VT4的集电极和第五开关管VT5的集电极，第四开关管VT4的发射极和第五开关管VT5的发射极均接地，第五开关管VT5的基极通过第十六电阻R16与所述数字控制模块5连接，第十七电阻R17与第十六电阻R16并联。

在具体实施例中，上述第二功率管M2可选用P沟道增强型MOS管；上述第一开关管VT1、第三开关管VT3、第四开关管VT4和第五开关管VT5均可选用NPN型三极管，具体型号不做限定；上述第二开关管VT2可选用PNP型三极管，具体型号不做限定。

进一步地，所述反激电源输出模块3包括第四电容C4、第十八电阻R18、第三二极管D3、第五电容C5、第一电感L1和稳压变换单元301；

具体地，所述稳压变换单元301，用于将输入的直流进行稳压和DC-DC处理并输出；

该第四电容C4的一端和第三二极管D3的阳极均与所述变压器W1的第三端连接，第四电容C4的另一端通过第十八电阻R18连接第三二极管D3的阴极、第五电容C5的一端和第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端连接所述稳压变换单元301的第一输入端，稳压变换单元301的第二输入端与所述变压器W1的第四端和第五电容C5的另一端连接。

进一步地，所述隔离电压检测模块4包括第十九电阻R19、第二十电阻R20、第六电容C6、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、稳压器J1、光耦；

具体地，所述第十九电阻R19的一端与所述第一电感L1的第一端连接，第二十二电阻R22的一端与所述第一电感L1的第二端连接，第十九电阻R19的另一端连接光耦的第一端，第二十二电阻R22的另一端连接第二十电阻R20的一端、稳压器J1的控制端和第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端和稳压器J1的阳极均接地，稳压器J1的阴极和第六电容C6的一端均连接光耦的第二端，第六电阻R6的另一端连接第二十电阻R20的另一端，光耦的第三端与所述数字控制模块5连接。

在具体实施例中，上述稳压器J1可选用TL431芯片，通过第二十电阻R20降低上述反激电源输出模块3输出的电压，当输出电压发生变化时，稳压器J1的K极电压降变化，通过光耦的信号将变化，为数字控制模块5控制MOS控制单元提供依据；上述第十九电阻R19为限流电阻，方便光耦工作在合适区域。

本发明中，一种基于MOS管的开关电源，通过整流滤波模块1将输入的直流电转换为平滑的直流电，开关电源正常时，第二功率管M2处于导通状态，PFC模块2得电，通过有源钳位控制单元将电压传输给第一功率管M1，由数字控制模块5调节输出脉冲信号的占空比，继而控制第一功率管M1的导通角，继而调节PFC模块2的输出电压，输出电压通过反激电源输出模块3进行整流、稳压和DC-DC处理并输出，隔离电压检测模块4检测反激电源输出模块3输出的电压情况并隔离传输给数字控制模块5，为数字控制模块5调节输出脉冲信号的占空比提供依据，当检测的电压电流信号被数字控制模块5判定为故障时，数字控制模块5输出向第五开关管VT5输出高电平，第五开关管VT5导通，第二开关管VT2导通，第四开关管VT4开启自锁逻辑，第三开关管VT3导通，第一开关管VT1断开，第二功率管M2将断开，开关电源停止工作，在关闭输入电源即可实现开关电源的复位。其中在输入所述PFC模块2的峰值电流达到反馈环感应电流阈值（自主设定）时，MOS管控制单元202将导通工作，第一二极管D1承受反向偏置电压而关断，第一电容C1储能，第一功率管M1的漏极电压上升，在漏极电压达到第一电容C1电压和输入电压之和时，第一二极管D1导通，并由于零电压工作条件，开关将闭合导通，第一电容C1放电，第一二极管D1处于零电压状态，以保护第一二极管D1稳定工作，第五电阻R5、第二电容C2和第六电阻R6组成电流检测电路，检测第一功率管M1源极的电流信号，第三电容C3、第二二极管D2和第七电阻R7组成第一功率管M1的旁路电路，减小MOS管关断时的尖峰电压。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于MOS管的开关电源，其特征在于：

该基于MOS管的开关电源包括：整流滤波模块，PFC模块，反激电源输出模块，隔离电压检测模块，数字控制模块，开关控制模块；

所述整流滤波模块，用于将输入的交流电转换为平滑的直流电；

所述PFC模块，与所述整流滤波模块和反激电源输出模块连接，用于控制所述整流滤波模块输出的直流电转换为高频脉冲电压并输入所述反激电源输出模块，用于检测工作时的电流信号，用于通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声；

所述反激电源输出模块，用于接收所述高频脉冲电压并进行整流、稳压和DC-DC处理；

所述隔离电压检测模块，与所述反激电源输出模块连接，用于检测所述反激电源输出模块输出的电压信号，用于稳定电压信号并隔离传输给所述数字控制模块；

所述数字控制模块，与所述隔离电压检测模块和PFC模块连接，用于接收所述隔离电压检测模块输出的电压信号和所述PFC模块输出的电流信号，用于设定保护阈值并输出控制信号并控制各个模块的工作；

所述开关控制模块，与所述数字控制模块连接，用于接收所述数字控制模块输出的控制信号，用于进行电路自锁并输出驱动信号，与所述整流滤波模块和PFC模块连接，用于接收所述驱动信号并控制所述PFC模块进行DC-DC变换；

所述PFC模块包括有源钳位输出单元和MOS管控制单元；

所述MOS管控制单元，用于控制所述整流滤波模块输出的直流电转换为高频脉冲电压并输入所述反激电源输出模块，用于检测工作时的电流信号；

所述有源钳位输出单元，用于通过辅助开关降低RCD钳位电路在工作时的工作损耗和开关噪声；

所述有源钳位输出单元的输入端连接所述整流滤波模块的输出端，有源钳位输出单元的控制端连接MOS管控制单元的一端，有源钳位输出单元的输出端连接所述反激电源输出模块，MOS管控制单元的另一端与所述数字控制模块连接；

所述开关控制模块包括逻辑控制单元和开关控制单元；

所述逻辑控制单元，用于接收所述数字控制模块输出的控制信号，用于进行电路自锁并输出驱动信号；

所述开关控制单元，用于接收所述逻辑控制单元输出的驱动信号并控制所述PFC模块进行DC-DC变换；

所述逻辑控制单元的一端与所述数字控制模块连接，逻辑控制单元的另一端连接开关控制单元的一端，开关控制单元的另一端连接所述整流滤波模块的输出端和有源钳位输出单元的输入端；

所述有源钳位输出单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第一二极管、变压器、智能开关；

所述第一电阻的一端、第三电阻的一端和第一电容的一端均与变压器的第一端连接，第一电阻的另一端连接第三电阻的另一端、第二电阻的一端和第四电阻的一端，第二电阻的另一端和第四电阻的另一端均连接第一电容的另一端、第一二极管的阴极和智能开关的一端，智能开关的另一端连接第一二极管的阳极和变压器的第二端；

所述MOS管控制单元包括第一功率管、第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容、第二二极管和第七电阻；

所述第一功率管的漏极连接所述第一二极管的阳极并通过第三电容连接第二二极管的阳极和第七电阻的一端，第二二极管的另一端和第七电阻的另一端均接地，第一功率管的栅极与所述数字控制模块连接，第一功率管的源极连接第五电阻的一端和第六电阻的一端，第六电阻的另一端和第二电容的一端均接地，第二电容的另一端和第五电阻的另一端均与所述数字控制模块连接；

所述开关控制单元包括第十电阻、第九电阻、第八电阻、稳压管、第十一电阻、第一开关管、第二功率管；

所述第十电阻的一端、稳压管的阴极和第九电阻的一端均与第二功率管的源极连接，第二功率管的漏极连接所述变压器的第一端，第二功率管的栅极通过第八电阻连接第九电阻的另一端、稳压管的阳极、第十电阻的另一端、第十一电阻的第一端和第一开关管的集电极，第一开关管的基极连接第十一电阻的第二端，第一开关管的发射极接地；

所述逻辑控制单元包括第三开关管、第十二电阻、第二开关管、第十三电阻、第一电源、第十四电阻、第十五电阻、第四开关管、第五开关管、第十六电阻和第十七电阻；

所述第三开关管的集电极连接所述第十一电阻的第一端，第三开关管的发射极接地，第三开关管的基极、第十二电阻的一端和第十五电阻的一端均接地，第十五电阻的另一端连接第四开关管的基极，第十二电阻的另一端连接第二开关管的集电极，第二开关管的发射极连接第一电源并通过第十三电阻连接第二开关管的基极和第十四电阻的一端，第十四电阻的另一端连接第四开关管的集电极和第五开关管的集电极，第四开关管的发射极和第五开关管的发射极均接地，第五开关管的基极通过第十六电阻与所述数字控制模块连接，第十七电阻与第十六电阻并联。

2.根据权利要求1所述的一种基于MOS管的开关电源，其特征在于，所述反激电源输出模块包括第四电容、第十八电阻、第三二极管、第五电容、第一电感和稳压变换单元；

所述稳压变换单元，用于将输入的直流进行稳压和DC-DC处理并输出；

所述第四电容的一端和第三二极管的阳极均与所述变压器的第三端连接，第四电容的另一端通过第十八电阻连接第三二极管的阴极、第五电容的一端和第一电感的第一端，第一电感的第二端连接所述稳压变换单元的第一输入端，稳压变换单元的第二输入端与所述变压器的第四端和第五电容的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于MOS管的开关电源，其特征在于，所述隔离电压检测模块包括第十九电阻、第二十电阻、第六电容、第二十一电阻、第二十二电阻、稳压器、光耦；

所述第十九电阻的一端与所述第一电感的第一端连接，第二十二电阻的一端与所述第一电感的第二端连接，第十九电阻的另一端连接光耦的第一端，第二十二电阻的另一端连接第二十电阻的一端、稳压器的控制端和第二十一电阻的一端，第二十一电阻的另一端和稳压器的阳极均接地，稳压器的阴极和第六电容的一端均连接光耦的第二端，第六电阻的另一端连接第二十电阻的另一端，光耦的第三端与所述数字控制模块连接。

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