CN116094332A - 供电电路及开关电源 - Google Patents

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CN116094332A CN202211699948.1A CN202211699948A CN116094332A CN 116094332 A CN116094332 A CN 116094332A CN 202211699948 A CN202211699948 A CN 202211699948A CN 116094332 A CN116094332 A CN 116094332A
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capacitor
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杨小华
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Abstract

本申请提供一种供电电路及开关电源，开关电源包括输入模块、变压器和初级功率控制模块，输入模块分别连接电源输入端和变压器，变压器包括初级线圈和辅助线圈，初级功率控制模块包括控制芯片，控制芯片连接变压器，控制芯片用于控制变压器生成充电能量。本申请的供电电路通过设置启动模块、供电电容、功能控制模块和电压采集及控制模块，电压采集及控制模块实时检测电源输入端的电源电压，功能控制模块检测供电电容的供电电压，在电源电压小于第一阈值且供电电压小于第二阈值的情况下，电压采集及控制模块通过控制启动模块导通，使得电源输入端给供电电容充电，从而使得供电电容可以维持控制芯片正常工作。

Description

供电电路及开关电源
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种供电电路及开关电源。
背景技术
目前的中小功率开关电源中，控制芯片的供电都是由变压器上的辅助绕组供给，当电源工作轻载或者空载的时候，电源控制芯片会让电源进入间歇(突发)工作模式，然而，因为工作的不连续，通常辅助绕组供给的能力很小无法维持芯片正常工作。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种供电电路及开关电源。
本发明实施方式提供了一种开关电源的供电电路，所述开关电源包括输入模块、变压器和初级功率控制模块，所述输入模块分别连接电源输入端和所述变压器，用于电源输入端的交流电生成直流电，所述初级功率控制模块包括控制芯片，所述控制芯片连接所述变压器，用于控制所述变压器生成充电能量，所述供电电路用于给所述控制芯片供电，所述供电电路包括：
启动模块，连接所述电源输入端；
供电电容，分别连接接地端、所述控制芯片和所述启动模块，用于给所述控制芯片供电；
功能控制模块，连接所述供电电容，用于检测所述供电电容的供电电压；
电压采集及控制模块，连接所述电源输入端和所述启动模块，用于在所述电源输入端的电源电压小于第一阈值且所述供电电容的供电电压小于第二阈值的情况下，控制所述启动模块关闭以使所述电源输入端给所述供电电容供电。
在某些实施方式中，所述启动模块包括：
启动电阻，连接所述电源输入端；
启动单元，分别连接所述启动电阻和所述电压采样及控制模块；
稳压二极管，正极连接所述启动单元，负极连接所述供电电容。
在某些实施方式中，所述电压采集及控制模块包括：
采样单元，连接所述电源输入端，用于根据所述电源输入端的电源电压生成采样电压；
控制单元，连接所述采样单元、所述启动单元和所述功能控制模块，用于根据所述采样电压和所述供电电容的供电电压控制所述启动单元开启。
在某些实施方式中，所述采样单元包括：
第一分压电阻，一端连接所述电源输入端，另一端连接所述控制单元；
第二分压电阻，一端连接接地端，另一端连接所述第一分压电阻和所述控制单元。
在某些实施方式中，所述变压器包括初级线圈与所述初级线圈耦合的辅助线圈，所述供电电容还连接所述辅助线圈，所述辅助线圈被配置为给所述供电电容充电。
本申请还提供了一种开关电源，所述开关电源还包括输入模块、初级功率控制模块、供电电容、变压器和输出模块，所述初级功率控制模块包括控制芯片和上述任意一项所述的所述供电电路，所述供电电路用于向所述控制芯片供电，所述变压器包括初级线圈和与所述初级线圈耦合的次级线圈；
所述输入模块连接电源输入端和所述变压器的初级线圈，用于将电源输入端提供的交流电转换为直流电；
所述控制芯片连接所述变压器的初级线圈和所述供电电容，用于控制所述初级线圈向所述次级线圈提供充电能量；
所述输出模块连接所述次级线圈和负载，用于根据所述充电能量向所述负载充电。
在某些实施方式中，所述初级功率控制模块还包括：
驱动晶体管，漏极连接所述初级线圈，栅极连接所述控制芯片；
第一电阻，一端连接所述驱动晶体管的源极；另一端连接接地端。
在某些实施方式中，所述初级功率控制模块还包括：
第一储能电容，一端连接所述初级线圈；
第一二极管，负极连接所述第一储能电容的另一端，正极连接所述驱动晶体管的漏极；
第二电阻，一端连接所述驱动晶体管的源极和所述第一电阻，另一端连接所述控制芯片；
第二储能电容，一端连接所述第二电阻，另一端连接接地端。
在某些实施方式中，所述输入模块包括：
整流单元，分别连接所述电源输入端和所述初级线圈，用于将所述输入的交流电转换为直流电；
滤波单元，连接所述整流单元，用于滤除直流电中的干扰。
在某些实施方式中，所述输出模块包括：
第二二极管，正极连接所述次级线圈，负极连接负载；
滤波电容，一端连接所述次级线圈，另一端连接接地端。
本申请的供电电路通过设置启动模块、供电电容、功能控制模块和电压采集及控制模块，电压采集及控制模块实时检测电源输入端的电源电压，功能控制模块检测供电电容的供电电压，在电源电压小于第一阈值且供电电压小于第二阈值的情况下，电压采集及控制模块通过控制启动模块导通，使得电源输入端给供电电容充电，从而使得供电电容可以维持控制芯片正常工作。
本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变的明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变的明显和容易理解，其中：
图1是本发明某些实施方式的开关电源的模块示意图；
图2是本发明某些实施方式的开关电源的电路示意图。
主要元件符号说明：
开关电源1000、供电电路100、启动模块10、启动电阻R1、启动单元11、稳压二极管D1、供电电容C1、功能控制模块20、电压采集及控制模块30、采样单元31、第一分压电阻R2、第二分压电阻R3、控制单元32、输入模块200、整流单元210、滤波单元220、变压器300、初级线圈310、辅助线圈320、次级线圈330、初级功率控制模块400、控制芯片410、驱动晶体管Q1、第一电阻R4、第一储能电容C2、第一二极管D2、第二电阻R5、第二储能电容C3、输出模块500、第二二极管D3、滤波电容C4、电源输入端VIN、负载VOUT、接地端GND。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本申请提供了一种开关电源1000的供电电路100，开关电源1000包括输入模块200、变压器300和初级功率控制模块400。
输入模块200分别连接电源输入端VIN和变压器300，输入模块200用于将电源输入端VIN的交流电转换为直流电。变压器300包括初级线圈310和辅助线圈320，辅助线圈320与初级线圈310耦合，初级线圈310可以根据输入模块200的直流电使得辅助线圈320生成充电能量。初级功率控制模块400包括控制芯片410，控制芯片410连接变压器300，控制芯片410用于控制变压器300生成充电能量。供电电路100连接电源输入端VIN和控制芯片410，供电电路100用于给控制芯片410供电，供电电路100包括启动模块10、供电电容C1、功能控制模块20和电压采集及控制模块30。
具体地，启动模块10连接电源输入端VIN和供电电容C1，启动模块10用于控制电源输入端VIN给供电电容C1充电。供电电容C1分别连接接地端GND、控制芯片410、启动模块10和辅助线圈320，辅助线圈320可以给供电电容C1充电，供电电容C1可以给控制芯片410供电。功能控制模块20连接供电电容C1，功能控制模块20可以检测供电电容C1的供电电压，并将供电电压信号传输至电压采集及控制模块30。
进一步地，电压采集及控制模块30连接电源输入端VIN和启动模块10，电压采集及控制模块30可以检测电源输入端VIN的电源电压，并根据电源输入端VIN的电源电压和供电电容C1的供电电压控制启动模块10，例如，在电源输入端VIN的电源电压大于第一阈值和/或供电电容C1的供电电压大于第二阈值的情况下，启动模块10保持断开，由辅助线圈320给供电电容C1充电，使得供电电容C1为控制芯片410供电。在电源输入端VIN的电源电压小于第一阈值且供电电容C1的供电电压小于第二阈值的情况下，电压采集及控制模块30控制启动模块10导通，使得电源输入端VIN给供电电容C1供电。第一阈值和第二阈值可根据实际情况配置，在此不做限定。
本申请的供电电路100通过设置启动模块10、供电电容C1、功能控制模块20和电压采集及控制模块30，电压采集及控制模块30实时检测电源输入端VIN的电源电压，功能控制模块20检测供电电容C1的供电电压，在电源电压小于第一阈值且供电电压小于第二阈值的情况下，电压采集及控制模块30通过控制启动模块10导通，使得电源输入端VIN给供电电容C1充电，从而使得供电电容C1可以维持控制芯片410正常工作。
请参阅图2，在某些实施方式中，启动模块10包括启动电阻R1、启动单元11和稳压二极管D1。
具体地，启动电阻R1连接电源输入端VIN和启动单元11，启动电阻R1用于将电源输入端VIN的电压分压后传输至启动单元11。启动单元11分别连接供电电容C1、启动电阻R1和电压采样及控制模块，电压采样及控制模块可以控制启动单元11的通断，从而控制电源输入端VIN通过启动单元11给供电电容C1充电。稳压二极管D1的正极连接启动单元11，负极连接供电电容C1，稳压二极管D1用于阻止供电电容C1的电流通过，稳压二极管D1还用于稳定电源输入端VIN提供的充电电压。
如此，启动模块10通过设置启动电阻R1、启动单元11和稳压二极管D1，可以使电源输入端VIN的电压分压后传输至供电电容C1，给供电电容C1供电，从而使供电电容C1满足控制芯片410的工作需求。
请参阅图2，在某些实施方式中，电压采集及控制模块30包括采样单元31和控制单元32。
具体地，采样单元31连接电源输入端VIN，采样单元31可以检测电源输入端VIN的电源电压，并根据电源电压生成采样电压。采样单元31包括第一分压电阻R2和第二分压电阻R3，第一分压电阻R2的一端连接电源输入端VIN，另一端连接控制单元32，第二分压电阻R3的一端连接第一分压电阻R2和控制单元32，另一端连接接地端GND，其中，第一分压电阻R2可以作为电压检测电阻，第一分压电阻R2检测电源电压并生成采样电压传输至控制单元32。
控制单元32连接采样单元31、启动单元11和功能控制模块20，控制单元32可以获取采样单元31的采样电压和功能控制模块20检测的供电电压，并根据采样电压和供电电压控制启动单元11，例如，在采样电压大于第一阈值和/或供电电压大于第二阈值的情况下，控制单元32控制启动单元11断开，阻止电源输入端VIN给供电电容C1充电。在采样电压小于第一阈值且供电电压小于第二阈值的情况下，控制单元32可以控制启动模块10导通，使得电源输入端VIN给供电电容C1充电。
如此，通过设置采样单元31可以对电源输入端VIN的电源电压进行采样，通过设置控制单元32可以在电源电压小于第一阈值且供电电压小于第二阈值的情况下控制启动单元11导通，使得电源输入端VIN给供电电容C1充电，从而满足控制芯片410的工作需求。
请参阅图2，本申请还提供了一种开关电源1000，开关电源1000还包括输入模块200、初级功率控制模块400、供电电容C1、变压器300和输出模块500，初级功率控制模块400包括供电电路100，供电电路100用于给控制芯片410供电，变压器300包括初级线圈310和与初级线圈310耦合的次级线圈330。
具体地，输入模块200连接电源输入端VIN和变压器300的初级线圈310，输入模块200用于将电源输入端VIN提供的交流电转换为直流电。输入模块200包括整流单元210和滤波单元220，整流单元210分别连接电源输入端VIN和初级线圈310，整流单元210可以由四个二极管构成，四个二极管可以构成全桥整流桥，全桥整流桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起，利用二极管的单向导通性进行整流，整流单元210可以将接入的交流电转换为直流电。滤波单元220连接整流单元210，滤波单元220可以使直流输出平滑稳定，也即是，滤波单元220可以滤除电路中的部分干扰，从而稳定直流电压输出。进一步地，滤波单元220可以将稳定的直流电输出至变压器300，也即是，滤波单元220将直流电输出至初级线圈310。
控制芯片410连接变压器300的初级线圈310和供电电容C1，控制芯片410用于控制初级线圈310向次级线圈330提供充电能量。输出模块500连接次级线圈330和负载VOUT，输出模块500用于根据充电能量向负载VOUT充电，输出模块500包括第二二极管D3和滤波电容C4，第二二极管D3的正极连接次级线圈330，负极连接负载VOUT，第二二极管D3用于控制次级线圈330的电流单向输出至负载VOUT，滤波电容C4的一端连接次级线圈330，另一端连接接地端GND，滤波电容C4可以降低交变脉动波纹对电路的影响，同时可以吸收电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电路的工作性能更加稳定。
如此，本申请的开关电源1000通过输入模块200将接入的交流电转换为直流电，控制芯片410接收负载VOUT的充电请求，变压器300将直流电进行降压后，生成充电能量并通过输出模块500传输至负载VOUT，从而对负载VOUT进行充电。
请参阅图2，在某些实施方式中，初级功率控制模块400还包括驱动晶体管Q1和第一电阻R4，驱动晶体管Q1的漏极连接初级线圈310，栅极连接控制芯片410，源极连接第一电阻R4的一端，第一电阻R4的另一端连接接地端GND。
具体地，控制芯片410可以控制驱动晶体管Q1的通断，在控制芯片410接收到负载VOUT的充电请求的情况下，控制芯片410可以控制驱动晶体管Q1导通，电源输入端VIN输出电流至变压器300的初级线圈310，初级线圈310的电流通过驱动晶体管Q1流至第一电阻R4，从而流向接地端GND形成回路，使得变压器300生成充电能量。
在某些实施方式中，初级功率控制模块400还包括第一储能电容C2、第一二极管D2、第二电阻R5和第二储能电容C3。第一储能电容C2的一端连接初级线圈310，第一二极管D2的负极连接第一储能电容C2的另一端，正极连接驱动晶体管Q1的漏极和初级线圈310，初级线圈310的电流可以通过第一二极管D2给第一储能电容C2供电，第一二极管D2和第一储能电容C2可以组成吸收电路，避免驱动晶体管Q1承受大电流冲击，保护了驱动晶体管Q1。
第二电阻R5的一端连接驱动晶体管Q1的源极和第一电阻R4，另一端连接控制芯片410，第二储能电容C3的一端连接第二电阻R5，另一端连接接地端GND，第二电阻R5用于分压，第二储能电容C3可以是稳压电容，第二储能电容C3用于稳定初级线圈310回路的电压，控制芯片410还可以通过第二电阻R5检测初级线圈310的电流。
如此，初级功率控制模块400通过设置驱动晶体管Q1和第一电阻R4，使得控制芯片410可以通过调节驱动晶体管Q1通断的频率控制变压器300生成充电能量，通过设置第一储能电容C2和第一二极管D2可以吸收初级线圈310的电流，从而避免驱动晶体管Q1承受大电流冲击，保护了驱动晶体管Q1，通过设置第二电阻R5和第二储能电容C3可以稳定初级线圈310电流回路的电压，并检测通过初级线圈310的电流。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关电源的供电电路，其特征在于，所述开关电源包括输入模块、变压器和初级功率控制模块，所述输入模块分别连接电源输入端和所述变压器，用于电源输入端的交流电生成直流电，所述初级功率控制模块包括控制芯片，所述控制芯片连接所述变压器，用于控制所述变压器生成充电能量，所述供电电路用于给所述控制芯片供电，所述供电电路包括：
启动模块，连接所述电源输入端；
供电电容，分别连接接地端、所述控制芯片和所述启动模块，用于给所述控制芯片供电；
功能控制模块，连接所述供电电容，用于检测所述供电电容的供电电压；
电压采集及控制模块，连接所述电源输入端和所述启动模块，用于在所述电源输入端的电源电压小于第一阈值且所述供电电容的供电电压小于第二阈值的情况下，控制所述启动模块关闭以使所述电源输入端给所述供电电容供电。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述启动模块包括：
启动电阻，连接所述电源输入端；
启动单元，分别连接所述启动电阻和所述电压采样及控制模块；
稳压二极管，正极连接所述启动单元，负极连接所述供电电容。
3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述电压采集及控制模块包括：
采样单元，连接所述电源输入端，用于根据所述电源输入端的电源电压生成采样电压；
控制单元，连接所述采样单元、所述启动单元和所述功能控制模块，用于根据所述采样电压和所述供电电容的供电电压控制所述启动单元开启。
4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述采样单元包括：
第一分压电阻，一端连接所述电源输入端，另一端连接所述控制单元；
第二分压电阻，一端连接接地端，另一端连接所述第一分压电阻和所述控制单元。
5.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述变压器包括初级线圈与所述初级线圈耦合的辅助线圈，所述供电电容还连接所述辅助线圈，所述辅助线圈被配置为给所述供电电容充电。
6.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括输入模块、初级功率控制模块、供电电容、变压器和输出模块，所述初级功率控制模块包括控制芯片和权利要求1-5任意一项所述的所述供电电路，所述供电电路用于向所述控制芯片供电，所述变压器包括初级线圈和与所述初级线圈耦合的次级线圈；
所述输入模块连接电源输入端和所述变压器的初级线圈，用于将电源输入端提供的交流电转换为直流电；
所述控制芯片连接所述变压器的初级线圈和所述供电电容，用于控制所述初级线圈向所述次级线圈提供充电能量；
所述输出模块连接所述次级线圈和负载，用于根据所述充电能量向所述负载充电。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述初级功率控制模块还包括：
驱动晶体管，漏极连接所述初级线圈，栅极连接所述控制芯片；
第一电阻，一端连接所述驱动晶体管的源极；另一端连接接地端。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述初级功率控制模块还包括：
第一储能电容，一端连接所述初级线圈；
第一二极管，负极连接所述第一储能电容的另一端，正极连接所述驱动晶体管的漏极；
第二电阻，一端连接所述驱动晶体管的源极和所述第一电阻，另一端连接所述控制芯片；
第二储能电容，一端连接所述第二电阻，另一端连接接地端。
9.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述输入模块包括：
整流单元，分别连接所述电源输入端和所述初级线圈，用于将所述输入的交流电转换为直流电；
滤波单元，连接所述整流单元，用于滤除直流电中的干扰。
10.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述输出模块包括：
第二二极管，正极连接所述次级线圈，负极连接负载；
滤波电容，一端连接所述次级线圈，另一端连接接地端。
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